Diseño inspirado en las lagartijas permite construir edificios a prueba de catástrofes

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Ingenieros de la Universidad Politécnica de Valencia crean un nuevo método de construcción que evita el colapso total de la estructura tras un desastre natural o una explosión.

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 se inspira en el comportamiento de las lagartijas y en el sistema de seguridad de las centrales hidroeléctricas.

Con una solución, casi de costo cero para edificios de nueva construcción, se evitaría el colapso total del edificio, al aislar el daño inicial.

«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 costos que tendría el colapso completo de la estructura», explica Adam 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.

“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.

Para probar el diseño 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.

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.

Fuente: Nature