Fenómenos naturales como los sismos o las ráfagas de viento pueden ser una amenaza para construcciones como casas y edificios, ocasionando en los casos más extremos desplomes y tragedias humanas. Investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín comprobaron que es posible diseñar de forma rápida y precisa mediante un algoritmo cultural, un dispositivo amortiguador eficiente llamado inerter que reduce hasta un 50 % la respuesta de edificaciones de mediana altura.
Un poco más del 80 % del territorio colombiano está clasificado bajo amenaza sísmica alta e intermedia, en ciudades como Popayán, Pasto, Manizales, Medellín y Bogotá, pues el país se encuentra sobre el Cinturón de Fuego del Pacífico y muchas de sus construcciones no cumplen con la normativa de sismorresistencia promulgada a partir de 2010.
Por eso el grupo de investigación del Centro de Proyectos e Investigaciones Sísmicas de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín estudia cómo reducir los efectos de estos fenómenos sobre las estructuras, explorando y mejorando distintos dispositivos.
Uno de sus trabajos más recientes consistió en mejorar la metodología para diseñar un dispositivo llamado amortiguador sintonizado inerter (tuned inerter damper), cuyo efecto es “amplificar” de forma aparente la masa del edificio en el que esté instalado, de manera que la energía que lo impacte por fenómenos como un temblor se disipe sin generar daño.
“De manera sencilla podemos explicar este efecto así: si una persona de 120 kg choca con una de 50 kg podría hacerle mucho daño, pero si la persona más pequeña tuviera incorporado el dispositivo, podría simular una masa más grande, como si pesara 650 kg, lo que haría menos severo el impacto. Más o menos esto es lo que hace el inerter en las edificaciones, les otorga una masa aparente”, explica el ingeniero civil Sebastián Echavarría Montaña, candidato a Doctor en Ingeniería e integrante del grupo de investigación.
Proceso más rápido, preciso y confiable
“Tradicionalmente el diseño de este tipo de amortiguadores implica realizar experimentos y búsquedas exhaustivas, combinaciones, cálculos matemáticos y pruebas de ensayo y error. Con el algoritmo logramos automatizar el proceso y obtuvimos los parámetros óptimos de diseño de forma más rápida, precisa y confiable”, destaca el investigador.
Aunque un algoritmo cultural funciona a partir de ecuaciones, está inspirado en la manera como se fortalece una cultura: algunos individuos ganan conocimiento y experiencia y se vuelven líderes para extender entre otros lo que han aprendido. Así, el programa toma los datos y los “guía” arrojando los mejores parámetros.
Los investigadores –entre ellos Yamile Valencia González, del Departamento de Ingeniería Civil de la UNAL Sede Medellín– tomaron como caso de estudio las características reales de un edificio de 12 pisos ubicado en Medellín.
“Partiendo de los ‘prediseños’ obtenidos con el algoritmo evaluamos 4 alternativas de control con 1, 2, 3 y 4 amortiguadores, y aplicamos diferentes movimientos del terreno”, precisa el profesor Luis Augusto Lara Valencia, adscrito al Departamento de Ingeniería Civil.
Así comprobaron que el algoritmo cultural sí se puede utilizar como “asistente”, con una efectividad significativa y reduciendo hasta en un 50 % las vibraciones, sobre todo al utilizar múltiples amortiguadores.
Pequeño pero poderoso, ideas a futuro
Una de las ventajas del algoritmo es su tamaño, ya que según cálculos hechos a partir de la teoría, un dispositivo con una masa de 1 quilo sería capaz de producir fuerzas inerciales del orden de 200, es decir lo que produciría uno de 200 quilos.
“Ahora bien, su diseño, qué tanta rigidez debe tener o dónde ubicarlo, requiere resolver un problema de optimización de forma computacionalmente eficiente y precisa. Por eso nos propusimos implementar el algoritmo cultural, para que asistiera a los ingenieros en las fases previas a la fabricación e instalación”, agrega el candidato a doctor.
A futuro el grupo tiene previsto construir prototipos para hacer pruebas experimentales en modelos reducidos. “Estamos trabajando con el Laboratorio de Mecánica y hasta ahora hemos ideado un inerter que se ubique en diagonal, conectando distintas columnas para reducir el movimiento de la estructura”, finaliza el profesor Lara.
