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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

CASO DE INGENIERÍA FORENSE: EL COLAPSO DEL PUENTE TEPALCATES II

Dr. Juan Carlos Araiza Garaygordóbil1

RESUMEN El día 26 de Noviembre de 2003, alrededor de las 10 am. uno de los claros del puente “Tepalcates II” de la autopista Colima-Manzanillo (km 81+475) sufrió un colapso total. Uno de los segmentos del puente, estructurado a base de 6 vigas presforzadas tipo AASHTO y losa colada en sitio se precipito en su totalidad 20 mts. hacia la laguna causando heridas a 3 personas. Una inspección realizada dentro de las 24 horas posteriores al evento demostró que la causa del fallo estructural estaba relacionada con los apoyos tipo Gerber. En la presente participación se presentan los datos obtenidos en dicha inspección así como de las condiciones del colapso y sus posibles causas. La evidencia permite concluir que el colapso ha sido la superposición de varios factores entre otros la degradación atmosférica y el detallado del acero.

ABSTRACT On November 26th, around 10 am, one of the spans of “Tepalcates II” bridge located in the highway Colima-Manzanillo (km 81+475) suffered a sudden collapse. One of the construction segments, based on 6 presstresed ASSHTO-type beams and cast-in-place slab, felt completely 20 mts. to the sea causing injuries on 3 people. A structural inspection carried out on the first 24 hours demonstrated that the cause of the collapse was definitely related to the Gerber-type supports. In the present participation the information obtained in the mentioned inspection is presented, additionally an analysis of the collapse conditions and causes is developed. The evidence permitted to conclude that several simultaneous facts contributed to the structural failure including atmospheric degradation and reinforce-steel detailing.

INTRODUCCION

A pesar de los grandes esfuerzos en la ingeniería estructural para asegurar la seguridad de las estructuras antes de que sean construidas, en algunos casos, bajo circunstancias imprevistas pueden ocurrir colapsos inesperados. Ya sea como resultado de deficiencia en el diseño, fallas de los materiales, desastres naturales o sabotaje, cada año estos accidentes causan millones de dólares en perdidas y la significativa perdida de vidas humanas. En este contexto es donde se ejerce la ingeniería forense, una rama de la ingeniería estructural dedicada al análisis de las causas de colapsos estructurales. En otros países la ingeniería forense se ha desarrollado sobre todo por la necesidad de encontrar responsables desde el punto de visita jurídico. La palabra forense, se deriva de la misma raíz que forum, refiriéndose a la posibilidad de argumentación y debate. De esta forma, en la presente participación se realizará una argumentación relacionada con el colapso del puente “Tepalcates II”, localizado en la Autopista Colima-Manzanillo, el día 26 de Noviembre de 2003 alrededor de las 10 am. basada principalmente en la observación realizada en las horas posteriores al colapso.

OTROS COLAPSOS

La ocurrencia de colapsos estructurales no es rara ni parece estar relacionada con el grado de desarrollo de los países en los que se presenta. Lo anterior queda claramente ejemplificado con el alto numero de colapsos presentados en Estados Unidos durante los últimos años, enfatizando que el numero de puentes en este país es muy alto lo que evidentemente aumenta los riesgos.

1 Profesor /Investigador. Facultad de Ingeniería Civil, Universidad de Colima. [email protected].

XIV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Acapulco, Gro., 2004

Figura 1. Colapso del puente Tacoma Narrow, 1940.

Un ejemplo claro no solo para la ingeniería forense sino para el análisis dinámico de estructuras en general el el de el Puente de Tacoma Narrow en Estados Unidos. Dicha estructura sufrió un colapso el 7 de noviembre de 1940 tras entrar en un proceso de resonancia con ráfagas de viento que finalmente lo llevaron a la falla total. Una de las causas principales para la difusión de este accidente es no solo la existencia de fotografías durante el proceso de colapso (figura 1) sino también la de un video que documenta perfectamente los hechos.

Figura 2. Colapso del puente Citrus, 2003.

