ESTUDIO DEL COLAPSO DE DOS PUENTES EN ARCO

Patricia Aab

Ingeniera Civil del Carril – Fazio Ingenieros Civiles, paab@dc-fz.com

Tomás del Carril

Ingeniero Civil del Carril – Fazio Ingenieros Civiles, tdelcarril@dc-fz.com

RESUMEN

Se presenta el estudio realizado ante el colapso de dos puentes en arco atirantado con tablero inferior, uno en Perú y otro en Bolivia, que mostraron muchas similitudes en lo que respecta a las causas del colapso y diferencias importantes en el diseño estructural. Ambos puentes pueden considerarse nuevos, ya que su construcción databa de 4 años en un caso y 8 meses en el otro, y fallaron bajo cargas menores que las de diseño y que las utilizadas en el ensayo de carga previo a la recepción de las obras. A lo largo de la investigación se obtuvieron experiencias que resultan interesantes para compartir a fin de evitar errores en futuros diseños y en la construcción de puentes similares. Adicionalmente, en los dos casos, fue necesario emitir recomendaciones para el tratamiento a dar a puentes gemelos y muy próximos a los colapsados.

ABSTRACT

The expert study of the collapse of two tied arch bridges with under deck is presented. One was built in Peru and the other in Bolivia, both showed many similarities concerning the causes of the collapse but important differences in the structural design.

These bridges can be considered relatively new, because its construction dated from four years before in one case and eight months before in the other, and failed at a lower load than the design load and that those used in the loading test prior to the receipt of works.

Throughout the research, interesting experiences were obtained. Those experiences are shared to avoid errors for further designs and construction of similar bridges.

Additionally, in both cases, it was necessary to issue recommendations for the treatment of some twin bridges that were built very close to the collapsed bridges.

1. INTRODUCCIÓN

En este trabajo se presentan los estudios realizados luego del colapso de los puentes cuyas características principales se muestran en las figuras siguientes:

• Puente sobre Quebrada Topará, en la carretera Panamericana Sur, Perú, inaugurado en enero de 2011, cuyo colapso total se produjo julio de 2015. El mismo salvaba una luz de 60m con un solo tramo (Figura 1-1).

Figura 1-1

• Viaducto de la Av. Independencia sobre la Av. 6 de Agosto en Cochabamba, Bolivia, inaugurado en febrero de 2015, que sufrió un colapso parcial en octubre del mismo año. El sector colapsado, tramo principal en arco, salva una luz de 55m sobre la Av. 6 de Agosto (Figura 1-2).

Figura 1-2

Los tramos colapsados de ambos puentes eran atirantados con tablero inferior y péndolas verticales.

2. EL COLAPSO DEL PUENTE SOBRE LA QUEBRADA TOPARÁ

2.1. Objeto de la Consultoría

Ocurrido el colapso, el cliente presenta varias inquietudes a resolver:

• ¿Por qué se produjo el colapso? • ¿Puede ocurrir algo similar en el puente gemelo? • ¿Es posible actuar sobre el puente remanente para evitar su falla? • ¿Cómo podría reforzarse?

La pericia se realizó entre julio y agosto de 2015. En la Figura 2-1 se puede observar el colapso del puente sobre la Quebrada Topará.

Todos los anclajes superiores de las péndolas han fallado y los arcos también están colapsados por flexión en varios lugares. Es evidente que, una vez producido el desprendimiento de las péndolas, las vigas de rigidez no pudieron soportar la carga por sí mismas y fallaron ante las grandes solicitaciones de flexión.

Figura 2-1

También se puede ver, en el extremo izquierdo de la foto, la existencia de un puente gemelo correspondiente a la otra calzada de la autopista y que no ha colapsado. Ambos puentes fueron ejecutados casi simultáneamente.

2.2. Inspección en el sitio y revisión de los documentos de la obra

Cuando se accedió al sitio, se encontró que el puente colapsado estaba completamente demolido y sus escombros yacían a un costado de la carretera. El puente gemelo, de la calzada ascendente, estaba fuera de servicio, como mudo testigo de situaciones que también se habían presentado en el puente fallado. Esto permitió observar problemas preexistentes en las estructuras, antes del colapso.

