A veces ocurren grandes innovaciones cuando sales de tu zona de confort. Lo comprobamos cuando decidimos probar un nuevo sistema para evitar el colapso de edificios con un edificio experimental a escala real. El nuevo diseño del edificio que proponemos, sorprendentemente, evita que se derrumbe por completo ante cualquier evento extremo, como un gran impacto, una explosión o un ataque terrorista. Incluso previene caídas de cadenas después de un desastre natural como un terremoto o un deslizamiento de tierra.
Además, en ocasiones, las grandes innovaciones surgen de imitar lo que ocurre en la naturaleza. En este caso, el sistema que desarrollamos es una estrategia defensiva ante una catástrofe que imita el comportamiento de los lagartos cuando pierden la cola.
El resultado de nuestro trabajo ha tenido un enorme eco internacional. Revista Naturaleza (uno de los de mayor impacto científico) lo incluyó en su portada, algo digno de destacar si tenemos en cuenta que es la primera vez que la investigación en el campo de la construcción y el diseño de edificación ocupa su portada.
El proceso para llegar hasta aquí ha sido toda una aventura. Siete años de trabajo y dos segundos para terminar de derribar un edificio.
Puente Haengju y Torres Champlain
Bienes comunes de Wikimedia
Once tramos del puente Haengju, Corea del Sur, colapsaron por completo tras el fallo inicial de uno de ellos durante la construcción. Las Champlain Towers de Miami se derrumbaron en un efecto dominó tras una falla estructural local. La Agencia de Gestión de Desastres y Emergencias señaló que sólo en territorio turco, al menos 5.606 edificios se derrumbaron durante y después del terremoto del 6 de febrero de 2023.
Las víctimas humanas a menudo no son causadas por acciones externas, como un terremoto, sino por el colapso de edificios.
Los desastres ocurridos entre 2000 y 2019 han causado 1,23 millones de muertes y 2,97 billones de dólares en pérdidas económicas. Muchas de estas pérdidas pueden atribuirse a derrumbes de edificios.
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por qué caen
Los derrumbes se producen debido a una “falla inicial” ubicada en una parte específica de un edificio. A partir de ese fallo comienza una cadena de fallos que se propagan al resto de la estructura, como si de un efecto dominó se tratara.
Las causas iniciales pueden ser diversas: terremotos, inundaciones, tormentas, deslizamientos de tierra, explosiones, impactos de vehículos, el envejecimiento de la propia estructura o incluso errores de construcción o diseño.
Los métodos actuales de diseño de estructuras de edificios se centran en prevenir el inicio del colapso después de una pequeña falla local. Se consigue haciendo que todos los elementos de la estructura estén estrechamente conectados, de modo que la carga que soporta cualquier elemento que falle se redistribuya al resto de la estructura. Pero si el fallo inicial es grande, el sistema no funciona y el puente o edificio se cae.
En estas situaciones, la aplicación de diseños basados en una alta conectividad entre elementos puede resultar incluso perjudicial, porque las partes del edificio que colapsan pueden tirar del resto de la estructura, generando un colapso en cadena que puede afectar a toda la estructura. la estructura. El hecho de que los colapsos más catastróficos se hayan debido a grandes fallas iniciales genera preocupación sobre la efectividad de los diseños actuales.
Cómo lo abordamos
El artículo que hemos publicado en Naturaleza Incluye un nuevo diseño, que cumple con los requisitos de los códigos actuales, pero evita que se propague un colapso después de una pequeña falla local inicial. El diseño introduce un nuevo enfoque, análogo a cómo “los lagartos pierden la cola cuando se enfrentan a una amenaza externa”. Hacemos que el colapso inicial sea aislado y… “perdido”.
El truco está en la implementación de fusibles estructurales, que permitan segmentar el edificio en caso de fallo. Es decir, perdemos una parte del edificio para preservar el resto.
Las columnas y la cola de los lagartos.
Los componentes más importantes para que un edificio se mantenga en pie son las columnas. Si las columnas fallan, todo lo que sostienen se derrumba. Para evitar fallas sucesivas de las columnas, nuestro diseño garantiza que las conexiones de vigas y losas a las columnas estén diseñadas para fallar antes de que puedan transmitir fuerzas suficientes para romper las columnas sucesivamente.
Nuestro diseño está inspirado en cómo los lagartos se protegen de los depredadores cuando se ven amenazados, soltando su cola para ello. Este sacrificio táctico evita que sean devorados.
En condiciones normales, los lagartos retienen y utilizan su cola. En el caso de las edificaciones, nuestro diseño asegura un alto nivel de conectividad entre elementos en situaciones normales y accidentales definidas en los códigos de diseño. Sin embargo, cuando un gran fallo inicial va a propagarse al resto del edificio, el derrumbe se aísla, protegiendo el resto.
Lo ponemos a prueba
El diseño fue probado e implementado en una única prueba en un edificio prefabricado de hormigón a gran escala. La prueba reveló que el diseño es efectivo y puede aplicarse a muy bajo costo, utilizando técnicas y elementos que ya son comúnmente utilizados en el sector de la construcción.
El edificio que permanece en pie sufre sólo daños menores, lo que permite realizar operaciones de rescate y evacuación seguras, salvando vidas en caso de una situación extrema.
En futuros trabajos en el marco del proyecto. Perdurar Probaremos este diseño en otros dos edificios: con estructura de hormigón ejecutada en obra y con estructura de acero.
También desarrollaremos métodos de diseño simplificados para facilitar su uso en la práctica diaria de la ingeniería y la arquitectura. Estas medidas deberían ayudarnos a construir edificios sólidos para una sociedad más resiliente.
