“Qué pasaría si…”, la incertidumbre como aliada en el diseño de puentes o edificios

La ingeniera civil Daniela Riaño López, magíster en Ingeniería - Estructuras de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, propone tres métodos alternativos para diseñar estructuras mediante un “gráfico de confiabilidad”, el cual muestra en tablas computarizadas un enfoque alternativo al diseño clásico establecido en el país por el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 de 2010.

“El gráfico de confiabilidad se compone de cuatro elementos: confiabilidad (RBO), confiabilidad inversa, optimización del riesgo (RO) y optimización del riesgo estructural (SRO), lo que le permite al modelo ‘leer’ las probabilidades de lo que pasaría en una obra”, explica la ingeniera.

Durante la construcción no todo es exacto: los cortes, las cantidades o el espesor cambian, pero considerar “qué pasaría si…” le ofrecería mejores condiciones a una estructura. “Esa es precisamente mi propuesta, cómo abordar la incertidumbre desde un modelo numérico que sirva para estimar probabilidades”, menciona la ingeniera.

Para probar la eficacia de su iniciativa, la aplicó en el montaje de 4 tipos de estructuras: (i) una columna en pandeo (fenómeno de inestabilidad elástica que se manifiesta por la aparición de desplazamientos transversales), (ii) viga de Euler-Bernoulli, utilizada para diseñar estructuras como puentes, edificios y maquinarias, (iii) cercha o malla espacial, esencial para la estructura de edificaciones, y (iv) vigas en voladizo, utilizadas para soportar balcones o cubiertas.

Los datos se ingresan en el software de lenguaje de programación MatLab, utilizado para cálculos numéricos, visualización y desarrollo de algoritmos, y allí, mediante códigos, se sube toda la información y las más de 100 probabilidades que podrían ocurrir con el material de dicha estructura, sea cemento, madera o acero; por cada ensayo hay 1.000 puntos o círculos en el gráfico que se mueven o se modifican mostrando el grado de confiabilidad más cercano.

El proceso de lectura de dicha información puede tardar desde milésimas de segundos hasta 5 minutos, y puede ayudar al arquitecto o al ingeniero a tomar decisiones más profundas durante el diseño de la obra.

“Esta es una propuesta numérica, probabilística, sin ensayos de laboratorio sobre alguna estructura real en específico, y para cada uno de estos elementos constructivos el programa generó más de 100 ensayos o lecturas de probabilidad de lo que pasaría con ese material ante un sismo fuerte, un derrumbe, una presión, fuerza, etc.”, anota la magíster.

Dentro de las probabilidades se determinan aspectos como: qué pasaría si la columna es más delgada, más gruesa, o más larga; si se cambia la cantidad de cemento, o si se utiliza madera en vez de acero; o si por el puente pasan vehículos no de 1 sino de 10 toneladas.

“El gráfico clasifica los ensayos según nivel de confiabilidad dado al material. Por ejemplo, si considero que en este puente el acero tendrá una resistencia del 99,9 %, pero el algoritmo me dice que es probable que esté por encima de ese valor, posicionándolo en los primeros lugares de la tabla, o al final de esta, si considera que podrían presentarse variaciones de peso, amenaza de sismo, etc.”, amplía.

La forma en la que puntúa el gráfico de confiabilidad depende de la dimensionalidad del problema. Es decir, para dimensiones bajas será por debajo de la gráfica, menor o igual a 2 y 5, mostrando una especie de rectángulos. Por otro lado, para dimensiones superiores, el grado de confiabilidad será mayor a 6, por encima de la línea central, y se representará con un círculo.

“Si el material se ubica al final en el gráfico no quiere decir que sea malo o vaya a fallar, sino que no cumple con el objetivo o porcentaje de probabilidad que se busca en la estructura, y por eso muestra otras opciones más óptimas”, agrega.

En este ejercicio no se está contemplando todo el ciclo de vida de una edificación: desde su concepción hasta su demolición, sino que se enfoca en el diseño, con miras a que se prolongue o se mantenga en el tiempo según lo proyectado.