A continuación se muestran fallas locales de algunos elementos y las reparaciones que se habían realizado en ambos puentes luego de su puesta en servicio. También se explican estas fallas por defectos del diseño y la construcción, detectados luego de la revisión de los documentos de la obra: los planos y memorias de cálculo del proyecto, la construcción, las especificaciones técnicas y los cuadernos de obra.

2.2.1. Fisuras de flexión en la viga de rigidez

Tal como se puede ver en la Figura 1-1, la viga de rigidez estaba sobre dimensionada para los esfuerzos de flexión, incluso el proyectista había diseñado un postesado parabólico como si se tratara de una viga flexionada entre sus dos extremos.

Se aprecian fisuras de flexión en ambos extremos de las dos vigas principales que se explican por el trazado de los cables de postesado de las vigas principales, como se ve en la Figura 2-2. Una vez que los cables pasan a ubicarse arriba del eje neutro y fuera del núcleo central, aparecen tracciones en las fibras inferiores.

Figura 2-2

2.2.2. Fisuras de torsión en las vigas de rigidez

Fisuras de torsión cercanas a los extremos de las vigas principales que se explican por la excentricidad entre la reacción de la losa y el soporte de las péndolas, como se ve en la Figura 2-3. El modelo de cálculo no contemplaba las excentricidades que se observan en el esquema de la derecha de la figura y los momentos torsores que se incrementan hacia los extremos, llegaron a producir el cuadro de fisuras observado.

Figura 2-3

Zona de tracción inferior

Empotramiento de la losa

Tiro de las péndolas

Reacción de la losa

2.2.3. Deficiente armado de vigas transversales

Todas las vigas transversales del tablero habían sido reforzadas a flexión y corte mediantes fibras de carbono ante la aparición de fisuras y grietas en los diafragmas, luego de la puesta en servicio, que se explican por el sub dimensionado de las armaduras de flexión y corte frente a las solicitaciones. Ver Figura 2-4.

Figura 2-4

2.2.4. Fisuras de flexión en las protecciones antivandalismo

Las péndolas ejecutadas con cables de acero envainados, fueron envueltas con hormigón como protección anti vandalismo. Se observaron fisuras en las protecciones anti-vandalismo de las péndolas que se explican por la flexión de las péndolas, como se ilustra en la Figura 2-5.

Figura 2-5

Zona de mayor armadura por empalme de barras

Articulación

Empotramiento

2.2.1. Defensas de tránsito ineficientes

En Mayo de 2011 se produjo un fuerte impacto que afectó dos péndolas que debieron ser cambiadas. Las fotografías del accidente pueden verse en la Figura 2-6. Esto demostró que las defensas flexibles colocadas no son indicadas para este tipo de puentes y que, tanto las protecciones antivandalismo como la redundancia estructural, son indispensables y salvaron al puente de un colapso seguro.

El puente que sufrió este accidente fue el que aún estaba en pie, correspondiente a la calzada sur-norte de la carretera Panamericana.

Figura 2-6

2.2.2. Consideraciones sobre el procedimiento constructivo

El procedimiento constructivo de este tipo de puentes, resulta determinante para el comportamiento de la estructura final del puente. En este caso, comprendió las siguientes etapas:

• Apuntalar y encofrar el tablero en el lecho de la quebrada. • Colocar las armaduras pasivas y de postesado en las vigas. • Encofrar y hormigonar las vigas principales con la armadura de las péndolas

colocada. • Hormigonar las protecciones anti-vandalismo de las péndolas. • Montar los encofrados los arcos, sobre el tablero ya hormigonado y aún

sostenido por el apuntalamiento. • Colocar las armaduras de los arcos, posicionar los anclajes de las péndolas. • Hormigonar los arcos mientras los apuntalamientos del tablero inferior siguen

activos. • Postesar los cables de las vigas principales. • Tensar las péndolas: en esta etapa, se trasladan los esfuerzos debidos al

peso propio al arco y se libera el apuntalamiento inferior. • Ejecutar las terminaciones: veredas y defensas. • Colocar los arriostramientos de acero contra el pandeo lateral de los arcos.

