Colapso del Puente sobre el río Grande de Tárcoles … · Diagrama esquemático del anclaje de...

Informe técnico Colapso del Puente Tárcoles-RN137 Página 1

Colapso del Puente sobre el río Grande de Tárcoles Ruta Nacional 137 – 22 Octubre 2009 Informe Técnico elaborado por Ing. Guillermo Santana, Ph.D. para el Departamento de Puentes del LANAMME. Marzo 2010

Antecedentes

Los puentes colgantes normalmente usan dos cables principales suspendidos entre al menos dos portales y anclados a bloques en sus extremos. Este tipo de puente se desarrolló en el siglo XIX. Su concepto está basado en puentes colgantes que datan del siglo VII en los cuales el tablero no está suspendido del cable sino que más bien sigue la curva catenaria de los cables. El nombre de puentes de hamaca aplica entonces para este pariente ancestral del puente colgante porque sigue el comportamiento de una hamaca común.

Características estructurales de los puentes colgantes

En la figura 1 se muestran esquemáticamente los componentes estructurales de un puente colgante. Las vigas que rigidizan la superestructura pueden consistir de una cercha espacial o bien de una viga tipo cajón (Ver Figura 2) que cuelga de los cables por medio de tirantes. La rigidización del tablero del puente le permite a éste soportar cargas concentradas altas como las producidas por tránsito vehicular sin verse sujeto a grandes deformaciones concentradas. Los puentes colgantes son más apropiados para casos en los cuales se requiere cubrir una luz muy grande. La luz del puente objeto de este estudio es la más grande reportada para puentes colgantes en Costa Rica.

En la figura 3 se muestra el flujo de fuerzas en un puente colgante. La carga en la viga es transmitida a los portales mediante los tirantes y los cables principales y de allí a los bloques de anclaje. Se puede ver entonces que los bloques de anclaje son esenciales para tomar las reacciones horizontales provenientes de los cables. El peso de los bloques de anclaje resiste la componente vertical de la fuerza de tracción del cable, y la fuerza de cortante entre los bloques de anclaje y la fundación resisten la componente horizontal. La figura 4 muestra un diagrama esquemático de un anclaje de gravedad. Contrario al caso de los puentes atirantados, no se induce fuerza axial en las vigas de los puentes colgantes a menos de que este sea un puente colgante autoanclado.


Figura 1. Puente colgante (Tomado de Japan Association of Steel Bridge Construction. Outline of Steel

Bridges, Tokyo, 1985, en Chen Wai-Fah, Structural Engineering Handbook, 1999).

Figura 2. Tipos de vigas para rigidización (Tomado de Japan Association of Steel Bridge Construction.

Outline of Steel Bridges, Tokyo, 1985, en Chen Wai-Fah, Structural Engineering Handbook, 1999).

Figura 3. Flujo de fuerzas gravitacionales en un puente colgante.


Figura 4. Diagrama esquemático del anclaje de gravedad de un puente colgante (Tomado de Bridge

Inspector’s Reference Manual, Publication No. FHWA NHI 03-002, 2006).

Los cables estructurales o principales están formados por torones entrelazados alrededor de un torón central que se mantiene recto. Cada torón está formado por alambres o hilos de acero (llamados hilos en este reporte) todos entrelazados alrededor de un hilo central que se mantiene inicialmente recto. El hilo central de cada torón del cable estructural será deformado según el torón sea entrelazado para formar el cable estructural. En la figura 5 se muestra la sección transversal de un cable estructural como el mencionado. La protección contra la corrosión de los cables consiste de varias diferentes opciones: 1) galvanizar cada hilo, 2) tratamiento anticorrosivo del cable final, 3) envoltura del cable final con alambre galvanizado suave, neopreno o un tipo de cinta ancha de plástico, o 4) cualquier combinación de las anteriores opciones. La fotografía 1 muestra la envoltura de cable en un puente colgante en Wheeling, Virginia Occidental, Estados Unidos.

Figura 5. Sección transversal típica del cable estructural formado con torones entrelazados

helicoidalmente. Nótese que cada torón está formado por hilos de acero o alambres también entrelazados helicoidalmente entre ellos (Tomado de Bridge Inspector’s Reference Manual, Publication No. FHWA NHI 03-002, 2006).


