El proyecto SHDS (Seismic-resistant Highly Deformable Structures) se cimenta en los resultados de otro proyecto financiado con fondos europeos denominado ANAGENNISI, cuya labor se centra en reutilizar partículas de caucho de neumáticos para reemplazar áridos —tanto finos como gruesos— empleados en la elaboración de hormigón.
Mediante el empleo de este «hormigón altamente deformable» (HDC, High deformability concrete) en la fabricación de vigas de acoplamiento flexibles y el diseño de muros dúctiles sismorresistentes, el equipo se propone desarrollar una estructura con un comportamiento controlado en la que los daños se concentran en elementos concretos destinados a absorberlos. Esto se materializa en reparaciones más sencillas y rápidas, además de contribuir a una economía circular.
El Dr. David Escolano, beneficiario de una beca Marie Curie en la Universidad de Sheffield y coordinador de SHDS, nos expone los grandes logros que ha alcanzado el proyecto hasta la fecha.
La iniciativa sitúa el foco de atención en el comportamiento de la estructura en lugar de en su resistencia. ¿En qué estriba la importancia de este enfoque?
Dr. David Escolano: En los métodos basados en las fuerzas, la actividad sísmica se define utilizando «fuerzas equivalentes» distribuidas a lo largo de la estructura. La elasticidad de estas fuerzas depende del nivel de riesgo de la zona —aceleración del suelo— y, en lugares con un riesgo sísmico elevado, los códigos de edificación vigentes permiten reducir las fuerzas laterales. Esto se traduce en estructuras más rentables, por supuesto siempre que puedan soportar una cantidad determinada de daño antes de derrumbarse.
Aunque esta filosofía de diseño resulta sencilla, fácil de aplicar y efectiva a la hora de evitar posibles pérdidas humanas, los ingenieros están cambiando a una perspectiva que les permite diseñar estructuras capaces de resistir terremotos de diversa magnitud limitando los daños a unos niveles predeterminados, esto es, un diseño basado en prestaciones (PBD). Este tipo de diseños posibilitarían el desarrollo de estructuras óptimas, que se maximice el uso de los recursos a la par que se minimizan los costes, todo ello obteniendo unos niveles de seguridad adecuados y haciendo posible que los diseñadores experimenten con diseños, materiales y elementos estructurales innovadores a fin de alcanzar las prestaciones deseadas.
¿Qué aporta SHDS en este sentido?
el proyecto SHDS se centra en un elemento estructural muy concreto: las vigas de acoplamiento de que se emplean en sistemas de muros acoplados. Estos sistemas se componen de dos o más muros estructurales unidos mediante vigas según un patrón regular que se extiende a lo largo de la estructura. Esta disposición mejora las prestaciones de cada uno de los muros durante un seísmo y proporciona una fuente muy estable de disipación de energía.
Dado que el comportamiento general del sistema depende en gran medida de la capacidad de deformación de las vigas de acoplamiento, nuestro objetivo consiste en desarrollar soluciones innovadoras para la fabricación de este tipo de vigas con una capacidad de deformación sin parangón sirviéndonos de un avance reciente, el HDC.
¿Qué es HDC y dónde reside su valor añadido para este proyecto?
El HDC es un producto desarrollado por el proyecto ANAGENNISI, dedicado a buscar modos de reutilizar la totalidad de los componentes de los neumáticos usados en aplicaciones de gran valor relacionadas con el hormigón. Una de sus metas consiste en sustituir los áridos minerales del hormigón por partículas de caucho con el fin de aumentar la capacidad de deformación del hormigón convencional, que se quiebra con facilidad.
Ya que para alcanzar un grado alto de deformabilidad se requiere un contenido de caucho elevado y esto a su vez disminuye la resistencia a la compresión del material en hasta un 90 %, junto al HDC también se utiliza un recubrimiento elaborado con composites avanzados para incrementar dicha resistencia a nivel estructural manteniendo la gran capacidad de deformación axial del hormigón con caucho. Revistiendo las columnas de este hormigón con un recubrimiento de aramida de 1,6 metros de grosor se puede conseguir una mejora extraordinaria de la resistencia y la deformabilidad.
