Análisis de Falla en Puentes Atirantados El índice de fallas que se presentan en los puentes atirantados en servicio, se debe a cuatro factores fundamentales: a problemas de diseño; a los materiales constitutivos; al procedimiento constructivo; y a la operación, bao car!as vivas" Estos tipos de falla conducen a que en los materiales se presenten defectos o a!rietamientos que pueden e#tenderse o crecer; y debido a las car!as a que se encuentra sometida la estructura en un momento dado, pueda colapsarse" $ bien las fallas tener tene r su ori!en en el proceso de construcción, ya sea porque no %ubo un control de calidad, y por lo mismo no se cumplió con las especi&caciones de la obra" 'as fallas que se deben a las car!as de operación es porque las car!as vivas que se presentan son e#traordinarias; o porque se rebasaron las car!as de diseño, las cuales pueden ser por el incremento del (uo ve%icular; o porque se presenten vientos con velocidades mayores a las normales; o debido a un sismo de iintensidad ntensidad mayor a la de diseño; o bien por una combinación de ellas" En !eneral, las causas pueden clasi&carse de la si!uiente manera: )" Falla Falla por problemas de diseño *" Fallas Fallas en el material constitutivo +" Fallas Fallas por problemas !enerados durante el proceso constructivo " Fallas Fallas por condiciones de operación no consideradas Para cada una de las posibles causas principales, e#isten causas secundarias de probabilidades de falla descritas a continuación: )"- Fallas Fallas por problemas de diseño 'as fallas por problemas de diseño tienen tiene n su ori!en en otras causas c ausas secundarias, que se clasi&can de la si!uiente manera: i" Errores en la selección del material constitutivo ii" Fallas Fallas en la especi&cación de la capacidad estructural del puente iii" .nde&niciones en el proceso constructivo, o errores en el mismo iv" iv" Fallas Fallas !eom/tricas en el diseño estructural 0eneralmente, las causas por problemas de diseño se catalo!an como poco probables; sin embar!o, estos problemas pueden calibrarse con el comportamiento estructural del puente, durante su operación" Es más probable que los problemas se presenten en al!unas partes especí&cas del puente, por eemplo, la capacidad estructural de los elementos de anclae para resistir car!as dinámicas, ya que pueden tener poca resistencia o defectos internos" 1$ '.1EA'.2A2E3 0E$4E56.7A3 7869A586 7869 A586A A 2E 5.6A15E3
2ebido a la posición inclinada de los tirantes, su peso y su lon!itud, los tirantes no presentan una directri recta, sino de forma li!eramente curvada tendiendo %acia la curva catenaria" Esta desviación está condicionada fundamentalmente por la tensión de los cables y se traduce en una no linealidad de respuesta en función del nivel de tensión e#istente en los tirantes" F'E$-7$4P6E3.$1 2E P.'A3 < 5A='E6$ 2ebido a la acción combinada de a#iales de valor considerable unto con car!as de (e#ión en vi!as y tablero debido a la oblicuidad de los tirantes respecto a los mismos, es necesario considerar el efecto de la reducción de ri!ide a (e#ión de los elementos comprimidos e incluso la posible inestabilidad de los mismos" 06A12E3 2E3P'A>A4.E15$3 2ebido a la (e#ibilidad de los vanos de los puentes atirantados es com?n que se producan !randes desplaamientos, especialmente durante la fase de construcción, que %an de ser considerados en el diseño y cálculo de la estructura a trav/s de formulaciones especí&cas" *"- Fallas en el material constitutivo 'as causas más importantes identi&cadas para !enerar fallas en los materiales son: i" Propiedades mecánicas de&cientes del acero ii" Proceso de fabricación inadecuado iii" 7omposición química de&ciente iv" 5ratamiento t/rmico mal aplicado Este tipo de fallas tiene una alta probabilidad de ocurrencia debido !eneralmente al mal control de calidad en el proceso de fabricación de pieas estructurales, que no !arantia la %omo!eneidad y especi&caciones del material, lo que implica variaciones en el material con que es construido un elemento, que puede afectar la inte!ridad del puente" 'as acciones t/rmicas son especialmente notables en puentes construidos por voladios sucesivos" 4ientras que una variación uniforme de temperatura apenas produce esfueros en puentes con una disposición de untas de dilatación bien plani&cadas, una mala disposición de las mismas y el efecto de la diferente inercia t/rmica de los elementos que conforman el puente !eneran situaciones más críticas, con deformaciones apreciables en la estructura" 1$ '.1EA'.2A2E3
[email protected] 2E '$3 4A5E6.A'E3 El %ormi!ón es un material de comportamiento altamente no lineal, dado que la fase de construcción no es previsible superar ese límite, es factible realiar un cálculo con linealidad material del %ormi!ón durante el estudio de de&nición de car!as en tirantes"
