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Univalle está liderando investigaciones e innovaciones de aisladores sísmicos

Actualizado: 23 may

Este artículo apareció originalmente en el sitio web de la Facultad de Ingeniería (Universidad del Valle) aquí y fue reproducido con permiso. Su autor es Andrew James Wight (NCC-FI/Univalle).


Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle (Univalle) están consolidando cerca de 20 años de trabajo con patentes, proyectos y nueva infraestructura de investigación de aisladores sísmicos.
Facultad de ingeniería Univalle
Imagen: equipo de investigadores de la Universidad del Valle, con prototipo de aislador de caucho (grupo G7, profesor Albert Ortiz). Crédito: Andrew James/NCC-FI/Univalle

Univalle está ubicada en la ciudad de Cali, Colombia, y se encuentra en zona de alto riesgo sísmico. La Universidad es un epicentro de investigación sobre aisladores sísmicos, los cuales son sistemas de disipación de energía que reducen los esfuerzos a los que se ve sometida una estructura para incrementar su seguridad.


El profesor Albert Ortiz, miembro del Grupo de Investigación en Ingeniería Sísmica, Eólica, Geotécnica y Estructural (G-7), explicó que aunque existe una extensa investigación en aisladores en otros países, en Univalle se enfocan en cómo masificar los dispositivos con ingeniería nacional y de una manera eco-sostenible.

Es esencial mitigar el riesgo sísmico en infraestructuras nuevas y existentes del país, porque casi 83% de la población de Colombia vive en zonas de amenaza sísmica intermedia y alta, según el Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático. Los aisladores más usados son los elastoméricos, que son cilindros cortos que permiten grandes desplazamientos laterales y están hechos de capas de gomas de alta resistencia, alternados con láminas de acero, según un reporte del BID.


Usualmente, son instalados en el sótano de un edificio (o en otras estructuras como puentes) durante el proceso de construcción y la idea es que cuando hay un desplazamiento lateral, como ocurre durante un terremoto, los aisladores absorban estos desplazamientos, reduciendo bastante el daño a la estructura.


“Actualmente, más allá de hospitales y alguna otra infraestructura crítica, casi no hay aisladores sísmicos en los edificios en Colombia'', manifestó el profesor Ortiz.

Investigadores Facultad de Ingeniería Univalle
Foto: Un modelo virtual de un edificio con aisladores y uno sin aisladores. Crédito: Grupo G7/Univalle
 

Aisladores de Caucho Reciclado

Una manera de incentivar el desarrollo local de procesos innovadores para cubrir necesidades es reducir costos de producción de los aisladores.


Un ejemplo de esto es un proyecto dirigido por el profesor Ortiz, quien está desarrollando unos aisladores hechos con caucho reciclado de llantas de carros.


“Internacionalmente, el estándar es un aislador hecho con caucho natural vulcanizado y acero”, dijo el profesor Ortiz, añadiendo que los materiales reciclados han mostrado propiedades similares a otros aisladores, pero a un costo mucho más bajo.

En su laboratorio, el profesor Ortiz y su equipo mostraron la matriz elastomérica: un sandwich de fibras y caucho reciclados. Su prototipo más grande tiene 62 centímetros de diámetro, parecía una llanta gruesa sin hueco interno.


“Hicimos una alianza con una empresa experta en reciclar caucho llamada Occidental de Cauchos SAS”, explicó el profesor Ortiz, agregando que el caucho reciclado es más amable con el medioambiente que otras opciones.


Los investigadores dicen que quieren incentivar el desarrollo de un mercado de sistemas de aislamiento por parte de empresas del sector construcción, como ocurre en Chile y México.


proyecto PUDA2022 Univalle
Foto: Prototipo de elementos de los aisladores de caucho reciclado. Crédito: Andrew James/NCC-FI/Univalle

Patente de Aisladores de Fibras

Otra innovación de aisladores sísmicos en Univalle es un diseño más económico y más ligero por usar partes hechas de fibras de poliéster.


El profesor Peter Thomson, Director de G7, explicó que en Colombia y otros países sísmicamente activos es común para hospitales y otras infraestructuras críticas tener aisladores, pero dado que son construidos de acero, podrían ser costosos y pesados.


En diciembre de 2021, la Superintendencia de Industria y Comercio de la República de Colombia aprobó la solicitud de Universidad del Valle y la compañía Surtidor Industrial SAS para una patente de un “Aislador Sísmico Multicapa de Caucho Reforzado con Fibras de Poliéster Bidireccionales y de Espesor Entre 1,1 y 2 Milímetros”.


“Funciona igual que los aisladores disponibles hoy en día, a un precio accesible que significa que podemos usarlos no solamente en hospitales, sino en un gran número de estructuras, como puentes y edificios residenciales”, dijo el profesor Thomson.

