Al dia

Transferència de tecnologia

Dissenyen un dispositiu que protegeix els edificis contra els terratrèmols

Amb l’objectiu de mitigar o reduir els possibles danys produïts pels terratrèmols, els resultats de la recerca en l’aplicació de mètodes d’aïllament sísmic duta a terme per un equip la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) revertiran en aconseguir una major protecció d'edificis, infraestructures i equips sensibles sotmesos a càrregues dinàmiques de tipus sísmic.

16 d'abril de 2010

L’equip ha dissenyat un sistema que serveix per reduir els efectes negatius dels moviments sobre un objecte suportat. El sistema te aplicació a gran escala en la reducció dels moviments induïts per terratrèmols o altres fonts de vibracions en edificis o ponts i, a petita escala, en la protecció d’equips sensibles als moviments, com ara aparells de mesura, màquines i instruments de precisió, com els que es troben en laboratoris, centres de recerca o quiròfans, així com també peces de museu, antiguitats o altres objectes valuosos allotjats en edificis.

La nova aplicació, objecte de sol·licitud d’una patent, es un aïllador sísmic avançat anomenat roll-n-cage (RNC) isolator, desenvolupat a partir de la tesi doctoral de l’estudiant Mohammed Ismail titulada An innovative isolation device for aseismic design i realitzada en el si del Grup de Control, Dinàmica i Aplicacions (CoDAlab), amb la direcció del professor José Rodellar, en el Departament de Matemàtica Aplicada III, de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona (ETSECCPB) i de l’Escola Universitària d'Enginyeria Tècnica Industrial de Barcelona (EUETIB).

El roll-n-cage (RNC)

El Roll-n-cage (RNC) és un dispositiu antivibracions que pot protegir en gran mesura tant les construccions d’edificació i enginyeria civil com aquells objectes valuosos o de precisió que podrien estar sotmesos a impactes o moviments sísmics.

El dispositiu es col·loca en una posició entre l'objecte i el terreny o qualsevol altre superfície de suport per produir un desacoblament horitzontal entre tots dos. Idealment es tracta de que es mogui el terreny, però que no ho faci l'objecte suportat, mantenint una completa connexió vertical per prevenir caigudes per gravetat.

L’aïllador RNC, construït amb materials habituals com l'acer i el cautxú, està basat en tecnologies i principis simples, però implementats de forma innovadora per proporcionar algunes característiques essencials no trobades en altres dispositius d'aïllament aplicats fins ara en la pràctica professional. La majoria dels aïlladors sísmics disponibles en l'actualitat continuen tenint limitacions pràctiques que impedeixen que funcionin segons el previst i imposen restriccions al seu ús efectiu i al nivell de protecció proporcionada. En aquest sentit, el RNC té potencial per donar un rendiment superior a altres dispositius existents sota condicions de funcionament lleugeres, normals o severes.

Reduir la demanda sísmica en lloc de reforçar les estructures

El dispositiu, que incorpora aïllament, dissipació d'energia, esmorteïment i capacitat de força recuperadora en una sola unitat, està basat en la idea de reduir o mitigar la demanda sísmica en lloc d'augmentar la capacitat resistent de les estructures. Proporciona un aïllament multidireccional mitjançant la dissipació d'energia i la limitació de l’elevació i dels desplaçaments horitzontals màxims. El dispositiu millora l’aïllament de vibracions que, fins ara, s’havia aconseguit mitjançant diferents tipus de suports elastomèrics, de neoprè d’alt esmorteïment, de suports reforçats amb nucli de plom i sistemes pendulars friccionals, entre d’altres.

Simulació numèrica per arribar a un disseny asísmic

Com a pas previ a l’elaboració de prototipus experimentals, el procés de disseny i validació s’ha desenvolupat mitjançant programari (software) i simulació numèrica. En primer lloc, s’ha requerit la caracterització de les propietats mecàniques de l’aïllador RNC, que ha estat realitzada per mitjà d'un codi computacional que simula la resposta dels dispositius com si estiguessin subjectes a una màquina de proves reals. A través d'aquest esquema, s'aconsegueix analitzar numèricament el comportament de l'aïllador RNC sota l'efecte simultani de càrregues horitzontals i verticals, com es dóna típicament en situacions pràctiques.

Per avaluar la viabilitat de l'aïllador RNC i per comprovar la seva capacitat per protegir els sistemes estructurals i no estructurals dels riscos sísmics, el dispositiu s'ha implementat numèricament en una varietat d'estructures amb masses lleugeres i grans, a més d'equips sensibles allotjats en els pisos superiors d'aquestes estructures. A fi d’obtenir informació i extreure conclusions de caràcter relativament general sobre el funcionament del aïllador RNC, s'ha estudiat una àmplia gamma de terratrèmols, les característiques i propietats dels aïlladors existents, així com un gran nombre d’estructures localitzades entre les més habituals.

Els resultats numèrics han revelat que l'aïllador Roll-on-Cage (RNC) pot reduir la resposta sísmica davant un ampli rang de moviments sísmics, alhora que exhibeix un rendiment robust per a una gran varietat de estructures.

Per tal de construir prototipus experimentals i confirmar el seu potencial com un nou sistema d’aïllament sísmic pràctic, efectiu i econòmic, capaç de resoldre els principals inconvenients dels actuals sistemes tot mantenint els seus principals avantatges, l’equip compta actualment amb un ajut del Programa ACC1Ó de la Generalitat de Catalunya per desenvolupar un projecte de valorització i d’apropament d’aquesta nova tecnologia al mercat.

Més informació

Tòpics de l'article