Analisis Estructural Viaducto Nº1

UNIVERSIDAD METROPOLITANAFACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

Anlisis de los estudios realizados sobre la patologa

estructural del Viaducto N 1 de la autopista Caracas-La

Guaira y simulacin de su conducta estructural utilizando

SAP2000

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Irene Margarita Carbonell Betancourt

Mara Alejandra Rodrguez Rodrguez

Tutor: Ing. Mario Paparoni

Caracas, Agosto 2003

MARCAS REGISTRADAS

Microsoft, y Windows son marcas comerciales registradas Microsoft Corporation.

OFFICE, Excel, Word y PowerPoint son marcas comerciales registradas de Microsoft Corporation.

SAP2000 y SAP2000 NonLinear son marcas comerciales registradas de Computers and Structures Incorporated.

Los nombres de productos mencionados en el presente trabajo se utilizan

slo con propsitos identificativos y pueden ser marcas comerciales y/o

marcas comerciales registradas de sus respectivas compaas.

DERECHO DE AUTOR Cedo a la Universidad Metropolitana el derecho de reproducir y difundir el

presente trabajo, con las nicas limitaciones que establece la legislacin

vigente en materia de derecho de autor.

En la ciudad de Caracas, a los ___ das del mes de Agosto de 2003.

______________________________ Irene Margarita Carbonell Betancourt

______________________________ Mara Alejandra Rodrguez Rodrguez

APROBACIN

Considero que el Trabajo de Grado titulado

Anlisis de los estudios realizados sobre la patologa estructural del

Viaducto N 1 de la autopista Caracas-La Guaira y simulacin de su

conducta estructural utilizando SAP2000

Elaborado por las ciudadanas



Para optar al ttulo de

INGENIERO CIVIL

rene los requisitos exigidos por la Escuela de Ingeniera Civil de la

Universidad Metropolitana, y tiene los mritos suficientes como para ser

sometido a la presentacin y evaluacin exhaustiva por parte del jurado

examinador que se designe.

En la ciudad de Caracas, a los___ das del mes de Agosto de 2003.

_________________

Ing. Mario Paparoni

ACTA DE VEREDICTO

Nosotros, los abajo firmantes, constituidos como jurado examinador y

reunidos en Caracas, el da____________, con el propsito de evaluar el

Trabajo de Grado titulado

Anlisis de los estudios realizados sobre la patologa estructural del

Viaducto N 1 de la autopista Caracas-La Guaira y simulacin de su


presentado por las ciudadanas



para optar al ttulo de

INGENIERO CIVIL

emitimos el siguiente veredicto:

Reprobado_____ Aprobado_____ Notable _____ Sobresaliente_____

Observaciones:

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_________________ _________________ _________________

Jurado Jurado Jurado

AGREDICIMIENTOS

A nuestro tutor, Ing. Mario Paparoni por su dedicacin consejo y colaboracin

en todo momento.

Al Ing. Francisco DAmico, nuestro asesor, por haber mostrado inters en

esta investigacin y haber sido un gran apoyo en la elaboracin de la

simulacin.

Al Topgrafo Pascual De Leo por su valiosa colaboracin y el gran aporte de

datos para el desarrollo de este trabajo.

DEDICATORIA

A mi pap, mi mam y Cristina por toda su ayuda y comprensin.

A Javier, por ser siempre especial conmigo y estar ah en los momentos ms

difciles.

A todas las personas que estuvieron presentes en los momentos crticos.


DEDICATORIA

A mi pap y mi mam, a quienes les debo todo

A Christian, por ser mi apoyo y motivacin

A mi abue, a toda mi familia y a Yeyi

Gracias a todos los que me brindaron su apoyo, buenos deseos, aliento y

comprensin.

Ma. Alejandra Rodrguez Rodrguez

NDICE DE CONTENIDOS

Lista de tablas ...x

Lista de figuras....................xi

Resumen.....................xiii

Introduccin.1

Captulo I. Marco terico

I.1 El arco como elemento estructural.5

I.2 Diferencia entre una viga simplemente apoyada y un arco...9

I.3 Diagramas de momento para arcos parablicos simtricos biarticulados,

segn el caso de carga...............................................................................10

I.4 Diagramas de momento para arcos parablicos simtricos triarticulados,

segn el caso de carga...............................................................................17

