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INNOVATIVE GROUND INTERFACE CONCEPTS FOR STRUCTURE PROTECTION

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Protección de edificios, centrales eléctricas y puentes con metamateriales

En proyectos de investigación pioneros se ha demostrado cómo pueden utilizarse los metamateriales para proteger el entorno construido contra las vibraciones del suelo.

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Sabemos que los terremotos, causados por perturbaciones que se producen muy por debajo del suelo debido al movimiento de las placas tectónicas, pueden causar estragos en la superficie. Pero las vibraciones transmitidas por el suelo también pueden tener otros orígenes, como el paso de coches y trenes y las operaciones de construcción y minería. «Dependiendo de la intensidad, las características de la resonancia y la proximidad de la fuente, todas estas vibraciones pueden tener importantes repercusiones en el entorno construido —afirma la coordinadora del proyecto INSPIRE, Marianna Loli, de Grid Engineers (Grecia)—. Estas repercusiones pueden ir desde perturbaciones acústicas hasta derrumbes de edificios e infraestructuras que pongan en peligro vidas humanas, con consecuencias de gran alcance para la sociedad y la economía».

Tecnologías innovadoras con metamateriales

El principal objetivo del proyecto INSPIRE, coordinado por la Universidad Técnica Nacional de Atenas (Grecia) y que cuenta con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, era diseñar tecnologías innovadoras para proteger mejor el entorno construido de las peligrosas vibraciones del suelo. Estas tecnologías se desarrollaron utilizando metamateriales. «Los metamateriales son materiales artificiales que no existen en la naturaleza pero que pueden fabricarse para que presenten propiedades excepcionales —explica Loli—. Esto podría incluir la capacidad de redirigir las ondas sísmicas para mitigar las sacudidas estructurales». El proyecto se basa en un creciente número de pruebas científicas que sugieren que los metamateriales pueden mejorar la resiliencia de los edificios, los puentes y otras infraestructuras críticas en caso de terremoto. También podrían proporcionar una mayor capacidad de aislamiento acústico, lo que mejoraría las condiciones de vida urbana.

Utilización de tecnologías punteras

Los nuevos conceptos se desarrollaron a través de un programa de formación pionero que reunió a ocho universidades europeas y once líderes de la industria. A continuación, se seleccionó a un total de quince investigadores de doctorado mediante un proceso altamente competitivo, entre más de cien candidatos de todo el mundo. «A lo largo de sus tres años de doctorado, los investigadores han estudiado una amplia gama de conceptos de metamateriales antivibración —señala Loli—. Entre ellas, construcciones subterráneas que actúen como escudos con propiedades dispersivas, filtrantes y de guía de ondas, novedosos dispositivos de amortiguación y absorbentes pasivos de vibraciones, y materiales de grava diseñados que puedan proteger las tuberías». Otras innovaciones investigadas fueron los dispositivos de control de vibraciones personalizados para optimizar la respuesta sísmica de los puentes y las tecnologías de ingeniería ferroviaria para controlar las vibraciones inducidas por los trenes y minimizar el ruido en las zonas urbanas. Otro investigador estudió las superficies acústicas y los amortiguadores dinámicos de vibraciones, diseñados para aislar el sonido de baja frecuencia. Para desarrollar sus ideas, los investigadores recurrieron a tecnologías punteras como la impresión en tres dimensiones, así como a avanzadas simulaciones numéricas facilitadas por superordenadores. Estas tecnologías se emplearon para optimizar los diseños y demostrar la eficacia de las soluciones propuestas.

Seguridad y habitabilidad del entorno construido

El equipo del proyecto INSPIRE demostró cómo pueden utilizarse los metamateriales para mejorar la seguridad y habitabilidad del entorno construido. «La viabilidad de los diseños propuestos se demostró mediante simulaciones analíticas avanzadas y campañas experimentales a pequeña escala», indica Loli. En el proyecto también se ha proporcionado un variado juego de herramientas de algoritmos, métodos numéricos y herramientas de procesamiento, que podrán utilizar los investigadores que participen en proyectos similares en el futuro. Los próximos pasos hacia la absorción por el mercado de las soluciones incluyen pruebas piloto a gran escala y una mayor optimización de los diseños. «Los usuarios finales podrían ser el mercado del aislamiento sísmico, las empresas que promueven la investigación y el desarrollo en el campo de la protección estructural, los departamentos del sector público y las constructoras —afirma Loli—. Creemos que los resultados de INSPIRE también pueden contribuir a mejorar las directrices profesionales para el diseño sísmico».

Palabras clave

INSPIRE, metamateriales, sísmica, terremotos, impresión en tres dimensiones, tectónica

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