El revolucionario diseño español que evita colapsos catastróficos de edificios

La diferencia entre un suceso anecdótico y una gran catástrofe puede estar en la calidad de las construcciones. Los terremotos son el mejor ejemplo: el año pasado un seísmo de magnitud 7,8 dejó casi 60.000 muertos en Turquía y Siria; mientras que en Japón, otros similares, en comparación, causan muy pocas víctimas. Los edificios resisten salvando vidas o se derrumban en un instante en función de sus materiales, pero también de su diseño, un factor que aún se puede mejorar.

Así lo demuestra una investigación del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) que es portada de la revista de Nature. Los autores presentan una propuesta que rompe de manera radical con los métodos de construcción actuales para lograr edificios “ultrarresistentes”. En lugar de conectar elementos, utilizan un diseño que aísla la zona que colapsa, evitando el derrumbe total. De esta manera, el nuevo método de construcción salvaría vidas no solo en caso de terremoto, sino también en otras situaciones potencialmente catastróficas, como explosiones, inundaciones, deslizamiento de tierras o incluso por el propio deterioro de los inmuebles debido al paso del tiempo.

“Cuesta mucho implementar cosas nuevas en la construcción, pero nos han hecho caso”, afirma en declaraciones a El Confidencial José Miguel Adam, investigador de la UPV y autor principal del trabajo, en referencia a la insólita portada de Nature, ya que es la primera vez que esta revista, una de las más prestigiosas del ámbito científico, publica un artículo de investigación centrado específicamente en el campo del diseño y la construcción de edificios. “Cuando se produce un colapso, no es porque caiga todo en bloque, sino porque una parte falla y en pocos segundos se propaga al resto de la construcción”, explica, “así que nosotros trabajamos en el colapso progresivo”.

Cambio total de paradigma

En ese sentido, la innovación que proponen no tiene que ver con el evento que causa la catástrofe en sí mismo, sino con sus consecuencias. “Una explosión, un terremoto o un deslizamiento de una ladera provocan un fallo que afecta a una parte del edificio”, comenta el experto. Muchas veces ese fallo es irremediable por mucho que el diseño trate de evitarlo, así que lo importante es impedir que se propague en cadena al resto de la construcción. ¿Cómo lo consiguen? En realidad, ni utilizan materiales nuevos ni introducen ningún elemento extraño, solo se trata de un cambio de diseño del edificio, que sigue cumpliendo con las exigencias de los códigos de construcción, pero establece una “jerarquía de fallos” en caso de que se produzca una circunstancia extrema.

Generalmente, la zona que va colapsando tira del resto. Para evitar ese contagio, los investigadores del ICITECH proponen que lo último en romperse sean los pilares. “Al final, si falla una columna, eso es lo que lleva al suelo el edificio, así que la idea es que rompan antes las conexiones de otros elementos con las columnas”. Eso se consigue con los materiales habituales de las obras, hormigón y acero, sin hacer ningún tipo de cambio, salvo que, al realizar el cálculo estructural, “diseñamos las columnas para que sean más fuertes que otras uniones. Así, cuando el frente de propagación del fallo avanza por el edificio, se rompe antes la conexión de una viga con una columna que la propia columna.

El concepto es sencillo, pero supone un cambio total de paradigma, porque los métodos de diseño actuales se basan en mejorar la conectividad entre los componentes de la estructura. La idea es que, en caso de fallo, las cargas que soportan los componentes dañados se redistribuyan al resto. Este sistema puede ser eficaz cuando hay pequeños daños iniciales, pero finalmente puede conducir a colapsos completos. Así sucedió, por ejemplo, en las Champlain Towers de Miami (EEUU) y en el derrumbe de un edificio en Peñíscola en 2021.

La propuesta de la UPV parte de la idea contraria: hacer que se rompa antes la conexión, un “sacrificio táctico”, que no implica que se reduzca la seguridad, ya que cumple con las normativas actuales. Tal y como se construye con el paradigma de hoy en día, los edificios son muy resistentes ante terremotos de magnitud moderada y otros eventos de cierta importancia, pero “nuestro sistema actúa ante un fallo extraordinario, es la última línea de defensa”, destaca Adam. La mejor demostración fue un ensayo real que se llevó a cabo en junio de 2023, cuyas características y resultados se conocen ahora. Fue una prueba con un edificio completo construido con una estructura prefabricada de hormigón, a escala real, en el que un gran fallo inicial en la estructura se aisló en una parte del edificio, evitando su propagación por el resto.

Haciendo una analogía con la electricidad, el nuevo sistema es como un “fusible estructural” permite aislar las partes dañadas de un edificio. “Esta nueva filosofía es parecida a la forma en que las redes eléctricas se protegen frente a sobrecargas, al conectar diferentes segmentos de la red mediante fusibles eléctricos. Con nuestros diseños, el edificio presenta continuidad estructural bajo condiciones normales de funcionamiento, pero se segmenta cuando la propagación de un fallo es inevitable, reduciendo así el alcance del colapso y evitando el derrumbe total”, apunta Nirvan Makoond, otro de los firmantes del artículo. No obstante, los científicos también recurren a otra comparación relacionada con la biología que, aseguran, les sirvió de inspiración: en el mundo animal es muy conocida y llamativa la capacidad de los lagartos y algunos otros reptiles de desprenderse de la cola, que posteriormente pueden regenerar. Cuando sufren el ataque de un depredador y los atrapa por esa extremidad, se deshacen de ella y escapan.

El reto de llevarlo al sector de la construcción

A partir de ahora, el reto es que la idea se ponga en marcha. “Hemos demostrado que la filosofía del diseño funciona con un edificio real. Hasta hace poco trabajábamos con modelos de ordenador, hacíamos simulaciones en las que todo funcionaba bien, pero hacía falta esta prueba de concepto”, afirma Adam. Para el próximo año ya tienen previstos ensayos con otros dos edificios más, idénticos, pero con diferentes materiales: uno, con estructura de acero; otro, de hormigón tradicional. Estas costosas pruebas se llevan a cabo gracias a que todo el trabajo se enmarca en el proyecto Endure, financiado por el European Research Council – ERC (Consejo Europeo de Investigación) con una ayuda Consolidator Grant de más de 2,5 millones de euros.

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No obstante, trabajar con este diseño no resultaría más caro que ejecutar obras siguiendo el paradigma actual. En la estructura prefabricada ya comprobaron que el coste era similar. “En el estudio que estamos haciendo para la estructura de acero también sale un coste idéntico: mientras que para la de hormigón supondría un incremento leve, de menos de un 1% con respecto al total”, señala el investigador. De hecho, a la hora de la verdad, esto supone un ahorro cuando se evalúa la probabilidad de un colapso y se calculan las consecuencias. Más si, además de los términos económicos, se tienen en cuenta las vidas humanas o el impacto medioambiental.

El proyecto, que surgió de una Beca Leonardo otorgada en 2017 por la Fundación BBVA, aún tiene dos años y medio por delante para seguir perfeccionando el sistema y demostrar su buen funcionamiento. Sin embargo, “el siguiente paso es el más duro”, pronostica el científico del ICITECH, “convencer a la industria de implementarlo en el día a día de la construcción”. Según este experto, se trata de un sector “muy tradicional, en el que cuesta mucho innovar, pero una vez que implementas una innovación, el impacto económico y social es altísimo”.