Construyen estructuras de máxima resistencia, con escasos materiales

El desarrollo de estructuras que puedan soportar las mayores presiones empleando una mínima cantidad de materiales es uno de los objetivos primordiales de la industria de la construcción en la actualidad. Ingenieros e investigadores han logrado un importante avance en este sentido, gracias al diseño de una nueva metodología de construcción, con la que han elaborado una delgada y resistente estructura de madera que abarca una gran superficie. 

Según los especialistas, el armazón de madera diseñado es mucho más delgado que cualquier otra estructura de su tipo creada hasta hoy. Con un grosor de apenas cuatro centímetros y una superficie de más de 100 metros cuadrados, es la prueba concreta del éxito que podría tener la nueva metodología de construcción. Para soportar las presiones más extremas, el armazón emplea una estructura de adaptación y ha sido manipulado a través de unidades hidráulicas. 

El gran avance realizado por estos investigadores se sustenta en el logro de un ahorro drástico de materiales y una mejor reacción a las cargas dinámicas en las estructuras trabajadas, a través de una manipulación activa de las mismas. De esta forma, se optimiza la resistencia de las estructuras empleando una mínima cantidad de materiales.

Estructuras ultraligeras y adaptables 

Hasta el momento, las estructuras siempre han sido diseñadas para una tensión máxima exacta, pero este tipo de estrés sólo se produce en casos muy especiales y durante un corto período. Una gran parte de los materiales de construcción utilizados en la actualidad sirven para este cometido, pero sin embargo se emplean con este fin solamente en situaciones muy concretas. 

El objetivo de las estructuras ultraligeras desarrolladas en la Universidad de Stuttgart es lograr un gran ahorro de materiales y una reacción más eficiente a las cargas dinámicas, a través de la manipulación activa de las estructuras. 

Estas unidades se ubican en los puntos de apoyo del armazón y generan movimientos que compensan de manera específica a la estructura frente a deformaciones y tensiones en los materiales, a causa de efectos externos como viento, nieve y otras cargas. El armazón de madera se apoya en cuatro puntos, tres de los cuales se pueden mover de forma individual a través de cilindros hidráulicos, aportando dinamismo a la estructura. 

Al mismo tiempo, distintos sensores registran el estado de carga y tensión en numerosos puntos sobre la estructura. Los movimientos selectivos de los puntos de apoyo permiten contrarrestar las cargas variables, por ejemplo en el caso de la nieve o el viento, y de esta forma logran reducir las deformaciones y tensiones extremas sobre los materiales.

Ahorro, seguridad y menos peso 

En comparación con las estructuras convencionales, la nueva metodología logra disminuir considerablemente la cantidad de materiales utilizados. El balanceo de carga se lleva a cabo a través de un sistema de control, que fue desarrollado especialmente para las unidades hidráulicas. 

El propósito central del sistema de control es poner en práctica las complejas tareas de control hidráulico de la estructura, que se concreta en distintas capas. De esta forma, la estructura de soporte puede reaccionar a un cambio en el estado de carga o tensión en cuestión de milisegundos, incrementando así sus condiciones de seguridad. 

Este enfoque dinámico de adaptación a los cambios de carga y tensión se puede aplicar en múltiples áreas de la construcción, como por ejemplo en los techos de los estadios y centros deportivos, en los edificios de gran altura o en las construcciones de puentes, entre otros sectores. 

Los resultados del proyecto de investigación permiten arribar a un nuevo método de construcción, que no sólo ahorra recursos sino que también aumenta considerablemente el rendimiento de las estructuras de soporte. Por otro lado, el nuevo enfoque permite una reducción drástica en peso, pero además disminuye la fatiga del material y los daños a la estructura, que pueden causarse debido a los efectos de distintos eventos climáticos y otras cargas aplicadas.

Fuente: Pablo Javier Pieciante

Los materiales inteligentes revolucionan el diseño de estructuras antisísmicas

Ingenieros e investigadores del Instituto Georgia Tech han elaborado un nuevo modelo que tiene como propósito comprender a fondo el comportamiento de las aleaciones con memoria de forma, para su posterior uso en la construcción de estructuras resistentes a los terremotos. Según los especialistas, el empleo de estos y otros materiales inteligentes podría marcar un antes y un después en el diseño de este tipo de edificios a prueba de seísmos, optimizando las condiciones de seguridad y la funcionalidad de las estructuras.