Dos de los principales argumentos que esgrime en favor de este nuevo tipo de hormigón son su sostenibilidad y la facilidad con que se repara. ¿Podría ofrecer detalles al respecto?
El PBD permite a los ingenieros idear elementos predeterminados con un diseño eficaz que pueden absorber los daños provocados por un terremoto. De esta forma, las reparaciones posteriores al seísmo en las estructuras construidas con este tipo de diseño se focalizarían en dichos elementos en lugar de en toda la estructura. Las vigas de acoplamiento que está desarrollando el proyecto actúan de manera similar a los fusibles y representan el primer elemento para contener una cantidad considerable de daños durante un terremoto, protegiendo también a la mayor parte del resto de elementos estructurales y no estructurales.
En lo que concierne a la sostenibilidad, estas vigas de acoplamiento pueden reemplazarse fácilmente tras producirse fenómenos sísmicos de gran intensidad, minimizando así la necesidad de acometer costosas reparaciones y limitando el impacto para la comunidad al propiciar que los residentes de los edificios puedan regresar a sus hogares en un lapso mucho más breve. Estas vigas también incluyen materiales recuperados de neumáticos usados, lo que contribuye a una economía más respetuosa con el medio ambiente al reducirse la generación de residuos y el consumo de materias primas.
¿Qué puede contarnos sobre los resultados obtenidos hasta la fecha en la fase de pruebas?
En lo que atañe a los materiales, hemos puesto a prueba más de trescientos cilindros y cubos con el propósito de analizar las propiedades —originales y reforzadas— del hormigón con caucho. Probamos con diferentes mezclas y proporciones de caucho, y finalmente desarrollamos una mezcla optimizada en la que se ha reemplazado un 60 % de los áridos minerales finos y gruesos por este material. Esta mezcla optimizada se utilizó en el desarrollo del HDC definitivo.
Tras esto, se pusieron a prueba diferentes tipos de recubrimiento elaborados con compuestos avanzados, entre ellos la aramida y polímeros reforzados con fibra de carbono, para obtener la mejor combinación de capacidad de deformación y resistencia. El HDC resultante puede alcanzar las cotas de resistencia a la compresión necesarias en las estructuras (40-120 MPa) con una deformación axial máxima veinte veces superior a la del hormigón convencional.Los resultados alcanzados por SHDS hasta la fecha son muy prometedores y demuestran que las vigas de acoplamiento hechas de HDC pueden soportar cargas similares a las de las vigas convencionales pero con una capacidad de deformación cuatro veces mayor.
¿Se han establecido contactos con inversores potenciales?
Aún no hemos contactado con posibles inversores. En lo que respecta a las aplicaciones estructurales, nos encontramos en nivel de madurez tecnológica cinco, por lo que no estamos listos para comercializar el producto todavía. Aún estamos desarrollando la tecnología y debemos adquirir un mayor grado de comprensión del material y sus prestaciones estructurales antes de poder pasar al siguiente nivel. También estamos realizando pruebas para evaluar la durabilidad del novedoso HDC a largo plazo.
Otra cuestión importante a tener en cuenta es que no existen estándares para el material y las soluciones de ingeniería desarrolladas, por lo que resulta necesario seguir trabajando en este sentido para posibilitar la utilización de estas novedosas tecnologías. Sin embargo, estamos entusiasmados con lo que hemos descubierto hasta ahora y esperamos que el sector de la construcción sepa apreciar el valor de las diversas innovaciones que les estamos proponiendo.
¿Cuáles son sus planes para después del proyecto?
La labor de SHDS ha reportado algunos resultados muy positivos, pero también ha planteado una serie de interrogantes muy interesantes relacionados con el comportamiento físico y estructural del HDC y sus numerosos usos potenciales en aplicaciones estructurales. Si tenemos la oportunidad, nos gustaría seguir adquiriendo conocimientos sobre este material y estudiar su comportamiento a largo plazo —incluyendo el deslizamiento y la fatiga— y frente a incendios e impactos.
SHDS
Financiado con arreglo a H2020-EU.1.3.2.
Página del proyecto en CORDIS
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