Simulación computacional: Técnicamente el método numérico que la investigación adopta se denomina “Método de los Elementos Discretos”. De esta herramienta se vale el estudiante de Ingeniería, Gonzalo Martin Soria para conocer más sobre los mecanismos de falla y fractura de distintos materiales utilizados en la ingeniería. Su proyecto de investigación le permitió acceder a una Beca de Investigación de Pregrado otorgado por la SGCYT de la UNNE.
Productos de ingeniería seguros y eficaces son esenciales para la sociedad moderna. Ejemplos abundan, desde electrodomésticos a satélites espaciales, prótesis óseas a turbinas de aeronaves, son piezas que además de aptas y con líneas de diseños estudiadas aprovechan los más recientes avances de la ingeniería y de la ciencia de los materiales.
El desarrollo de nuevos procesos de fabricación de materiales, como así también la optimización de sus propiedades, son prioritarias en el ámbito técnico-científico para mejorar la calidad de la vida humana.
En la construcción civil los hormigones, morteros y suelos tienen relevancia destacada en las obras. Son los materiales constructivos más utilizados en las partes fundamentales de estructuras en puentes, hospitales, centrales nucleares y de generación eléctricas, represas, caminos y edificios en altura.
Sin embargo, persisten desafíos de gran complejidad que requieren solución para permitir que el uso generalizado de estos materiales esté respaldado por condiciones de seguridad y previsibilidad acordes con las demandas actuales de los diseños Ingenieriles.
Asumiendo este reto, el estudiante de Ingeniería de la UNNE Gonzalo Martin Soria accedió a una Beca de Investigación de Pregrado otorgado por la Secretaría General de Ciencia y Técnica de la UNNE para abordar un estudio correspondiente al área de Ingeniería de Materiales.
El proyecto que le permitió acceder a la beca se denomina “Caracterización del comportamiento de materiales compuestos a través de simulaciones numéricas utilizando el método de los elementos discretos”. La dirección estará bajo la responsabilidad de la ingeniera Claudia Morel, docente investigadora de la Cátedra Hormigón Armado II y la co dirección del ingeniero Ricardo Barrios D’Ambra, docente investigador de las cátedras Estabilidad II y III ambos de la Facultad de Ingeniería de la UNNE.
Conviene desmembrar para su mejor comprensión este título que planteado así, es demasiado técnico. En primer lugar, cuáles son los “materiales compuestos”. Son aquellos que cumplen las siguientes características: están formados por dos o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente. Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interfase.
Otra característica de estos materiales compuestos a estudiar por el becario es el de un comportamiento frágil o cuasi frágil sometidos a cargas estáticas y dinámicas, para los cuales la hipótesis del medio continuo, homogéneo e isótropo no es válida, utilizándose las de mecánica de fractura.
Se dice que un material es isótropo, cuando sus valores como el de la rigidez y el de la conductividad son iguales en cualquier dirección. ¿Por qué se utiliza entonces el concepto de mecánica de fractura en este estudio?, porque se refiere a la rama de la mecánica de sólidos deformables que se ocupa del estudio de la estabilidad estructural de materiales, considerando la formación y propagación de grietas o defectos en materiales y analizando condiciones tensionales con la concentración de tensiones debida a dichos defectos.
Cuando el material estudiado tiene un comportamiento frágil o cuasi frágil, como es el caso del material a estudiar, la utilización del método de los elementos discretos (MED) se presenta como una herramienta más acorde para brindar alternativas a los objetivos del trabajo.
Este es el método que utilizará Soria para el estudio de los materiales compuestos. Es un procedimiento que simula numéricamente el comportamiento mecánico de un medio formado por un conjunto de partículas, que interaccionan entre sí a través de sus puntos de contacto.
Con los avances en la capacidad de cómputo y los algoritmos numéricos para la clasificación de la partícula más cercana, se ha vuelto posible simular numéricamente millones de partículas en un solo procesador. En consecuencia, se está frente a una herramienta de software que puede resultar muy útil para comprender cómo se comportará el flujo de material de estudio, sometiéndolo a ensayos y comparando diferentes variantes.
Objetivos
Siguiendo una metodología de trabajo, ya planificada con la ingeniera Morel, el becario simulará y analizará computacionalmente el comportamiento de fallas de materiales.
Los resultados de esos ensayos numéricos requerirán un análisis del proceso de daño que aparecen en estructuras con geometrías simples cuando son exigidas hasta el colapso.
Como parte del proceso ensayo, prueba y error, Soria propondrá alternativas para perfeccionar el método de ensayo de materiales.
Finalmente establecerá patrones de rotura y fisuración de materiales cuasi frágiles bajo distintas condiciones de cargas y vínculos.
“Esperamos demostrar las capacidades y virtudes del MED para el estudio y comprensión de los mecanismos de falla y fractura de distintos materiales, como polímeros y distintas aleaciones”, señaló la ingeniera Morel.