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Nota

EL TITANIC, FALLA DEL ACEROY DE UNA ESTRUCTURA

GUILLERMO HERNANDEZ DUQUE,

NARCISO ACUÑA GONZALEZ Y MIGUEL SCHORR

Figura 1. El Titanic.

“...no comprendo... no conozco...el camino del navío en alta mar”.Proverbios 30:18

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INTRODUCCION

En abril de 1912, después de efectuarse trabajos exhaus-tivos para construir la obra de ingeniería naval másgrande del siglo, zarpó el Titanic hacia el continente

americano. Su diseñador y constructor, el ingeniero inglésThomas Andrews y sus contemporáneos desconocían el con-cepto de fractura frágil que determinaría el trágico destino delbuque. El Titanic fue el navío más avanzado y de mayor di-mensión en su época, cuyo largo era de 265 m y el ancho de 28m; tenía un desplazamiento de 45 mil toneladas (véase fig. 1).Mientras en los buques trasatlánticos de pasajeros similaresal Titanic, el casco pesa alrededor de 32 mil toneladas, se esti-ma que el peso total de este último era de 96 mil toneladas. Ensu viaje inaugural, el Titanic se hundió rápidamente, luegode haber chocado con un témpano de hielo en las aguasfrígidas del Océano Atlántico, cerca del norte del continenteamericano, llevando a 2 320 pasajeros y a una tripulación de860 personas.

El CASCO DE ACERO

Los materiales de ingeniería presentan cierto compor-tamiento en función de su temperatura de trabajo; unacero, por ejemplo, se comporta con mayor ductilidad

conforme ésta aumenta y, por el contrario, a bajas temperatu-ras lo hace de forma frágil. La temperatura en la cual el acerocambia su comportamiento de dáctil a frágil se conoce comotemperatura de transición dáctil-frágil.

El concepto de fractura frágil fue desarrollado y publica-do en 1920 por el ingeniero británico Alan Arnold Griffith.Las fallas frágiles se presentan de modo repentino con pocaso ninguna señal de deformación inminente, y a veces ocu-rren bajo esfuerzos menores al punto de cedencia, por lo ge-neral asociadas con grietas o defectos existentes en los mate-riales (véase fig. 2).

El casco del Titanic fue construido de chapas de acero de9 m de largo, 3 m de ancho y 25.4 mm de espesor. Los aceroscontienen de ordinario gases e inclusiones no metálicas, porejemplo MnS disueltas y combinadas, así como variacionesen la composición química, que se conocen como segregacio-

nes. Estos defectos, en particular las segregaciones y las in-clusiones, junto con los procesos de moldeado, como roladoy forjado, producen en forma conjunta variaciones de las pro-piedades mecánicas del acero. Las chapas de acero con lasque se fabricó el Titanic eran producidas en Inglaterra porfundición y laminación al principio de este siglo, e incluían unalto contenido de azufre (S). Las láminas de acero del cascoestaban unidas entre sí por remaches alojados en agujeroshechos en los bordes de las láminas, y dichos remaches secalentaban sobre brasas de carbón, se introducían en las per-foraciones y se deformaban a martillazos. De esta manera enuna ardua y prolongada labor, se construyó todo el casco, uti-lizando tres millones de remaches.

El IMPACTO CON EL TEMPANO

Durante la fría noche del 14 de abril de 1912, los vi-gías en sus elevados “nidos de cuervos” detectabanlos témpanos flotantes en el mar, en las cercanías

del buque. Por la oscuridad de esa noche sin luna y sin estre-llas visibles no se pudo evitar la colisión con uno de esosgrandes témpanos, que se impactó sobre el costado del barco,cerca de la proa y luego desapareció por la popa. En ese mo-mento el Titanic navegaba velozmente a 44 km/h, con las cal-

Figura 2. Grieta en el acero que se inicia en unainclusión no metálica y luego crece.

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deras operando a todo vapor, y la temperatura del aire y delas aguas en la superficie era de 1°C. Así, el choque con eltémpano de hielo dio origen a un intercambio de la energíacinética de la embarcación con el mismo. La energía (E) delimpacto se expresa por la ecuación:

E=1/2 mv2

donde m es la masa del barco y v su velocidad de navegación,–a mayor masa y velocidad, mayor es la energía del impacto.

No se sabe a ciencia cierta cuál fue el efecto destructivodel golpe en el casco, pero existen dos versiones:A. El impacto de la parte del témpano debajo del agua frac-

turó el acero, debido a su fragilidad, formando una largarajadura horizontal por la que penetró el agua en los com-partimientos del navío.

B. Por la fuerza del impacto se fracturaron las láminas cercade los agujeros de los remaches, las uniones de las lámi-nas se aflojaron, estas últimas se deformaron, se separa-ron, comenzó a entrar el agua y la proa se hundió lenta-mente.

ACERO DUCTIL O FRAGIL

¿Cómo se sabe hoy que el acero del casco era frágil? Pasa-ron 80 años desde el nefasto día del desastre, y el Titanicestuvo sumergido en las negras tinieblas del océano a

una profundidad de 3.8 km, sin conocerse su ubicación exac-ta. En 1985, un grupo de exploradores y científicos encontróel lugar y descubrió que el buque yace divido en dos seccio-nes, la proa y la popa completamente separadas por una dis-tancia de 700 m. Los rastros del impacto no pudieron ser apre-ciados ya que luego de caer con una velocidad promedio de22 km/ hora, el casco quedó sumergido en el lodo del océanoa una profundidad de 25 m.

