Estudio comparativo sobre la aplicación de los algoritmos PSO y SQP en la optimización de pórticos planos de concreto armado

Abstract

Esta investigación presenta la comparación de las técnicas SQP (Sequential Cuadratic Programming) y PSO (Particle Swarm optimization) al ser aplicadas al problema de optimización de pórticos planos de concreto armado. El SQP y el PSO son algoritmos de optimización provenientes de filosofías diferentes. El primero es una técnica clásica basada en cálculo diferencial, mientras que el segundo es una meta-heurística inspirada en comportamientos observados en la naturaleza. Como función objetivo de la optimización se utilizó el costo inicial de construcción del pórtico. El desempeño de los algoritmos se midió en función de la reducción del costo de construcción en las estructuras analizadas y evaluando cuál de los dos alcanzaba diseños con menor costo inicial sin violar las restricciones normativas. Se utilizaron 3 pórticos de 4, 8 y 12 pisos para evaluar el desempeño de ambos algoritmos. Las restricciones se tomaron de la Norma Sismo-Resistente Colombiana (NSR-10) para pórticos con capacidad de disipación moderada de energía (DMO). A diferencia de otras metodologías de optimización, se plantearon 6 variables de diseño para las columnas y 11 para las vigas, con el fin evaluar el desempeño de los algoritmos ante problemas con múltiples variables, obteniéndose buenos resultados. Se encontró que el PSO logró mejorar los resultados arrojados por el SQP en un 2.2% para el pórtico 4 pisos, 13.3% para el pórtico de 8 pisos y 16 % para el pórtico 12 pisos. En estos resultados se identificó la tendencia que tiene el SQP a quedar atrapado en mínimos locales lo cual es una desventaja. También, el algoritmo PSO utilizado logró reducciones de la función objetivo mayores al 30% para los tres pórticos, lo cual mejora los resultados obtenidos por otras investigaciones. Se concluye que de los dos algoritmos, el PSO tuvo mejor desempeño, recomendándose su uso para problemas de optimización con funciones objetivo más complejas en el área de diseño estructural.