La plasticidad de los materiales presenta un gran desafío para los ingenieros que intentan construir estructuras resistentes a los terremotos. La plasticidad describe la deformación que ocurre en cualquier material cuando se le aplican fuerzas. Si las fuerzas son lo suficientemente fuertes, la forma del material se puede alterar permanentemente, lo que compromete su capacidad de funcionar correctamente. El acero puede experimentar deformación plástica, pero también el concreto. Y sin embargo, ambos materiales se utilizan ampliamente en casi todos los proyectos de construcción comercial.
La gran mayoría de las estructuras están hechos de acero y hormigón. Si bien esta combinación es conveniente y económica, las estructuras de acero y concreto no se sostienen tan bien en terremotos fuertes (7.0 de magnitud o más). Las columnas reforzadas convencionales dependen del acero y el concreto para disipar la energía durante terremotos fuertes, creando potencialmente deformación y daños permanentes en la columna y volviendo inutilizable la columna.
Bajo la carga de terremotos, los ingenieros permiten el daño de zonas localizadas de concentración de esfuerzos para la disipación de la energía y evitar el colapso toral de las estructuras. Si bien esta práctica es ampliamente aceptada, los efectos del daño pueden inferir con las operaciones de recuperación de desastres y tener un gran impacto económico en la comunidad. [1]
El ingeniero civil M. Saiid Saiidi de la Universidad de Nevada, Reno, y sus colegas, han descubierto una solución, han identificado varios materiales inteligentes como alternativas del acero y el hormigón en estructuras. Las aleaciones con memoria de forma son únicas en su capacidad para resistir una gran tensión y aun así regresar a su estado original, ya sea mediante calentamiento o superelasticidad.
Una aleación prometedora es el níquel titanio, o nitinol. Si bien la mayoría de las aleaciones con memoria de forma son solo sensibles a la temperatura, lo que significa que requieren una fuente de calor para volver a su forma original, el Nitinol también es superelástico. Esto significa que puede absorber el estrés impuesto por un terremoto y volver a su forma original, lo que hace que el nitinol sea una alternativa particularmente ventajosa al acero. De hecho, la superelasticidad del níquel titanio está entre 10 y 30 veces la elasticidad de metales normales como el acero.
Marcos de lentes hechos de Nitinol
Estos investigadores de la Universidad de Nevada, Reno, compararon el rendimiento sísmico de columnas de puentes de acero y hormigón con columnas de nitinol y hormigón. La aleación con memoria de forma superó a los materiales tradicionales en todos los niveles y experimentó mucho menos daño.
Si bien el costo inicial de un puente típico hecho de níquel titanio y estructura de concreto reforzado sería aproximadamente un 3% más alto que el costo de un puente convencional, el costo de vida útil del puente disminuiría. El puente no solo requeriría menos reparaciones, sino que también sería útil en caso de terremotos moderados y fuertes. Como resultado, luego de un fuerte terremoto, el puente permanecerá abierto a los vehículos de emergencia y a otro tipo de tráfico.
Referencias:
[1] Rafiee Misha. (17 de agosto de 2012). Smart Materials Improve Earthquake-Resistant Bridge Design. Portal web informativo Live Science. Recuperado de: https://www.livescience.com/22317-smart-materials-earthquake-safe-bridges-nsf-bts.html. Acceso: 7 de junio de 2018.
