El pasado 24 de junio colapsó súbitamente un edificio de pisos de viviendas en Estados Unidos, en Miami. Este hecho nos recuerda que nadie está exento de cumplir la Ley de la Gravedad, incluso en el primer mundo y nos da un toque de atención de un problema que se va a repetir en los próximos años.
Las razones del colapso deben ser conocidas ya por las
autoridades del condado de Miami-Dade, desde el momento en que "los del CSI-Miami" (ironía) hayan apreciado oxidación de armaduras en los restos del siniestro), pero los demás no vamos a estar seguros
de las causas hasta que se desarrolle el proceso judicial (en USA las
aseguradoras convertirán el asunto en una batalla legal), sólo podemos
interpretar las imágenes de los daños y los vídeos de la forma de colapso para
llegar a ciertas hipótesis con fundamento.
También nos sorprenden a los europeos determinadas actitudes NORTE-americanas. La rapidez (sólo 10 días) en dar por cerrada la búsqueda de 80 “desaparecidos” (muertos) entre los escombros, cuyos restos irán a parar a
una escombrera junto con los del edificio, igual que sucediera con los
oficialmente “volatilizados” de las Torres Gemelas. Algo impensable en Europa.
Los edificios de
viviendas en USA.
Podemos establecer una clara diferenciación entre las estructuras de las viviendas unifamiliares (casas) tan frecuentes en la construcción anglosajona, realizadas casi invariablemente con madera, de no más de tres plantas de altura, y los edificios de pisos de viviendas o “apartamentos” (de mayor altura), construidos casi invariablemente con hormigón y con acero. Allí apenas existen las estructuras históricas de fábricas que colmatan los centros históricos europeos, primero porque la Independencia de los Estados Unidos no llega a los 250 años de historia (no tienen “historia” como tal), también por las características propias de los sistemas de construcción americana.
Para los edificios en altura, las exigencias estructurales
(equilibrio-estabilidad, resistencia y rigidez) y de seguridad (seguridad
estructural y contra incendios) son comparables a las europeas. Pero para las casas
de madera hay notables diferencias, siendo mucho menos exigentes en EE.UU.
Cuando un americano llega a España y observa la construcción generalizada de
viviendas unifamiliares con hormigón, no lo entiende, piensa que estamos
realizando una especie de “búnkeres”. En cambio, cuando los europeos vemos
destruidos barrios enteros de casas de madera por tornados (nótese que los
tornados no se llevan los edificios de hormigón de esa misma ciudad), lo encontramos recíprocamente
absurdo. Los profesores de construcción tenemos el recurso fácil de acudir al
cuento de los tres cerditos para explicar el diseño estructural antes de entrar
en cálculos. Es cuestión de mentalidades y de admitir o no mayores exigencias
estructurales.
Pasaremos entonces a analizar el caso del colapso del
edificio de apartamentos de Miami, que es el de un edificio de pisos, alto y
con hormigón armado; un colapso bastante infrecuente en el mundo occidental y del que podemos extraer experiencias.
Descartando especulaciones.
Es sorprendente entrar en internet y consultar las noticias sobre el colapso. Se habla de:- Que “el terreno venía hundiéndose a razón de varios milímetros por año desde los años 90” (tergiversando un estudio sobre cambio climático), algo que es normal en una zona urbanizada sobre manglares con cimentación por pilotes, como se encuentra la mayor parte de la costa de La Florida.
- Que “se produjeron considerables vibraciones cuando se construyó un edificio próximo”, algo que entra dentro de lo común y normal.
- Las fugas de la piscina comunitaria.
- Aparecen fotos de “pilares dañados en el garaje” pero si las observamos, son simples esquinas rozadas por los vehículos a la altura de los paragolpes, como los que podemos ver en cualquier garaje.
- Y otra serie de especulaciones, comentadas por periodistas que llegan al lugar de la noticia y le enchufan el micrófono al primero que pasa y que sale bien en cámara. En este caso no había tormenta, así que nadie le ha echado la culpa a un “rayo” como sucedió con el colapso del puente de Morandi en Italia (ironía), que se comenta en este mismo blog.
Características funcionales
del edificio.
“El Champlain Towers South es un caro edificio de
apartamentos frente a la playa” en la Península de Miami Beach. Un “condominio” (algo así como
la “propiedad horizontal” española, gestionada por una comunidad de
propietarios y un administrador) de 13 plantas de altura sobre rasante (baja +
11 + ático) con más de 100 apartamentos y una planta de sótano de garaje comunitario.
