La estrategia de la telaraña que permite construir puentes a prueba de catástrofes

¿Se podría haber evitado el colapso con un mejor diseño en su construcción? Una investigación española, liderada por la Universidad Politécnica de Valencia y la Universidad de Vigo, han encontrado seis mecanismos de resistencia que pueden ayudar a diseñar puentes más seguros y a minimizar los daños ante sucesos como el de Baltimore o un terremoto o cualquier evento catastrófico. Las conclusiones del estudio permitirán optimizar más el diseño, sin un incremento de coste ni materiales. Los detalles de este trabajo se publican este martes en la revista 'Nature'.

Fijándose en el trabajo de las arañas y la estructura que tejen han demostrado que igual que estos artrópodos se adaptan y siguen atrapando presas después de sufrir daños en sus telarañas, los puentes de celosía de acero son capaces de resistir cargas incluso mayores a las que soportarían en condiciones normales cuando sufren un daño.

La comparación con las telarañas surgió por casualidad, cuenta a ABC José M. Adam, investigador de la Universidad Politécnica de Valencia y autor principal del estudio. «Mientras redactábamos el artículo, nos encontramos con otro trabajo publicado también en la revista 'Nature' sobre la fortaleza de las telarañas. Observamos varios puntos en común con la resistencia de los puentes de celosía de acero», explica.

Como en las telas de araña, estos puentes están formados por muchos elementos lineales unidos entre sí y la función del elemento que falla determina el impacto en la integridad del conjunto. Tanto en la estructura que tejen las arañas como en estas obras de ingeniería, «cuando falla un elemento hay una extraordinaria capacidad para trasladar la carga a otros, de modo que la estructura puede seguir soportando cargas similares, como si no hubiera ocurrido nada. Incluso con el fallo de un elemento a priori crítico, se puede evitar el colapso-rotura», detalla Adam.

Su investigación se ha centrado en las obras de ingeniería diseñadas con celosía de acero, como lo era el puente de Baltimore. Se sabía que estas construcciones son más resistentes a un impacto o otro evento catastrófico, pero no por qué en algunos casos los daños se propagan de forma desproporcionada mientras en otros apenas afectan a la funcionalidad del puente.

La respuesta se encontró en esos seis mecanismos de resistencia ocultos que han identificado los ingenieros de Valencia y Vigo. «Como en las telarañas, si el puente es capaz de activar estos mecanismos, el fallo de un elemento no se propaga al resto del puente. Sin embargo, si ninguno de estos mecanismos se activa, con total seguridad habrá un derrumbe», afirma el investigador de la Universidad Politécnica de Valencia.

Para hallar las seis claves que aportan más seguridad, los investigadores españoles construyeron en su laboratorio a escala un vano de un puente real donde indujeron fallos en zonas concretas. Idearon una estructura formada por vigas trianguladas en las que todas las barras trabajan a tracción o compresión. Y fueron eliminando barras hasta identificar seis maneras diferentes en las que las restantes barras del puente son capaces de resistir las cargas a las que está sometido.

Así se vio cómo una estructura cambia su comportamiento y pasa de ser una viga que se sustenta en dos apoyos a deformarse para poder seguir transmitiendo las cargas a los apoyos sin que se alcance el colapso. «A mi juicio, esta es la mayor contribución del artículo», señala a SMC José López Cela, catedrático de Mecánica Aplicada e Ingeniería de Proyectos de la Universidad Castilla-La Mancha.

Cela, que no está involucrado en este estudio, plantea dudas sobre cómo se comportaría ante una catástrofe real. «Los fallos locales en laboratorio son fáciles de provocar (simplemente cortando la barra en cuestión), no es fácil imaginar cómo pueden aparecer en una estructura real. No obstante, estas consideraciones no invalidan el interés, la calidad y el rigor científico» de la investigación, insiste.

Adam argumenta: «Los resultados son totalmente extrapolables a puentes reales. De hecho, nos inspiramos en uno de la provincia de Alicante. Hemos aplicado leyes de semejanza, lo que hace que los resultados se puedan extrapolar directamente a la realidad».

Creen los investigadores de este estudio que sus conclusiones no solo permitirán construir puentes más seguros, sino que ayudará a reforzar obras ya construidas cuando se quiera extender su vida útil. Entre finales del siglo XIX y el primer tercio del siglo XX se construyeron bastantes puentes de celosía de acero y muchos de ellos están actualmente operativos, sobre todo para el paso de ferrocarriles. «Nuestro trabajo ayudará a definir pautas para su inspección y reparación, lo que redundará en el mantenimiento de un valioso patrimonio de la ingeniería civil», defiende el ingeniero valenciano.

El colapso del puente de Baltimore, sin embargo, parecía imposible de detener. Poco se podía hacer contra la embestida de un barco de esa envergadura. Adam cree que fue la falta de defensas en los pilares la principal debilidad de la infraestructura que derribó el carguero. «Nuestro trabajo no es de aplicación directa al caso de la infraestructura estadounidense, porque el problema de este puente era mucho más básico y el impacto provoca casi con total seguridad el derrumbe». Aunque sí en otras situaciones que acabaron en tragedia y ya forman parte de nuestra historia reciente como en Minneapolis o Mount Vernon.