Ingeniería forense estructural: qué enseñan los fallos reales

Una estructura puede parecer correctamente calculada y, sin embargo, no comportarse como se esperaba. En el peor de los casos, puede llegar al colapso. El Citicorp Center de Nueva York estuvo peligrosamente cerca: un análisis del viento que no contemplaba suficientemente su incidencia diagonal y un cambio en las uniones durante la construcción redujeron de forma crítica su margen de seguridad. Reconstruir cómo se llega a una situación así es el terreno de la ingeniería forense estructural.

Entre el modelo y el edificio construido intervienen decisiones de proyecto, cambios durante la ejecución, materiales, uniones, procedimientos de montaje y controles. Un error aparentemente menor puede no tener ninguna consecuencia. Varios errores pequeños combinados, en cambio, pueden alterar por completo el resultado.

La ingeniería forense estructural investiga precisamente esa distancia entre lo proyectado y lo que finalmente ocurre. Analiza fallos, daños o comportamientos imprevistos para reconstruir sus causas y extraer de ellos conocimiento que permita diseñar y construir estructuras más seguras.

El Citicorp Center y el fallo ocurrido durante la construcción del Call Center de Telefónica en Toledo permiten observar el problema desde dos ángulos muy diferentes: el primero, desde las hipótesis de cálculo y los cambios en obra; el segundo, desde la relación entre diseño, detalle y ejecución.

Qué es la ingeniería forense estructural

La ingeniería forense aplica conocimientos científicos y técnicos para investigar fallos, accidentes, daños, patologías estructurales o comportamientos no previstos de estructuras, materiales y componentes. Una investigación puede requerir revisar el proyecto original, los modelos de cálculo, planos, detalles constructivos, materiales, modificaciones introducidas durante la obra, secuencias de ejecución, procedimientos de instalación y las propias evidencias dejadas por el fallo.

En determinadas ocasiones, sus resultados forman parte de informes periciales o procedimientos judiciales, pero reducir la ingeniería forense a la búsqueda de responsabilidades sería quedarse solo con una parte de su utilidad. Cada fallo constituye también una fuente de conocimiento. No se trata solo de repartir responsabilidades, sino de entender qué falló y aprender de ello.

El diseño sísmico es un buen ejemplo: muchos avances han llegado después de estudiar qué ocurrió realmente durante grandes terremotos y por qué algunas estructuras respondieron mejor que otras. Estudiar un fallo permite revisar hipótesis, procedimientos, detalles y normas antes de que el mismo mecanismo vuelva a repetirse.

Por qué un fallo estructural rara vez tiene una sola causa

Buscar “el error” resulta tentador, pero la realidad suele ser bastante más compleja.

Una hipótesis de cálculo poco adecuada puede no bastar para provocar un fallo. Un cambio durante la ejecución puede reducir el margen de seguridad sin causar por sí solo un problema. Un detalle mal ejecutado puede permanecer inadvertido durante años. El riesgo aparece cuando varias circunstancias coinciden.

Una enseñanza de Bassó Birulés resulta especialmente útil para comprender los siniestros estructurales: casi nunca existe una única causa responsable; lo habitual es encontrar una superposición de causas concatenadas.

Citicorp y el Call Center de Telefónica muestran esa lógica desde dos perspectivas muy distintas.

Citicorp Center: cuando un edificio singular exige un análisis singular

El Citicorp Center de Nueva York nació condicionado por una circunstancia poco habitual. En una parte de la parcela se encontraba la iglesia de St. Peter's, que debía conservarse. La solución permitió levantar la torre sobre un núcleo central y cuatro grandes pilares situados en el centro de cada lado del edificio, en lugar de colocarlos en las esquinas. Una estructura triangulada en las fachadas conducía hacia esos apoyos tanto las cargas gravitatorias como las acciones horizontales.

No era, por tanto, un rascacielos convencional.

El proyecto estructural, desarrollado por William LeMessurier, incorporaba además un amortiguador de masa en la coronación para limitar el movimiento del edificio frente a fuertes vientos. Inaugurada en 1977, la torre se convirtió rápidamente en un referente de innovación estructural.

Precisamente su singularidad acabaría poniendo en cuestión una de las simplificaciones utilizadas para calcularla.