Figura 3. Colapso del puente Citrus, 2003.

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Figura 5. Impacto de barcazas de transporte, puente I-40, 2002.

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Más recientemente, también en Estados Unidos se han presentado colapsos estructurales, en el caso del puente de Citrus Country, el colapso estuvo relacionado con la falla de los elementos provisionales de soporte durante el proceso constructivo (fotografías 2 y 3). Los colapsos estructurales de puentes pueden estar relacionados también con cargas accidentales extraordinarias, tal es el caso del puente I-40 en Oklahoma, en 2002. En este ejemplo, el colapso de una barcaza (figura 4) de transporte de materiales en una noche con niebla causo la desestabilización de los apoyos y la subsecuente caída de la superestructura (figura 5).

Figura 5. Colapso de la superestructura, puente I-40, 2002.

Un ejemplo claro de colapso por agresión del medio ambiente se presento en Palau Island, Micronesia en 1996, con un colapso súbito de un puente tipo arco presforzado sometido a un proceso importante de corrosión (figura 6)

Figura 6. Colapso del puente Palau Island, Micronesia, 1996.


Un ejemplo también clásico de ingeniería forense es el del colapso de las pasarelas flotantes del hotel Hyatt en Kansas City en 1978, donde se produjeron decenas de muertos y cientos de heridos (figura 7) . Un intenso trabajo de investigación fue realizado para establecer cuales fueron las causas del colapso con resultados muy favorables. La investigación pudo determinar que la causa del accidente fue la modificación de un detalle de conexión por parte del contratista para facilitar el proceso constructivo, aumentando en un 100% la demanda de tensión en la conexión, pasando por alto este incremento. De esta forma, las conexiones (figura 8) sufrieron punzonamiento y derivaron el colapso en serie de las pasarelas (figura 9).

Figura 7. Colapso de pasarelas en Hotel Hyatt, 1978.

Figura 8. Proyecto (izquierda) y ejecución (derecha) de soporte de pasarelas Hyatt.

Figura 9. Punzonamiento y colapso en soportes modificados.

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PUENTE TEPALCATES II, OBSERVACIONES IN-SITU Las imágenes que se presentan a continuación se tomaron durante la inspección realizada al puente en las horas posteriores al colapso. Es muy importante destacar que por razones obvias era necesario reestablecer la operatividad del puente lo mas pronto posible, lo cual condujo al retiro de muchas de las pruebas que podrían haber conducido a una mejor comprensión de las causas del accidente, sin embargo, las siguientes imágenes han contribuido de manera muy importante a esclarecer los hechos. El vehículo que ha producido el colapso ha sido uno tipo cisterna de aproximadamente 50 ton de peso (dentro de lo admisible). Dicho vehículo circulaba en la dirección Manzanillo-Colima, por lo tanto se encontraba en el carril del lado mar. El puente sufrió el colapso al paso de los ejes delanteros del vehículo, mientras que los ejes traseros se encontraban todavía en circulación, por lo que el vehículo sufrió el impacto del cabezal de la pila en la parte inferior derivando en el desprendimiento de los ejes traseros (algunos cayeron a la laguna y otros se quedaron en la parte superior del puente). En la figura 10 se puede observar que el vehículo no se precipito al vacio, sino que por la inercia se desplazo al siguiente vano del puente y sufrió solo la volcadura.

Figura 10. Vehículo que genero el colapso del puente

Como se describe mas adelante, el colapso se produjo en uno de los apoyos Gerber del puente, generando la perdida de apoyo y la caída de uno de los extremos del tablero, posteriormente al hundirse dicho tablero en la laguna, el otro extremo del tablero perdió soporte por desplazamiento, no por colapso. Esto su puedo comprobar al observar el cabezal de la columna del lado Manzanillo, que no presentaba ningún daño importante. Tras la caída total del tablero, un vehículo que circulaba en dirección Manzanillo-Colima no alcanzo a detenerse y se precipito al vació, cayendo sobre el tablero que previamente se había colapsado (figura 11).


