Así se produjo la implosión del submarino Titán: un problema de resistencia de materiales

En los últimos días el mundo se ha mantenido en vilo siguiendo de cerca la vida de cinco personas que desafiaban los límites de la exploración abisal utilizando un prototipo de submarino experimental. Este desafío ha tenido un trágico desenlace con la implosión del submarino a más de 3000 metros de profundidad, valor muy superior a la profundidad máxima de los modernos submarinos militares que tienen profundidades operativas entre los 300 y 500 m, pero alejado de los valores de récord que alcanzó James Cameron en 2012 llegando hasta los 10.927 metros en la fosa de las Marianas, utilizando un batiscafo diseñado para una sola persona y con espesores de pared de acero superiores a 64 mm.

Desde el punto de vista del diseño estructural y de la resistencia de materiales es posible diseñar elementos que sean resistentes a estas profundidades pero se complica cuando se tiene que garantizar en el interior una presión y unas dimensiones compatibles con la vida y más aún si dentro deben ubicarse cinco personas.

En un depósito, ya sea una botella de champán o la rueda de un coche, cuando la presión interior es muy superior a la exterior se pueden producir tensiones en el material muy superiores a las admisibles lo que lleva a explosión. A la inversa, rotura por implosión en un depósito sumergido ocurre cuando la presión exterior ejercida por el agua es muy superior a la presión interna y se sobrepasa la resistencia estructural del casco, provocando un colapso catastrófico. Es bien conocido que un objeto sumergido en agua, por cada 10 m de profundidad la presión aumenta en 1 atmósfera, 10.6 m en agua de mar por su mayor densidad, por ello a 3000 metros de profundidad, la presión exterior es aproximadamente 480 veces mayor que la presión atmosférica al nivel del mar. En el interior sin embargo es necesario mantener una presión compatible con la vida por lo que el casco puede llegar a sufrir tensiones muy elevadas si no está muy bien diseñado. Este efecto se puede también asimilar al cuerpo humano donde los límites habituales para inmersión con oxígeno están en torno a los 50 m, lo que implica someter al cuerpo a una presión casi 8 veces superior a la atmosférica. Estos límites han llevado a algunos buceadores profesionales a sufrir algunos problemas de salud permanentes.

EEUU halla posibles restos humanos entre los escombros del Titan

La investigación en curso del incidente aportará más información pero el hecho de que sea un prototipo diseñado con materiales como el titanio y el carbono puede ser un aspecto que haya podido influir decisivamente dado que es un material relativamente nuevo con poca experiencia en su comportamiento en servicio. En este caso, el material estará sometido además de grandes presiones, a las bajísimas temperaturas del agua del mar a estas profundidades. A estas temperaturas muchos materiales tienden a fragilizarse y su rotura es brusca en lugar de deformarse plásticamente antes de producirse la rotura. Ejemplo de ello fueron los buques norteamericanos de la Segunda Guerra Mundial de la clase Liberty Ship que literalmente se partían debido a la fragilización del acero a bajas temperaturas.

Los medios de comunicación nos indican que el submarino Titán ya había descendido en varias ocasiones a esa profundidad, eso refuerza la teoría de que el efecto de la fragilización y que se hayan iniciado algunas fisuras de los materiales y que esto haya conducido a la rotura “implosiva”. A esta hipótesis habría sumar el hecho de que un casco de este material podría haber sufrido la delaminación y la entrada microscópica de agua entre láminas –como especulan algunos expertos-, lo que reforzaría la teoría de un fallo progresivo con el tiempo.

El submarino de James Cameron fue sometido a extensas pruebas de laboratorio en la Universidad de Pensilvania en una cámara a grandes presiones, estas verificaciones pueden ayudar a garantizar la puesta en servicio del submarino y verificar los cálculos. Sin embargo, pesar de que estos ensayos permiten simular las condiciones de funcionamiento, no las reproducen exactamente y pueden producirse situaciones inesperadas, especialmente en entornos hostiles como es el caso de los viajes espaciales o los descensos a grandes profundidades en el mar.

La tragedia del Titan podría impulsar la regulación de los sumergibles

La historia de grandes avances de la ciencia o de la exploración está llena de gestas que han costado la vida a numerosos exploradores. Desde las arriesgadas expediciones al Himalaya hasta la conquista de la Antártida y los peligrosos viajes espaciales, los exploradores siempre han enfrentado desafíos y sacrificios en su búsqueda de conocimiento, del avance científico o simplemente la aventura. Esta tragedia nos recuerda la desafiante realidad de las condiciones extremas: la presión abismal, las tensiones estructurales, la fragilidad del material y los límites fisiológicos humanos son factores críticos para el diseño de estos elementos.