2.2.3. Ensayo de cargas para recepción de la obra

En 2011, previo a la recepción y puesta en servicio de la obra, se realizó un ensayo de cargas. En el mismo se colocaron 4 camiones de 33 toneladas en posición adecuada para producir las máximas solicitaciones en el sistema, tocándose la parte posterior como puede apreciarse en la Figura 2-7. La carga total fue de 132 toneladas.

Figura 2-7

2.3. El colapso

El colapso del puente fue de tipo frágil y se produjo cuando estaba pasando un camión semirremolque de 36 toneladas, con un eje simple, uno doble y uno triple. Se puede ver que se trató de una carga mucho menor que la utilizada en el ensayo de cargas y también que la carga de diseño del puente (ver Figura 2-8).

Figura 2-8

2.4. Hipótesis sobre la causa desencadenante del colapso

De la revisión de la memoria de cálculo y el procedimiento constructivo, surgió con claridad que las péndolas, ejecutadas con los elementos típicos usados para vigas postesadas (cables anclados con cuñas), no habían resultado correctamente ancladas por dos motivos:

• Por su poca longitud, el alargamiento para lograr la tensión necesaria en los cables había sido menor que el desplazamiento necesario para acuñar el anclaje.

• Por la sección adoptada para los cables de las péndolas, el esfuerzo necesario para soportar las cargas del puente vacío, con los que se efectuó la maniobra de anclaje, era reducido y se lograba con poco alargamiento de los cables, conspirando nuevamente con su acuñamiento.

Esto llevó a la hipótesis, coincidente con lo observado en las fotos del puente colapsado, que los cables habían deslizado de sus anclajes luego de un tiempo de prestar servicios con cargas variables, aunque bastante menores que las de la prueba de carga y que las de diseño.

Faltaba encontrar la prueba entre los escombros de la demolición del puente colapsado.

2.4.1. Búsqueda de un anclaje deslizado entre los escombros

Se consideró que era necesario encontrar al menos un anclaje que hubiera deslizado para confirmar la hipótesis del inicio del colapso.

No fue sencillo encontrarlo, pero finalmente se hallaron anclajes que no habían fallado y otros con evidencia de haber fallado en su función y en los cuales el cable había deslizado. Las fotos de la Figura 2-9 muestran estos dos casos.

La secuencia del colapso sería el resultado del deslizamiento de los primeros cables, el traslado de fuerzas a cables vecinos y su consecuente deslizamiento o rotura.

Figura 2-9

2.5. Verificaciones de cálculo

Se elaboró un modelo de cálculo de la estructura completa que fue sometido a distintos estados de carga reales de uso, ya que el objetivo no era verificar el diseño, sino comprobar las solicitaciones reales de los elementos durante la vida del puente.

Se analizaron los esfuerzos máximos y mínimos para los estados de puente vacío, camión que produjo el colapso (46 toneladas), ensayo de cargas (4 camiones de 33 toneladas) y las cargas de diseño de la AASHTO.

En todos estos modelos se verificó que los esfuerzos a que resultaban solicitadas las péndolas, eran admisibles.

2.6. Colapso progresivo

Los esfuerzos obtenidos en las péndolas fueron 425kN al tensar y 330kN al acuñar, debido al retroceso que se produce en las cuñas (5mm). Por lo tanto, para puente vacío, las péndolas quedaban tensadas con 330kN.

Al realizar el ensayo de cargas, los esfuerzos axiles se incrementan en 164kN, o sea que las péndolas soportaron durante el ensayo 494kN. Con el tren de cargas de la AASHTO, en servicio se sumarían sólo 88kN, y las péndolas alcanzarían, con las cargas de diseño, 418kN.

Sin embargo, la falla se produjo con un camión de 36 toneladas, lo que generaba un aumento de los esfuerzos de solamente 44kN, es decir un esfuerzo total de sólo 374kN.

Sin embargo, al deslizarse una sola de las péndolas se produce un aumento del esfuerzo en las péndolas adyacentes de 298kN, llevándolas a 628kN. Este esfuerzo es mayor que el admisible para los cables de las péndolas, que es 529kN, aunque es menor a las 734kN de rotura. Pero durante esta transferencia, seguramente deslizó otra péndola y ya las adyacentes superaron su límite de rotura. En el conjunto de péndolas del puente colapsado, pueden verse muchas de ellas deslizadas de sus anclajes y otras con cables rotos.