Fotografía 1. Envoltura de cable en el puente Wheeling, Virginia Occidental, Estados Unidos (Tomado de

Bridge Inspector’s Reference Manual, Publication No. FHWA NHI 03-002, 2006). La flecha en los cables principales afecta el comportamiento estructural del puente colgante: a menor profundidad, mayor rigidez del puente y en consecuencia grandes fuerzas horizontales son aplicadas a los bloques de anclaje. En general la razón de la profundidad versus la luz principal se selecciona aproximadamente como de 1:10. En el caso del puente objeto de este informe, la razón es de 1:10.67, lo cual se considera enteramente adecuado.

La flexibilidad de las estructuras soportadas por cables, asociada a niveles altos de esfuerzo en los principales miembros portantes, hace que estas estructuras sean especialmente sensibles ante las fuerzas dinámicas causadas por terremotos, viento y por cargas vehiculares. La figura 6 muestra esquemáticamente la vibración de los cables estructurales mencionada. Esta vibración abre espacios entre los hilos de los cables permitiendo la entrada de agentes corrosivos como agua y otros.

Figura 6. Esquema de las vibraciones de los cables estructurales en puentes colgantes debidos a cargas

dinámicas como terremoto, viento y paso vehicular (Tomado de Bridge Inspector’s Reference Manual, Publication No. FHWA NHI 03-002, 2006).


Impacto económico y social del colapso del puente

El puente sobre el río Grande de Tárcoles en la Ruta Nacional 137 que colapsó el 22 de octubre de 2009, servía de comunicación entre los cantones de Turrubares de la provincia de San José y el de Orotina de la provincia de Alajuela. La comunidad de mayor tamaño y con mejor conectividad a los diferentes centros de actividad económica de la región es Orotina. El cantón de Turrubares depende en gran medida de su comunicación hacia Orotina. La dependencia cubre comercio y servicios, incluyendo la asistencia a colegios de educación secundaria por parte de estudiantes residentes en el sector oeste de Turrubares. Adicionalmente el principal proyecto turístico en Turrubares, un parque de atracciones dedicado a explotar el ecoturismo de bosques lluviosos depende directamente de la llegada de turistas extranjeros provenientes de los cruceros que atracan en el puerto de Caldera. Las actividades del parque se han visto prácticamente suspendidas en su totalidad. Ver figura 7 en donde se presenta un mapa de la ruta nacional 137 en el tramo que cruza el río Grande de Tárcoles.

En el Cuadro 1 se presentan las nuevas distancias de viaje entre Orotina y Turrubares después del colapso del puente. La distancia de recorrido entre estos dos destinos se aumento en más del doble al pasar de 18.1 Km a 44.9 Km. Además, la condición de las rutas alternas obliga a reducir la velocidad de manera que el trayecto incrementa adicionalmente el tiempo de viaje.

Cuadro 1 Impacto del colapso en los viajes más importantes para la actividad económica del cantón de Turrubares Ruta Kilometraje

pre-evento Kilometraje post-evento

Comentarios

San Pablo – Orotina 18.1 44.9 RN 707 a Atenas y RN 3 a Orotina, incluye 18.9 km de lastre que en general disminuye la velocidad a menos de 25 Km/h. Capacidad de carga de los puentes en RN 707 desconocida.

San Pablo – Caldera* 44.3 69.9 RN 707 a Atenas, RN 3 a Orotina y RN 27 a Caldera, incluye 18.9 km de lastre que en general disminuye la velocidad a menos de 25 km/h. Capacidad de carga de los puentes en RN 707 desconocida.

* Otro posible trayecto involucra las RN318/320 hasta Camaronal y RN34 hasta Caldera con un recorrido de 86.7 Km y 51 Km de lastre.


Figura 7. Mapa de ubicación del puente sobre el río Grande de Tárcoles, ruta nacional 137.

Descripción de la estructura

El puente sobre el río Grande de Tárcoles fue construido originalmente entre 1924 y 1928 durante la administración del presidente Julio Acosta. Sin embargo, el estudio de los archivos del Ministerio de Obras Públicas y Transportes indica que el puente fue reconstruido entre 1966 y 1970 (administración Trejos Fernández) mediante un Plan Cooperativo puesto en práctica en esos años1. Según la información obtenida la reconstrucción del puente consistió en el reemplazo del cable, de los tirantes y del tablero. No hay certeza de que la reconstrucción involucrara cambios en la subestructura del puente. En las fotografía 2 a 4 se puede observar la estructura del puente y sus diferentes componentes tal como lucía unos meses antes del colapso. La fotografía 2 muestra el tablero del puente, los tirantes y los cables principales. En la fotografía 3 se pueden observar los bloques de anclaje de los cables en la margen izquierda del río. La fotografía 4 presenta una vista frontal de los bloques de anclaje junto con el marco de concreto instalado en el acceso de la misma margen con el propósito de restringir el tamaño de los vehículos que transitan por el puente.

