¿Por qué colapsan las estructuras?

Antes de iniciar una discusión acerca del colapso de una estructura, se deben entender dos conceptos cruciales dentro del contexto de este fenómeno: (1) las demandas, cargas o fuerzas, y (2) las capacidades o resistencias asociadas a la estructura.

En lo que tiene que ver con las demandas, las más comunes a las que están sometidas las estructuras son las cargas muertas y vivas, las cuales actúan en sentido vertical o gravitatorio (de arriba hacia abajo) en las construcciones. Las cargas muertas son aquellas relacionadas al peso de todos los elementos de la construcción y los que se agregandespués a la estructura y que quedarán fijos en ella. Por otro lado, las cargas vivas son aquellas relacionadas al uso del inmueble lo cual está ligado al peso de las personas y al equipo de trabajo. Por ejemplo, las gradas de un estadio de futbol estarán sometidas a una carga viva más grande que la que se presentaría en un edificio de oficinas. Aunado a la acción de las cargas muertas y vivas, las cargas accidentales también son de suma importancia en el diseño de las estructuras. Estas cargas son provocadas por fenómenos naturales como huracanes, terremotos, tornados, tsunamis, nevadas, tifones, etc. Sin embargo, en nuestro país, generalmente diseñamos las edificaciones para que resistan las acciones del viento y sismo, mismas que se considera que actúan en dirección lateral a la edificación. De manera similar, se podría presentar una demanda accidental en una edificación por la acción del fuego, lo cual se tendría que considerar también en el diseño de la estructura.

El otro factor crucial por entender, previo a la definición del colapso de las estructuras, es el relacionado a las resistencias o capacidades de la edificación. En este sentido, dependiendo del tipo de material utilizado y de la configuración del sistema estructural, se tendrá una capacidad o resistencia en la estructura. En términos de materiales, se pueden construir estructuras de mampostería, concreto reforzado, acero, madera, o incluso combinaciones de estos, proveyendo cada uno de ellos una resistencia particular a la edificación. Aunado a los materiales, la configuración estructural y geometría también juegan un papel importante en la capacidad del inmueble. Por ejemplo, el tamaño y localización de columnas, vigas, trabes, y losas dictaminarán de manera sustancial la resistencia de la estructura.

Con base en la discusión anterior, resulta obvio que, si la demanda o carga actuando en la estructura supera a la resistencia o capacidad, ocurrirá un colapso/falla en la estructura. Sin embargo, la pregunta aquí sería ¿los ingenieros y arquitectos no saben esto? La respuesta es que sí, de hecho, cuando se diseña una estructura, se calculan sus cargas muertas, vivas, por viento y sismo, siguiendo los reglamentos de construcciones, para después combinarlas y afectarlas por factores superiores a la unidad, lo cual daría un factor de seguridad a dicho calculo.

De manera paralela, las resistencias de las estructuras se calculan y se afectan por factores menores que la unidad, para también así dar seguridad al diseño. Obviamente, tanto los factores de carga como los de resistencia dependen de la incertidumbre de ambas, por ejemplo, es muchísimo más incierto un sismo que un huracán, asimismo es más incierta una carga viva, la cual está en movimiento y podría cambiar, que una carga muerta estática. En resumen, cuando se diseña una estructura, los ingenieros y arquitectos aumentan la carga calculada y reducen la resistencia para dar un grado de protección adecuado a la estructura, lo cual se podría documentar como un factor de seguridad.

Finalmente, si las estructuras son diseñadas bajo criterios rigurosos y se les asignan factores de seguridad que protegen su integridad ¿Por qué se presentan colapsos? La respuesta está relacionada a múltiples causas. En primer lugar, a la gran incertidumbre que tienen las cargas actuando en estas, y de manera particular, las cargas accidentales. Por ejemplo, la carga que podría afectar a un edificio debido a la ocurrencia de un terremoto es muy variable y lo recomendado por los reglamentos de construcción para considerar este tipo de carga podría ser fácilmente superado, de manera particular en zonas altamente sísmicas. Lo mismo ocurre con la acción del viento, conforme pasan los años, se registran cada vez más huracanes de categoría considerable, el ejemplo mas reciente que vivimos en México fue el del huracán Otis en Acapulco en donde se registraron ráfagas de viento de hasta 330 km/hr, una velocidad muy por encima con respecto a la recomendada para diseñar estructuras en dicha zona costera. Por otro lado, es común que se realicen cambios de uso en las estructuras sin que estas hayan sido rehabilitadas/reforzadas para el nuevo uso que se les dará. En este aspecto, algo común que pasa es que una estructura que se diseñó para ser un espacio de oficinas sea utilizadapara albergar un gimnasio, lo cual implica un aumento considerable en cargas muertas y vivas actuando en el inmueble. Otra causa de los colapsos en las edificaciones es la falta de supervisión durante el proceso de construcción de la estructura, para esto, las autoridades locales exigen que todas las obras en los municipios cuenten con un director responsable de obra (DRO), o en su caso para construcciones con más superficie construida y muy altas, un Corresponsable en Seguridad Estructural (CSE).

En donde la función principal del DRO y CSE sería dar fe y supervisar que la construcción se ejecute conforme a los planos estructurales provistos por un experto en la materia. También, los colapsos suceden por la ocurrencia de cargas no previstas en el diseño de la estructura, los ejemplos más claros son los colapsos por incendios en las naves industriales o edificios de acero.

Por último, aunque podrían existir más causas, los colapsos se dan por la falta de monitoreo de las estructuras, en este caso pensemos en las edificaciones más antiguas de nuestra ciudad ¿existe algún programa de monitoreo de la salud de dichas estructuras? Siguiendo con esta discusión, pensemos en los puentes de nuestra ciudad ¿tienen nuestras autoridades locales brigadas para realizar inspecciones, por lo menos visuales, de los puentes con los que contamos y que usamos diariamente? O ¿las revisiones estructurales se hacen solamente cuando ocurre algún accidente en nuestra infraestructura? Las respuestas a estas preguntas corresponden a nuestras autoridades, sin embargo, el monitoreo/revisión estructural de la infraestructura más antigua en nuestra ciudad es un paso en la dirección correcta para evitar su posible colapso.