El precio de los apartamentos era bastante elevado, del orden de los 650.000
dólares (al cambio 546.000 euros) de valor medio, habitado por personas de
buen nivel económico y “miembros de la comunidad judía de Florida” según
dice la prensa. El estado aparente del edificio era impecable, según podemos apreciar en las imágenes de Google Street-View previas al derrumbe.
Justo al lado hay otro edificio exactamente igual, a cuyos inquilinos "no les llegará la camisa al cuerpo" y que es una gran oportunidad para analizar con rigor por comparación el problema estructural ocurrido.
Características estructurales del edificio.
Se sabe que la cimentación del edificio es una losa encepada
sobre pilotes. La fecha de construcción del edificio (en 1981, hace 40 años)
debe hacernos descartar problemas graves del sistema de cimentación porque,
como se dice en Arquitectura “no hay problema grave de
cimentación que dure más de una generación” o lo que es lo mismo, si hubiera
existido un problema severo de interacción terreno-estructura, se habría manifestado
desde el principio de la construcción, no aparecería súbitamente 40 años
después sin otras causas principales.
- Que el conjunto del edificio está formado por varias estructuras de torres de pisos, separadas por juntas estructurales. Lo que se ha derrumbado es una sola de las torres, pero completa. Véase el "corolario" sobre este tipo de estructuras.
- Que el edificio es de pilares de hormigón armado, que no destacan precisamente por sus secciones, son más bien enclenques[1].
- Que los forjados son de losas de hormigón armado, con un canto raquítico para el que usamos en España. Además, no se aprecia en ninguna foto la existencia de ábacos o de capiteles en los pilares lo que conduce a una primera conclusión: Pisos vulnerables al punzonamiento de los pilares.
- Luces (separación de pilares) bastante grandes, que alcanzan los 6 metros para facilitar el aparcamiento de vehículos en el sótano. Este dato unido al anterior (losas de escaso canto sin ábacos y gran luz) lleva a afirmar con rotundidad que existía un fallo de diseño desde hace 40 años. Pero este no puede ser el desencadenante del siniestro 40 años después, lógicamente.
- Escaleras de losas de hormigón armado.
- Paredes interiores (divisiones principales de zonas comunes) de muros de hormigón armado.
- Cerramientos con una hoja exterior de bloque hueco de mortero de cemento y trasdosados interiores de placas. Divisiones en el interior de las viviendas con placas prefabricadas (tipo “pladur”).
Hasta aquí todo era igual desde su construcción original hasta la fecha. La diferencia principal con respecto a una estructura del mismo sistema y fecha en España es la reseñada escasa rigidez de las plantas de forjado (apreciable incluso por las deformaciones tras el colapso), que se admite en Estados Unidos porque allí se emplean también divisiones menos rígidas (compatibilidad de deformaciones) en el interior de las viviendas y menor carga muerta (el suelo original a veces es una simple moqueta sobre el forjado).
Pero: ¿Habrán cambiado las cargas en los pisos? ¿Se habrá mantenido en correcto uso-mantenimiento la estructura? ¿Ha pasado algo durante el uso-mantenimiento del edificio que no sepamos?. Cuando sucede un colapso súbito de un edificio que lleva años en uso siempre siempre hay que hacerse esta pregunta clave.
Hipótesis de partida: Deterioro del hormigón armado por problemas de durabilidad y aumento de cargas en los pisos por reformas interiores incontroladas.
Los últimos 40 años han sido muy importantes para la mejora en la durabilidad en la tecnología del hormigón armado en el mundo. No olvidemos que mientras las estructuras de fábrica tienen unos 5000 años de historia, el hormigón tiene sólo 120 años, el 2,4% de "historia". En los años 70, lo mismo en USA que en Europa, no se valoraban tanto aspectos como el espesor de recubrimiento de las armaduras dentro del hormigón. Sencillamente porque no había experiencias previas. En cuanto se tuvieron dichas experiencias (experiencias negativas por problemas de oxidación-corrosión y carbonatación), se aumentaron las exigencias de durabilidad, que en pocos años fueron copiadas y transpuestas a todos los códigos estructurales de los países occidentales[2].