1 El Plan Cooperativo hacia de la construcción de puentes una acción conjunta entre el Gobierno de la República y los diferentes municipios del país. En el caso del puente objeto de este informe la Municipalidad de Turrubares actuó como contraparte local.


Fotografía 2. Se observan el tablero, los tirantes, los cables principales y las torres. Se puede notar que la

superficie de ruedo del tablero es de madera. Los tirantes son barras con conectores de ojo en los extremos, anclados a los largueros del puente en un extremo y al cable en el otro extremo.

Fotografía 3. Acceso en la margen izquierda del puente en donde se pueden observar los bloques de

anclaje de los cables principales.


Fotografía 4. Acceso en la margen izquierda del puente en donde se pueden observar el marco de concreto

reforzado construido con el propósito de restringir el tamaño de los vehículos que ingresan al puente. Adicionalmente se pueden observar los bloques de anclaje de los cables principales y ambas torres.

En el Cuadro 2 se presenta los datos del inventario de puentes del MOPT. De acuerdo con este inventario elaborado por el Departamento de Planificación la última visita al puente se llevo a cabo el 21 de julio de 2007. Como resultado de esa visita de inspección, el puente fue calificado como Malo. La apreciación de los inspectores es que la superestructura y el tablero tenían problemas severos que le condujeron asignar una calificación de 5.65 sobre base 10.2

El puente colgante consiste de un tramo simple de 80 metros de longitud con portales en ambos extremos. Los extremos del tramo simple descansan sobre los bastiones que sirven de fundación a los portales. Como se puede observar en la fotografía 4, la estructura del puente consiste de cables principales que descansan sobre los dos portales ubicados en cada uno de los accesos del puente. Cada portal está formado por dos torres unidas por una viga colocada en la parte superior de las torres. Los portales tienen más de siete metros de alto y fueron construidos con angulares de acero como se puede apreciar en la fotografía 5. Las monturas de los cables principales son piezas de acero que coronan las torres. Los puntos de contacto de los cables con sus respectivas monturas no tienen ningún recubrimiento especial, son simplemente metal sobre metal.

2 Información facilitada mediante oficio DPS-2009-0475 por la Lic. Annia Beleida Alfaro Quesada, Directora de Planificación Sectorial del MOPT, julio 2009.


Fotografía 5. Angulares de acero en las torres y apoyo del extremo del tramo simple.

El tablero transmite su peso a los cables mediante tirantes de acero unidos por ganchos al tablero y por gasas a los cables. El tablero está construido con secciones de tres metros de ancho y cuatro metros de largo articuladas mediante pernos instalados en los patines inferiores de las vigas longitudinales. Cada sección del tablero consta de tres vigas transversales de acero en cuyos extremos están instalados los ganchos de 180 grados que unen los tirantes al piso del puente (ver fotografía 6). Las tres vigas transversales están dispuestas de modo que dos son centrales y una se ubica en uno de los dos extremos libres. En el extremo libre en donde no hay viga transversal es en donde los largueros externos están articulados mediante pernos al tramo subsiguiente hasta completar la luz del puente. El tablero del puente cuenta con arriostramiento interno mediante tensores diagonales soldados a las vigas transversales con lo que se logra rigidez entre cada una de las secciones. Sin embargo, el comportamiento del tablero en los meses previos al colapso hace pensar que esa rigidez entre las diferentes secciones que forman el tablero del puente era muy pequeña o del todo inexistente. Esto da como resultado un tablero articulado longitudinalmente y de alta flexiblilidad.