2.7. Conclusiones

Independientemente de diversos problemas generados durante el proyecto, cálculo, dimensionamiento y construcción, la causa desencadenante del colapso, hay que ubicarla en la elección de los materiales utilizados para ejecutar las péndolas y sus anclajes. En este tipo de puentes sólo es posible utilizar péndolas compuestas por barras y anclajes con roscas.

Los anclajes con cuñas no se pueden utilizar en cables no inyectados y que serán sometidos a cargas variables.

3. EL PUENTE INDEPENDENCIA SOBRE LA AV. 6 DE AGOSTO EN

COCHABAMBA - BOLIVIA

3.1. Inspección visual

Muy poco tiempo después de completados los estudios descriptos anteriormente, se produjo, en octubre de 2015, el colapso del tramo central de este puente. El mismo, forma parte de un grupo de 4 puentes completamente similares, sobre la importante vía en el centro de la ciudad, que conduce al aeropuerto de Cochabamba. Dos de ellos, ubicados a 150m el uno del otro, en la Av. Independencia y en la Panamericana, fueron construidos por el mismo Contratista y estaban en servicio desde hacía unos 8 meses. Los otros dos, se encontraban en diferentes etapas de construcción cuando ocurrió el colapso.

En este caso, pudo visitarse el puente en el estado en que quedó luego del colapso y antes de que se removiera cualquier elemento, a la semana de producido el colapso.

Los objetivos de la investigación fueron:

• Porqué había fallado el puente. • Si era una falla originada en un error de la construcción o si se atribuiría a un

problema de diseño. • El contratista, un experimentado constructor de puentes, había cumplido

correctamente con los planos, las especificaciones técnicas y había sido supervisado por parte de la Alcaldía a través del mismo profesional que había realizado el diseño del puente y del sistema constructivo. Sus trabajos habían sido recibidos a conformidad y la obra ya había sido pagada al ejecutor. Se preguntaba: cuál fue la causa del colapso si todo fue hecho correctamente y utilizando tecnologías ya usadas en el país para puentes similares.

Se realizó una inspección visual por el viaducto colapsado y se observó una falla general del tramo central con colapso total del tramo central por desprendimiento de las péndolas, mientras los tramos laterales permanecieron en buenas condiciones (Figura 3-1 - izquierda). Dos péndolas ubicadas en la misma sección fallaron en su anclaje inferior y las demás en el superior (Figura 3-1 - derecha). Además se encontró que las secciones extremas de las vigas longitudinales del tramo central se encontraban con rotura total (Figura 3-2). La rotura de las barras de acero y los cables de postesado traccionados, de las fibras superiores, debe destacarse, pues implica que durante el colapso, en dicha sección, en algún instante se alcanzó el momento de plastificación de la sección pero luego este se redujo a cero quedando formada una articulación pura y no una articulación plástica.

Figura 3-1

Figura 3-2

También se observaron fallas de las vigas longitudinales en las secciones de empalme de tramos prefabricados que coinciden con las péndolas. La deformada del tramo colapsado es una poligonal como se observa en la Figura 3-3. Además hubo fisuras de abertura menor que 0.4mm en algunas secciones de los arcos, que atraviesan de lado a lado la sección (Figura 3-4). Y una gran cantidad de fisuras, grietas y desplazamientos en diversos lugares de la estructura, atribuibles al comportamiento de dichos sectores posteriormente al momento de la falla (Figura 3-5). En particular se mencionan aquellas que se produjeron en los lugares de empalme de elementos premoldeados con las zonas hormigonadas “in situ”.

Figura 3-3

Figura 3-4

Figura 3-5

3.2. Falla de los anclajes

Al inspeccionar el tipo de anclaje utilizado en las péndolas surge que los mismos eran cuñas de fricción, es decir, conceptualmente similares a los que habían sido utilizados en el puente del Perú, ya analizado en este trabajo.

Al revisar la documentación de la obra se encuentra que estos anclajes habían sido indicados en el proyecto y habían sido aprobados por la inspección, sin que se advirtiera que no eran aptos para cargas variables y tensiones bajas.

