Investigadores chinos avanzan en viviendas 3D que resistan terremotos

Por Kang Pu

En un parque científico-tecnológico del Instituto de Ingeniería Mecánica (IEM, por sus siglas en inglés) de la Administración de Terremotos de China en Sanhe, provincia de Hebei, un equipo de expertos chinos en construcción inteligente, ingeniería estructural y resistencia a terremotos realizó un intenso acercamiento "destructivo" que pone a prueba un modelo de casa impreso en 3D.

El experimento fue realizado por el equipo del profesor asociado Sun Xiaoyan, de la Facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura de la Universidad de Zhejiang.

"¿Son robustas las casas impresas en 3D?" Esta es la pregunta más recurrente que le formulan al profesor Sun.

Después del experimento, los investigadores marcan grietas en el modelo de casa, impreso en 3D. (Foto: Kang Pu)

La robustez de una casa impresa en 3D está determinada por su resistencia a los terremotos. El profesor Sun colaboró con Hangzhou Lingtong Technology, una empresa especializada en construcción digital y diseño de impresión 3D con sede en Hangzhou, provincia de Zhejiang, para calcular con precisión el rendimiento a prueba de terremotos de la estructura utilizando un modelo digital en 3D.

Los análisis teóricos sugirieron una excelente resistencia a los terremotos. Sin embargo, para confirmar estos hallazgos, Sun y un equipo de expertos de diferentes áreas decidieron realizar una prueba en mesa vibratoria, dispositivo que simula terremotos. La mesa que se utilizó fue un equipo de última generación de seis grados de libertad, capaz de generar vibraciones horizontales y verticales, así como los movimientos de rotación.

Para que coincidiera con las dimensiones de la mesa vibratoria, Sun encargó a una fábrica que produjera un modelo de casa en 3D a escala reducida que mide cinco metros de largo y poco más de un metro de ancho, que también son las dimensiones máximas permitidas para las pruebas.

El experimento incluyó seis condiciones sísmicas diferentes, con siete pruebas realizadas para cada situación.

"El objetivo es seguir sacudiéndolo hasta que se descomponga, para ver qué tan fuerte puede soportar un terremoto", destacó Sun con alegría.

"¡Comienza!"

Siguiendo el comando, un zumbido llenó el aire y los impulsores hidráulicos de la mesa vibratoria se sacudieron violentamente: comenzó un terremoto simulado.

Después de que el temblor disminuyó, los investigadores subieron rápidamente a la plataforma, inspeccionando meticulosamente cada rincón del modelo de la casa y marcando cada grieta visible.

La inspección visual, sin embargo, fue solo una parte de la evaluación. El modelo estaba equipado con sensores de aceleración, sensores de desplazamiento, galgas extensométricas y un avanzado sistema de seguimiento óptico potenciado por el reconocimiento de vídeo. Además, cuatro cámaras de ultra alta velocidad colocadas a ambos lados de la estructura pudieron capturar los más mínimos cambios durante el terremoto simulado.

"Estas cámaras de ultra alta velocidad pueden capturar 3.000 fotogramas y producir 6 GB de datos de imagen por segundo, sin que ningún movimiento estructural pase desapercibido", precisa Zhu Liangying, miembro del personal de Hefei Zhongke Junda Vision Technology, fabricante de las cámaras.

El Instituto de Ingeniería Mecánica ha logrado avances significativos en campos como la observación y aplicación de movimientos fuertes, la ingeniería de edificios resistentes a terremotos, la evaluación y mitigación de riesgos sísmicos, las tecnologías de pruebas de ingeniería sísmica y las tecnologías de medición de vibraciones de ingeniería y terremotos.

Turistas visitan una granja impresa en 3D en la aldea Wujiazhuang, Zhangjiakou, provincia de Hebei. (Foto: Diario del Pueblo digital/ Chen Xiaodong)

En 2024, el Instituto de Ingeniería Mecánica encabezó el desarrollo de un sistema de alerta temprana y monitoreo de terremotos ferroviarios de alta velocidad de próxima generación, que se ha desplegado a lo largo de más de 1.500 kilómetros de vías férreas en China y se ha exportado a Indonesia, para su uso en el ferrocarril de alta velocidad Yakarta-Bandung.

A medida que avanzaba el experimento, el terremoto simulado se intensificó, seguido de un zumbido más fuerte, y las grietas comenzaron a aparecer en el modelo de la casa.

Cuando la prueba alcanzó el sexto nivel, incluso el suelo debajo de los observadores temblaba mientras los actuadores hidráulicos rugían.

En los terremotos reales, la mayoría de las víctimas son causadas por el colapso de edificios. He Huanan, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería de Infraestructura de la Universidad Tecnológica de Dalian, recordó que China ha establecido tres principios para la construcción resistente a los terremotos: estructuras que deben permanecer intactas en terremotos menores, soportar daños reparables en terremotos moderados y evitar el colapso en terremotos mayores.

Para ser específicos, un terremoto menor se refiere a un evento sísmico común con una probabilidad del 63 por ciento de ocurrir dentro de una vida útil de diseño de 50 años, donde los edificios deben permanecer intactos. Un terremoto moderado corresponde a la intensidad sísmica esperada, con una probabilidad del 10 por ciento de ser superada en 50 años. Y aunque algunos daños son aceptables, los edificios deben seguir funcionando después de las reparaciones. Un gran terremoto es un evento raro, con solo un dos o tres por ciento de posibilidades de ocurrir dentro de la vida útil de un edificio, donde el objetivo principal es prevenir el colapso y garantizar la seguridad de la vida de las personas que permanecen adentro del inmueble.

Después de un día completo de pruebas, el modelo de casa impreso en 3D resistió un terremoto con una intensidad de 6 grados sin ningún daño estructural. Cuando la intensidad sísmica simulada alcanzó 7 y 8, aparecieron grietas, aunque no se extendieron al marco estructural, manteniendo la estabilidad general. En un terremoto de 9 grados de intensidad, que causó un agrietamiento completo, la estructura central permaneció intacta, sin colapsos ni daños graves. En este sentido, el modelo superó con éxito la prueba.

El profesor Sun explicó que los edificios de hormigón impresos en 3D cuentan con muchas ventajas. En primer lugar, permiten una construcción rápida y precisa a través del diseño digital, la fabricación aditiva y la prefabricación, y pueden adaptarse a una amplia gama de formas arquitectónicas. En segundo lugar, su diseño de pared hueca puede incorporar marcos de acero reforzado, creando una estructura de hormigón robusta con un excelente rendimiento antisísmico y durabilidad a largo plazo.

Como método innovador para la construcción de casas de hormigón, impresas en 3D, aún se requiere más certificación profesional y pruebas de terreno. La extraordinaria resistencia a los terremotos de este modelo de casa ha aportado confianza en futuras investigaciones y en una adopción tecnológica más amplia.

"El futuro de las casas impresas en 3D es prometedor", aseguró Sun.