El uso de aleaciones con memoria de forma y otros materiales inteligentes se delimita como una potente vía de perfeccionamiento del diseño de estructuras antisísmicas, según un trabajo desarrollado por ingenieros. El nuevo enfoque supondría el logro de mejores condiciones de seguridad y de una mayor versatilidad en el diseño de las construcciones.

Continuamente se sufren las consecuencias en pérdidas humanas y materiales derivadas de terremotos y otros fenómenos similares en distintas partes del mundo. Ahora, se ha desarrollado un nuevo modelo que podría optimizar el diseño de estructuras sismorresistentes.

El objetivo principal de los especialistas es analizar las aleaciones con memoria de forma para su uso potencial en la construcción de edificios a prueba de terremotos.

Las aleaciones con memoria de forma poseen características singulares que las transforman en una opción ideal para la construcción sismorresistente Por ejemplo, tienen la capacidad de disipar la energía de forma significativa sin una degradación importante o una deformación permanente.

Estudios y posibles aplicaciones

Los investigadores han desarrollado un modelo que combina la termodinámica y distintas ecuaciones de mecánica, para evaluar lo que sucede cuando las aleaciones con memoria de forma son sometidas a diferentes cargas y movimientos fuertes.

Los ingenieros están utilizando el modelo para analizar el comportamiento de las aleaciones con memoria de forma (incorporadas en una amplia variedad de componentes como cables, barras o placas) frente a diferentes condiciones de carga. A partir de esta información, se podrán determinar las características óptimas del material para las aplicaciones antisísmicas.

Para mejorar el rendimiento de las estructuras y edificios durante los terremotos, distintos grupos de especialistas en todo el mundo investigan actualmente el uso de materiales inteligentes, como las aleaciones con memoria de forma, que tienen la capacidad de recuperarse después de sufrir grandes presiones.

Las aplicaciones potenciales de las aleaciones con memoria de forma incluyen su empleo en las estructuras de puentes, en columnas y vigas de edificios o construcciones, y en elementos de conexión entre estos componentes estructurales. Pero para que esta clase de materiales se pueda utilizar en la práctica, el efecto de cargas extremas y constantes sobre los mismos debe ser examinado a fondo.

Detalles de la investigación
Profundizando en el trabajo del grupo de investigación, los especialistas indicaron que para los materiales convencionales empleados en ingeniería civil, el estudio de cuestiones relacionadas con la mecánica, como la fuerza y el desplazamiento para medir el estrés y la tensión estructural, pueden ser suficientes para evaluar su rendimiento y resistencia.


Sin embargo, para materiales inteligentes como las aleaciones con memoria de forma, que cambian sus propiedades cuando son sometidos a determinadas condiciones de carga, resulta imprescindible considerar al mismo tiempo parámetros inherentes a la termodinámica y la mecánica. En consecuencia, el análisis se torna más complejo.


En este sentido, el estudio ha permitido hallar interesantes variantes sobre el comportamiento de estos materiales inteligentes. Por ejemplo, cuando las aleaciones son empleadas en componentes lo suficientemente grandes como para ser utilizados en aplicaciones de ingeniería civil, la temperatura interna de las mismas ya no es uniforme. Este es un punto que debe ser especialmente considerado.


Aunque el trabajo continúa para lograr optimizar aún más estos materiales, los primeros resultados son alentadores. Utilizando el modelo desarrollado, los investigadores fueron capaces de predecir con precisión las distribuciones de la temperatura interna y el estrés que serían capaces de soportar las aleaciones con memoria de forma. Los resultados del modelo se verificaron con pruebas experimentales.

Fuente: Pablo Javier Piacente

Nuevos parámetros para el diseño de edificios en zonas sísmicas

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Una nueva generación de pautas para el diseño de edificios situados en regiones sísmicas, con poca o mucha frecuencia de terremotos, se desarrolla actualmente en Virginia Tech a través de una investigación promovida por el National Institute of Standards and Technology (NIST). Gracias a estos nuevos criterios será posible edificar construcciones con mayor resistencia a los efectos.

El diseño de edificios en áreas geográficas afectadas por episodios sísmicos podría optimizarse gracias al desarrollo de nuevos parámetros, mejorando de esta forma la seguridad de las construcciones.tos de estos incidentes naturales.

