Descubiertos los mecanismos ocultos que evitan que los puentes se derrumben en eventos catastróficos

Un equipo de la Universitat Politècnica de València (UPV) y la Universidad de Vigo (UVigo) acaba de publicar en Nature los resultados de un estudio en el que han descubierto por qué los puentes de celosía de acero no se derrumban cuando se ven afectados por un evento catastrófico, ya sea un impacto o un terremoto, porque guardan una similitud con el comportamiento de las telarañas que se encuentran en la naturaleza. Los académicos han investigado por qué algunos, como el de Minneapolis en 2007, colapsaron y otros, como el viaducto sobre la A-3 en Contreras en 2013, se mantuvieron en pie.

“Demostramos que, al igual que las telarañas son capaces de adaptarse y seguir atrapando presas después de sufrir daños, los puentes de celosía de acero dañados aún pueden ser capaces de resistir cargas incluso mayores a las que soportan en condiciones normales de uso y no derrumbarse”, destaca José M. Adam, investigador del Instituto ICITECH de la Universitat Politècnica de València, y Coordinador del proyecto Pont3, financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, donde se integra el trabajo llevado a cabo.

Los puentes son elementos críticos de las redes de transporte, y su colapso o derrumbe puede tener consecuencias muy graves, incluyendo víctimas mortales y pérdidas económicas que pueden alcanzar millones de euros por cada día de cierre. Los de celosía metálica tienen tradición en el ámbito del ferrocarril pero actualmente se emplean tanto en el medio ferroviario, en carretera y también en pasarelas peatonales, aunque se comenzaron a construir entre finales del siglo XIX y principios del siglo XX.

El equipo de investigadores observó que los puentes de celosía están formados por muchas varas unidas entre sí, y dio con casos en los que el fallo de un solo elemento había provocado el colapso de toda la infraestructura. “Nos pusimos en el laboratorio y simulamos por ordenador el defecto de 222 elementos. Y llegó una sorpresa que no esperábamos y es que ante el fallo de cualquier elemento crítico del puente, este permanecía en pie y era seguro”, explica Adam.

Se dieron cuenta de que los viaductos metálicos seguían en pie por unos mecanismos latentes de resistencia que no conocían, pero están ahí, y que se pueden utilizar para diseñar puentes nuevos o bien para mantener los existentes. “Hay que tener en cuenta que la vida útil teórica de un puente son 100 años, pero hay muchísimos más antiguos. Sus investigaciones han permitido descubrir seis mecanismos fundamentales que, al combinarse unos con otros, permiten que un puente no colapse a causa del defecto de uno de ellos.

“Además, ante eventos naturales cada vez más intensos e impredecibles, y los cambios ambientales que están acelerando el deterioro de los puentes, es fundamental garantizar que estas estructuras no colapsen ante un fallo local. Y en este sentido hemos avanzado en nuestro estudio”, añade Belén Riveiro, investigadora del Centro de Investigación en Tecnologías, Energía y Procesos Industriales de la Universidad de Vigo, e investigadora principal del subproyecto de Pont3 de la Universidad de Vigo.

Hasta ahora, no estaba claro por qué fallos iniciales de ciertos elementos se propagan de forma “desproporcionada” en algunos casos, mientras que en otros apenas afectan a la funcionalidad del puente. En su trabajo, este equipo ha descubierto y caracterizado los mecanismos secundarios que permiten a estos puentes ser más resistentes —desarrollan una resistencia latente— y no colapsar. “Gracias a ello, somos capaces de entender cómo pueden seguir soportando cargas después del fallo inicial de algún elemento”, añade Carlos Lázaro, investigador principal del subproyecto de Pont3 de la UPV.

Imitar y aprender de la naturaleza

El trabajo del equipo de la UPV y la UVigo aporta nuevas claves para el diseño de puentes más seguros y resilientes ante eventos extremos, y contribuye a mejorar las estrategias de monitorización, evaluación y refuerzo de puentes ya existentes. Además, sus conclusiones pueden ayudar a definir nuevos requisitos de robustez para puentes de celosía de acero.

“Todo ello con un objetivo fundamental: mejorar la seguridad de estas infraestructuras, tan importantes y extendidas en las redes de transporte. Y la clave está, de nuevo, en la naturaleza; el año pasado descubrimos cómo lograr que los edificios no colapsen ante un evento extremo, imitando para ello a las lagartijas. En esta ocasión hemos aprendido de las telarañas, cuyo comportamiento guarda similitudes con el de los puentes de celosía de acero. Esto lo hemos demostrado al comparar nuestro trabajo con otro publicado en Nature en 2012, precisamente sobre telarañas”, añade Adam.

La dana que asoló parte de la provincia de Valencia el 29 de octubre de 2024, con 228 fallecidos, ha dañado un montón de puentes en la zona cero, pero el investigador matiza que el problema creado por aquella catástrofe es otro. Se podría comparar con lo que sucedió en el puente de la bahía de Baltimore, en EE UU, en marzo del año pasado, cuando un carguero de contenedores chocó contra el viaducto y lo hizo trizas.

“Hay situaciones que no merecen la pena su consideración a la hora de diseñar un puente y es ese tipo de eventos tan extremos. Lo que hay que hacer es alejar la acción del puente porque no queda otra. Si un barco cargado de contenedores impacta en la pila de un puente, se va a caer. Si viene una dana y provoca una socavación en el terreno y rompe una pila de un puente, lo mismo: el puente caerá. Son situaciones muy básicas y hay que actuar protegiendo los elementos vulnerables con escolleras, con buenas cimentaciones, alejando la acción del puente porque son casos muy sencillos y muy obvios”, considera el coordinador del proyecto Pont3.

El estudio que ahora publican “nos permite comprender un fenómeno y es que a lo largo de la historia hay puentes de celosía que han fallado por un defecto local y otros que no. Por ejemplo, tenemos el puente de Minneapolis que falló en 2007 por un solo elemento y causó muchos daños, y tenemos el viaducto sobre la A-3 en Contreras, donde hace unos años falló un elemento principal de la estructura, y el puente no colapsó. ¿Por qué? Porque en este puente se activaron esos mecanismos latentes”.

El punto de partida de este trabajo publicado en Nature son dos Becas Leonardo que la Fundación BBVA otorgó a Belén Riveiro (en el año 2021) y José M. Adam (en el año 2017). La primera de ellas se centró en la evaluación de puentes existentes y la segunda en el estudio de los mecanismos resistentes de edificios ante fallos locales.