La pregunta que obligó a revisar el cálculo

Después de la inauguración apareció una cuestión aparentemente académica: ¿qué ocurriría si el viento incidiera diagonalmente sobre el edificio?

En muchos edificios convencionales, comprobar las acciones del viento en las direcciones principales permite representar adecuadamente su comportamiento. Pero Citicorp no era un edificio convencional.

La particular disposición de sus pilares y triangulaciones hacía que el mecanismo resistente cambiara cuando el viento incidía a 45 grados. Al introducir esa dirección en el análisis, los esfuerzos sobre determinados elementos aumentaban considerablemente.

Ahí está una de las claves del caso: una simplificación que funciona en muchas estructuras puede dejar de ser válida cuando la propia geometría del edificio se sale de lo habitual.

Las normas y métodos de cálculo proporcionan un marco de seguridad, pero no sustituyen el criterio profesional necesario para reconocer cuándo una configuración estructural obliga a estudiar situaciones adicionales.

Una segunda circunstancia: las uniones

La revisión reveló otro factor decisivo: las uniones soldadas contempladas originalmente en el proyecto habían sido sustituidas durante la construcción por uniones atornilladas que, tal como se habían ejecutado, no ofrecían la resistencia necesaria frente a los nuevos esfuerzos detectados.

El problema no era que una unión atornillada fuese, por definición, una mala solución. Podía haber sido perfectamente válida si se hubiera dimensionado y comprobado para las solicitaciones correspondientes.

Lo importante fue que la solución cambió durante la obra y ese cambio no se verificó respecto al comportamiento previsto inicialmente. Las conexiones realmente construidas acabaron teniendo que hacer frente a esfuerzos superiores a los considerados en el cálculo original.

Las conexiones en estructuras metálicas forman parte del comportamiento resistente del edificio y una modificación introducida durante la obra no puede tratarse como una decisión exclusivamente constructiva. Si cambia la unión, puede cambiar también la transmisión de esfuerzos y deben verificarse de nuevo tanto su resistencia como, cuando corresponda, el cálculo de las soldaduras que intervienen en ella.

Cambiar una solución no tiene por qué ser un problema. Cambiarla sin comprobar qué consecuencias tiene, sí puede serlo.

Corregir antes de que ocurra el fallo

Los análisis posteriores mostraron que el riesgo no podía ignorarse.

Con el amortiguador de masa en funcionamiento, el viento capaz de comprometer la estructura tenía un periodo de retorno estimado de unos 55 años. Si un corte eléctrico dejaba fuera de servicio el sistema, la situación era mucho más preocupante: ese periodo podía reducirse hasta unos 16 años.

La solución consistió en reforzar las conexiones mediante pletinas soldadas. Los trabajos llegaron a coincidir con la proximidad de una tormenta y se contemplaron medidas de evacuación de emergencia en la zona.

El refuerzo pudo completarse y el colapso nunca llegó a producirse.

Citicorp ocupa por ello un lugar particular entre los grandes casos de ingeniería forense: no hubo que analizar las ruinas después de un desastre. Una revisión permitió identificar la vulnerabilidad a tiempo para corregirla.

Qué enseña Citicorp a un ingeniero estructural

El caso deja tres aprendizajes claros. Una estructura singular exige un análisis acorde con esa singularidad. Los cambios introducidos durante la ejecución deben volver a verificarse. Y, cuando se detecta un problema de seguridad, reconocerlo y actuar es parte de la responsabilidad profesional.

La ingeniería forense, por tanto, no empieza necesariamente después de un colapso. También puede comenzar cuando alguien vuelve a formular una pregunta que hasta entonces parecía resuelta.

Call Center de Telefónica: cuando el fallo está en los detalles

El segundo caso parte de un escenario completamente diferente. El Call Center de Telefónica fue concebido como un gran contenedor bioclimático en el que convivían varios sistemas constructivos industrializados.

En este caso hay además una particularidad: Carles Romea participó en el diseño estructural del edificio y vivió en primera persona tanto el proyecto como la investigación posterior al fallo.

Dos grandes núcleos centrales ejecutados in situ en hormigón armado funcionaban como elementos principales de apoyo. Sobre ellos se disponían placas prefabricadas pretensadas de gran luz y, sobre el conjunto, una gran cubierta metálica curva.

