Nuevos materiales

Papel tapiz sísmico

Johan Antonio Pin Molina 0 Comments

El último avance en Italia, con el objetivo de reducir o prevenir la pérdida de vidas y propiedades cuando ocurren eventos repentinos como los terremotos, es el “Papel Tapiz Sísmico”, material delgado y tejido hecho de fibras de vidrio y plástico que se adhiere a las paredes para aumentar su resistencia al agrietamiento y al colapso. Este tipo de textiles también se puede usar para reforzar los diques y terraplenes construidos para prevenir derrumbes e inundaciones.

Las estructuras textiles se usan ampliamente en la construcción en forma de geotextiles. En aplicaciones geotécnicas, estos materiales proporcionan refuerzo para pendientes, estructuras de retención, carreteras, terraplenes, así como varias estructuras de drenaje. En las aplicaciones de albañilería, los textiles están adquiriendo mayor importancia ya que proporcionan una técnica no intrusiva para proporcionar resistencia de refuerzo a una estructura (dañada o no dañada) [1]. El reacondicionamiento de muros de mampostería y estructuras de suelo existente es particularmente importante para la protección de edificios históricos y otras estructuras. Las estructuras de mampostería no reforzada son altamente vulnerables porque al estar originalmente diseñadas para cargas de gravedad, a menudo no pueden soportar cargas horizontales dinámicas en caso de fuertes terremotos.

Liderando este esfuerzo revolucionario está el proyecto POLYTECT (por sus siglas en ingles de Textiles Técnicos Polifuncionales) financiado con fondos comunitarios unieno investigadores de 12 países para actuar en contra de los peligros naturales.

El coordinador del proyecto POLYTECT Donato Zangani, de la firma de ingeniería con sede en Génova D´Appolonia en Italia, junto con su equipo descubrió una forma de unir fibras de vidrio y plástico en tres direcciones diferentes, con el objetivo de dar soporte a las edificaciones independientemente de la dirección en que viajan las ondas sísmicas. Este grupo de investigadores encontró la manera de tejer sensores de fibra óptica en el papel tapiz usando señales láser para monitorear el estado de las paredes antes, durante y después de un terremoto. Estos sensores pueden informar si existe algún daño en la pared y, de ser así, dónde están localizados. De esta manera se puede determianr si un edificio es todavía seguro.

Este revolucionario material de reforzamiento fue probado exhaustivamente en el Centro Europeo de Formación e Investigación de Ingeniería de Terremotos en Pavia, Italia, que tiene una mesa vibratoria que mide la capacidad de las estructuras para resistir sacudidas violentas. En la prueba fue construida una casa de mapostería se piedra de dos pisos y casi 5 metros de altura, similar a los edificios existentes en áreas históricas del centro de Italia, esta casa casi de derrumba ante las sacudidas. Luego, la casa fue reparada y recubierta con el Papel Tapiz Sísmico y permaneció intacta cuando fue sometida a sacudidas nuevamente. [2]

Debido a que son rígidos y quebradizos, los edificios de mampostería se pueden agrietar y colapsar muy rápidamente durante un terremoto. La clave del Papel Tapiz Sísmico es que absorbe y disipa parte de la energía del terremoto. El papel tapiz, que se puede pintar, tiene varios milímetros de grosor y pegado a paredes internas o externas con aproximadamente 1 centímetro de adhesivo a base de mortero.

Las pruebas han demostrado que el material de POLYTECT puede aumentar más de tres veces la resistencia estructural de los edificios, y le da a las paredes agrietadas una resistencia adicional para resistir la acción sísmica. También se pueden incorporar textiles similares en los diques y otras barreras de tierra para evitar o disminuir inundaciones y deslizamientos de tierra, y, como en los edificios, usar sensores para identificar puntos débiles y proporcionar una alarma en caso fallas.

Un material similar ha sido desarrollado en Colombia por Bayer Material Science bajo el nombre de EQ-Top, una medida de protección económica y efectiva para terremotos, en forma de tejido de fibra de vidrio combinada con un adhesivo especial que “se pega a la pared como un papel mural” e incrementa la estabilidad de la estructura, y por lo tanto reduce el riesgo de que la misma se convierta en una trampa mortal.

EQ-Top permite fortalecer sistemáticamente los puntos débiles de los muros de mampostería en donde el estrés es especialmente alto, como las esquinas de los marcos de las puertas, ventanas o el mortero entre ladrillos. Distribuye el impacto de la energía del terremoto a través de toda la superficie de la pared, lo que ayuda a absorber la energía y previene punto de concentración del estrés.