1o obstante, para estados avanados de car!a como en la comprobación de estados limite ?ltimos se %an de emplear dia!ramas adecuados para reco!er la realidad tenso-deformacional del material" F.386A7.$1-5E13.$1 35.FFE1.10 'a &suración representa otra importante no linealidad en la respuesta de los %ormi!ones estructurales" En efecto de la perdida de ri!ide debido a la e#istencia de onas &suradas y ona de sección bruta puede ser reco!ida mediante el empleo de formulaciones como la respuesta por =ranson, en la que se de&ne una ri!ide equivalente para la sección en función de las propiedades mecánicas brutas y &suradas y de los momentos actuantes y de &suración" 2ebido a los procesos constructivos y al propio esquema resistente de los puentes atirantados, tanto las pilas como el tablero se %allan sometidos a importantes a#iales de compresión por lo que la &suración por tracción no se presenta !eneralmente, por lo que es posible trabaar con secciones brutas en la determinación de las car!as iniciales en tirantes" 6E'AA7.$1 2E A7E6$ < PE62.2A3 2E P6E5E13A2$ Actualmente disponemos de acero con bao nivel de relaación, con lo que las p/rdidas de tensión en tirantes es reducida, má#ime cuando los niveles de tensión para car!a permanente son reducidos debido a las limitaciones que impone la fati!a de anclaes, por lo que se trata de un problema menor" En el caso de las perdidas en cables y barras de pretensado, los efectos son li!eramente superiores, aunque en el caso de acudir a un diseño centrado de car!as, como se reco!ía en el apartado anterior, los efectos son menores que en otro tipo de puentes" P6$7E3$ 2E E1286E7.4.E15$ 2E 'A 3E77.$1 2ado que !eneralmente se debe proceder a una construcción por fases, se %a de entender el endurecimiento de la sección por motivos principales El primero es la diferente !anancia de ri!ide y resistencia en los primeros instantes tras el %ormi!onado, ya que debido al ritmo del mismo y la (e#ibilidad de encofrados y carros puede traducirse en un a!rietamiento en la ona de untas" El se!undo es no tanto la pequeña variación en el módulo de elasticidad entre %ormi!ones de fases consecutivas, sino en la consideración de la resistencia real de cada se!mento construido en la comprobación de &suracion por compresión" +"- Fallas en el proceso constructivo Este tipo de fallas se caracteria por tres problemas secundarios: i" 4aquinado
ii" 3oldadura iii" 6elevado de esfueros Estas fallas se clasi&can como probabilidad media; su consideración es importante debido a que sus efectos se pueden presentar en un mediano o lar!o plao en combinación con al!unos de los problemas que suelen e#istir en el material constitutivo" 7iertas peculiaridades de los procesos constructivos no deben ser pasadas por alto, ya que producen desviaciones respecto al diseño inicial que se verán traducidas en esfueros y deformaciones impulsados por la (uencia" Para corre!ir este tipo de problemas es necesario recurrir a tensados sucesivos para adaptarse a las car!as reales e#istentes en cada momento, sopesando la repercusión en el coste y complicación de la eecución" $tro problema es la deformabilidad del tablero, la cual implica la de&nición de un sistema de referencia para el replanteo y comprobación !eom/trica que nos independice en la medida de lo posible de este %ec%o" P6$='E4A3 6E$'$0.7$3 2ebido a las !randes dimensiones asociadas a este tipo de estructuras y la casi inevitable necesidad de recurrir a un proceso constructivo por fases, así como el empleo de medios au#iliares pesados y la inevitable e#istencia de incertidumbre en cuanto a variables de cálculo como pesos especí&cos de materiales, módulos de elasticidad de los %ormi!ones, etc", %acen que el efecto de las deformaciones diferidas sean muc%o más acusado que en otro tipo de estructuras, ya que además estas se desarrollan de forma más acusada a edades tempranas" 2ado que obtener la rasante deseada y lo!rar una adecuada ley de (ectores en el tablero tras el &n del proceso constructivo son dos obetivos fundamentales en el diseño de este tipo de puentes, se %an de mantener controlados los desplaamientos diferidos, así como los efectos de redistribución de esfueros por (uencia y retracción, aunque esta ?ltima tiene una importancia reducida frente a la primera" 2ebido a la multitud de variables presentes en el problema, y a la incertidumbre a la %ora de cuanti&car los valores de la deformación de (uencia, es necesario proceder a un diseño de la estructura en la que los efectos de estos fenómenos queden reducidos en la medida de lo posible" "- Fallas por condiciones de operación no consideradas A e#cepción de las car!as laterales por efecto del viento, estas causas se consideran de baa probabilidad por el comportamiento !lobal de un puente atirantado; sin embar!o, no pueden descartarse las condiciones de trá&co, que tienden a aumentar con el paso del tiempo y rebasar las consideraciones que se tomaron en el diseño" 'os errores de eecución son un aspecto inevitable y fundamental a controlar en este tipo de estructuras, ya que dadas las dimensiones de las
mismas, las tolerancias a permitir están muy austadas, las desviaciones respecto a un sistema centrado de car!as se ve in(uenciado notablemente por los efectos diferidos en el caso de puente de %ormi!ón" B"- 7lasi&cación !eneral de problemas y determinación de soluciones 7onsiderando los factores anteriores, los problemas de falla más importantes que se identi&can en los puentes atirantados, basados en las evidencias t/cnicas disponibles, como reportes de inspección, informes de falla y reportes del comportamiento de los puentes durante y despu/s de su construcción; son los de la tabla *"); y se proponen las soluciones más adecuadas para resolver cada caso"