El profesor Thomson argumentó que aunque el trabajo tiene sus orígenes hace cerca de 20 años, fue el profesor Johannio Marulanda Casas, actual Decano de la Facultad de Ingeniería, quien impulsó el desarrollo que dio resultado a la patente.


"Con el profesor Marulanda hace unos 8 años vimos que era una buena idea retomar esto e impulsarlo", planteó el profesor Thomson, añadiendo que el próximo paso es trabajar con la compañía Surtidor Industrial SAS para comercializar el diseño con la meta de producirlos a escala industrial en Colombia.


El profesor Marulanda explicó que otros materiales usados en el exterior como fibras de carbón son muy costosos, pero las fibras de poliéster no lo son.


"Todas estas innovaciones tienen como fin bajar costos, bajar el peso y masificar el proceso, y que estén disponible para todos los colombianos'', explicó el profesor Marulanda.

El profesor Marulanda agregó que varios grupos de investigación de la Univalle han trabajado en el tema de reducción de riesgos sísmicos por los últimos 23 años.


“La Universidad del Valle construyó los primeros simuladores sísmicos en Colombia y ahora, otras universidades ya tienen… así somos referentes y pioneros en este espacio”, dijo el profesor Marulanda, añadiendo que Univalle está consolidándose como pionera en investigación, desarrollo e innovación sobre tecnologías emergentes para la mitigación de riesgos sísmicos.


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Nuevo Marco de Ensayos

En adición a nuevos materiales, es crucial tener infraestructura de investigación en este campo. Para acelerar el desarrollo de aisladores y capacitar una nueva generación de investigadores, la Facultad de Ingeniería de Univalle está gestionando el primer marco de ensayos para aisladores de Colombia.


Este marco, que se construirá al lado de la Escuela de Ingeniería Civil y Geomática, tendrá cobertura nacional e internacional de servicios para la caracterización de diferentes tipos de aisladores sísmicos.


“No existe en el país una estructura dedicada al ensayo de aisladores sísmicos”, explicó el profesor Ortiz, añadiendo que hasta ahora, las pruebas de los diferentes aisladores tuvieron que compartir otro marco de ensayos con otros experimentos.

“Podrá disminuir los costos asociados a la construcción de aisladores y desarrollos hechos en Colombia y ya no se requiere ensayar los aisladores en otros países, sino que se hace nacionalmente abaratando los costos asociados a ello”, dijo el profesor Ortiz.


El esfuerzo para construirlo cuenta con la financiación de Univalle.


“La construcción del marco es de aproximadamente 660 millones COP. La obra civil tiene un costo de 440 millones COP (incluye acero estructural, acero de refuerzo, concreto, movimiento de tierras) y 220 millones corresponden a equipos como bomba hidráulica, actuadores, cableado estructurado y sensores”, planteó el profesor Ortiz.


Video: Una simulación del marco de ensayos de aisladores sísmicos. Fuente: Grupo G7/Univalle




Repotenciación sísmica de los edificios de la Facultad de Ingeniería

En los años siguientes, hay planes aún más grandes para mostrar la gran variedad de avances en el campo de aisladores sísmicos de Univalle: la repotenciación de 17 edificios de la Facultad de Ingeniería, comenzando con el edificio E48 de la Escuela de Ingeniería Civil y Geomática.


“La mayoría de edificios tiene sus aisladores bajo el sótano, pero este proyecto va a mostrar un método donde están encima del techo”, dijo el profesor Ortiz, añadiendo que los aisladores de cubierta (del techo) tendrán el mismo papel que los aisladores convencionales de sótano.

En este sistema, la losa de cubierta se desacopla de la estructura y se apoya sobre aisladores sísmicos elastoméricos, funcionando como un amortiguador de masa sintonizado (TMD), configuración que se facilita debido a la tipología estructural de los edificios de la Facultad.


Las técnicas de refuerzo convencionales para edificios son altamente invasivas, interrumpen las operaciones de construcción y pueden ser muy costosas, pero el costo de la alternativa del aislamiento de cubierta disminuye entre 68 y 86% respecto a la propuesta convencional.


“Esperamos que este proyecto pueda mostrar el gran potencial de repotenciación de otros edificios”, dijo el profesor Ortiz.


Es importante destacar que, “La empresa ARGOS va a donar el concreto estructural y la empresa SIDOC va a donar el acero de refuerzo y se están haciendo gestiones para lograr la donación de la superestructura metálica y el acero de anclaje”, manifestó el profesor Ortiz.


Artículo elaborado por la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle


Si le gustaría contactar a los investigadores o conocer más sobre los proyectos, escriba a la Oficina de Comunicaciones Facultad de Ingeniería: comunicaingenieria@correounivalle.edu.co.