Fotografía 6. Conexión de los tirantes de acero con ganchos de 180 grados en la

parte inferior y gasas con pernos en la parte superior. Descripción de la posible secuencia de falla

El detonante de la falla del puente sobre el río Grande de Tárcoles es la ruptura de uno de los dos cables principales. De acuerdo con testigos presenciales, la ruptura se presentó en el punto de apoyo sobre la montura en la cúspide de la torre derecha en la margen izquierda del río. La fotografía 7 fue tomada en el acceso de la margen izquierda del rio. Se muestra en ella el estado en que quedaron los cables después del colapso del puente. Se puede notar que la ruptura ocurre en las monturas de ambos cables. La fotografía 8 muestra el extremo del cable derecho en el que se presentó la ruptura. Se puede notar en la fotografía que algunos de los hilos muestran desgaste y otros muestran falla perpendicular al eje longitudinal lo cual evidencia la fragilidad del acero empleado. Las fotografías 9 y 10 muestran la montura en la cúspide de la torre derecha de la margen izquierda del río. La ruptura de ese cable precipitó casi de forma inmediata la ruptura del cable izquierdo en el mismo portal. En fotografía 11 se puede apreciar la corrosión en la montura del segundo cable. Una vez ocurrida la ruptura de ambos cables el puente se precipita al cauce del río llevando a sus ocupantes consigo. Sin embargo, una vez dada la ruptura de los cables principales descrita, no ocurren ninguna otra ruptura adicional a pesar de que toda la superestructura del puente yace en el lecho del río y se ve sujeta al empuje producido por su caudal. Ver las fotografías 12 y 13.


Fotografía 7. Estado de los cables estructurales después de ocurrido el colapso. Se nota que

los extremos de los cables pierden el entrelazado de los torones en el momento en que desaparece la tracción. También se puede observar que el entrelazado de los torones se pierde lo cual hace que los hilos queden separados.

Fotografía 8. Estado de los cables estructurales después de ocurrido el colapso. Se nota que el entrelazado

de los torones se pierde una vez que desaparece el estado traccional del cable, lo cual hace que los hilos queden separados. Se puede notar también que algunos hilos de acero muestran desgaste por abrasión y otros muestran falla por ruptura frágil (plano de falla perpendicular al eje longitudinal del hilo).


Fotografía 9. Portal ubicado en la margen izquierda del río. Las cúspides de las dos torres del portal

muestran manchas de corrosión. Se puede notar también las dos tuberías de agua potable que usan el portal como apoyo.

Fotografía 10. Pieza metálica que servía de cúspide la torre derecha del portal de margen izquierda del río

y a la vez de montura del cable del puente. Se puede notar la corrosión de la montura y una fractura de la pieza a lo largo de uno de los lados de la montura. También se puede apreciar el cable de sostén de la tubería de agua potable.


Fotografía 11. Muestra de corrosión en la parte frontal de la montura del cable que sufrió ruptura.

Fotografía 12. Vista panorámica que muestra la superestructura del puente en el fondo del río. Además se

puede apreciar el bus de pasajeros, único vehículo en uso del puente al momento del colapso.


Fotografía 13. Vista parcial que muestra la superestructura del puente en el fondo del río. Se puede

apreciar que ni los cables ni los tirantes han sufrido ruptura en los tramos mostrados.

Al momento del colapso, el único ocupante del puente era un bus de transporte público de pasajeros con 38 personas abordo. El colapso dejó como consecuencia 5 víctimas mortales. En la fotografía 9 se puede observar la escena unas dos horas después del colapso del puente. El bus descansa en pie en el lecho del río a unos 25 metros del bastión de la margen izquierda del río. Se puede inferir que la formación del mecanismo de colapso se inicia con el incremento en la tensión en los cables producto de la carga viva generada por el vehículo en marcha. La distorsión lateral que se puede observar en la parte superior del bus puede ser indicación de inclinación inicial hacia el lado aguas arriba del puente. Esto coincide con la apreciación de falla por ruptura del primer cable indicada anteriormente. El hecho de que el bus se precipitara al río sin volcarse unido a la consideración de la distancia recorrida desde el acceso constituye un fuerte indicio de que la ruptura del segundo cable sucede en forma casi instantánea y una vez que el vehículo ya a avanzado un trecho de al menos 20 metros dentro del puente.