Agiretamiento en paredes de mampostería por causa de terremotos

EQ-Top fue capaz de probar su valor en numerosas pruebas. Los investigadores llevaron su sistema al límite en los ensayos. Se usaron gigantescas prensas hidráulicas para aplastar un segmento de pared después del otro – algunas reforzadas por el sistema EQ-Top y otras sin él, para hacer la comparación. La diferencia fue notable. Los ladrillos de la pared protegida no se derrumbaron bajo la presión fuerte, pues el tejido de fibra de vidrio y el adhesivo siempre la mantuvieron unida. En contraste, la pared no reforzada simplemente colapsó. [3]

Los investigadores están convencidos que sistemas como el EQ-Top o POLYTECT pudieron haber prevenido las consecuencias más graves de algunos terremotos como el de Nueva Zelanda en el 2011 donde muchas paredes se derrumbaron y muchas casas colapsaron.

Referencias:

[1] Textiles técnicos polifuncionales contra riesgos naturales. CORDIS, Servicio de Información Comunitario de Investigación y Desarrollo. Portal Público de la Comisión Europea. Recuperado de: https://cordis.europa.eu/project/rcn/81556_en.html. Acceso: miércoles 23 de mayo de 2018.

[2] El “papel tapiz sísmico” revolucionario puede ayudar a edificios frágiles a soportar terremotos (27 de noviembre de 2014). Página Web oficial de la Comisión Europea. Recuperado de: http://ec.europa.eu/research/infocentre/article_en.cfm?artid=33417#. Acceso: miércoles 23 de mayo de 2018.

[3] Bayer lanza en Colombia nuevo papel tapiz antisísmico (21 de abril de 2012). Portal web oficial de la radio Santa Fe 1070 a.m. Bogotá, Colombia. Recuperado de: http://www.radiosantafe.com/2012/04/21/bayer-lanza-en-colombia-nuevo-papel-tapiz-antisismico/. Acceso: miércoles 23 de mayo de 2018.

Envolturas con fibras de carbono

Johan Antonio Pin Molina 0 Comments

Una solución prometedora para mejorar el desempeño sísmico de las edificaciones y quizás mucho más fácil de implementar que aisladores de base o disipadores, requiere de una tecnología conocida como envoltura de plástico reforzado con fibras o FRP. Los fabricantes producen estas envolturas mezclando fibras de carbono con polímeros aglutinantes, como epoxi, poliéster, éster de vinilo o nylon, para crear un material compuesto ligero pero increíblemente fuerte. [1]

Refuerzo de estructuras con envolturas de FRP

En su procedimiento, los ingenieros simplemente envuelven el material alrededor de las columnas de soporte de concreto de los puentes o edificios y luego bombean epoxi presurizado en el espacio entre la columna y el material. Según los requisitos de diseño, los ingenieros pueden repetir este proceso seis u ocho veces, creando un haz envuelto en una momia con una resistencia y ductilidad significativamente más altas. Sorprendentemente, incluso las columnas dañadas por el terremoto pueden repararse con envolturas de fibra de carbono. En un estudio, los investigadores encontraron que las columnas debilitadas del puente de la carretera captadas con el material compuesto eran 24 a 38 por ciento más fuertes que las columnas sin envolver. [2]

Referencias:

[1] 10 Tecnologías que ayudan a los edificios a resistir los terremotos: Carbon-fiber wrap. Howstuffworks, plataforma web informativa. Recuperado de: https://science.howstuffworks.com/innovation/science-questions/10-technologies-that-help-buildings-resist-earthquakes8.htm. Acceso: 25 de mayo de 2018.

[2] Saadatmanesh H., Mohammad R. and Jin L. (1997). Repair of Earthquake-Damaged RC Columns with FRP Wraps. ACI Structural Journal. 94 (2), 206-214.

Bricker

Johan Antonio Pin Molina 0 Comments

Mientras que Turquía es conocida como un destino de vacaciones caluroso y soleado, también se enfrenta a bajas temperaturas, lo que significa que tiene necesidades sustanciales de calefacción y refrigeración para sus edificios. El país también se encuentra en una de las zonas sísmicas más activas del mundo y las medidas de eficiencia energética deben ser resistentes a los terremotos.

Una consideración adicional es la ubicación del país en una de las regiones más sísmicamente activas del mundo. Esto requiere una cuidadosa selección de medidas de eficiencia energética para garantizar el cumplimiento de las normas de construcción de terremotos. Estos estándares tienen prioridad sobre cualquier trabajo de retroadaptación si los materiales y sistemas utilizados no coinciden con los requisitos de seguridad.

