Un sistema de amortiguación estructural construido en acero podría hacer que los edificios altos sean más seguros en caso de terremotos y reducir la oscilación del viento sin ocupar un valioso espacio
A medida que los precios inmobiliarios en las ciudades en expansión de todo el mundo siguen aumentando, los promotores han respondido construyendo edificios más altos y más delgados.
El centro de Londres, Hong Kong, Nueva York, Toronto, Wellington, Manila; Todos tienen algunos de los bienes inmuebles de mayor valor del mundo y, dado que el apetito por vivir y trabajar en el centro de estos centros de negocios sigue siendo alto, los desarrolladores han mirado hacia el cielo.
Los métodos de construcción modernos permiten construir rascacielos en parcelas cada vez más pequeñas y con la correspondiente esbeltez. Pero si bien estos esbeltos rascacielos ofrecen un alojamiento vital, también tienden a balancearse con el viento. "Los módulos VCD se fabrican con acero estructural japonés SM490A estándar que intercala el polímero viscoelástico de 3M. Es un material súper duradero. El efecto es más notable hacia los niveles superiores y, aunque no hay implicaciones de seguridad, puede causar que los ocupantes experimenten una forma de mareo. Para combatir el balanceo, los desarrolladores han pedido a ingenieros y diseñadores que desarrollen sistemas de amortiguación que ayuden a reducir este movimiento.
Hay dos tipos preferidos de compuertas que se instalan en la parte superior del edificio; un amortiguador de masa sintonizado, que es un sistema mecánico que actúa para absorber cualquier movimiento, y un amortiguador que utiliza un tanque lleno de agua para agregar peso y contrarrestar cualquier balanceo.
Ambos son voluminosos y requieren 100 metros cuadrados de espacio en dos pisos, y en ciudades donde cada centímetro cuadrado de piso tiene un alto valor que puede resultar costoso.
El alto costo de los sistemas de amortiguación existentes fue una de las razones por las que la empresa Kinetica Dynamics, con sede en Toronto, junto con el productor de materiales 3M y el especialista en acero Nippon Steel y Sumikin Engineering, han estado desarrollando un sistema que puede amortiguar cualquier movimiento del viento o de un terremoto sin ocupar un valioso espacio.
Su amortiguador de acoplamiento viscoelástico (VCD) utiliza la combinación de la resistencia al corte y a la deformación de materiales viscosos y la memoria de estiramiento del elástico, combinados en un polímero viscoelástico desarrollado por el equipo de 3M.
El fabricante Nippon Steel y Sumikin Engineering toman varias capas de este material viscoelástico y lo intercalan entre capas de acero de alta resistencia para crear uno de sus módulos VCD.
Estos módulos se trasladan al lugar de trabajo donde se anclan a secciones de acero fundidas en el hormigón estructural del rascacielos. Estos "incrustaciones" son fabricados localmente por fabricantes de acero con "plantillas" que actúan como preservadores de tolerancia que permiten fijar los VCD utilizando pernos de acero de alta resistencia en una fecha posterior. Esto garantiza que el proceso se pueda sacar del camino crítico del ciclo de construcción, ahorrando tiempo y aumentando la eficiencia durante la construcción.
"Esto significa que los contratistas generales pueden realizar el trabajo sin tener que recurrir a equipos de especialistas. Es bastante sencillo moldear los elementos embebidos, que son secciones de acero estructural estándar de productores locales", explica Michael Montgomery, director técnico y director general de Kinetica.
Ha estado trabajando en el uso de VCD en estructuras altas reforzadas con ingeniería de 3M, Nippon Steel y Sumikin durante el proceso de desarrollo y prueba de ocho años en la Universidad de Toronto y ahora está viendo cómo se implementa esta tecnología.
Ese régimen de pruebas incluyó pruebas de amortiguadores a gran escala para validar la tecnología de acero y viscoelástica, confirmando la efectividad y robustez de la amortiguación. Indicaron mejoras significativas en el rendimiento con respecto a las configuraciones estructurales tradicionales para niveles frecuentes de viento y terremotos, así como pruebas más severas de vientos a nivel de huracán y escenarios de terremotos extremos.
"Hemos estado trabajando en estos VCD y asegurándonos de que estén completamente probados durante muchos años. Los módulos VCD se fabrican utilizando acero estructural japonés SM490A estándar que intercala el polímero viscoelástico de 3M. Es un material súper duradero", explica Montgomery.
"Durante las pruebas descubrimos que el amortiguador funciona mejor sin ninguna capa de unión adicional añadida entre el acero y el polímero. Los pernos de acero que proporcionan la fuerza de sujeción son pernos de acero hexagonales A490 estándar producidos en Japón".
La distribución y ubicación de las compuertas alrededor del marco de la torre depende del diseño de los ingenieros estructurales y sísmicos. En áreas de importante actividad sísmica no sólo pueden reducir el nivel y la ferocidad de la vibración sísmica sino también la cantidad de trabajos de reparación posteriores a un terremoto.
"Durante las pruebas descubrimos que el amortiguador funciona mejor sin ninguna capa de unión adicional añadida entre el acero y el polímero"
Si su capacidad está diseñada para cargas predefinidas, los elementos de conexión de los VCD actúan como "fusibles estructurales", evitando daños en los elementos estructurales adyacentes. Después de un terremoto extremo, sólo es necesario inspeccionar estos fusibles y reemplazarlos o repararlos si es necesario.
Los VCD de Kinetica, 3M, Nippon Steel y Sumikin Engineering ya se han instalado en desarrollos prestigiosos en áreas expuestas tanto a altas cargas de viento como a actividad sísmica.
En Manila, el desarrollo Park Central Towers cuenta con dos torres de 267 m y 217 m de altura. Están ubicados en una región severa de tifones y a sólo unos pocos kilómetros de una falla importante. Hay 32 VCD en cada torre que reducen la carga sísmica y de viento en cada estructura. Y en Toronto, el desarrollo de condominios Y+C de 62 pisos cuenta con 42 VCD que han reemplazado las vigas de acoplamiento de acero en la sección central de la torre.
Dado que el futuro del alojamiento y el espacio de oficinas en las grandes ciudades mira cada vez más hacia los rascacielos, el potencial de esta tecnología construida en acero para mejorar la seguridad y la comodidad y al mismo tiempo maximizar el espacio podría resultar invaluable.
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