En los terremotos de Northridge (California, 1994) y Kebo (Japón, 1995) cientos de edificios se vinieron abajo y otros más sufrieron daños por fallas estructurales, dejando como saldo grandes pérdidas humanas y económicas. Ante este tipo de fenómenos naturales, uno de los mayores retos de los estudiosos de la Ingeniería Estructural y Sísmica ha sido cómo construir estructuras que sobrevivan al daño con mínimas deformaciones residuales y que a la vez permitan salvar miles de vidas.

En la conferencia Mejorando la Respuesta de Puentes y Edificios usando Materiales Avanzados, organizada por el capítulo estudiantil de la American Society of Civil Engineers (ASCE- FI), el doctor Carlos Cruz Noguez, egresado de nuestra Facultad, compartió sus avances en los estudios experimentales y analíticos que ha hecho en la materia.

Como profesor de Ingeniería Estructural desde 2013 en la Universidad de Alberta, Canadá, y con la colaboración de su equipo de estudiantes de posgrado, ha realizado análisis y pruebas experimentales con materiales avanzados. Uno de sus trabajos fue la construcción de un puente utilizando aleaciones con memoria de forma (empleadas para reemplazar las varillas de acero por su capacidad de regresar a su forma original), hormigón flexible (concreto mezclado con fibras plásticas que puede alcanzar deformaciones en tensión grandes), columnas con sándwiches de neopreno y columnas post-tensionadas capaces de enderezarse por sí mismas.

Con un referente como el terremoto de Northridge, el puente fue sometido a una prueba de excitación sísmica conformada por siete corridas. Partieron de una aceleración sísmica de 0.1g hasta llegar a 1.32g y con el objetivo de detener el experimento hasta que uno de los detalles de la estructura fallara. Además, para el estudio analítico y la simulación matemática utilizaron el programa OpenSEES, uno de los más avanzados a nivel mundial.

"Con este análisis fuimos capaces de calcular la efectividad, ductilidad y deformación elástica, entre otros factores, así que al aplicarel movimiento telúrico al puente en el modelo matemático del programa, descubrimos que iba a fallar en la corrida número cinco cuando estuviera a una intensidad de 1.0g", explicó Carlos Cruz.

Después del terremoto de Kobe, 500 puentes tuvieron que ser destruidos por presentar daños y distorsiones de piso de 1.5 por ciento, cifra no aceptable en varios países, por ejemplo, el Departamento de Transportación de California ahora exige que las columnas diseñadas en zonas sísmicas sean capaces de desarrollar distorsiones de entrepiso mayores a 5 por ciento.

Demoler y reconstruir, afirmó, es un proceso muy costoso, y evitar el colapso de las construcciones ahora es posible porque los ingenieros ahora cuentan con las herramientas tecnológicas suficientes para hacer mejores cosas de la mano con otras disciplinas afines.

Tras las pruebas, todos los materiales innovadores resultaron ser efectivos para reducir deformaciones permanentes, además, las columnas reforzadas con aleaciones de forma y concreto dúctil, y las columnas con sándwiches de neopreno no presentaron daños. Al final sólo se observaron deterioros menores en las columnas post-tensadas. Actualmente, el primer puente con estructuras de este tipo de materiales avanzados ya está siendo construido en California.

Carleton, en Canadá. Aplicó el mismo concepto de materiales avanzados, esta vez a la construcción de edificios a base de muros de concreto utilizando polímeros reforzados con fibras (FRP) que son cuatro veces más fuertes que el acero.

Este sistema de FRP resultó ser muy eficiente al mejorar la resistencia, rigidez y disipación de energía en aplicaciones de reparado y reforzamiento, y más económico. Al igual que en el caso del puente experimental, es posible desarrollar modelos matemáticos que simulen la respuesta de estructuras elaboradas con láminas de polímeros reforzados con fibras.

Si bien la aplicación de estos materiales avanzados representa una inversión muy alta, el doctor afirma que los resultados son excelentes a largo plazo y el costo sólo bajará en la medida que los estudios los avalen como una alternativa eficiente.

Tras obtener la medalla Gabino Barreda por sus estudios de licenciatura, Carlos Cruz realizó su maestría en el Instituto de Ingeniería, posteriormente, hizo su doctorado en la Universidad de Nevada, Reno. Al término de la conferencia, compartió con los alumnos su experiencia en el extranjero y los motivó a estudiar un posgrado fuera del país, lo cual representa una gran oportunidad para avanzar profesionalmente y abrirse muchas puertas en el mercado laboral internacional.

Animó a los asistentes a luchar en contra de mitos y temores con una serie de consejos: desde cómo preparar un CV en el idioma requerido hasta tener lista toda la documentación.

Por su investigación y proyecto de innovación en concreto estructural, el doctor Carlos Cruz Noguez recibió en 2013 el premio Young Practicing Engineer que otorga el Instituto Americano del Concreto.