Neum¨¢ticos reciclados para evitar el derrumbe de edificios
Un proyecto universitario propone crear cimientos hechos con tierra mezclada con caucho para contrarrestar las vibraciones s¨ªsmicas
Seg¨²n las cifras oficiales, 1.650 personas han muerto, 5.000 est¨¢ desaparecidas y hay cerca de 50.000 desplazados como consecuencia del terremoto seguido de un tsunami que sacudi¨® el pasado 28 de septiembre la isla indonesia de C¨¦lebes. Naciones Unidas calcula que cerca de 200.000 personas necesitan ayuda humanitaria de manera urgente.
Los seismos son uno de los desastres naturales m¨¢s mort¨ªferos, ya que aunque s¨®lo representaron el 7,5% de estos sucesos entre 1994 y 2013, causaron el 37% de las muertes. Y, como ocurre con todos los desastres naturales, no son los pa¨ªses que sufren m¨¢s terremotos los que sufren las mayores p¨¦rdidas. El n¨²mero de personas que mueren en este tipo de desastres naturales est¨¢ relacionado con el grado de desarrollo del pa¨ªs.
En las islas C¨¦lebes ahora, como en Lombok el pasado agosto, en Ciudad de M¨¦xico en 2017 o en Nepal en 2015, muchas muertes han sido causadas por el colapso de las fr¨¢giles viviendas locales incapaces de resistir las replicas procedentes del seismo. En t¨¦rminos generales, la baja calidad de los materiales utilizados, la falta de acondicionamiento de las estructuras existentes y una planificaci¨®n urbana inadecuada son las razones principales por las que los fen¨®menos s¨ªsmicos son m¨¢s destructivos en los pa¨ªses en desarrollo.
En respuesta a este problema, en la Edinburgh Napier University se est¨¢ trabajando durante los ¨²ltimos cuatro a?os en una forma de crear cimientos de edificios baratos que absorban mejor las vibraciones s¨ªsmicas y evitar con ello que las estructuras se derrumben durante un terremoto.
La mezcla de caucho reciclado y arena permite cambiar la frecuencia natural del terreno
El componente clave de estos cimientos es el caucho de los neum¨¢ticos de desecho, que, dicho sea de paso, son dif¨ªciles de eliminar, por lo que se suelen tirar en vertederos o se incineran, liberando grandes cantidades de di¨®xido de carbono y gases t¨®xicos compuestos de metales pesados.
Mezcla de caucho y tierra
Los intentos previos para proteger los edificios de los terremotos alterando sus cimientos han dado resultados prometedores. Por ejemplo, una barrera vibratoria subterr¨¢nea recientemente desarrollada ha conseguido reducir entre el 40% y el 80% del movimiento resultante en la superficie del suelo. Pero la gran mayor¨ªa de estos sofisticados m¨¦todos de aislamiento s¨ªsmico son caros y dif¨ªciles de instalar, sobre todo bajo edificios ya existentes.
Nuestra propuesta consiste en crear cimientos hechos con tierra de la zona mezclada con algunos de los 15 millones de toneladas de neum¨¢ticos de desecho que se producen anualmente. De esta forma, la mezcla de caucho reciclado y tierra ser¨ªa capaz de reducir el efecto de las vibraciones s¨ªsmicas en los edificios que se encuentran en la superficie. Y m¨¢s importante, podr¨ªa adaptarse f¨¢cilmente a los edificios ya existentes por poco dinero, lo que hace que esta soluci¨®n sea particularmente adecuada para los pa¨ªses en desarrollo.
Varias investigaciones han demostrado que la introducci¨®n de part¨ªculas de caucho en el suelo permite aumentar la cantidad de energ¨ªa que disipa. El terremoto hace que el caucho se deforme, absorbiendo la energ¨ªa de las vibraciones de una manera similar a c¨®mo ocurre en el exterior de un coche dise?ado para contraerse en un choque y as¨ª proteger a las personas que est¨¢n en su interior. Por otra parte, la gran rigidez aportada por las part¨ªculas de arena del suelo y la fricci¨®n entre ellas ayuda a mantener la mezcla consistente, capaz de resistir los posibles asentamientos en el subsuelo.
Mis colegas y yo hemos demostrado que la mezcla de caucho reciclado y arena permite cambiar la frecuencia natural del terreno y la forma en la que interact¨²a con la estructura que se encuentra encima. Esto podr¨ªa contribuir a evitar el com¨²nmente temido fen¨®meno de resonancia que ocurre cuando la fuerza s¨ªsmica tiene una frecuencia de vibraci¨®n similar a la de la vibraci¨®n natural del edificio. Si las vibraciones coinciden, se retroalimentan entre s¨ª, amplificando dram¨¢ticamente el temblor procedente del terremoto y provocando el colapso de la estructura, como ocurri¨® en el famoso caso del puente de Tacoma Narrows en 1940. De este modo, la introducci¨®n de caucho reciclado en el terreno puede contrarrestar las vibraciones s¨ªsmicas para que esto no ocurra.
Un futuro prometedor
La clave para que esta tecnolog¨ªa funcione es encontrar el porcentaje ¨®ptimo de caucho necesario. Nuestros c¨¢lculos preliminares, los cuales se encuentran en la l¨ªnea de investigaciones previas, indican que una capa de mezcla de caucho y tierra de entre uno y cinco metros de espesor debajo de un edificio reducir¨ªa la fuerza m¨¢xima de aceleraci¨®n horizontal de un terremoto entre un 50% y un 70%.
La clave para que esta tecnolog¨ªa funcione es encontrar el porcentaje ¨®ptimo de caucho necesario
En la actualidad estamos experimentado con cimientos compuestos de diferentes proporciones de caucho y tierra para lograr un modelo m¨¢s eficiente, y para comprobar c¨®mo afectan los diferentes tipos de terremotos. Sin ninguna duda, el verdadero reto de esta investigaci¨®n es probar la viabilidad del sistema. Para ello, estamos ahora testando experimentos con modelos a peque?a escala para tratar de entender c¨®mo funciona el sistema y de esta forma validar la fiabilidad de las simulaciones que estamos llevando a cabo por ordenador.
El objetivo a medio-largo plazo de la investigaci¨®n sigue siendo experimentar con esta t¨¦cnica de construcci¨®n a gran escala, lo que implicar¨ªa construir modelos de edificios a tama?o real y someterlos a condiciones extremas en base a los terremotos registrados. Pero para hacerlo necesitamos alcanzar un mayor grado de especializaci¨®n y para ello hace falta mayor colaboraci¨®n por parte tanto de empresas privadas como de otras universidades interesadas en el sistema. Finalmente, solo quedar¨ªa probar la soluci¨®n en un edificio real convenciendo a los propietarios de que vale la pena.
Este art¨ªculo fue publicado originalmente en The Conversation
Juan Bernal S¨¢nchez es investigador en la Universidad Napier de Edimburgo.
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