Tres sistemas estructurales —hormigón armado in situ, hormigón prefabricado y estructura metálica— debían trabajar conjuntamente. Los puntos de encuentro entre ellos, por tanto, eran especialmente importantes.

Durante la construcción cayó un pequeño forjado en voladizo y, por arrastre, también dos niveles situados inmediatamente debajo.

No hubo daños personales, pero sí daños materiales. Y lo más llamativo es que el fallo no apareció en la gran cubierta metálica, en las piezas prefabricadas de mayor luz ni en los grandes núcleos de hormigón. Apareció en una zona mucho más discreta del proyecto.

La puerta que nadie vio: cuando arquitectura y estructura se cruzan

Al comparar la planta de arquitectura con la de estructura apareció el detalle que había pasado inadvertido: una de las puertas quedaba muy próxima al anclaje de una de las ménsulas.

Las placas prefabricadas que formaban el forjado se apoyaban sobre ménsulas metálicas en voladizo, fijadas al núcleo de hormigón armado mediante placas y anclajes químicos.

La ménsula, la placa y los anclajes habían sido dimensionados para resistir las solicitaciones previstas. El problema no estaba en que faltara cálculo, sino en que las condiciones reales en las que debía trabajar esa unión no coincidían exactamente con las consideradas al diseñarla.

La puerta aparecía en el proyecto arquitectónico. En la planta estructural, en cambio, el protagonismo lo tenían los elementos resistentes. Ambos planos eran correctos, pero al pasar de uno a otro se había perdido una información decisiva para el comportamiento del anclaje.

De ahí una pregunta que resume buena parte del caso: ¿cómo nadie vio la puerta?

El fallo no se encontraba únicamente en una pieza, sino que estaba en una interfaz: arquitectura, estructura y ejecución coincidían en el mismo punto.

El cono de rotura del hormigón

Los anclajes sometidos a tracción transmiten sus esfuerzos al hormigón que los rodea. Su capacidad depende, entre otros factores, de disponer de suficiente material para desarrollar el mecanismo resistente previsto. La proximidad a bordes, huecos u otros anclajes puede reducir ese volumen efectivo y limitar la resistencia.

En el Call Center, la puerta situada junto a la fijación hacía que al cono de rotura que debía colaborar en la resistencia le faltara una parte importante.

La geometría real volvía a imponerse al modelo.

No bastaba con que la placa estuviera correctamente calculada ni con que el anclaje tuviera una resistencia nominal determinada. Sus condiciones de contorno habían cambiado.

Este tipo de situaciones explica por qué el cálculo estructural no consiste únicamente en dimensionar elementos aislados. Un modelo es una representación de la realidad y su validez depende de que las hipótesis utilizadas reproduzcan suficientemente bien la estructura que finalmente se construirá.

Y todavía faltaba una causa

La investigación encontró además un segundo factor.

Las instrucciones del fabricante de los anclajes químicos establecían un procedimiento preciso de instalación. Antes de inyectar la resina era necesario retirar correctamente una parte del precinto. Posteriormente se comprobó que esa operación no se había realizado como estaba previsto, de modo que la resina no había penetrado adecuadamente y la adherencia del anclaje se había visto comprometida.

La cadena quedaba completa: el hueco de la puerta reducía el volumen de hormigón disponible para desarrollar el cono resistente y, además, el anclaje no se había instalado en las condiciones previstas por el fabricante.

La ejecución de la estructura de hormigón y la correcta instalación de sus componentes forman parte del comportamiento resistente tanto como el dimensionamiento realizado durante el proyecto.

Y hay otro aprendizaje importante: conocer el procedimiento no garantiza que se ejecute correctamente. Entre lo especificado en un proyecto y la persona que finalmente coloca un anclaje existe toda una cadena de instrucciones, responsabilidades y controles.

Cuando la solución más sencilla también es la más segura

Tras el fallo se abandonó la solución en voladizo y los forjados pasaron a apoyarse mediante pilares.

No era la única alternativa técnicamente posible. Una ménsula podía haberse resuelto de nuevo adoptando otras precauciones. La experiencia llevó, de hecho, a plantear en situaciones similares soluciones pasantes con contraplaca en la cara opuesta, menos dependientes de unos anclajes instalados únicamente desde un lado.