Etiología de la ruptura de los cables

Las causas detrás de la ruptura de los cables principales parecen seguir la secuencia que se describe a continuación. El funcionamiento del puente durante los últimos años había presentado una variación muy importante. De manera incremental, el paso de vehículos había venido produciendo deflexiones cada vez mayores en el tablero del puente. Las deflexiones claramente visibles a simple vista consistían en la generación de una honda viajera que aparecía delante de los vehículos en marcha. Existen varias grabaciones disponibles que documentan el movimiento mencionado. Desde el punto de vista ingenieril, el comportamiento aquí descrito debe considerarse como una señal clara y contundente de que el servicio brindado por el puente era inaceptable aun antes de que se produjera el colapso. La acción


seguida por los administradores de la estructura consistió en colocar un rótulo a unos veinte metros del acceso de margen izquierda del puente con la restricción expresa a vehículos de más de 4 toneladas de peso. Adicionalmente, este acceso contaba con un pórtico de concreto reforzado erecto en el sitio con el propósito expreso de restringir la altura de los vehículos que intentaran utilizar el puente.

La causa de la excesiva flexibilidad del tablero del puente se puede encontrar en la concepción estructural del mismo. Como se describió en una sección anterior, el tablero está formado por secciones articuladas mediante cuatro pernos, dos en cada extremo de los largueros externos. Adicionalmente, se pudo constatar que algunas conexiones entre secciones contaban también con barras de acero colocado diagonalmente y unido a las vigas transversales externas mediante soldadura. Estos tensores no están presentes en todas las conexiones. Por esta razón se puede sugerir que el tablero contaba con una flexibilidad en aumento conforme las soldaduras de los diagonales de acero se iban desprendiendo. La principal razón por la cual se exige rigidez en el tablero surge de la necesidad de distribuir cargas vivas concentradas a la mayor cantidad de tirantes de forma tal que se distribuya la carga según el esquema presentado en la figura 3. Si el tablero está formado de secciones articuladas, la carga producida por el vehículo no se distribuye y obliga a una deflexión en forma de honda que se propaga con la misma velocidad que la de marcha del vehículo.

La excesiva deformación del tablero presenta sin lugar a dudas un inconveniente a los usuarios. Sin embargo, el mayor impacto lo sufren los cables principales porque las hondas generadas por el tránsito vehicular se propagan hasta los cables y hacen que estos se vean sometidos a tracción y a desplazamientos verticales hacia arriba y hacia abajo en los puntos de apoyo, es decir en las monturas ubicadas en las cúspides de las torres. El movimiento vertical hacia abajo produce aumento de la tracción en los cables y el movimiento vertical hacia arriba provoca disminución de la tracción. Este segundo efecto resulta muy nocivo para los cables en vista de que la disminución de la tracción causa separación de los torones entre ellos y de los hilos de acero que conforman los torones, ver sección anterior y figura 5. La separación propicia la penetración del agua entre los torones y entre los hilos y esto conlleva a corrosión. Las fotografías 14 y 15 muestran los signos de la corrosión interna producto de la separación de hilos mencionada. En la fotografía 14 se puede apreciar que la pintura aplicada al cable no resuelve el problema de la corrosión interna. La fotografía 15 muestra un estado de deterioro mayor en el cual la corrosión ha dado paso a la disminución de sección transversal de los hilos y a la ruptura de algunos de ellos debido a las cargas que soportan. Las fotografías 14 y 15 muestran una estadio previo al de falla en donde la disminución de capacidad del cable es aun pequeña cuando se la compara con la demanda por uso normal del puente. La ruptura de hilos es tanto interna como externa, es decir se puede observar en hilos externos del cable y también está presente en hilos de los torones internos. Las fotografías 16 y 17 muestran la corrosión presente entre los torones en el extremo en donde se presentó la ruptura del cable estructural. En ambas fotografías se muestra un tramo del cable inmediatamente anterior al segmento en el que se presentó la ruptura. Los torones de 19 hilos cada uno aparecen separados porque el cable se encuentra libre de fuerza de tracción. El efecto combinado de corrosión y deslizamiento traccional de los cables sobre las monturas son consideradas como las dos causas principales de la ruptura de los cables en esos puntos. La corrosión se presenta tanto en la superficie exterior de los cables como en la superficie interna de los torones y de sus hilos. El


deslizamiento traccional de los cables causa desgaste de los hilos exteriores por abrasión. La fotografía 17 muestra tanto la corrosión como el desgaste en los hilos de acero.

Fotografía 14. Sección del cable estructural en donde se muestran cuatro de los siete torones. Se pueden

notar los signos de corrosión interna en los torones. También se puede observar que la pintura aplicada no protege al acero contra la corrosión interna.

Fotografía 15. Estado de deterioro causado por la corrosión. Se puede observar la ruptura de hilos de

acero de los torones.