3.3. Estudio de los documentos de la obra

Se revisaron con detalle las memorias de cálculo los planos de obra y las especificaciones técnicas. Se encontraron varias deficiencias en estos elementos que corresponden a la etapa del diseño. Sin entrar en detalle, una de las principales fue que para las vigas de rigidez se previó un postesado centrado que no podía alcanzar con toda su intensidad la sección central por la configuración del sistema estructural que desviaba los esfuerzos hacia el arco y las fundaciones y a apoyos que se habían dispuesto con desplazamiento impedido.

3.4. Procedimiento constructivo

Los tramos laterales y el arranque de los arcos fueron hormigonados en el sitio, en tanto que en el tramo central, tanto el arco como el tablero fueron ejecutados con elementos premoldeados de dimensiones controladas por el peso de las piezas a montar.

Resumidamente, constó de los siguientes pasos:

• Ejecución de las fundaciones del arco. • Construcción de los tramos de arco inferiores al tablero y las columnas. • Completamiento de los tramos de tablero apoyados sobre los arcos a través

de las columnas. • Colocación y tensado de tensores bajo tierra que vinculan las fundaciones del

arco central, para que actúen como tensor provisorio del sistema, mientras se construye el arco central y el tablero de dicho tramo que actuaría como tensor definitivo del sistema. Durante el tesado de estos tensores, se observó solamente un desplazamiento relativo (acercamiento) de las bases del arco, de 1,8mm.

• Montaje de los cuatro tramos de cada uno de los arcos en paralelo, apoyando sobre columnas provisorias, hasta cerrar los arcos como estructura portante.

• Izado de los tramos prefabricados del tablero del tramo central mediante cables provisorios, comenzando desde los extremos hacia el centro. A medida que se iba posicionando cada tramo, se colocaba la péndola definitiva ajustada para soportar el tablero en su posición correcta.

• Una vez completado el montaje de todos los elementos premoldeados del tablero, se hormigonaron las secciones de continuidad, obteniéndose el monolitismo en las losas y las vigas longitudinales.

• Se postesaron al 50% de su fuerza final los dos cables de las vigas longitudinales.

• Se hormigonó la etapa final de la losa superior • Se completó el postesado de las vigas longitudinales al 100% del valor

previsto en el diseño. • Llegada esta etapa, se destesaron los tensores provisorios colocados bajo

tierra vinculando las bases de los arcos. Durante esta operación no se detectó ningún movimiento de las bases.

• Con la estructura completa se procedió al “reglaje” o ajuste del esfuerzo en las péndolas hasta llevar el tablero a su rasante final.

• Completado el reglaje, se realizó una Prueba de Carga. Para ello, se fue ubicando un camión de 30 toneladas en cada péndola y midiendo las flechas en todo el puente para cada posición del camión.

• Verificado el buen comportamiento estático de la obra terminada, se procedió a inyectar los ductos de protección de las péndolas y el sellado de los cajones de los anclajes.

Este procedimiento constructivo llevó a que las péndolas, compuestas por 6 cables de pretensado de ½” de diámetro, estuvieran sometidos a esfuerzos muy bajos comparados con su capacidad.

3.5. Verificaciones de cálculo

En el modelo de cálculo la estructura fue sometida a su peso propio, a las cargas permanentes de las terminaciones y a las fuerzas de postesado de las vigas longitudinales.

Este postesado, consistente en dos cables por cada viga ubicados de tal manera que el cable medio resultante aplica una compresión centrada en todas las secciones de la viga. El mismo fue aplicado desde los extremos de las vigas una vez que ellas se encontraban completamente vinculadas a los arcos y sin posibilidades de sufrir un acortamiento libre, por lo que no pudo alcanzar toda su intensidad en la sección central.

Para el caso de las péndolas, se evaluó el esfuerzo teórico que debió aplicarse en los gatos de postesado para llevar el tablero en su rasante de diseño. Estas fuerzas fueron aplicadas a la estructura como tensión previa en las péndolas, obteniéndose, analíticamente, la necesidad de aplicar 330kN en cada anclaje.

En la Figura 3-6 se puede ver los esfuerzos de tracción en las péndolas. Estos esfuerzos son muy pequeños para las péndolas colocadas, alcanzando solamente un 36% de la carga de tesado que podría aplicarse.