Pero el aprendizaje es más general: si existe una opción estructural más directa y menos sensible a la ejecución, merece la pena preguntarse qué aporta realmente la mayor complejidad.

A veces, la lógica estructural más sencilla es también la más segura.

Dos edificios muy distintos, una misma lección

Los mecanismos de fallo de Citicorp y del Call Center de Telefónica son muy diferentes.

En Citicorp, una configuración estructural excepcional hacía relevante una dirección de viento que la simplificación inicial no había considerado suficientemente, mientras que un cambio posterior en las conexiones reducía el margen disponible.

En Telefónica, unos elementos correctamente dimensionados dejaron de responder como se esperaba cuando las condiciones geométricas y constructivas reales se alejaron de las consideradas en el diseño, a lo que se añadió una instalación deficiente del anclaje.

En los dos casos, el problema aparece en la distancia entre el modelo y la estructura construida.

El cálculo estructural no termina cuando termina el cálculo

Los programas actuales permiten construir modelos cada vez más sofisticados y analizar en poco tiempo comportamientos que hace unas décadas exigían enormes recursos. El propio caso Citicorp lo demuestra.

Pero ninguna sofisticación matemática elimina una pregunta elemental: ¿la estructura que estamos modelando es realmente la que se va a construir?

Un apoyo puede comportarse de manera diferente a la idealizada en el modelo. Un hueco arquitectónico puede interferir con el volumen de hormigón disponible alrededor de un anclaje. Una unión puede sustituirse durante la obra por otra diferente.

Entre el proyecto y la estructura terminada hay, además, una etapa decisiva: la obra. Es ahí donde las soluciones dibujadas se convierten en elementos reales y entran en juego procedimientos, operarios, secuencias de montaje y decisiones que el proyectista no controla directamente.

El objetivo no es eliminar toda incertidumbre, sino reconocer dónde están los puntos críticos y comprobar que lo construido sigue respondiendo a las hipótesis del cálculo.

Por eso la revisión de proyectos, el control de cambios y la comunicación entre disciplinas no son meros procedimientos administrativos. También son instrumentos de seguridad estructural.

Qué puede aprender el diseño estructural de los fallos

La ingeniería forense introduce una forma particularmente útil de pensar el proyecto: no preguntarse únicamente cómo debería funcionar una solución, sino también de qué formas podría dejar de hacerlo.

Eso exige cuestionar las simplificaciones cuando una estructura se aleja de lo convencional, revisar los cambios realizados durante la construcción, prestar atención a las interfaces entre sistemas y entender las condiciones reales de instalación de materiales y componentes.

También obliga a desconfiar de la complejidad por la complejidad. Una solución más elegante sobre el papel no siempre es la más robusta en obra.

No significa renunciar a la innovación, sino comprenderla. Una solución audaz puede ser perfectamente segura si sus particularidades se identifican, modelan, detallan y construyen correctamente.

Aprender del fallo antes de repetirlo

La ingeniería avanza mediante conocimiento acumulado. Idealmente, ese conocimiento debería proceder siempre de investigación, ensayo, simulación y anticipación. La realidad demuestra que una parte también procede del estudio de estructuras que no se comportaron como estaba previsto.

Analizar esos casos no consiste en señalar retrospectivamente errores que hoy parecen evidentes, sino en comprender por qué no lo fueron en su momento y cambiar la forma de trabajar después de haberlos entendido.

Esa es la mirada que convierte un fallo estructural en conocimiento útil para el siguiente proyecto.

Esta relación entre concepción, cálculo, detalle y ejecución está también en el centro del Máster en Diseño y Cálculo Estructural de ZIGURAT, que aborda el proceso desde la modelización y las acciones hasta el dimensionamiento de estructuras de hormigón, acero, madera y cimentaciones. La especialización en estructuras metálicas y mixtas profundiza, además, en aspectos que aparecen en casos como Citicorp: el comportamiento de las uniones, la transmisión de esfuerzos y la relación entre cálculo y ejecución.

Porque aprender a calcular una estructura es imprescindible, y aprender a preguntarse cómo podría fallar es también una forma de aprender a diseñarla mejor.