No olvidemos que el hormigón armado es un material compuesto de dos materiales (hormigón y acero) que podemos explicar como una especie de “simbiosis”, en la que las armaduras de acero dan al hormigón la RESISTENCIA A TRACCIÓN que no tiene y este le “devuelve a cambio” una PROTECCIÓN CONTRA LA OXIDACIÓN Y CONTRA FUEGO que el acero no tiene. Aunque la protección contra la oxidación es “relativa”. Todo acero será devuelto a la naturaleza irremisiblemente en forma de óxido de hierro y nuestro reto es mantenerlo en condiciones adecuadas durante la vida útil del edificio, pero ¿qué pasa cuando se llega al final de la vida útil o si esta se prolonga?.
Cuando se proyecta y construye un edificio, las principales estrategias para evitar la oxidación de las armaduras del hormigón son:
- El aumento de la cantidad de cemento en el hormigón, no por cuestiones de resistencia (como equivocadamente se piensa) sino para la mejora de la durabilidad.
- La reducción de la relación A/C (cantidad de agua/cantidad de cemento).
- El aumento de los espesores de recubrimiento a las armaduras de acero.
Las dos primeras potencian la protección química (pasivación) que el cemento hace de las armaduras. Mientras que la tercera aumenta la protección física o “barrera” de hormigón que separa al acero del ambiente exterior.
El proceso de oxidación funciona así: Partimos de hormigón armado supuestamente bueno, con barras de acero metidas dentro a unos 2 cm de la superficie. Cuando a través del sistema poroso de la piedra (aunque sea artificial, no deja de ser "piedra") penetra el ambiente exterior (es inútil luchar contra la naturaleza, el hormigón es una piedra y por tanto siempre tendrá poros y microfisuras), entonces la barra de acero inicia su oxidación natural. Al oxidarse, aumenta su volumen (el óxido de hierro tiene un volumen igual a 8 veces el del hierro sano) y entonces, al expandirse, somete al hormigón a tracción, que es precisamente la solicitación que este no soporta, con lo que el recubrimiento se fisura y se inicia un proceso “bola de nieve” que hace que los poros y fisuras sean cada vez mayores y la oxidación penetre finalmente “a placer”.
En el caso que nos ocupa (Miami, ciudad costera) hay un ambiente agresivo, porque está influenciada por el ion cloro que desde el mar viaja por el aire afectando a la zona litoral hasta varios kilómetros tierra adentro. Fenómeno que afecta a la mayor parte de ciudades del globo, que están situadas en la costa.
Las formas de armado “americanas” son más proclives a la oxidación porque los americanos son amigos de usar barras de grueso calibre (en lugar de distribuir la sección de acero en mayor número de barras más finas uniformemente repartidas como hacemos en Edificación en España) y para más INRI concentrar los armados en las esquinas (la zona más expuesta a la oxidación) en forma de “grupos de barras”.
Corrobora esta hipótesis, en el edificio de Miami:
- Un informe de 2018 que observó “daños estructurales asociados al salitre y la humedad”, que entendemos que no son roturas puntuales de elementos estructurales (que habrían hecho adoptar medidas en esa sociedad tan desarrollada) sino fisuras cuyo origen podría estar en cuestiones tensionales, pero que es seguro que, dado el ambiente litoral, estarían afectadas por oxidación/corrosión. Es muy difícil valorar este tipo de daño porque frecuentemente se encuentra oculto por los revestimientos.
- La existencia de reformas interiores: Consta por las imágenes que el edificio había sido completamente remozado en su fachada (con respecto a la de un edificio cuya construcción original es de los años 80) y también internamente en muchos apartamentos. Por ejemplo, en aplicaciones de venta de inmuebles por internet se muestra un “apartamento de cuatro cuartos y piso de mármol en la última planta” vendido en mayo de 2021 por casi 3 millones de dólares. Un edificio de calidad, en primera línea de playa y con una revalorización tan grande, es común y normal que haya sido internamente reformado. Este en concreto presenta un solado nuevo de mármol añadido sobre el “raquítico forjado” descrito, que inicialmente era de "moqueta". ¿Ha ocurrido esto en todas las plantas?.
- Existencia de equipos e instalaciones que se aprecian en los restos del derrumbe y que no existían en los años 80 cuando se construyó el edificio, que generan cargas nuevas. Mención aparte merece la ¡piscina! existente en el "penthouse" (en el ático), recordemos que cada metro de profundidad de piscina es "una tonelada por metro cuadrado de presión a su forjado de base (el de la azotea). Supongamos que tiene 1,50 m de profundidad, pues tenemos 15 KN/m2, que es 10 veces la sobrecarga de uso con la que habitualmente se calculan los forjados en USA. ¡10 veces!. Ese forjado podría haber sido reforzado, pero no me creo que se reforzaran los pilares de su base en las 13 plantas de altura hasta la cimentación.
