Motivos para el colapso de un puente: Puente Morandi

Desde el año 2000 se han producido 115 colapsos de puentes importantes en todo el mundo, y más de 22 de ellos ocurrieron en los últimos 2 años. Algunos de los derrumbes de puentes en la historia reciente se debieron a la ocurrencia de eventos naturales (por ejemplo, a terremotos de gran magnitud o deslizamientos repentinos de terreno) o fueron causados por el hombre (por ejemplo, relacionados con errores durante el proceso de construcción, como es la retirada prematura de los encofrados).

Sin embargo, en general, la mayoría de los derrumbes se producen mientras los puentes están en servicio y en condiciones operacionales normales. El colapso del viaducto de Polcevera (conocido también como Puente de Morandi en Génova) entra en esta última categoría.


Datos técnicos que conocemos sobre el puente Morandi

El 14 de agosto de 2018 se derrumbó el puente Morandi en Génova (Italia) sobre el río Polcevera, causando 43 muertes y un daño económico que tardará años en repararse. Autostrade per l’Italia gestionaba este puente cuya construcción se terminó en 1967 y que estaba diseñado para durar al menos 100 años.

Con una longitud de 1102 metros y una altura media sobre el valle de 56 metros, el puente Morandi estaba constituido por 11 vanos de diferente longitud desde los 65 a los 208 metros, y por 12 pilonos sobre los que estos se apoyan. El tablero del puente era de 18 metros de ancho con cuatro carriles para la circulación, dos por cada sentido.

El colapso se produjo en uno de los tres vanos principales necesarios para superar el río Polcevera, el parque ferroviario y algunas arterias importantes de la ciudad, que son los únicos tramos atirantados del viaducto principal. Estos tramos se construyeron con el “sistema equilibrado”, en el que cada vano, de casi 210 m de luz, consiste en vigas voladas 87 m por ambos lados del eje de las pilas y sostenidas en su extremo por un doble sistema de tirantes de acero pretensado que pasan sobre un caballete posicionado en la cabeza de los mástiles. En los extremos de las vigas voladas se apoyan tramos cantiléver de 36 m de longitud, en forma similar a como ocurre en los vanos más cortos.

Esta parte del puente es un ejemplo de la primera generación de puentes atirantados, donde los puentes sólo contaban con un único tirante por pila que actúa como un apoyo intermedio fijo. El funcionamiento de los tirantes es muy claro: ejercen en su anclaje con el tablero una fuerza cuya componente vertical quiere simular a la de la pila eliminada, equilibrando en parte las flexiones debidas a las cargas gravitatorias del dintel. Además, la componente horizontal del anclaje provoca una favorable precompresión longitudinal en el tablero.

Debido a su funcionamiento como parte de la estructura, la rotura de uno solo de los tirantes es capaz de provocar, sin duda, un colapso global del viaducto. En efecto, es tan enorme el orden de magnitud de la reacción estabilizadora que proporciona la fuerza del tirante que su desaparición aumentaría casi en cinco veces los esfuerzos en el tablero, aparte de que el pilono sería incapaz de resistir el desequilibrio de fuerzas horizontales derivado de la ausencia del tirante. Los efectos dinámicos de la rotura generarían además un efecto negativo multiplicador. Irremediablemente la pila y tableros directamente asociados al tirante fallido se desplomarían.

En el diseño de los puentes atirantados actuales el planteamiento es distinto: se disponen muchos más tirantes ya que se busca que al aumentar su número, éstos funcionen como una familia de apoyos elásticos virtuales de menor rigidez, a manera de fundación elástica; como si el tablero estuviera apoyado en un gran número de resortes elásticos de poca rigidez.

Respecto a los materiales empleados, fue precisamente el hecho de tener que levantar grandes vanos lo que obligó a emplear el hormigón pretensado, característica diferenciadora de este viaducto respecto a los que ya existían en el resto del mundo hasta ese momento. Además, otra característica particular de esta obra son las vainas de hormigón (también pretensado) que recubren los cables de acero de los tirantes que sustentan los largos vanos. Los pilares del viaducto se construyeron con hormigón armado.


Motivos principales para el colapso

A falta de la publicación del informe oficial por parte del Ministerio de Transporte de Italia, los informes preliminares y los diferentes estudios llevados a cabo por expertos coinciden en que la causa principal del colapso fue la pérdida de uno de los tirantes a causa de la corrosión, el cual perdió sección resistente hasta romperse.

Detalle de los tendones de hormigón pretensado corroídos, probablemente la principal causa del colapso (Fuente: ATP

 

Los materiales estructurales empleados (hormigón armado y pretensado, tirantes pretensados) han estado sujetos a la degradación de sus características debido al efecto de los agentes atmosféricos y la proximidad del medio marino, lo que influyó en la capacidad de resistencia del puente.

En general, el conocimiento del fenómeno de la corrosión no está difundido en la medida en que sería necesario entre los ingenieros, ya que los documentos normativos y las directrices sobre la evaluación de la corrosión son relativamente recientes.

Esto es debido a que la mayoría de los puentes de hormigón se han construido en EE.UU. entre 1940 y 1960, en Europa central entre 1945 y 1970, en España y Portugal 20 años después: 1985-1995, en China entre 1995 y hoy en día. El período de iniciación de la corrosión en el hormigón suele durar de 15 a 30 años; por lo tanto, la corrosión se manifiesta de manera evidente entre 25 y 40 años después de la construcción, dependiendo de las diferentes situaciones. Por este motivo, probablemente éste haya sido el primer gran colapso del puente debido a un fuerte deterioro de su capacidad causado por la corrosión.