En 1991, otro grupo de científicos visitó el sitio con sub-marinos especiales, y en él encontraron y recogieron un pe-dazo de acero del casco; a partir de ese momento se iniciaríaun proceso detallado de análisis de su composición química,microestructura, metalurgia, propiedades mecánicas y, enparticular, su resistencia al impacto. Así, descubrieron que elacero contenía inclusiones de azufre, luego determinaron su

resistencia mecánica, utilizando una máquina Charpy (véasefig. 3) para ensayos de tenacidad de materiales, a fin de com-pararlo con un acero al carbono actual. Se trata de un ensayosencillo, en el cual un péndulo es elevado y al caerse impactasobre una probeta de acero con una muesca en su centro. Elacero al carbono común presentó gran deformación plásticaal recibir el golpe del péndulo, y con gran asombro se obser-vó que la muestra de acero recuperada del Titanic se fracturófácilmente al recibir el golpe de dicho péndulo. El acero uti-lizado en la construcción del Titanic se comportó como vi-drio, es decir, presentó una conducta frágil al no poder absor-ber la energía inducida por el impacto; las aristas, que parecíanser de una pieza de porcelana rota, comprobaron la fragilidaddel acero, y de este modo el Titanic se hundió al abrirse elcasco por el impacto del témpano de hielo. Además la bajatemperatura del agua del mar contribuyó a esta condición defragilidad.

Otro científico tuvo una nueva duda. ¿Es probable que lafragilidad del acero se debiera a los 80 años de inmersión en elmar? Buscaron sin éxito un acero naval de dicha época en losastilleros hasta que alguien supo del hijo de uno de los fun-cionarios involucrados en la fabricación del barco, en cuyacasa existía, como reliquia del pasado, un trozo de acero delbarco. Con ansiedad y prontitud se fabricaron las probetasque fueron sometidas al ensayo Charpy, y éstas se fracturaronexactamente como las del acero extraído de la profundidaddel océano.

Figura 3. Máquina para pruebas de impacto Charpy.

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FRACTURA DEL NAVIO

E l barco es una estructura enorme y compleja, formadapor un gran casco de acero, dentro del cual se cons-truyen numerosos compartimientos para las calderas

y maquinaria, depósitos de carga, equipaje y abastecimientopara pasajeros y tripulación, así como locales públicos, entreotros. Encima de la cubierta operan cuatro chimeneas, variasgrúas de carga y descarga, el puente de comando, etc., y des-de el punto de vista del comportamiento mecánico, el navíose puede considerar como un cuerpo sólido, parcialmente hue-co. Al impactarse un costado del Titanic con el témpano seprodujo una cantidad de energía que el acero del barco nopudo absorber debido a sus condiciones estructurales, dandoorigen al desarrollo de grietas. Al entrar el agua por la proa,éste empezó a sumergirse, mientras la popa se levantaba len-tamente al aire, formando ángulo con la línea horizontal delagua (véase fig. 4). Al continuar este proceso, el barco siguióhundiéndose por la proa y se izó más y más por la popa, des-cubriendo las tres propelas, sus ejes y el timón. La primerachimenea cercana a la proa se derrumbó; los pasajeros y miem-bros de la tripulación observaron desde los botes salvavidasque la mitad del barco quedaba expuesto al aire, y a causa desu longitud éste pudo asociarse con una viga en cantiliver oen voladizo. La longitud del brazo de palanca y el peso delbarco dieron origen a un momento aplicado con respecto a laparte localizada en la interfase agua/aire.

Momento = fuerza x distancia

σ = Mc/I

donde:σ: esfuerzo de reflexión; M: momento; c: distancia media desdeel eje neutro a la fibra exterior; I: momento de inercia.

Los cambios de sección en la geometría del barco pudie-ron dar lugar a concentraciones de esfuerzos que, al incremen-tarse, produjeron grietas y la fractura del navío en dos partes.Es así como yace el Titanic en el suelo del océano, donde contoda probabilidad permanecerá eternamente.

Un consorcio naviero internacional está construyendo laréplica del Titanic, pero en esta ocasión se utilizan acerosmodernos previamente caracterizados. El nuevo Titanic rea-lizará su viaje inaugural en el año 2002, cuando se cumpla el90 aniversario del hundimiento de su precursor, llevando con-sigo botes salvavidas para todos los pasajeros y tripulantes.

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan su reconocimiento al teniente de fraga-ta Gildardo Alarcón Daowz, jefe de la Estación de Investiga-ción Oceanográfica en Progreso, Yucatán, por las valiosasexplicaciones sobre aceros navales y navegación; al doctorVicente López, director de la Biblioteca de la Universidaddel Mayab, por el apoyo otorgado en la localización y adqui-sición del material bibliográfico; a la L.I. Marta Alvarez porsu apoyo técnico, y a la señora Carmen Sandoval Vázquez,quien llevó a cabo la eficaz labor secretarial. ●

BIBLIOGRAFIA

ASM International. Fatigue and Fracture, Material Park, Vol.19, OH, 1996, p. 9.

Biggs, W.D. The Brittle Fracture of Steel, Mc Donalds andEvans, 1960.

Tresh, P. The Titanic, the Truth Behind the Disaster, New York,1992, Crescent Books.

Figura 4. El Titanic se hunde y la popa se levanta sobre la superficie delocéano.