Ein von Eidechsen inspiriertes spanisches Design ermöglicht den Bau katastrophensicherer Supergebäude

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Manchmal reicht ein kleiner Fehler aus, um das Problem zu verursachen komplette Katastrophe, wie der Fall eines Dominosteins, der am Ende den Rest nach unten zieht. Die meisten Infrastrukturen sind so konzipiert, dass sie Erdbeben, Erdrutschen oder Erdrutschen standhalten Jede äußere oder innere Aggression, wie zum Beispiel ein Feuer, obwohl selbst das robusteste Gebäude zusammenbrechen kann, wenn der anfängliche Schaden katastrophal ist. Doch eine Gruppe von Ingenieuren der Polytechnischen Universität Valencia unter der Leitung von José Miguel Adam hat eine Formel gefunden, die im Katastrophenfall Tausende von Menschenleben retten könnte.

Seine Idee, die das Cover des Nature-Magazins erhielt, ist vom Verhalten von Eidechsen und dem Sicherheitssystem von Wasserkraftwerken inspiriert. Mit einer nahezu kostengünstigen Lösung für neu errichtete Gebäude könnte der Totaleinsturz des Gebäudes durch die Eingrenzung des anfänglichen Schadens vermieden werden. Es ist das erste Mal, dass diese wissenschaftliche Publikation einen Forschungsartikel im Bereich Gebäudeplanung und -konstruktion veröffentlicht.

„So wie Eidechsen ihren Schwanz abbrechen, um ihren Raubtieren zu entkommen, schlagen wir ein System vor, das die Zerstörung nur auf den Bereich beschränkt, in dem es zunächst nicht gelungen ist, den Rest des Gebäudes zu schützen.“ „Wir stoppen die Ausbreitung des Versäumnisses, Menschenleben zu schützen, und minimieren die Kosten, die ein vollständiger Einsturz des Bauwerks mit sich bringen würde“, erklärt Adam gegenüber ABC, Co-Autor der Veröffentlichung mit Nirvan Makoond, Andri Setiawan und Manuel Buitrago, alle Zivilisten Ingenieure am Institut Icitech an der Polytechnischen Universität Valencia.

Um dieses geringere Übel zu erreichen, wird das Gebäude wie jedes andere gebaut, aber die Verbindungen zwischen den Komponenten der Struktur sind darauf vorbereitet, früher zu brechen und eine Ansteckungswirkung auf das gesamte Gebäude zu vermeiden. Es ist das gleiche Konzept, das elektrische Netzwerke verwenden, um sich vor einer elektrischen Überlastung zu schützen, indem sie verschiedene Segmente des Netzwerks mithilfe elektrischer Sicherungen verbinden. „Unsere Sicherungen sind strukturell. Sie ermöglichen die strukturelle Kontinuität des Gebäudes unter normalen Betriebsbedingungen, werden jedoch segmentiert, wenn die Ausbreitung von Schäden unvermeidbar ist. Dazu definieren wir a Schadenshierarchie bei dem die Verbindungen zwischen Balken und Stützen zunächst versagen, während diese stehen bleiben. Es gibt teilweise Schäden, aber wir konnten den völligen Einsturz des Bauwerks verhindern“, erklärt José Miguel Adam.

Ingenieur José Miguel Adam mit dem Reagenzglasbau, um Bautechniken im Originalmaßstab zu testen

ABC

Aktuelle Designs verhindern einen Zusammenbruch, indem sie den ursprünglichen Aufprall neu verteilen. Es handelt sich um ein wirksames System, das die Lasten der Versagenszone auf alle Bauteile der Struktur umverteilt, die nach einem ersten Aufprall intakt bleiben. Aber es ist nicht perfekt, denn derselbe Schutz kann einen Dominoeffekt auslösen und die gesamte Struktur zum Einsturz bringen. Die Lösung des Icitech-Instituts würde zusätzliche Sicherheit bieten und als letzte Verteidigungslinie ein Gebiet sicher halten, um die Rettung seiner Bewohner zu erleichtern und den Wiederaufbau nach der Katastrophe nicht wieder von vorne beginnen zu lassen.

Großversuche mit Reagenzglasgebäuden

Dieses Projekt nahm vor sieben Jahren mit einem der Leonardo-Stipendien der BBVA-Stiftung Gestalt an, um so radikale Ideen wie die dieses Ingenieurs zu finanzieren. José Miguel Adam bestand darauf, Reagenzglasgebäude zu bauen, in denen er seine Konstruktionstheorien im realen Maßstab testen konnte. Zunächst konzentrierte man sich auf die Ecksäulen, da der Aufprall auf diese Säulen das gesamte Gebäude gefährdet.

Es war erst der Anfang. Dank dieses ersten Zuschusses wurde der Grundstein für neue Forschungsrichtungen gelegt, zu denen auch eine ebenso wettbewerbsfähige Förderung wie die des Europarates gehörte. „Mit diesen Studien haben wir die verborgenen Mechanismen hinter der Ausbreitung von Fehlern verstanden und uns kam der Gedanke, dass die Lösung darin bestehen würde, sie zu segmentieren. Wir wurden vom Angriff auf das Pentagon am 11. September inspiriert. Beim Aufprall des Flugzeugs auf das Gebäude kam es zu keinem globalen Ausfall, da das Gebäude eine Dehnungsfuge aufwies. Es trifft auf das Flugzeug, breitet den Einsturz jedoch nicht aus. „Das hat die Lösung inspiriert, die wir jetzt in unseren Händen haben“, sagt er.

Um den jetzt in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichten Entwurf zu testen, bauten sie ein 15 × 12 m großes Gebäude mit zwei Etagen und einer Höhe von 2,6 m aus vorgefertigtem Stahlbeton. Während des Prozesses durchliefen Adam und seine Kollegen die Struktur zwei Testphasen. In der ersten Phase wurde ein kleiner anfänglicher Ausfall simuliert, bei dem zwei Säulen auf jeder Seite einer der Gebäudeecken entfernt wurden. Dies bestätigte, dass der Entwurf herkömmliche strukturelle Unterstützung bot und die aktuellen Designanforderungen problemlos erfüllte.

In der zweiten Phase wurde ein deutlich extremeres Erstversagen simuliert, bei dem die verbliebene Ecksäule entfernt wurde. Durch diese Tests zeigten die Forscher, dass die hierarchische Einsturzisolierung erfolgreich den Einsturz der gesamten Struktur verhinderte und dass nur ein Teil des Gebäudes versagte.

In zwei Jahren Realität

Die Theorie ist bereits bewiesen, doch nun wird die Umsetzung des Projekts noch zwei Jahre dauern. Das System, das bei Neubauten mittlerer Höhe (bis zu 15 oder 20 Stockwerke) zum Einsatz kommen könnte, steht bereits im Mittelpunkt des Interesses vieler Unternehmen. Der nächste Schritt wird darin bestehen, eine neue Technik zu entwickeln, die es ermöglicht, kritischen Gebäuden, die bereits gebaut wurden, mehr Robustheit zu verleihen – ein neuer Forschungszweig, an dem die Gruppe der Polytechnischen Universität Valencia bereits arbeitet.

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