Per què hui el Titanic no s’hauria enfonsat

La falta d’un coneixement adequat en ciència i enginyeria de materials, així com prioritzar altres interessos, ha contribuït a alguns dels majors desastres tecnològics de la història. Són exemples icònics la tragèdia del transbordador espacial Challenger; els dramàtics accidents del Havilland Comet, el Columbia i els vaixells Pendleton i Fort Mercer, a més de la caiguda del pont Hasselt Road a Bèlgica. Sense oblidar-nos del desastre del Titanic.

Totes aquestes catàstrofes s’haurien evitat amb els avanços en materials que coneixem hui.

La fragilitat de l’acer del Titanic

L’1 de setembre de 1985, Robert Ballard va trobar el Titanic a 3.700 m al fons de l’oceà Atlàntic. El vaixell s’havia dividit en dues seccions principals, separades per uns 600 m. La col·lisió havia creat obertures al casc per un total d’1.115 m².

Durant una expedició a les restes del naufragi a l’Atlàntic Nord el 15 d’agost de 1996, els investigadors van portar acer del casc del vaixell per realitzar anàlisis metal·lúrgics. L’anàlisi minuciós va desvetlar que l’acer tenia una alta temperatura de transició dúctil-fràgil, la qual cosa el feia inadequat per al servei a baixes temperatures. En el moment de la col·lisió, la temperatura de l’aigua era de –2° C.

Hui, la qualitat d’aquests acers s’ha multiplicat exponencialment.

L’error es va mantindre en els Liberty ships

Durant la Segona Guerra Mundial, els Estats Units van construir més de 6.000 vaixells Liberty ships per a donar suport a Gran Bretanya. Una de les peculiaritats en la seua fabricació va ser que les planxes d’acer del casc estaven soldades i no unides per reblons. Quan tres d’aquests vaixells es van partir literalment per la meitat, la raó va semblar estar clara en un primer moment i es va responsabilitzar la soldadura de les planxes. Tanmateix, la vertadera causa estava relacionada amb la fragilitat de l’acer a baixes temperatures.

Aquests vaixells, juntament amb el SS Schenectady i els Pendleton i Fort Mercer, van suportar temperatures pròximes a -2 °C, com les que va patir el Titanic en enfonsar-se a l’Atlàntic Nord en 1912.

A aquestes temperatures, l’acer utilitzat en els cascs es tornava fràgil, trencant-se amb facilitat. La clau del problema rau en la temperatura que determina quan un material passa de ser dúctil a fràgil (DBTT). Aquest canvi de comportament no es va descobrir fins anys després i ha suposat un desafiament per a la investigació metal·lúrgica en l’última meitat de segle.

Els avanços en metal·lúrgia del segle XX han permés modificar la composició de l’acer perquè no ocórrega una transició tan brusca i poder reduir aquest risc. Hui dia sabem que la relació entre els elements que formen l’acer és clau per a optimitzar el seu comportament, i també que això influeix en la seua sensibilitat a les baixes temperatures i la seua susceptibilitat a la formació de fissures.

Amb alguns canvis en la composició de l’acer, molts desastres s’haurien evitat. I no sols l’enfonsament de vaixells.

Challenger: l’efecte de la temperatura

La tragèdia del Challenger en 1986 va ser un dels desastres més impactants del segle XX. Aquest vol de la NASA tenia una rellevància especial, ja que a bord anava Christa McAuliffe, una professora seleccionada per al programa Teachers in Space, promogut pel govern de Ronald Reagan.

S’esperava que el llançament reavivara l’interés en els viatges espacials, mostrant la seua creixent seguretat. No obstant això, 73 segons després de l’enlairament el Challenger es va desintegrar a 14,6 quilòmetres d’altura, causant la mort dels set tripulants.

La investigació va revelar que l’accident va ser causat per un error en les juntes tòriques dels propulsors de combustible sòlid. Aquestes juntes, fabricades amb fluoroelastòmers (FKM), tenien pèrdua d’elasticitat a baixes temperatures.

El matí del llançament, la temperatura era de -3 °C, la qual cosa va impedir que les juntes es segellaren adequadament. Açò va permetre la fuita de gasos calents que va provocar la ruptura del propulsor dret, deslligant el desastre.

En 1986 ja es sabia que les juntes tòriques eren vulnerables a baixes temperatures, i diversos experts van suggerir posposar l’enlairament. Però la pressió per l’èxit de la missió va prevaldre, ignorant les advertències sobre el comportament del material en condicions adverses.

Havilland Comet i la fatiga del metall

L’Havilland DH.106 Comet va ser el primer avió comercial a reacció i va marcar una fita en l’aviació quan va començar a operar en 1949. Propulsat per turbines, volava a major altura i amb menys turbulències, la qual cosa millorava la comoditat per als passatgers. El seu disseny aerodinàmic, amb ales en fletxa i motors encastats, el feia més eficient.

No obstant això, entre 1953 i 1954 el Comet va patir una sèrie d’accidents, inclòs el vol G-ALYV, que es va desintegrar sobre Calcuta.

Inicialment, es va pensar que les causes eren climàtiques. Però la investigació va revelar un problema en el disseny estructural de l’avió: les finestres quadrades.

Aquestes finestres actuaven com a concentradors de tensions, la qual cosa generava fissures a causa dels cicles de pressió durant els vols. Amb cada cicle, les fissures augmentaven fins a provocar una descompressió explosiva, causant la desintegració de l’avió.

Aquest descobriment va ser clau per a la indústria de l’aviació, que va adoptar les finestres ovalades que ara veiem als avions per a evitar la concentració de tensions i reduir el risc de fatiga del metall.

Transbordador espacial Columbia: la corrosió

L’1 de febrer de 2003, el transbordador espacial Columbia es va desintegrar durant el seu reingrés a l’atmosfera, causant la mort dels seus set tripulants.

El desastre es va deure a un dany a l’ala esquerra, causat per una peça d’escuma aïllant que es va desprendre durant l’enlairament, afectant les planxes de protecció tèrmica. Aquest dany va exposar l’estructura interna del transbordador als gasos calents de l’atmosfera, cosa que va debilitar la nau i va causar la seua desintegració.

Un dels factors va ser la corrosió dels materials metàl·lics, que s’agreuja a l’espai a causa de l’exposició a l’oxigen elemental altament reactiu en les capes superiors de l’atmosfera. Des de llavors, les inspeccions de seguretat han prestat més atenció a la corrosió dels materials, que ja no es passa per alt, cosa que evita futurs accidents.

L’aposta per la ciència i enginyeria de materials

Els desastres esmentats ressalten la importància de la ciència i enginyeria de materials en la seguretat i l’èxit de les tecnologies modernes.

Entendre com es comporten els materials en diferents condicions és fonamental per a previndre fallades catastròfiques. Figures com Elon Musk han destacat la importància d’aquesta disciplina, animant a estudiar carreres en ciència i enginyeria, crucials per al desenvolupament de la indústria espacial i altres camps. I, com hem vist, per a evitar terribles accidents en la història futura.

Paula Alvaredo Olmos, Professora Titular en Ciència i Enginyeria de Materials, Universitat Carlos III

Aquest article va ser publicat originalment en The Conversation.