- La forma de colapso: Cuando hay un problema localizado en un forjado, o en una viga, colapsan el forjado o viga afectados. Pero cuando se produce un colapso del edificio en su conjunto, la causa apunta a la estructura portante, es decir, a los pilares.
¿Qué puede hacer colapsar los pilares en un edificio con 40 años en servicio? Pues dos cosas: el aumento de la carga en el conjunto del edificio (las reformas apuntadas que parecen haber sido generalizadas en muchas viviendas) y la reducción de la resistencia a compresión y flexo-compresión en los pilares (por la oxidación apuntada de las armaduras de acero por pérdida de durabilidad). En definitiva: Condiciones de uso y déficit de mantenimiento.
La forma de colapso
de una torre por agotamiento de los pilares.
La hipótesis descrita (durabilidad y aumento de carga) ocasiona un problema de resistencia de la sección de hormigón armado al resultar mermada la sección resistente de acero: Aumentarán las tensiones de compresión al hormigón y, por la propia configuración estructural de estas torres, las solicitaciones se reparten por el conjunto de todos los pilares, hasta que alguno de ellos falla por agotamiento (en las plantas más bajas sometidas a mayor solicitación por el peso de más plantas superiores).
Cuando uno de ellos llega
al límite y “estalla” (se denomina así por la forma de rotura en prensa en
laboratorio), comienza un fenómeno “fichas de dominó” que hace desaparecer los
pilares de la planta afectada. Entonces, como en una “demolición controlada” el
conjunto de las plantas superiores queda “suspendido en el aire” y se inicia un
proceso de caída libre que va destruyendo cada una de las plantas a medida que choca. Es la misma
forma de colapso de las Torres Gemelas, sólo que en aquel caso originada por la “anulación”
del módulo de elasticidad del acero de los pilares debido a la acción destructiva del incendio (originado a su vez por el impacto de aviones cargados de queroseno debido a un acto terrorista).
Nuevas aportaciones gracias a un vídeo grabado con un móvil. Conclusiones preliminares.
En los días posteriores al colapso empezó a circular por Internet un vídeo grabado con un móvil instantes antes del colapso del edificio. En él se observa que una parte del forjado del techo del garaje al fondo de la rampa de vehículos, había colapsado parcialmente (una superficie que oscila entre los 20-40 m2) y la sorprendida turista (Adriana Sarmiento) lo grababa con el móvil con el cásico "Oh my God!".
Con este dato relevante, la conclusión preliminar a los 10 días del siniestro es la siguiente:
En primer lugar habría colapsado parcialmente este tramo de forjado del techo del garaje (en una zona localizada), debido a los fenómenos ya expuestos que afectarían a esta planta:
- Aumento de carga (por encima, suelo de la planta baja y por debajo, techo del garaje).
- Y por oxidación de armaduras (es precisamente la zona detectada en las inspecciones).
En estas condiciones, los pilares afectados se habrían visto sometidos a una alta inestabilidad de pandeo pues, con la misma carga (elevada por las sobrecargas en los pisos) vieron duplicada su esbeltez al faltarle el arriostramiento que ejercía el piso ya colapsado (con la misma sección, ahora tienen doble altura, dos plantas), es decir, un aumento de inestabilidad "de manual",
La suerte está echada: Los pilares de la zona colapsan por pandeo y, acto seguido, la estructura, sobrecargada en todas las plantas y con un fallo de diseño (vulnerable a punzonamiento) falla de forma generalizada por "efecto dominó".
Por desgracia, sólo cuando se cae un edificio la sociedad entiende lo que es realmente importante en la construcción.
(Revisado el 12 de julio a raíz del conocimiento del vídeo citado)
José-Carlos Salcedo, arquitecto.
Estructuras de Edificación.
Grupo de Investigación de Construcciones Arquitectónicas
Universidad de Extremadura.
[1] Enclenque: Débil o enfermizo. (Diccionario de la RAE).
[2] España fue pionera en ello con las Instrucciones EH de los años 80. Pero hasta esa fecha no había en España una sola fábrica de "separadores" (el dispositivo que se usa para mantener el recubrimiento de las armaduras), lo cual nos da una idea de cómo fueron hechas todas las estructuras hasta esa fecha.
[3] Sostenible: 1- Que se puede sostener. 2- Especialmente en ecología y economía, que se puede mantener durante largo tiempo sin agotar los recursos o causar grave daño al medio ambiente. (Diccionario de la RAE).