Figura 3-6

Estos modelos electrónicos, aunque aproximados, permitieron determinar y verificar los esfuerzos en los arcos, péndolas, vigas transversales, longitudinales, losas del tablero, fundaciones, reacciones en los apoyos, etc., en el viaducto terminado, bajo la acción de diferentes estados de carga.

Esfuerzos en las péndolas para el Ensayo de Cargas: Por simplicidad se considera aquí una sola posición de las cargas utilizadas en el

ensayo. Nótese en la Figura 3-7 que los esfuerzos en las péndolas resultan bajos, alcanzando solamente un 40% del valor máximo admisible y solo el 30% del valor último.

Figura 3-7

Esfuerzos (sin mayorar) para las cargas de diseño (AASHTO HL-93) Se evaluaron los esfuerzos en los elementos por la aplicación del tren de cargas de

diseño (HL-93) en servicio, o sea sin mayorar las cargas ni considerar otra combinación, pues sólo interesaba evaluar los esfuerzos para el caso de que pasaran cargas de diseño por el viaducto. Se ve en la Figura 3-8 que, aún con la máxima carga de diseño, los esfuerzos en las péndolas llegarían solo al 47% de los valores admisibles y al 35% de los valores últimos.

Figura 3-8

Durante el ensayo de cargas realizado, se alcanzó en las péndolas un esfuerzo equivalente al 85% de las solicitaciones máximas de diseño. Si bien este ensayo tuvo características estáticas, puede considerarse como un ensayo completamente aceptable, ya que es prácticamente imposible llegar a los valores de diseño que se encuentran mayorados por múltiples factores. El hecho de que durante el ensayo no se haya observado ningún inconveniente en la estructura y que luego haya fallado con cargas bastante menores, demuestra que la variabilidad de las cargas en el tiempo jugó un importante papel en este colapso.

A pesar de otros errores ya citados en el diseño, teóricamente todas las partes de la estructura verifican correctamente en cuanto a su resistencia y deformación para los diferentes estados de carga. Sin embargo, los valores obtenidos para las péndolas, asociados a la tecnología aplicada para ejecutarlas, lleva a considerar su diseño estructural como defectuoso, aspecto que se tratará en forma particular.

3.6. Colapso progresivo

El colapso del puente fue de tipo frágil y se produjo en el momento en que estaba pasando sólo un ómnibus. Es decir que la carga que produjo la rotura fue mucho menor a la utilizada en el ensayo de cargas y a la carga de diseño del puente. Ver Figura 3-9.

El colapso se produjo de acuerdo a un proceso en el cual se pueden distinguir los sucesivos pasos, que se ilustran con fotografías o diagramas a continuación en el orden secuencial en el cual se pudieron haber producido.

Figura 3-9

1) Deslizamiento de los 6 cordones de un anclaje inferior Se produce con una carga inferior a la impuesta por la prueba de carga estática, por

el deslizamiento de las cuñas no clavadas correctamente por tener el cable una tensión de diseño muy baja en el momento del tesado. Este anclaje inferior debería haber sido un anclaje pasivo y se colocó un anclaje activo.

En la Figura 3-10 se observa el extremo de los cordones deslizados de los anclajes sin rastro de haber sido hincados por las estrías de las cuñas.

Figura 3-10

Al deslizar esta péndola, inmediatamente se recargan las péndolas vecinas y en particular la que se encuentra enfrentada a ella. 2) Deslizamiento del anclaje inferior de la péndola enfrentada a esta

Se supone que inmediatamente desliza la péndola enfrentada a la anterior, por las mismas razones. En la Figura 3-11 se observa que las péndolas remanentes se ven sobre cargadas. En particular, las inmediatamente adyacentes pasan de un esfuerzo de 322kN a 365kN y resultan (para viaductos vacío, todavía habría que agregarle el peso del ómnibus que circulaba) un 13% mayores que los valores producidos en la prueba de carga. Aun así, las péndolas no resultan comprometidas, siempre que los 6 cordones estuvieran correctamente anclados.

Figura 3-11

En esta situación, el viaducto podría haber mantenido su estabilidad si los anclajes hubiesen sido correctos, dado que los otros elementos de la estructura tampoco aparecen comprometidos en su resistencia. 3) Deslizamiento de 5 cordones del anclaje superior de una péndola vecina

La Figura 3-12 muestra un tensor en el cual un cordón se cortó y los 5 restantes deslizaron de sus anclajes. Por lo que es dable suponer que ese cordón se fue acuñando a medida que se fue recargando la cuña. Al quedar la péndola con un solo cordón, se produjo su rotura al verse ampliamente superada su capacidad última, que era de 184kN, al intentar transferirse un esfuerzo de 356kN.

