MÁS PRÁCTICO QUE ADIVINAR SI UN EDIFICIO SE DERRUMBARÁEs claro, ¡un edificio no debe caerse! Por eso al planificarlo se analiza, por ejemplo, cuál combi-nación de materiales garantizará la seguridad y se desarrollan diseños específicos según la zona sísmica donde se emplazará la construcción. El objetivo es asegurar la protección de los habitantes. Entonces, ¿cómo pondrías a prueba la resistencia del edificio sin esperar hasta que ocurra un terremoto?

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ANTES DE QUE OCURRA UN TERREMOTONo es buena idea esperar un sismo para saber si un edificio lo va a soportar.Este es un ejemplo concreto de una situación que puede simularse, imitando en una computadora los efectos de un terremoto real. Es decir, que es un modo de reproducir la situación verdadera en la computadora, con todos los detalles posibles (de estructura del edificio y características del terremoto, por ejemplo), pero sin que ocurra.

Para lograrlo, los investigadores toman las ecuaciones matemáticas (fórmulas) que describen los movimientos de una construcción en relación a las fuerzas a las que puede verse sometida por un terremoto. Y basados en estas fórmulas, desarrollan programas de computación que permiten representar diferentes tipos de temblores y sus posibles efectos. Para luego analizar los resultados y evaluar si es necesario realizar un cambio en la estructura real del edificio o en el material de alguna de sus partes.

LA SIMULACIÓN ACEPTADA POR LA SOCIEDADLos científicos muchas veces se encuentran con dificultades para estudiar ciertos temas, como la circulación de la sangre, el nacimiento de una estrella o cómo pueden afectar los choques a un nuevo prototipo de auto. Esto se debe a altos costos, grandes distancias o dimensiones, entre otras compli-caciones.Para saltar estas barreras, los investigadores del área de mecánica computacional crean de las simulacionessituaciones a resolver, algo así como “maquetas” hechas de fórmulas matemáticas que se pueden analizar en la computadora.

?¿Qué connotaciones tiene la palabra

“simulación” en nuestro lenguaje cotidiano?

CÓMO RESOLVER PROBLEMAS DEL MUNDO REAL CON LA COMPUTADORA

Por aquí, hoja de ruta que recorre desde el planteo del problema hasta su simulación en computadora.

aquí respuesta instantánea

La mecánica computacional aporta a diversos aspectos de la vida cotidiana. Un ejemplo en el área de salud es el estudio del fluido de la sangre a través de las carótidas (dos arterias ubicadas a los lados del cuello y principales responsables de dirigir sangre a la cabeza), con el fin de desarrollar métodos que permitan pronosticar y evitar que sean obstruidas por deformaciones internas llamadas aneurismas.

Muestra Educativa Anual del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro

UESTRA

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NOS PRESENTAMOS: Nuestro grupo de trabajo se llama Mecánica Computacional, y forma parte de la Gerencia de Investigación Aplicada del Centro Atómico Bariloche (Comisión Nacional de Energía Atómica). Está compuesto por investigadores de distintas áreas de la ciencia, Ingeniería, Matemática, Física e Informática.

Enzo Dari - darie@cab.cnea.gov.arPágina WEB del grupo http://mecom.cnea.gov.arInformación Muestra CAB IB y folletos:www.muestracabib.cab.cnea.gov.ar

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El camino que se recorre para analizar un problema real a partir de su simulación en una computadora es largo y requiere de la participación de profesionales de diversas áreas; porque además de matemáticas y computación, se deben utilizar conocimientos especí-ficos del tema investigado, ya sea de salud, meteoro-logía, ingeniería industrial o astronomía.

A modo de ejemplo: ¿Cómo se llega desde la necesi-dad de saber cómo afectaría un terremoto a la estruc-tura de un edificio hasta la respuesta provista por la mecánica computacional?

Problema Real

Predicción del comportamiento

de un edificio ante un

terremoto.

Problema Matemático

Se plantean las ecuaciones que

permiten analizar el problema; en este

caso, cómo se moverá el edificio y si

los materiales con los que está hecho

soportarán la deformación

producida por el terremoto. Este es

un problema matemático

complejo para el que se utilizan las

llamadas ecuaciones de cuerpos elásticos

con grandes deformaciones.

Predicciones de este tipo llevan a apreciar

la utilidad de la mecánica

computacional.

Problema Computacional

Se genera un programa de computadora, que permite

obtener una serie de números que representan las magnitudes físicas del

problema que se está simulando, por ejemplo:

esfuerzo, desplazamiento y deformación de los

edificios

Pre-procesamiento,

Cálculo, Pos-procesamiento

(Cálculo y visualización de

resultados) Se analizan los resultados (es decir los números que

representan las magnitudes físicas del problema que se

está simulando) para comprobar si esta simulación

puede anticipar lo que efectivamente sucede en la

vida real. Así se podrán elaborar predicciones más

precisas que permitan establecer, por ejemplo, si

ante tal o cual circunstancia de movimiento sísmico el edificio va a resistir o va a

colapsar.

ModeladoMatemático

Se aplican leyes físicas a partir de

ecuaciones matemáticas que

describen el problema. En este caso, por ejemplo,

fórmulas que modelen las

vibraciones del edificio (es decir

que describan cómo son esas vibraciones y cuánto puede

resistirlas).

Modelado Numérico Se simplifica el

problema complejo subdividiéndolo en

muchísimos problemas más

simples, que pueden ser resueltos por la

computadora en forma elemental (es decir con fórmulas

más sencillas que las originales).

Comparación con Experimentos

Aquí la hoja de ruta

Visualización de estructuras turbulentas en el derrame de un contaminante líquido (por ejemplo, un derrame de petróleo en el océano). El cálculo tuvo 1 mes de duración y se utilizaron 64 procesadores de una computadora de alto desempeño. Este

trabajo lo realizó el grupo de Mecánica Computacional del Centro Atómico Bariloche en colaboración con el National Center for Supercomputing Applications de la Universidad de Illinois.

UESTRA

Centro Atómico Bariloche – Instituto Balseiro | Av. Bustillo 9500 – Bariloche – Río Negro (8400) | República ArgentinaTeléfono: +54 294 4445100 int. 5512 | www.cab.cnea.gov.ar | www.ib.edu.ar | www.muestracabib.cab.cnea.gov.ar

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