Dado que Cali, Colombia está en una zona sísmicamente activa, es esencial buscar los mejores modelos matemáticos para predecir cómo evitar el daño sísmico en estructuras.
Es esencial mitigar el riesgo sísmico en infraestructuras nuevas y existentes del país, porque casi 83% de la población de Colombia vive en zonas de amenaza sísmica intermedia y alta, según el Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático.
Óscar David Hurtado, un estudiante de Maestría en Ingeniería, Énfasis en Ingeniería Civil de Univalle, vinculado con el Grupo de Investigación en Ingeniería Sísmica, Eólica, Geotécnica y Estructural (G-7) combinó su experticia en programación con su conocimiento en ingeniería estructural, haciendo uso de datos de un ensayo dinámico internacional para alimentar mejor sus modelos matemáticos.
En el artículo científico titulado Bayesian Model-Updating Implementation in a Five-Story Building publicado en la revista científica internacional llamada Buildings, investigadores de Univalle, entre los que se encuentra el ingeniero Hurtado, ajustaron los parámetros del modelo de un edificio de cinco niveles a escala real para cuantificar la incertidumbre asociada a estos.
“Los modelos matemáticos suelen utilizar condiciones ideales, sin embargo, en el mundo real hay mucha incertidumbre; usando datos experimentales, podemos incorporar esta nueva información y anticiparnos al comportamiento descrito por el modelo teniendo en cuenta esta variabilidad”, dijo Hurtado.
Foto: Edificio de pruebas de cinco plantas en University of California, San Diego, con la estructura desnuda sin elementos no estructurales (izquierda) y la estructura completa (derecha).Crédito: Hurtado et al. (https://doi.org/10.3390/buildings13061568)
La Investigación
En la University of California, San Diego, en el sur de California en los EEUU, se construyó un edificio de cinco pisos a escala real, con múltiples sensores, encima de un montaje que puede simular un sismo.
Hurtado y sus colaboradores tuvieron acceso a los datos generados por este ensayo y lograron actualizar sus modelos para ser más precisos y robustos.
Según Hurtado, cada edificio tiene una frecuencia o vibración particular, que se le llama “frecuencia natural”, y cada sismo también.
“La coincidencia de frecuencia entre el sismo y el edificio sería peligroso”, manifestó Hurtado
El profesor Albert Ortiz, director actual de la Escuela de Ingeniería Civil y Geomática y un coautor de la publicación científica explicó que la principal contribución del proyecto es que a partir de la respuesta media de un edificio los investigadores pueden encontrar propiedades de la estructura sin utilizar técnicas destructivas.
“Es un insumo fundamental a la hora de definir temas de riesgo: si podemos medir la respuesta de un edificio ocupado, podemos determinar propiedades que son muy importantes para predecir sus comportamientos antes de eventos futuros.” dijo el profesor Ortiz.
Daniel Gómez Pizano, profesor titular del área de estructuras en la Escuela de Ingeniería Civil y Geomática (EICG) y otro coautor de la publicación científica explicó que el proyecto surge desde un tema de investigación como el proyecto de grado de pregrado de Hurtado.
“El tema de la tesis fue "Ajuste de modelos estructurales usando inferencia Bayesiana", un tema de gran interés y transversal a las áreas de investigación del profesor Ortíz y míos” dijo el profesor Gómez, y añadió que su contribución principal fue el aporte de los conocimientos de análisis dinámico y modelamiento matemático de estructuras.
“Caracterizar la incertidumbre asociada a parámetros tan importantes en el diseño de estructuras como el desempeño mecánico de los elementos que la componen es muy importante a la hora de calcular qué tan confiados estamos en realidad de la seguridad estructural ante eventos sísmicos o demás cargas de diseño”, manifestó el profesor Gómez.
El profesor Gómez afirmó que además de aportar al análisis de daño o a la patología estructural en general, puede ser muy útil en el diseño estocástico de estructuras, que podría tener en cuenta, por ejemplo, variables asociadas a la incertidumbre debido a la incidencia humana en la construcción.
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El Futuro
Para Hurtado, la meta más grande es aportar modelos que puedan servir a actualizar las normas de construcción de Colombia, que hoy en día están basadas en normas de Estados Unidos.
“La perspectiva con la incorporación de modelación estocástica en el análisis estructural es incorporar esa variabilidad inherente al proceso de diseño, experimentación y evaluación de estructuras a la norma sismorresistente colombiana, que, al estar basada en gran medida en normas de construcción internacionales, no incorpora la incertidumbre asociada a los materiales, las técnicas de construcción o los procesos de diseño colombianos”, planteó el profesor Gómez.
Según Hurtado, ya hay un grupo de estudiantes de pregrado de Univalle que están buscando datos colombianos sobre materiales de construcción locales y realizando más ensayos experimentales con el fin de añadir sus propiedades al modelo.
Si le interesa contactar al investigador o conocer más sobre el proyecto, escriba a la Oficina de Comunicaciones Facultad de Ingeniería: comunicaingenieria(arroba)correounivalle.edu.co
Foto de la portada: Óscar David Hurtado. Crédito: Alexander Bejarano/NCC-FI/Univalle
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