Fotografía 16. Evidencias de corrosión de los torones debido a penetración de agua. El tramo de cable

mostrado corresponde a una sección muy cercana al tramo que sufrió ruptura.

Fotografía 17. Hilos de acero con evidencia de corrosión y desgaste por abrasión.

El efecto combinado de corrosión y desgaste tiene como consecuencia la disminución de la resistencia a la tracción de los cables. En el caso de los cables formados con torones trenzados, la reducción de


resistencia se manifiesta como la ruptura paulatina de hilos de acero que constituyen los torones3. Este proceso de reducción paulatina de la resistencia se ve interrumpido por la demanda de capacidad proveniente de dos fuentes, peso propio del puente y carga viva en la forma de tránsito de vehículos. En el momento en que la demanda iguale la capacidad el colapso es inminente.

Resultados de los ensayos a tracción de la muestra de los cables

Se recuperaron muestras de ambos cables dos días después de ocurrido el colapso, ver fotografías 18, 19, 20. Los tramos recolectados corresponden a los segmentos próximos al segmento de ruptura. Los ensayos de resistencia a la tracción se realizaron tanto en los torones como en los hilos. En todos los casos, la resistencia del acero es considerablemente alta lo cual indica que la estructura fue reconstruida en los años sesentas como se colige de las memorias del MOPT. El acero de alta resistencia no se desarrolló sino hasta la segunda mitad del siglo XX. Por tanto, se puede concluir que la estructura no tiene 90 años de construida sino que en realidad es de unos 40 años.

Fotografía 18. Recolección de muestras de los cables para pruebas de laboratorio.

3 Testigos oculares del colapso indican en sus declaraciones que los cables presentaban reventaduras de los hilos apreciables a simple vista en los días anteriores al evento (Entrevista televisivas). De igual forma, un puente de estructura similar sobre el río Barranca en San Jerónimo de Esparza presenta las mismas reventaduras en los cables ubicados sobre las torres.


Fotografía 19. Recolección de muestras de los cables para pruebas de laboratorio.

Fotografía 20. Muestras de torones recogidas en el sitio de falla.

Los resultados de los ensayos de laboratorio se presentan en el Anexo 1 de este informe. Se realizaron ensayos tanto en los hilos de acero como en los torones de acero recolectados en el sitio por parte de personeros del LANAMME. También se incluyeron las muestras aportadas por el Organismo de Investigación Judicial. Adicionalmente, se hicieron ensayos para determinar la composición química de los hilos de acero.


Los ensayos de resistencia se efectuaron tanto a muestras de hilos de acero como a torones. Los hilos de acero tenían un diámetro promedio de 4.487 mm, pero su distribución es bimodal con valores de 4 y 5 mm. La resistencia promedio obtenida es de 883 MPa para fluencia y 979 MPa para resistencia máxima. Los torones están formados con 19 hilos de acero. La resistencia promedio de los torones es de 809 MPa.

Los resultados del laboratorio indican que el acero de los cables estructurales tiene muy alta resistencia y que es un material endurecido con manganeso. Además los resultados indican que el material es frágil como es de esperar en aceros de alta resistencia. El desarrollo de aceros de alta resistencia corresponde a un periodo posterior a 1950, por lo que se confirma la hipótesis de que el puente fue rehabilitado durante la segunda mitad del siglo XX, posiblemente en la década de los sesentas.

Conclusiones

En el entorno ingenieril, los valores de resistencia y de capacidad deben entenderse como variables aleatorias que solo pueden interpretarse desde la perspectiva estadística. Es decir, los parámetros que constituyen ambas variables son muchos e interactúan entre sí. Esto hace que necesariamente se deba tomar decisiones sobre los máximos esperables de cada demanda y que éstos a la vez se contrasten con las estimaciones de resistencia mínima. En el caso de una estructura como la analizada en este informe, el acero del cual están hechos los cables a pesar de tener muy alta resistencia, es frágil y por lo tanto no ofrece mucha deformación adicional una vez alcanzada la resistencia de fluencia. Por lo tanto una vez que se supera esa resistencia la ruptura ocurre en muy corto plazo. A este tipo de estructuras se les denomina como críticos a la fractura.