Un ejemplo es el cambio de imagen verde del Hospital Universitario Adnan Menderes, en el oeste de Turquía, donde los colectores solares parabólicos con seguimiento solar, que producirán alrededor de 1.000kW, se están instalando bajo un proyecto de demostración europeo llamado BRICKER.

Hospital Universitario Adnan Menderes

Aunque no está diseñado específicamente para un área propensa a terremotos, esta medida cumple con las regulaciones de resistencia sísmica, debido a que el campo solar se construye a nivel del suelo y ligeramente alejado de cualquier edificio. La intervención también incluye un nuevo sistema de tres generaciones que produce electricidad, calefacción y refrigeración de una sola vez, lo que hace que la energía vaya más allá. [1]

El proyecto BRICKER es una iniciativa de cuatro años destinada a desarrollar un sistema replicable y rentable para la modernización de edificios existentes no públicos de propiedad pública. Al implementar un paquete de medidas en dos sitios de demostración diferentes en condiciones reales, proporcionará orientación y estrategias para abordar tanto la tecnología como los desafíos regulatorios.

Referencias:

[1] Mark Thompson (12 de octubre de 2017). Terremotos, edificios y energía verde: el acto de equilibrio de Turquía. Sitio web oficial del proyecto Bricker: Energy Reduction in public building stock. Recuperado de: http://www.bricker-project.com/News/Articles/earthquakes–buildings-and-green-energy-turkeys-balancing-act.kl. Acceso: martes 26 de junio de 2018.

Cartón

Johan Antonio Pin Molina 0 Comments

Para países en desarrollo, donde no es económicamente viable incorporar tecnologías antisísmicas en casa o edificios, equipos de ingenieros trabajan en todo el mundo para diseñar estructuras resistentes a los terremotos utilizando materiales disponibles localmente o de fácil obtención.

Siendo este el caso, cabe mencionar al arquitecto japonés Shigeru Ban, ganador del Premio Pritzker 2014, uno de los galardones más importantes en arquitectura, por su conocido uso innovador de materiales como el cartón en algunos tipos de construcciones. Este arquitecto que ha estado construyendo con cartón desde 1986, ha diseñado todo, desde un museo de arte en Metz, Francia, hasta un alojamiento de emergencia después del terremoto y el tsunami en Japón.

Su obra más representativa se trata de la nueva Catedral de Transición, ubicada en Christchurch, Nueva Zelanda, ubicada en una zona de elevada actividad sísmica ya que este país forma parte del Cinturón de Fuego del Pacífico. El antiguo edificio de la catedral fue destruida por el devastador terremoto de 2011.

Catedral de Transición, en Christchurch, Nueva Zenada

Con una estructura de fachada en forma de A, hecha de 98 tubos de cartón gigantes con una base de madera, acero y concreto, la nueva Catedral de Transición albergará a 700 fieles y está diseñada para durar hasta 50 años. Los tubos están recubiertos con tres capas de poliuretano impermeable y la mayoría están protegidos por el techo de policarbonato, que es translúcido y se ilumina cuando la catedral se ilumina por la noche. Ban dice que la nueva catedral es a prueba de terremotos, a prueba de fuego y no se mojará en la lluvia. El arquitecto japonés usaba papel para espacios interiores cuando se dio cuenta que era lo suficientemente fuerte para ser utilizado como elemento estructural puesto que la madera y el cartón pueden soportar terremotos que destruirían estructuras de hormigón. [1]

Estructura principal de la Catedral de la Transición construida con tubos gigantes de cartón

Las estructuras de cartón y madera son naturalmente más resistentes a los terremotos. El concreto es más pesado, por lo que tiene más inercia y también genera más impulso cuando se desplaza durante un terremoto. Además, la flexibilidad de la madera y el cartón significa que tienen más fuerza bajo tensión y pueden absorber mucha energía con el colapso. Otro aspecto positivo es que, si una estructura de cartón llegase a colapsar, es mucho menos probable aplastar a las personas reunidas en el interior.

La Catedral de Transición, que incluye vigas de madera dentro de los tubos de cartón que forman la estructura principal, está hecho para resistir hasta 1.2g de fuerza lateral, un evento que se esperaría en la región una vez en mil años.

Referencias:

[1] Michael Slezak (16 de agosto de 2013). Catedral a prueba de terremotos hecha de cartón develado. NewScientist, Plataforma web informativa. Recuperado de: https://www.newscientist.com/article/dn24058-quake-proof-cathedral-made-of-cardboard-unveiled/. Acceso: martes 5 de junio de 2018.