Figura 3-12

4) Deslizamiento y corte de las péndolas vecinas más cargadas

En la Figura 3-13 se puede notar que en caso de haber estado correctamente ancladas, las péndolas hubieran sido capaces de mantener la estabilidad del viaducto. Esto constituye un dato importante pues el diseñador pudo haber dispuesto grandes secciones en las péndolas para obtener redundancia ante el colapso de una o más de ellas. Sin embargo, en esta situación se alcanzan los momentos de rotura en la sección extrema, como se observa en la Figura 3-14.

Figura 3-13

Figura 3-14

Sin duda, esto fue lo que ocurrió como se puede ver en la Figura 3-15, donde se observa la rotación relativa de la sección de empotramiento. En la Figura 3-16 se ven las barras y los cables traccionados cortadas y en la Figura 3-2 – derecha, se aprecia la rotura por compresión en la parte inferior de la sección. El hecho de que se corten completamente las barras superiores (traccionadas) y se rompa por compresión la parte comprimida de la sección, lleva a la formación de una articulación pura, sin ninguna capacidad de tomar momentos.

Figura 3-15

Figura 3-16

5) Continúa el proceso de deslizamiento de péndolas y formación de rótulas No se puede afirmar con precisión cual fue la secuencia, pero es evidente que al ir

fallando las péndolas, las solicitaciones en la viga se van desarrollando y se forman articulaciones plásticas en el tramo, como podría ser la que se muestra en la Figura 3-17.

Figura 3-17

6) Finalmente el tablero es incapaz de soportar su propio peso Con ausencia total o casi total de péndolas el tramo es inestable, como se ve en la

Figura 3-18, donde los momentos son muy superiores al momento último (1600kNm).

Figura 3-18

Barras cortadas por tracción

Cables de Postesado cortados

7870kNm

4550kNm

7870kNm

3.7. Alternativas de solución

Para la estructura colapsada, se recomienda demoler el tablero del tramo colapsado y los recintos donde se alojan los anclajes superiores. Readecuar los voladizos y diseñar un tramo apoyado en estos voladizos y eventualmente en una pila central. O bien, reforzar el arco y reconstruir una plataforma suspendida de péndolas con anclajes adecuados.

3.8. Arreglo de otros puentes similares

Para los otros tres puentes del conjunto, se recomienda el cambio de las péndolas por unas ejecutadas con barras de acero de alta resistencia, ancladas con tuercas, que resultan aptas para trabajar con cargas bajas y variables.

3.9. Conclusiones

Surge entonces, con evidencia, que la causa desencadenante del colapso fue el deslizamiento de las cuñas de anclaje de los cables que constituían las péndolas.

Los anclajes con cuñas de fricción, en cables no adheridos, no son aptos para estar sometidos a cargas o tensiones bajas porque las cuñas no se clavan y por lo tanto no se anclan los cables.

Tampoco resultan aptos para cargas variables – y menos aun cuando las tensiones son bajas – y se “desacuñan” luego de un tiempo. Esto explica por qué las péndolas soportaron el ensayo estático de carga y luego fallaron, después de cierto tiempo, con el paso de una carga mucho menor que la del ensayo.

4. CONCLUSIONES GENERALES

En dos colapsos ocurridos en distintas latitudes y en puentes de características relativamente similares, ocurridos a poco de haber sido puestos en servicio, se determinó que la causa desencadenante había sido exactamente la misma: el deslizamiento de los cables de sus anclajes ejecutados con cuñas estriadas no aptas para cargas variables.

La conclusión final es que no deben utilizarse cables no adheridos como tensores que estarán sometidos a bajas tensiones y esfuerzos variables.

Una cuestión económica llevó a utilizar elementos de postesado adherido como tensores verticales en arcos de pequeña luz, conformando, a su vez, sistemas estructurales con poca redundancia en los cuales la falla de un sólo tensor lleva a la falla de todo el sistema.