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Desde la física se investiga el diseño de mejores materiales

Conocer cómo se comportan los gránulos en mezclas como el cemento, permite diseñar mejores materiales. A eso le apuesta un investigador del Grupo de Simulación de Sistemas Físicos, de la UN.

Bogotá D. C., 02 de junio de 2010Agencia de Noticias UN–

El trabajo del Grupo de Simulación de Sistemas Físicos se enfoca en simular y modelar sistemas complejos de las más diversas áreas de la ciencia y la técnica.

William Oquendo Patiño, aspirante a doctor de Física de la Universidad Nacional de Colombia. / Unimedios

William Oquendo Patiño, quien adelanta el Doctorado en Física, explica que los sistemas granulares son todos aquellos conjuntos de gránulos como la sal, la arena, el suelo, hasta los mismos anillos de Júpiter (compuestos de pequeñas partículas).

Determinar cómo se comporta cada uno de los granos dentro de un material es algo complejo, que implica un reto para los físicos. Las preguntas que surgen son tan variadas como las condiciones a las que se ven sometidas esas partículas.

“Investigamos cómo se relacionan dos puntos de vista. Por un lado, el de los ingenieros, que ven a los materiales como un todo y tratan de describir las deformaciones de acuerdo con las fuerzas que se le apliquen al material. Entre tanto, los físicos tratamos de explicar de dónde surgen esas respuestas, si depende del tamaño de las partículas o simplemente de la dureza de cada grano en particular que compone el material”, explica Oquendo.

Para poder establecer los comportamientos generales de un material a partir de las interacciones entre los gránulos que lo componen, los físicos acuden a métodos de simulación computacional. Las simulaciones son calibradas con experimentos de laboratorio para comprobar que tanto lo virtual como el experimento reproducen con exactitud los fenómenos físicos que se estudian.

Cuando se logra calibrar la simulación con los experimentos, se puede, ahí sí, investigar otros aspectos. William Oquendo indica que se acude a la simulación virtual debido a que hay particularidades físicas, como por ejemplo la gravedad, que es muy difícil reproducir en laboratorio.

“En el laboratorio uno no puede decir: quitémosle el coeficiente de rozamiento estático a todas las partículas, pero dejemos que haya un rozamiento con las paredes. En cambio, en la simulación lo hacemos muy fácil. El experimento y la simulación se complementan”, explica el aspirante a doctor.

En la primera fase del proyecto, cuando el joven científico realizó la Maestría en Física, se concentró en estudiar la conexión que existe entre lo micro y lo macro. Lo micro comprendido como los granos y lo macro entendido como el material completo.

Oquendo estableció que existen parámetros microscópicos que inciden en la calidad del material en el ámbito macroscópico. “A partir de unas características micro se pueden generar unos materiales con ciertas particularidades. Eso ya se ha hecho, por ejemplo, con cementos hiperduros, en los que se descubrió que la distribución del tamaño de las partículas podía hacer que el cemento, al final, sea muy fuerte, y eso obviamente tiene una aplicación tecnológica inmediata”.

Ahora en el doctorado, William se concentra en aplicar la teoría de la mecánica estadística para la descripción de medios granulares. La teoría trata de encontrar comportamientos globales de sistemas de muchas partículas a partir de muy pocas consideraciones microscópicas.

“Hay problemas teóricos propios cuando surge una nueva teoría. Nosotros trabajamos en un comportamiento específico de los materiales que se llama el estado crítico, que es el límite en donde el material se sigue deformando, pero no cambia su volumen. Por ejemplo, eso está relacionado con la falla de los suelos”, detalla el joven físico de la UN.

Agrega que entender esos mecanismos de falla en los medios granulares básicos permite a los ingenieros entender qué es lo que está sucediendo en la escala macroscópica y qué va a pasar cuando, por ejemplo, se ejercen fuerzas en un suelo muy fuerte.

El grupo de investigación al que pertenece William Oquendo hace parte de un gran grupo de excelencia en investigación denominado Ceiba, el cual congrega a investigadores de diferentes universidades del país. Todos se concentran en estudiar los sistemas complejos en diferentes áreas del conocimiento, como en lo social, la ingeniería, la física, las redes, entre otros ámbitos.

“Si uno quisiera decirle a la gente por qué es importante estudiar Suelos desde el punto de vista computacional y físico, es porque nos facilita obtener información que casi nunca tenemos en el experimento. Esto nos permite diseñar mejores materiales, que resistan, por ejemplo, a carga cíclicas como pasa con los pavimentos, para que no se deformen tan fácilmente o para que por lo menos no se forme un hueco”, concluye Oquendo.

Esta es una parte de la física aplicada con grandes repercusiones en el desarrollo tecnológico, que permite construir desde mejores túneles hasta taludes estables.

(Por: Fin/capg/csm
)
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