Protegiendo las edificaciones contra terremotos

En todo el mundo, los terremotos severos regularmente sacuden regiones enteras. Más de dos billones de personas viven en zonas de riesgo – muchas de ellas en estructuras no construidas para soportar un terremoto. Junto con sus socios de la industria, investigadores del Instituto Fraunhofer para la Investigación en Madera WKI están desarrollando materiales de construcción diseñados para prevenir que los edificios colapsen durante un desastre natural.

Los terremotos reiteradamente claman demasiadas vidas, un hecho que los expertos indican que es debido a la falta de medidas preventivas – particularmente cuando se trata de la construcción y al incumplimiento de los estándares. Con demasiada frecuencia, las estructuras en áreas de riesgo no son construidas para soportar un terremoto – un asunto de estado que el Centro para las Estructuras Ligeras y Amigables con el Medio Ambiente del Instituto Fraunhofer para la Investigación de la Madera, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, está ahora urgentemente buscando abordar. Trabajando en colaboración con la División de Materiales Orgánicos de Edificación y Materiales de Madera de la Universidad Tecnológica de Braunschweig y el Instituto para Materiales de Edificación, Construcción de Concreto y Protección contra Incendio, así como también con sus socios de la industria tales como la empresa Pitzl Metallbau de Altheim, los investigadores están desarrollando soluciones para la industria de la construcción que podrían salvar miles de vidas. Actualmente, los ingenieros en el Instituto Fraunhofer IWK están trabajando en un sistema de refuerzo ultra-durable que protegerá incluso a las torres de gran altura durante un terremoto. El sistema de refuerzo consistente de conectores de acero controlados por sensores que ofrecen un alto nivel de rigidez mientras permanecen los suficientemente elásticos para mantener una integridad estructural en el caso de sacudidas extremas. Numerosas pruebas han demostrado que los conectores trabajan exactamente como fueron planeados. En una prueba, los investigadores estudiaron la naturaleza del estrés que es colocado sobre las estructuras al aplicar fuerzas dinámicas, estáticas y cíclicas; en otra, la vida de servicio de la estructura fue analizada utilizando la simulación ambiental. El enfoque está basado en el exitoso proyecto EU SERIES, el cual analizó la resistencia de las estructuras contra terremotos bajo cargas dinámicas.

Estructuras que se sacuden pero no se caen
El sistema de refuerzo resistente a terremotos ha sido diseñado para edificaciones con un diseño de montantes y travesaños, y conecta las vigas horizontales con el soporte vertical. Cuando es expuesto al viento o a temblores, los conectores deben ser lo suficientemente rígidos para mantener la deformación a un mínimo – pero también lo suficientemente elásticos para soportar terremotos fuertes. Si la deformación ocurre, no conduce a un estrés crítico – en otras palabras, el edificio se balancea, pero no colapsa. En un terremoto, los conectores se deslizan uno sobre otro, convirtiendo la energía cinética en energía de fricción – y previenen el colapso del edificio. Norbert Rüther, gerente del proyecto en el Instituto Fraunhofer WKI, explica: “El truco es utilizar la fricción para disipar la fuerza. Las partes individuales del conector son presionadas unas contra otras aplicando una fuerza significativa predefinida. Cuando el límite de estrés especificado es excedido, estas empiezan a deslizarse unas sobre otras.” Como resultado, es posible acomodar la deformación estructural sin comprometer la integridad estructural. Incluso después de un fuerte terremoto, tales estructuras mantienen la misma capacidad que antes, y aún son capaces de hacer frente al estrés colocado en un edificio de múltiples niveles. Esto significa que los edificios pueden soportar diversos terremotos sin sufrir daños significativos. En un sentido, estos surfean la ola del terremoto. “Toda la carga del peso, los materiales críticos para la seguridad son los mismos después del terremoto al igual que antes,” comentó Rüther.

Instalar el sistema de refuerzo dentro de un edificio es una tarea sencilla, y no requiere ningún mantenimiento. Además de esto, el Instituto Fraunhofer para la Ingeniería de Superficies y Películas Delgadas IST ha desarrollado sensores de presión y temperatura integrados en el conector, lo cual significa que es posible medir las fuerzas y el estrés asociado con el terremoto.

Un caso para la utilización de la madera en edificios de gran altura
El Instituto Fraunhofer WKI ha desarrollado sus conectores de refuerzo de forma que puedan ajustarse a los requerimientos de la aplicación individual – la forma en la cual los pernos son adjuntados y apretados, por ejemplo. También es posible ajustar la geometría del conector para adecuarse al tamaño de la estructura y los materiales utilizados. Rüther: “Nuestros conectores de alto desempeño son compatibles con cualquier material y estructura de soporte – que incluyen el concreto, el acero, el ladrillo y la madera.” Él defiende la utilización de la madera en edificios de múltiples niveles. “La madera es extremadamente durable, ligera pero aun así estable, y perfecta para los terremotos. En sus propiedades mecánicas, se compara muy bien con los compuestos altamente durables – aunque a un costo significativamente menor del material.” La mayoría de los países son escépticos sobre la utilización de la madera en tales casos, citando el riesgo de incendio. Sin embargo, ya existen buenas soluciones que contrarrestan esta amenaza. Los elementos de madera sólida con grandes perfiles, de hecho, son altamente resistentes al fuego y pueden preservar su integridad portante incluso después de horas de exposición al fuego.

Los conectores están actualmente en etapa de prototipo, y se espera que estén listos para su producción a gran escala en uno o dos años. Actualmente, los expertos están explorando la viabilidad económica de los conectores con miras a probarlos en edificaciones reales. Dado que todos los otros componentes están expuestos al estrés elástico lineal, no hay necesidad de ninguna otra contingencia adicional – en su lugar incrementa la rentabilidad general de la estructura.

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Instituto Fraunhofer para la Investigación en Madera WKI
El Instituto Fraunhofer para la Investigación en Madera se especializa en procesos tecnológicos, compuestos de fibras naturales, protección de la madera y control de emisiones, garantía de calidad de productos de madera, procedimientos para el reciclaje y la utilización de materiales de construcción orgánicos y la madera en la construcción. Casi todos los procedimientos y materiales los cuales resultan de las actividades de investigación en el Instituto también son utilizados industrialmente. El Instituto opera mundialmente y trabaja en proyectos relacionados con instituciones de investigación y sus socios industriales, por ejemplo: con empresas de las industrias de la madera y el mobiliario, la industria de la construcción, la industria automotriz y química www.wki.fraunhofer.de.