Figura 11. Vista superior (izquierda) y lateral (derecha) del tablero colapsado.

Figura 12. Vista Frontal del cabezal colapsado.

En la figura 12 se puede observar el origen del colapso: falla del cabezal del lado mar (derecha), por donde circulaba el vehículo, lo anterior concentró las cargas en el lado laguna (izquierda) y origino el colapso total del tablero. Es importante destacar que las barras de refuerzo que se observan en el lado derecho son el refuerzo de piel, que no tiene funciones estructurales, y que el acero estructural se encontraba distribuido en paquetes localizados en cada uno de los aparatos de apoyo de neopreno.

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Figura 13. Falla plástica en mitad lado Laguna.

Figura 14. Falla frágil en mitad lado mar.

En las figuras 13 y 14 se observa que se presento un diferente patrón de falla en cada una de las dos mitades del cabezal colapsado. En el lado laguna se observa una falla con grandes deformaciones y plastificación del acero, mientras que el lado mar se observa una falla frágil, mas limpia, sin plastificación y con perdida de adherencia de los paquetes de barras de refuerzo. Es importante destacar el diferente detallado del acero en cada una de las dos mitades del cabezal. El cabezal en el lado mar (figura 14) carece de refuerzo vertical.


Figura 15. Plastificación del acero de refuerzo en la mitad lado laguna del cabezal colapsado. CONCLUSIONES Tal y como puede concluirse a partir de las imágenes anteriores, existe un detallado de acero de refuerzo diferente para cada una de las mitades del cabezal. No se ha podido determinar si dicha variación se debe al proyecto o a la construcción. Sin embargo, definitivamente esta asimetría ha derivado en el colapso. Como es casi siempre el caso de los accidentes estructurales, el colapso del puente Tepalcates seguramente se ha derivado de una superposición de factores:

• El puente se encuentra emplazado en un lugar con alta agresión medioambiental y el acero mas importantes se encontraba localizado en un lugar figurado por naturaleza, por lo que la entrada de agentes agresivos y subsecuente corrosión es muy probable.

• El puente sufrió dos sismos muy importantes, el de Manzanillo en 1995 y el de colima solo unos meses antes del colapso, lo anterior ha contribuido seguramente a la perdida de adherencia de los paquetes de barras mostrados en la figura 14

• Durante la fase de diseño se ha optado por un sistema de apoyos conveniente en muchos sentidos pero claramente deficiente en su resistencia a cortante en los extremos de las vigas.

• Durante la construcción del puente se no se ha prestado la suficiente atención al refuerzo vertical del cabezal (figura 14).

Es opinión del autor, que el principal aprendizaje derivado de este colapso esta relacionado con la conveniencia de uso de apoyos tipo Gerber en puentes con trabes tipo AASHTO. En caso de utilizar dicho sistema es importante presforzar no solo las trabes (como es el caso) sino también el cabezal, para aumentar la capacidad a cortante de los soportes. También es importante mejorar los procesos de control de calidad en los elementos estructurales colados in-situ para garantizar la congruencia entre el proceso de diseño y la construcción. Finalmente es importante destacar la necesidad de realizar inspecciones regulares de los principales puentes en México, para detectar con cierta anticipación la posible ocurrencia de colapsos. El proyecto de rehabilitación y refuerzo ha sido facilitado por las autoridades de SCT y consiste en la perforación de ductos para inclusión de acero de preesfuerzo (figuras 16 y 17) tanto en dirección vertical como horizontal e inyección con resina epóxica no solo en el cabezal colapsado sino en todos los cabezales del puente para prevenir futuras fallas.

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Figura 16. Detalle de proyecto de rehabilitación estructural.

Figura 17. Detalle de proyecto de rehabilitación estructural. AGRADECIMIENTOS

El autor desea agradecer la colaboración prestada tanto por las autoridades de protección civil para el acceso al lugar del accidente como al Centro SCT en Colima por la excelente disponibilidad para facilitar la información solicitada.

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