Un diseño español inspirado en las lagartijas permite construir superedificios a prueba de catástrofes
Ingenieros de la Universidad Politécnica de Valencia protagonizan la portada de la revista 'Nature' con un nuevo método de construcción que evita el colapso total de la estructura tras un desastre natural o una explosión
Los Leonardo del siglo XXI: ideas locas que no acaban en un cajón
A veces basta un pequeño fallo para provocar el desastre total, como la caída de una pieza de dominó que termina por arrastrar al resto. La mayoría de las infraestructuras se diseñan a prueba de movimientos sísmicos, deslizamientos de tierras o para resistir cualquier agresión externa o interna, como un incendio, aunque hasta el edificio más robusto puede sucumbir si el daño inicial es catastrófico. Pero un grupo de ingenieros de la Universidad Politécnica de Valencia, dirigido por José Miguel Adam, ha encontrado una fórmula que podría salvar miles de vidas en caso de catástrofe.
Su idea, que ha merecido la portada de la revista Nature, se inspira en el comportamiento de las lagartijas y en el sistema de seguridad de las centrales hidroeléctricas. Con una solución, casi de coste cero para edificios de nueva construcción, se evitaría el colapso total del edificio, al aislar el daño inicial. Es la primera vez que esta publicación científica publica un artículo de investigación en el campo del diseño y construcción de edificios.
«Igual que las lagartijas se desprenden de sus colas para escapar de sus depredadores, nosotros proponemos un sistema que limitaría la destrucción solo a la zona que ha sufrido el fallo inicial para proteger el resto del edificio. Detenemos la propagación del fallo para proteger vidas humanas y minimizar los costes que tendría el colapso completo de la estructura», explica Adam a ABC, coautor de la publicación junto a Nirvan Makoond, Andri Setiawan y Manuel Buitrago, todos ingenieros de Caminos en el instituto de investigación Icitech de la Universidad Politécnica de Valencia.
Para conseguir ese mal menor, el edificio se construye como cualquier otro, pero las conexiones entre los componentes de la estructura están preparadas para romperse antes y evitar el efecto contagio a todo el edificio. Es el mismo concepto que utilizan las redes eléctricas para protegerse de una sobrecarga eléctrica, al conectar diferentes segmentos de la red mediante fusibles eléctricos. «Nuestros fusibles son estructurales. Permiten que el edificio tenga una continuidad estructural bajo condiciones normales de funcionamiento, pero se segmenta cuando la propagación del daño es inevitable. Para ello definimos una jerarquía de daños en la que primero fallan las conexiones entre vigas y columnas mientras estas últimas se mantienen en pie. Hay daños parciales, pero evitamos el colapso total de la estructura», detalla José Miguel Adam.
Los diseños actuales evitan el derrumbe redistribuyendo el impacto inicial. Es un sistema eficaz que redistribuye las cargas de la zona que falla entre todos los componentes de la estructura que quedan intactos tras un primer impacto. Pero no es perfecto porque la misma protección puede provocar un efecto dominó y derribar toda la estructura. La solución del instituto Icitech añadiría un extra de seguridad, como una última línea de defensa que mantendría una zona a salvo para facilitar el rescate de sus habitantes o no partir de cero en la reconstrucción tras el desastre.
Pruebas a escala real con edificios probeta
Este proyecto empezó a gestarse hace siete años, con una de las becas Leonardo que otorga la Fundación BBVA para financiar ideas tan radicales como la de este ingeniero. José Miguel Adam se empeñó en construir edificios-probeta donde probar a escala real sus teorías de construcción. Inicialmente, se centró en las columnas de esquina porque el impacto en estos pilares pone en riesgo todo el edificio.
Fue solo el principio. Gracias a esa primera beca se plantó la semilla para nuevas líneas de investigación que contaron también con ayudas tan competitivas como las del Consejo de Europa. «Con esos estudios comprendimos los mecanismos ocultos que hay detrás de la propagación de fallos y se nos ocurrió que la solución sería segmentarlos. Nos inspiramos en el atentado del Pentágono del 11-S. Cuando el avión se estrelló contra el edificio, no hubo un fallo global porque el edificio tenía una junta de dilatación. Impacta el avión pero no propaga el colapso. Eso inspiró la solución que ahora tenemos entre manos», cuenta.
El edificio-probeta
Ingenieros de la UPV han construido
a escala real dos edificios donde han
ensayado su técnica de construcción
a prueba de terremotos, inundaciones,
explosiones o cualquier daño extremo
Forjado
compartimentado
Columnas
hidráulicas
Permiten en el
experimento simular qué ocurriría si se produce un fallo en uno o varios de los pilares o columnas del edificio
La clave del diseño está en colocar unos
"fusibles" estructurales que hacen que ante un daño, los elementos que se derrumban no arrastran al resto para evitar el colapso total del edificio
Forjado
compartimentado
Losas
alveolares
de hormigón
Vigas de
arriostramiento
independizadas
Pilares
prefabricados de
hormigón. Están
aislados y anclados
a las zapatas
centradas
Columna
de bisagra
de esquina
Cimentación
de zapatas arriostradas
de una mayor resistencia sísmica
Fuente: UPV / P. SÁNCHEZ / ABC
El edificio-probeta
Ingenieros de la UPV han construido
a escala real dos edificios donde han ensayado su técnica de construcción
a prueba de terremotos, inundaciones, explosiones o cualquier
daño extremo
Forjado
compartimentado
Columnas
hidráulicas
Permiten en el
experimento simular qué ocurriría si se produce un fallo en uno o varios de los pilares o columnas del edificio
La clave del diseño está en colocar unos "fusibles" estructurales que actúan de la misma manera que en las redes eléctricas cuando hay una sobrecarga: ante un daño,
los elementos que se derrumban no arrastran al resto para evitar el colapso total del edificio
Forjado compartimentado realizado con losas alveolares de hormigón. Evita que en un hundimiento
se arrastre a otros elementos
estructurales
Losas alveolares
de hormigón
Vigas de
arriostramiento
independizadas
Pilares
prefabricados de
hormigón. Están
aislados y anclados
a las zapatas
centradas
Columna
de bisagra
de esquina
Cimentación
de zapatas arriostradas
de una mayor
resistencia sísmica
Fuente: UPV / P. SÁNCHEZ / ABC
Para probar el diseño que ahora se publica en la revista Nature construyeron un edificio de 15 × 12 m con dos plantas de 2,6 m de altura utilizando hormigón armado prefabricado. Durante el proceso, Adam y sus colegas sometieron la estructura a dos fases de pruebas. La primera fase simuló un pequeño fallo inicial en el que se retiraron dos pilares a cada lado de una de las esquinas del edificio, lo que confirmó que el diseño ofrecía el soporte estructural convencional y se cumplía de forma holgada con los requerimientos de diseño actuales.
En la segunda fase se simuló un fallo inicial mucho más extremo en el que se eliminó la columna de la esquina restante. Mediante estas pruebas, los investigadores demostraron que el aislamiento del colapso basado en la jerarquía evitó con éxito el colapso de la totalidad de la estructura, y que sólo una parte del edificio falló.
Una realidad en dos años
La teoría ya está probada pero ahora se necesitarán dos años más para implementar el proyecto. El sistema, que se podría utilizar en edificios de nueva construcción de mediana altura (hasta 15 o 20 pisos), ya centra el interés de muchas empresas. El siguiente paso será diseñar una nueva técnica que permita añadir robustez a edificios críticos ya construidos, una nueva línea de investigación en la que ya trabaja el grupo de la Universidad Politécnica de Valencia.
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