Colapso del Champlain Towers South: investigadores de Uninorte adelantan estudio estructural

En la madrugada del 24 de Junio, cerca de la 1:25 a.m., el edificio Champlain Towers South, ubicado en Surfside (Miami-Dade), colapsó parcialmente. El desplome de la torre de 12 pisos de altura deja, hasta la fecha, un saldo de 97 muertos, 20 desaparecidos, 22 millones de libras de escombros retirados y al mundo expectante por respuestas que aclaren las razones del siniestro.

Algunas de esas respuestas son las que busca un estudio estructural de la edificación colapsada hecho por investigadores del departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad del Norte, en alianza con un docente de la Universidad de California en Berkeley, que aborda aspectos técnicos como la anatomía de la edificación, la patología del colapso, la secuencia de la falla, entre otros.

La modelación de la investigación, desarrollada por el profesor Carlos Arteta, doctor en Ingeniería Sísmica y presidente de la Red Colombiana de Investigación de Ingeniería Sísmica (CEER); Jorge Archbold, candidato a doctorado en Ingeniería Sísmica, Mecánica y Materiales de la Universidad de California en Berkeley;  Angie Urango, estudiante de pregrado de Ingeniería Civil; Andrés Torregroza, magíster en Ingeniería Estructural y Khalid M. Mosalam, profesor de la Universidad de California en Berkeley, ha sido insumo para el seguimiento periodístico del diario Washington Post.

La principal hipótesis del estudio aborda que el colapso de la torre fue desencadenado por la pérdida de estabilidad o capacidad de las columnas de fachada de primer piso en el eje de fachadas (cuatro columnas), asociadas a un colapso previo de la losa de terraza de piscina.

El edificio estaba construido con un sistema de losa maciza de espesor constante, apoyado sobre columnas.

“Para nosotros, se generaron columnas de doble altura por la pérdida de la losa intermedia, y fallan por inestabilidad lateral. Antes de que cayera la losa,  la demanda sobre la columna de primer piso tenía una carga vertical debido al peso que soporta y un poco de giro asociado a las condiciones de excentricidad típicas en una columna como esta (…) Ese tipo de sistemas estructurales son reconocidos por tener problemas bajo cargas sísmicas, si las deformaciones laterales son grandes”, argumenta el profesor Carlos Arteta.

De acuerdo con el análisis de la anatomía del edificio, su sistema estructural, que soporta las cargas gravitacionales de la estructura, como son su peso propio (carga muerta) y el peso de sus ocupantes y el contenido de sus inmuebles (carga viva), estaba compuesto por losas macizas, columnas, muros pantalla, vigas de transición en el segundo piso de la torre no colapsada, y pilotes. Los muros pantalla tienen la función de resistir las cargas horizontales que se puedan presentar por vientos huracanados en la zona, además de proteger contra el fuego las torres de escaleras (de ahí el nombre de firewalls).

La ruta que la carga muerta y viva tomó para llegar a la cimentación se resume así: la carga gravitacional viaja a través de la losa de cada piso a las columnas adyacentes; bajo cada losa, las columnas van recolectando dichas cargas, que viajan como una fuerza vertical hasta la cimentación y las columnas se apoyan sobre unas masas de concreto llamadas dados, que sirven de transición de dichas cargas axiales hacia pilotes que se apoyan sobre la roca coralina bajo el suelo de la edificación.

Ilustración de la porción colapsada (color rojo) del edificio. 

Testimonios e informes

De acuerdo con los reportes de la prensa, basados en los testimonios y las grabaciones de los testigos, una mujer en el cuarto piso de la edificación reportó el hundimiento de la losa que quedaba a nivel de la terraza de la piscina a su novio, con quien hablaba por teléfono. Un video de la colombiana Adriana Sarmiento, quien se hospedaba en un hotel vecino y momentos antes del colapso, grabó el interior del semitsótano del parqueadero, desde la entrada norte, mostrando una fuga de agua, al parecer producto de la ruptura de un tubo sobre el techo del parqueadero, y en el fondo lo que parece un colapso de la losa de la terraza de la piscina sobre este.

De igual forma, el video del colapso captado desde el sur del edificio por una cámara de seguridad de un edificio cercano muestra que la secuencia de derrumbe inició en porción central del edificio (eje de fachadas), y es seguida segundos después por el colapso del ala este, que presentó un leve giro antes de caer.

Simulación del colapso incipiente de la torre del condominio.

Los planos del condominio figuran en 1979, iniciando la construcción del mismo en 1980 hasta su terminación en 1981. Para efectos de recertificación por sus 40 años, en 2018 se genera un análisis de la edificación en el que se aprecian los daños y desgastes de la misma debido al paso del tiempo y otros factores.

Un informe de la firma de ingeniería Morabito Consultants, que hizo inspecciones a la estructura en 2018, 2019 y 2020, había alertado de un error importante en el diseño original del bloque de apartamentos: la falta de un sistema de drenaje adecuado debajo de la plataforma de la piscina era un "asunto sistémico" que partía de un error "en el desarrollo de los documentos contractuales originales".

Algunos hallazgos del estudio de patología de Morabito Consultants.

Indicó que había una corrosión generalizada en los aceros de refuerzo de la losa de piscina. Que las capas superficiales de esa losa mostraban daños significativos debido a la exposición ambiental. De acuerdo con la inspección, la impermeabilización bajo la plataforma de la piscina se colocó de manera plana en lugar de inclinada, lo que impedía el drenaje del agua, y si no se reemplazaba la impermeabilización en un futuro cercano, “el deterioro del concreto se expandirá exponencialmente".

“Todo esto hace pensar que el concreto de la estructura pudo haber estado en contacto permanente con el agua en época de lluvias. Esa agua permeó el concreto de la losa, poniéndose en contacto con el acero de refuerzo, corroyéndolo. Cuando el acero de refuerzo se corroe tiende a expandirse y el concreto es incapaz de contenerlo, generando agrietamiento en diferentes patrones, según la posición del acero y de los esfuerzos particulares sobre la losa”, explica Arteta.

De acuerdo con los investigadores, la capacidad a compresión y flexión de las columnas de concreto reforzado de una edificación depende de 3 factores variables: del área de la columna,  el área del acero de refuerzo longitudinal que tenga y de la resistencia a la compresión del concreto. En general, la resistencia del acero de refuerzo también es importante, pero no es un parámetro que varíe mucho de una edificación a otra.

Ver explicación completa aquí

Debido a la proximidad de la tormenta Tropical Elsa, la noche del domingo, 4 de julio, una demolición controlada por las autoridades derribó la mitad restante del edificio Champlain Towers South, en el lado opuesto del colapso inicial. Los investigadores de Uninorte continúan profundizando el estudio de su hipótesis que, desde la ingeniería estructural, consideran un mecanismo plausible de colapso.

Por José Luis Rodríguez - Equipo investigativo