La secuencia de falla presentada en una sección anterior indica claramente que los cables estructurales denominados como “críticos a la fractura” estaban envueltos en un proceso de deterioro paulatino causado por la corrosión generalizada y por el desgaste o abrasión en los puntos de apoyo en los pórticos de acceso al puente. La corrosión generalizada se debió a dos factores, el primero es la carencia de un recubrimiento protector instalado o aplicado a los cables y el segundo se debió a la excesiva flexibilidad del tablero que provoca a la vez vibración en el cable. En este tipo de puentes, la vibración en los cables provoca tensión y distensión en toda su longitud. Como se indicó anteriormente, la distensión en este tipo de cables conlleva la generación de espacios libres entre los torones y entre los hilos de acero de los torones. Los espacios libres en un ambiente en el que la humedad y la lluvia están presentes tienen como consecuencia la corrosión del acero. Finalmente el desgaste o abrasión se presentó en las monturas de los cables sobre los pórticos de apoyo. Como se indicó anteriormente, la abrasión tiene como consecuencia la reducción del área de la sección transversal de los hilos de acero. Adicionalmente, en esos puntos la tensión en el cable alcanza su máxima intensidad con lo cual se puede concluir que es sobre las monturas de apoyo en donde se conjugan todas las condiciones para que el deterioro paulatino condujera al colapso de la estructura.

Más aun el hecho de que al momento del colapso la mayor solicitación a la que estaba sometida la estructura era la carga gravitacional de peso propio hace que esta falla sea inaceptable desde el punto de vista de la Ingeniería Estructural por cuanto los indicadores claros de la inminencia del colapso se


hacían evidentes cada vez que el puente era utilizado para el paso de vehículos. Específicamente, el puente había dejado de cumplir con los requisitos de serviciabilidad—entendida ésta como el umbral de desplazamientos verticales del tablero—mucho antes del colapso.

Un programa de inspección de puentes basado como mínimo en el desempeño de las estructuras ante solicitaciones de servicio (peso propio y cargas temporales) debe siempre poder detectar el incumplimiento de las condiciones de operación establecidas en los documentos de diseño y construcción. En el caso del puente objeto de este reporte, la inspección llevada a cabo por el Departamento de Planificación Sectorial del MOPT detectó la condición deficiente del puente tal como se indica en el Cuadro 2. La calificación asignada al puente en la visita llevada a cabo en junio del 2006 fue de MALO. Esa calificación habla en forma específica de la condición deficiente tanto del tablero como de la superestructura. Esta apreciación ya se había reportado en fecha anterior lo cual incidió en que el puente se recomendara para rehabilitación en el plan quinquenal presentado por esa misma dependencia en el año 2000. Por tanto se puede concluir que en este caso, los resultados de la inspección no se tradujeron en acciones concretas que evitaran el colapso del puente. la rehabilitación debió haber incluido como mínimo la rigidización del tablero del puente y la sustitución de los cables estructurales.

Finalmente, la restricción de acceso para vehículos de un máximo de cuatro toneladas establecido mediante un único rótulo instalado en el acceso izquierdo del puente (Turrubares) resulta a todas luces insuficiente para prevenir el colapso. Esta conclusión se fundamenta en lo expresado arriba y en dos hechos adicionales. Primero, que la rotulación y el marco de concreto instalado para restricción en el tamaño de los vehículos están ambos en el acceso izquierdo del puente, dejando el acceso derecho sin señalización ni restricción al tamaño. Segundo, que la restricción se refiere específicamente al peso del vehículo y al tamaño del vehículo que intente utilizar el puente pero no dicta nada sobre la velocidad de paso ni el número de vehículos que puedan hacer uso del puente a la vez. En otras palabras no hay restricción al número de vehículos livianos que pueden circular en un mismo sentido a la vez.

Cuadro 2 Datos del puente según inventario del MOPT a diciembre 2008 Código de Identificación 101722 Código consecutivo del puente 02 Kilómetro de inicio dentro de la ruta 37.560 Número de Ruta Red Vial Nacional 137 Nombre del río Río Grande de Tárcoles Número de Sección dentro de la Ruta 10172 Fecha de la última revisión 21-07-2006 Año de la última revisión 2006 Nombre de la Provincia San José Nombre del Cantón Turrubares Nombre de la Calificación MALO Calificación promedio(Piso, Subestructura, Superestructura) 5.65 Calificación de la Subestructura 8.00 Calificación de la Superestructura 4.95 Calificación del Piso 4.00 Material de la Estructura Acero Tipo de Estructura Puente Número de la Región 1


