El método matemático que predice el comportamiento de materiales

Tan importante como la búsqueda de nuevos materiales, más eficientes y respetuosos con el medio ambiente, es también desarrollar herramientas que faciliten el estudio de los comportamientos de éstos de una manera aplicada, favoreciendo así una reducción de costes industriales bastante importante. En ello trabaja Aratz García, doctor de Tecnologías Industriales e Ingeniería Civil de la Universidad de Burgos, que ha desarrollado un método matemático para modelizar el comportamiento de materiales como el hormigón.

A través de la mecánica computacional, Aratz García ha estudiado el comportamiento de una nueva clase de hormigón en la que se han sustituido los áridos naturales, como puede ser la caliza, por desechos difíciles de procesar procedentes de la industria siderúrgica y al que además se le han añadido fibras metálicas y sintéticas, lo que le hace más competitivo que un hormigón tradicional. Este material de altas prestaciones está desarrollado por el equipo de investigación SUCONS de la Universidad de Burgos, dedicado a la búsqueda de nuevos modelos y materiales de construcción sostenible. 

Como explica el doctor por la UBU, en el Laboratorio de Grandes Estructuras de la universidad burgalesa se realizaron ensayos con vigas de diferentes tamaños a los que se aplicaba una fuerza hasta romperlas. De esta manera podían conocer el comportamiento del material aplicando esta herramienta numérica basada en el método de elementos finitos y con ello conocer cómo se generan las fisuras en el hormigón y cuál es el máximo de carga que se puede aplicar hasta que se fracture y se rompa.

«De esta manera ya tienes una herramienta matemática que describe el comportamiento de un material de hormigón y no se necesita realizar la pieza para que te ayude a dimensionar la carga que puedes aplicar».

Además, esta metodología es capaz de capturar y cuantificar la evolución de la fisura que se va generando en el material de una manera numérica, lo que facilita su adecuación a una aplicación industrial.

El grupo SUCONS ya había demostrado las altas prestaciones y ventajas de utilizar este tipo de hormigones y ahora, el trabajo de Aratz García ha servido para dar un paso más hacia una visión más estructural del material, como explica el investigador. Con ello ha aportado una herramienta para diseñar elementos estructurales fiables.

Este trabajo ha sido dirigido por la Doctora Vanesa Ortega, de la Universidad de Burgos y por el Doctor Ignacio Piñero, de la Fundación Tecnalia Research and Innovation (TECNALIA). Esta colaboración ha sido muy importante para el proyecto, ya que la experiencia de la universidad en el desarrollo de este tipo de materiales y su posterior ensayo, junto con la capacidad del centro tecnológico para darle una aplicación real, es crucial para que el resultado de la investigación se pueda llevar a un contexto real. «Desde el punto de vista de un doctorando es importante cuando ves que lo que haces se puede aplicar y sirve para algo». Además, este trabajo se completó con una estancia investigadora en la Universidad de Texas en Austin, algo que ha sido crucial para el trabajo de Aratz García.

Aunque este modelo FEM está todavía en un proceso inicial, ha dado muy buenos resultados y se podría aplicar en diferentes vertientes. «De la parte más experimental a otra más material o incluso en una más numérica», como destaca Aratz García. En un entorno industrial se podría implementar en empresas que se dediquen al diseño de prefabricados o en industrias donde se utilicen fibras para mejorar las prestaciones del hormigón ayudando a dosificar la cantidad de este material que hay que añadir y analizar el comportamiento del mismo. Pero también podría tener otro carácter en empresas que desarrollen software para dimensionar elementos estructurales, por ejemplo.

Este trabajo titulado ‘An experimental and simulation framework for the characterization of the structural response of fiber reinforced concrete manufactured with EAFS’ ha sido la primera tesis doctoral con mención de Doctorado Industrial e Internacional en la Universidad de Burgos. De hecho, Aratz García señala que estas menciones dan más posibilidades a que la investigación tenga una «aplicabilidad real, que la teoría no está en un universo paralelo, sino que da respuesta a una problemática que hay en la realidad. Eso te da cierto bagaje a la investigación que has hecho. Con ello queda demostrado que funciona lo que has hecho».

Después de presentar esta tesis el pasado 29 de mayo, el siguiente paso es la divulgación y después analizar diferentes alternativas para continuar en la investigación, como apunta el investigador. «Una vez que presentas tu tesis necesitas publicar artículos científicos. Es como una certificación de que tu trabajo está bien hecho porque hay una revista que avala, que hay cierto rigor y cierta originalidad y es más fácil demostrar tus capacidades. Después quiero analizar los temas donde me gustaría seguir investigando o países donde me podría mover. Me gustaría seguir en el mundo de la investigación».