Es sabido que los terremotos de todas las intensidades pueden provocar diversos grados de daño en los edificios, siempre de acuerdo a la ubicación geográfica donde se producen y al tipo de infraestructura presente en la zona. De esta manera, un terremoto de baja intensidad de acuerdo a la escala de Richter puede ser mucho más perjudicial que un gran terremoto sobre determinadas áreas y estructuras.

Nuevas normas y parámetros

En el futuro, los ingenieros estructurales deberán basar sus diseños en los conceptos de la norma Performance Based Earthquake Enginee

ring (PBEE), en la cual el objetivo es controlar el daño y proporcionar una mayor seguridad ante un terremoto, más allá del tamaño o la intensidad del mismo.

Los nuevos sistemas estructurales diseñados a partir de las normas PBEE permitirán que los edificios registren daños insignificantes durante un terremoto de baja intensidad, daños menores en el marco de sismos moderados y una baja probabilidad de colapso durante un terremoto muy intenso.

Los estudios desarrollados por los ingenieros de Virginia Tech han permitido la creación de cuatro nuevos sistemas o parámetros de diseño compatibles con las normas PBEE, entre los que se destaca un mecanismo de prevención de colapsos en los edificios.

En tanto, el denominado sistema de obtención de híbridos permite una mejor configuración de una estructura existente. Al lograr disipar la energía sísmica producida durante el terremoto, el edificio gana en seguridad y fiabilidad frente a un incidente de importancia.

Disminución de la incertidumbre

Otro de los avances desarrollados en el marco de esta investigación es el sistema de estándar aumentada (standard augmented), que proporciona un mejor rendimiento de los edificios al utilizar dispositivos denominados amortiguadores viscosos, destinados a colaborar en las llamadas vibraciones de control. De esta manera, se consigue una amortiguación adicional que mejora el rendimiento de la estructura ante el episodio sísmico.

Un tercer sistema (advanced augmented) utiliza dispositivos de amortiguación en conjunto con componentes metálicos especiales de rendimiento, mejorando así las condiciones de la estructura durante un terremoto. Por último, se ha creado un sistema de prevención de colapsos.

Este nuevo mecanismo cumple una función similar a un airbag en un automóvil, ya que se mantiene completamente oculto y pasivo hasta que se necesite. Está diseñado para su uso en situaciones en las cuales los daños relacionados con los terremotos frecuentes u ocasionales provoquen la inminencia de un colapso estructural total.

Los investigadores resaltaron que los cuatro nuevos diseños tienen propósitos comunes, relacionados con mejorar la integridad estructural a través de la limitación de las deformaciones residuales en los edificios o el control dinámico de estabilidad, minimizando de esta manera la incertidumbre en cuanto a la respuesta que pueden tener las construcciones durante un terremoto. Este trabajo obtuvo fondos provenientes del Building Seismic Safety Council.

Fuente: Pablo Javier Piacente

Importancia de la Ingeniería Civil en la actualidad

La ingeniería civil es una rama de la ingeniería que aplica los conocimientos de física, matemáticas, química, mecánica, hidráulica, topografía y geología para la elaboración de infraestructura, principalmente edificios, obras hidráulicas y de transporte como carreteras y puentes, en general de gran tamaño y para uso público, haciendo uso de materiales que cumplen con los objetivos constructivos, tales como concreto, acero, suelo, etc. Algo muy importante para conocer su función principal es que corresponde a la ingeniería de la civilización, siendo de esta manera una ingeniería mas alla de la construcción ya que otra característica que posee es un fuerte componente organizativo que logra su aplicación en la administración del ambiente urbano principalmente, y frecuentemente rural; no solo en lo referente a la construcción, sino también, al mantenimiento, control y operación de lo construido, así como en la planificación de la vida humana en el ambiente diseñado desde esta misma. Esto comprende planes de organización territorial tales como prevención de desastres, control de trafico y transporte, manejo de recursos hídricos, servicios públicos, tratamiento de basuras y todas aquellas actividades que garantizan el bienestar de la humanidad que desarrolla su vida sobre las obras civiles construidas y operadas por ingenieros civiles.

La importancia de la ingenieria civil reside en que es una rama de la ingenieria que hace uso de herramientas tecnicas, pocedimientos y materiales para la construccion de obras seguras y eficientes que contribuyan al desarrollo de una poblacion, asi como adaptarse y contribuir a los cambios de la civilizacion.