Es posible que otros factores en combinación con la corrosión pudieran acelerar el colapso, tales como la acción del viento, ya que pequeñas oscilaciones de baja frecuencia en el puente pueden en algún momento coincidir con la frecuencia natural del viaducto y producir la torsión del tablero, lo que unido al hecho de que los cables de éste ya estaban debilitados pudo favorecer la ocurrencia del desastre. Otros factores, como la acumulación de daño en la estructura por fatiga provocada por la evolución de los transportes en general (aumento de la carga y del volumen de tráfico) como al desarrollo portuario de la ciudad de Génova, que era mayor a la carga de tráfico en el momento del diseño estructural, pudieron influir en la disminución significativa de su vida útil.


¿Qué estudios se deberían realizar?

Autostrade afirma que la inversión general en mantenimiento superó los costos de construcción, y que las obras y el estado del viaducto estuvieron bajo constante vigilancia y supervisión mucho más allá de lo que exigía la ley.

Para la evaluación del estado de la estructura se realizaban inspecciones visuales junto a pruebas que consistían en medidas indirectas (reflectometría, ensayos esclerométricos y de ultrasonidos, ensayos tipo Pull-out, endoscopias para analizar el nivel de estrés de los cables pretensados…). Sin embargo, a diferencia de las estructuras metálicas, en los puentes de hormigón es más difícil identificar los procesos de corrosión, puesto que solo se hace visible cuando está ya muy avanzada, dado que el propio hormigón enmascara su desarrollo.

En base a las conclusiones de estas inspecciones rutinarias, uno de sus sistemas compensados (el número 11) fue reacondicionado en 1992. Para no detener el tráfico, lo que se hizo fue añadir unos tirantes convencionales y modernos en paralelo a los antiguos, y transferir así parte de las tensiones a las que éstos estaban sometidos, a los nuevos cables.

Sin embargo, en los otros dos sistemas atirantados no se llevó a cabo ninguna modificación importante por no considerar la situación especialmente grave. Como el resto del puente, fueron vigilados a través de inspecciones y varios tipos de pruebas, algunas de ellas específicas para las estructuras de hormigón pretensado sometidas a la corrosión.


Nuestra opinión como expertos

Una conclusión común en el estado del arte es que la corrosión es la causa de grandes dispersiones en las características mecánicas de las estructuras deterioradas y que las inspecciones de las grandes infraestructuras son difíciles por muchas razones.

Se sabía que el puente de Morandi estaba en problemas mucho antes del colapso, razón por la cual los signos de los daños se seguían continuamente. Sin embargo, el director de Autostrade para el área de Génova, el Sr. Stefano Marigliani, dijo que el colapso del puente “fue inesperado y repentino con respecto a la vigilancia a la que estaba sujeto el puente”. Esto no es inusual o mejor aún, es la situación habitual a la que se enfrenta el ingeniero en casos reales.

El envejecimiento creciente de los puentes junto a las limitaciones técnicas que presenta la evaluación y vigilancia a través de inspecciones visuales y ensayos puntuales y localizados sobre la estructura hacen que sea necesario un cambio de paradigma para poder garantizar la estabilidad global y seguridad de estas estructuras de ahora en adelante.

Por lo tanto, el colapso del puente de Morandi debe considerarse una llamada de atención. Los administradores de infraestructuras necesitan avanzar hacia una estrategia de gestión inteligente de activos que mejore el rendimiento general de la red en términos de fiabilidad, seguridad y eficiencia. Esta estrategia supone conducir el mantenimiento de los activos fijos de infraestructura desde un enfoque de “observar y reaccionar” ante los fallos hacia una estrategia de “predecir y prevenir”.

En este sentido, la implementación de un sistema de monitoreo de la salud estructural (SHM) que permita diagnosticar la salud estructural de manera continua y a tiempo real debería ser el estándar a implementar en cada puente. Nuestra metodología innovadora no sólo es capaz de identificar, cuantificar y localizar los daños visibles y no visibles en la estructura, sino que además es capaz de evaluar la influencia de estos daños en la estabilidad global de la estructura y predecir su evolución, siendo capaces de estimar la vida útil restante.

Una vez diagnosticado el deterioro por corrosión de los puentes atirantados de primera generación que presentan tirantes hormigonados, los administradores dispondrán de la información necearía para la toma de decisiones. Así, los procesos de carbonatación y oxidación en los hormigones pueden ralentizarse o incluso revertirse mediante la aplicación de modernos inhibidores de la reacción electro‐química de muy baja viscosidad (y por lo tanto alto poder penetrante en el hormigón) o con productos realcalinizadores que aumenten el pH de los hormigones que envuelvan los aceros.


Referencias

Castillo, A. El viaducto sobre el Polcevera en Génova: Claves sobre su diseño e hipótesis de rotura. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Septiembre 2018.

Invernizzi, S., Montagnoli, F., & Carpinteri, A. (2019, September). Corrosion Fatigue Investigation on the Possible Collapse Reasons of Polcevera Bridge in Genoa. In Conference of the Italian Association of Theoretical and Applied Mechanics (pp. 151-159). Springer, Cham.

Nuti, C., Briseghella, B., Chen, A., Lavorato, D., Iori, T., & Vanzi, I. (2020). Relevant outcomes from the history of Polcevera Viaduct in Genova, from design to nowadays failure. Journal of Civil Structural Health Monitoring, 1-21.

Morgese, M. (2019). Vulnerability of existing infrastructures: the Morandi bridge and SHM possible prospects (Doctoral dissertation, Politecnico di Torino).

Morgese, M., Ansari, F., Domaneschi, M., & Cimellaro, G. P. (2020). Post-collapse analysis of Morandi’s Polcevera viaduct in Genoa Italy. Journal of Civil Structural Health Monitoring, 10(1), 69-85.

Deja un comentario