La colisión del carguero que destruyó el puente Francis Scott Key en Baltimore el 26 de marzo de 2024 plantea dudas sobre cuánto pueden hacer los ingenieros para evitar que tales catástrofes ocurran en el futuro. Aquí, Michael J. Chajes, profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Delaware, analiza cómo los códigos de diseño de puentes han cambiado a lo largo de los años y los desafíos de construir nuevas estructuras y modernizar las existentes para que puedan sobrevivir a eventos extremos.

¿Qué tan difícil es diseñar un puente que resista la fuerza que derribó el puente Francis Scott Essential?

Una vez que los ingenieros comprenden las fuerzas a las que estará sujeta una estructura, pueden diseñar una estructura que las resista. Dicho esto, sabemos que cada fuerza tiene un rango de magnitudes que pueden ocurrir. Por ejemplo, no todos los camiones que circulan por las carreteras pesan lo mismo, no todos los terremotos son de la misma magnitud y no todos los barcos tienen el mismo peso. Incorporamos esta variabilidad de fuerzas en el diseño.

Incluso si se construye según un conjunto de planos determinado, la resistencia ultimate de la estructura puede variar. Los materiales utilizados tienen variaciones de resistencia. Por ejemplo, el hormigón entregado en dos días sucesivos tendrá una resistencia ultimate ligeramente diferente. Esta variabilidad en la resistencia de la estructura ultimate también se tiene en cuenta en el proceso de diseño para garantizar que el puente o el edificio sea seguro. No hay manera de que podamos construir dos puentes con el mismo conjunto de planos y que terminen con exactamente la misma resistencia.

Según el peso y la velocidad del barco que chocó contra el puente Francis Scott Important, el código real de diseño de puentes de EE. UU. exigiría que el puente se diseñara para resistir una fuerza lateral de 11.500 toneladas. Esto significa que el puente tiene la capacidad de resistir un impacto lateral de esa magnitud. Esto equivale al peso de unos 50 Boeing 777 cargados o al peso de la Torre Eiffel. Si bien se trata de una fuerza lateral muy grande, se pueden diseñar estructuras para resistir dichas fuerzas. Los edificios altos se diseñan habitualmente para resistir cargas laterales de esta magnitud que resultan del viento o los terremotos. Sin embargo, es una cuestión de cuánto se quiere gastar en la estructura, y muchos objetivos y restricciones del diseño deben equilibrarse entre sí.

¿Qué hacen los ingenieros para garantizar la seguridad en eventos extremos?

Nuestro conocimiento sobre cómo los fenómenos extremos afectan las estructuras está en constante evolución. Un área donde esto es muy evidente es la ingeniería sísmica. Después de cada terremoto, los ingenieros estructurales aprenden qué ha funcionado y qué no, y luego los códigos de diseño de edificios y puentes evolucionan. Los propietarios de infraestructuras también intentan modernizar las estructuras existentes que fueron diseñadas según códigos anteriores.

Las colisiones de barcos y su impacto en los puentes son un área related de comprensión en evolución y códigos de diseño mejorados. Ha habido más de 35 colapsos importantes de puentes en todo el mundo causados ​​por colisiones de barcos entre 1960 y 2015. Los ingenieros evalúan las fallas y actualizan los códigos de ingeniería para que tengan en cuenta mejor los efectos de las colisiones de barcos.

¿Cómo ha evolucionado el diseño del puente desde que se construyó el puente de Baltimore?

El puente Francis Scott Essential fue diseñado a principios de la década de 1970. La construcción comenzó en 1972 y se abrió al tráfico en 1977. Esto precedió al colapso del Sunshine Skyway en Florida en 1980, causado por una colisión de barcos, equivalent a lo que ocurrió en Baltimore. Ese colapso del puente llevó al inicio de proyectos de investigación que culminaron con el desarrollo de una especificación de guía estadounidense en 1991 que se actualizó en 2009.

Con foundation en esa especificación de la guía, los códigos de diseño de puentes se cambiaron para incluir las fuerzas debidas a colisiones de barcos. No habría sido necesario que el diseño del puente Francis Scott Crucial tuviera en cuenta el efecto de las colisiones de barcos. El actual código de diseño de puentes de EE. UU. dice que:

“Cuando se prevea una colisión de embarcaciones, las estructuras deberían:

• Diseñado para resistir fuerzas de colisión de embarcaciones y/o

• Debidamente protegido por defensas, delfines, bermas, islas u otros dispositivos sacrificables”.

Otros cambios desde la década de 1970 son que los buques de carga han aumentado de tamaño y peso. El barco que derribó el Sunshine Skyway en 1980 pesaba 35.000 toneladas, mientras que el barco que chocó con el puente Francis Scott Vital pesaba 95.000 toneladas.

Con el peso cada vez mayor de los buques de carga, la estrategia de diseño más rentable para evitar el colapso de los puentes debido a una colisión de buques bien puede ser proteger los pilares de los puentes del impacto. Esto se logra mediante la construcción de un sistema de protección contra colisiones en el puente, que a menudo es una estructura de concreto o roca que rodea el muelle e impide que el barco llegue al muelle, como se hace para proteger muchos de nuestros monumentos nacionales.

Cuando se reconstruyó el puente Sunshine Skyway, se instaló un sistema de protección de muelles que se ha utilizado en muchos otros puentes. La Autoridad del Río y la Bahía de Delaware está aplicando actualmente el mismo enfoque a un costo de 93 millones de dólares para proteger los muelles del Puente Memorial de Delaware.

Pero ¿qué pasa con los puentes existentes como el puente Francis Scott Key? Los propietarios de puentes tienen un tremendo desafío para encontrar los recursos financieros necesarios para modernizar sus puentes para satisfacer los últimos códigos de diseño y tener en cuenta las mayores cargas de impacto esperadas debido a los barcos cada vez más pesados. Aquí sucedieron ambas cosas. Es decir, los códigos de diseño cambiaron y mejoraron, y las cargas se hicieron mucho mayores. Los ingenieros y propietarios de infraestructuras hacen todo lo posible para priorizar dónde se pueden utilizar sus fondos limitados para aumentar la seguridad estructural y minimizar la posibilidad de fallas estructurales.

¿Qué pueden hacer las universidades?

El trabajo número uno de los ingenieros estructurales es proteger al público y minimizar el riesgo de fallas estructurales que representan una amenaza para la vida humana. Para ello, los ingenieros deben ser capaces de calcular las fuerzas a las que pueden verse sometidas nuestras estructuras. Esto incluye casos en los que un barco grande choca accidentalmente con un puente, o un gran terremoto o huracán.

En estos casos extremos, es casi seguro que la estructura sufrirá daños, pero, si es posible, debe ser lo suficientemente resistente como para no colapsar. Los códigos de diseño se actualizan continuamente para tener en cuenta nuevos conocimientos, nuevos materiales y nuevas técnicas de diseño. La confiabilidad de nuestras estructuras mejora todo el tiempo.

La modernización de estructuras construidas según códigos anteriores es un proceso continuo, y este desastre pasa a primer plano. Estados Unidos tiene mucha infraestructura diseñada según códigos antiguos, y tenemos camiones más grandes que cruzan nuestros puentes y barcos más grandes que pasan por debajo de ellos.

Los ingenieros nunca pueden reducir la probabilidad de falla a cero, pero pueden reducirla hasta el punto en que las fallas ocurren con muy poca frecuencia y solo en los casos en que numerosas circunstancias imprevistas se combinan para hacer que una estructura sea susceptible al colapso.