Zona 2 Cantón 16 Número de Secciones del Puente 0 Accesos del Puente 6.00 Canal 9.47 Año de Construcción 0 Tránsito Promedio Diario TPD 335 Superficie de Rodamiento 4 Condición Estructural 4 Cordones 0 Parapeto 0 Aceras 0 Barandas 0 Desagües 0 Filtraciones de Uniones 0 Expansión de Uniones 0 Juntas de Expansión 0 Apoyos(Rodillos, Balancines, Placas) 4 Vigas 7 Vigas Transversales 7 Cerchas en general 8 Portales 8 Arriostres 8 Contraventeo 4 Remaches 4 Soldadura(Apoyos) 0 Soldadura 4 Corrosión de Apoyos 0 Daños por Colisión 4 Deformación Bajo Carga 4 Alineación de Miembros 4 Vibración Bajo Carga 4 Pasadores 4 Corrosión 4 Bastiones 8 Socavación 8 Aletones 0 Muros Traseros 8 Erosión de Bastiones 0 Asentamiento de Bastiones 8 Deslizamiento de Bastiones 8 Reventaduras de Bastiones 8 Inclinación de Pilas 0 Pandeo de Pilas 0 Socavación de Pilas 0 Asentamiento de Pilas 0 Reventadura de Pilas 0 Cabezales 0 Corrosión de Aceros 4 Pintura 0 Daños por Colisión 0 Socavación del Canal 10 Erosión del Relleno 10 Sedimentación 8 Vegetación 6 Cambio del canal 7


Sistema de defensa 8 Zampeado 0 Suficiencia de apertura 10 Accesos 0 Alineamiento de accesos 0 Losa de acceso 0 Uniones de accesos 0 Baranda de accesos 0 Pavimento de accesos 6 Relleno de acceso 0 Distancia entre cordones 0.00 Distancia entre barandas 0.00 Luz de bastión a bastión 80.80 Luz de centro a centro de asientos 81.50 Altura libre de piso a portal 6.50 Distancia libre hasta el nivel del agua 7.00 Distancia de la superficie de ruedo hasta el nivel del agua 7.30 Espesor de la superficie de ruedo 0.10 Espesor del cordón 0.00 Ancho de acera 0.00 Número de Vigas Transversales 0 Alto de Vigas Transversales 0.00 Ancho de Vigas Transversales 0.00 Largo de Vigas Transversales 0.00 Ancho de Vigas Longitudinales 0.00 Alto de Cerchas Longitudinales 0.00 Alto de Cerchas Transversales 0.00 Número de Cerchas Longitudinales 0.00 Número de Cerchas Transversales 0.00 Número de Vigas Longitudinales 0.00 Alto de Vigas Longitudinales 0.00 Largo de Vigas Longitudinales 0.00 Longitud de Losa de Entrada 0.00 Longitud de Losa de Salida 0.00 Ancho de Pavimento Entrada 4.30 Ancho de Pavimento de Salida 4.30 Longitud de Baranda Derecha 0.00 Longitud Necesaria 0.00 Longitud de Baranda Izquierda 0.00 Longitud Necesaria 0.00 Longitud de Baranda Derecha 0.00 Longitud Necesaria 0 Longitud de Baranda Izquierda 0 Longitud Necesaria 0 Profundidad en el Sitio del Puente 1 Profundidad Aguas Arriba 1 Profundidad Aguas Abajo 1 Material de Superficie de Rodamiento 4 Material del Piso 4 Material de Cordones 0 Material de Baranda Izquierdo 0 Material de Baranda Derecha 0 Material de Barandas Derechas 0 Material de Barandas Izquierdas 0 Material de Acceso de Entrada 7 Material de Acceso de Salida 7


Material de Vigas Longitudinales 2 Material de Vigas Transversales 2 Material de Bastiones Entrada 1 Material de Bastiones Salida 1 Material de Pilas 0 Condiciones del lecho del río en el sitio del puente adecuado 0 Condición del lecho del río en el sitio del puente inadecuado 0 Aguas arriba adecuado 0 Aguas arriba inadecuado 0 Cauce adecuado 0 Pasa el nivel máximo de aguas sobre los accesos 0 Estado de Reparaciones Anteriores 0 Reparaciones recomendadas 0 Altura de alcantarillas 0.00 Luz de alcantarilla 0.00

Colapso del Puente sobre el río Grande de Tárcoles … · Diagrama esquemático del anclaje de...

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