I.5 Funcionamiento de SAP2000...23

Captulo II. Patologa estructural del Viaducto N 1 de la Autopista Caracas-

La Guaira

II.1 Caractersticas estructurales del Viaducto N 1 de la Autopista Caracas-

La Guaira...24

II.2 Descripcin del problema.29

II.3 Causas y efectos del problema...32

II.3.1Conclusiones obtenidas del informe de evaluacin neotectnica

preliminar de la galera superior del estribo Caracas del Viaducto N1

de la Autopista Caracas-La Guaira34

II.4 Observaciones que evidencian la patologa estructural del Viaducto

N1..38

II.4.1 Relacin cota Vs. Progresiva44

II.4.2 Principios considerados en la interpretacin de las

observaciones...57

II.5 Confirmacin del funcionamiento del arco como triarticulado59

II.5.1 Relacin entre el acortamiento de la cuerda y el incremento de la

flecha...............................................................66

II.6 Soluciones estructurales propuestas para el rescate de la estructura del

Viaducto N1.68

II.6.1 Solucin propuesta por el Ing. Eduardo Arnal...69

II.6.2 Solucin propuesta por el Ing. Juan Otaola...71

II.6.3 Solucin propuesta por Mecnica Aceroton..73

II.6.4 Solucin propuesta por el Ing. Hctor Paredes.80

II.6.5 Solucin de estabilidad de la Ladera Sur mediante la

construccin de un terrapln..83

II.6.6 Pantalla anclada para la estabilizacin de la segunda Pila

Quebrada Tacagua..87

II.6.7 Informe relacionado con el deslizamiento que afecta al Viaducto

N 1 realizado por el Ing. Richard Goodman...90

II.6.8 Solucin propuesta por el Ing. Rosendo Camargo...93

II.6.9 Solucin propuesta por el Topgrafo Pascual De Leo.96

Captulo III. Simulacin utilizando SAP2000

III.1 Simulacin de la conducta estructural del Viaducto N 1 de la

autopista Caracas-La Guaira utilizando SAP2000............................102

III.2 El modelo.104

III.3 Interpretacin de las deformadas obtenidas del anlisis en

SAP2000 del modelo del viaducto..107

III.3.1 Comparacin de la deformada del viaducto con arco

biarticulado y triarticulado por peso propio...108


biarticulado y triarticulado por efecto de una carga distribuida a

lo largo del tablero hasta llegar a la clave del

arco...111


biarticulado y triarticulado por efecto de una carga

uniformemente distribuida a lo largo del tablero...114


biarticulado y triarticulado por efecto del deplazamiento de uno

de sus estribos...117


biarticulado y triarticulado por presencia de la carga de

viento....121


biarticulado y triarticulado por efecto de una carga

ssmica.....125

III.4 Clculo de la excentricidad de la fuerza resultante en la seccin

del arco134

III.5 Interpretacin de los diagramas de fuerza axial obtenidos del

anlisis en SAP2000 del modelo del viaducto..141

III.6 Diagramas de momentos obtenidos del anlisis en SAP2000 del

modelo del viaducto...152

Conclusiones..177

Bibliografa..

i

LISTA DE TABLAS Tabla 1. Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo. Medicin realizada en Diciembre de 1992. Pg. 45 Tabla 2. Deformada vertical del tablero, acera aguas arriba. Medicin realizada en Diciembre de 1992. Pg. 46 Tabla 3. Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo. Medicin realizada en Octubre de 1997. Pg. 48 Tabla 4. Deformada vertical del tablero, acera aguas arriba. Medicin realizada en Octubre de 1997. Pg. 49 Tabla 5. Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo. Medicin realizada en Septiembre de 1998. Pg. 51 Tabla 6. Deformada vertical del tablero, acera aguas arriba. Medicin realizada en Septiembre de 1998. Pg. 52 Tabla 7. Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo. Medicin realizada en Marzo de 1999. Pg. 54 Tabla 8. Deformada vertical del tablero, acera aguas arriba. Medicin realizada en Marzo de 1999. Pg. 55 Tabla 9. Relacin acortamiento de la cuerda y el incremento de la flecha. Pg. 66 Tabla 10. Clculo de la excentricidad para el arco biarticulado por peso propio. Pg. 136 Tabla 11. Clculo de la excentricidad para el arco triarticulado por peso propio. Pg. 136 Tabla 12. Clculo de la excentricidad para el arco biarticulado por efecto de una carga distribuida hasta llegar a la clave del arco. Pg. 137 Tabla 13. Clculo de la excentricidad para el arco triarticulado por efecto de una carga distribuida hasta llegar a la clave del arco. Pg. 137

ii

Tabla 14. Clculo de la excentricidad para el arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero. Pg. 137 Tabla 15. Clculo de la excentricidad para el arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero. Pg. 137 Tabla 16. Clculo de la excentricidad para el arco biarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos. Pg. 138 Tabla 17. Clculo de la excentricidad para el arco triarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos. Pg. 138

iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Viga doblemente empotrada. Pg. 6. Figura 2. Viga levemente curveada. Pg. 7. Figura 3. Viga levemente curveada con empuje horizontal. Pg. 8 Figuras 4 y 5. Arco empotrado en un extremo . Pg. 9 Figura 6. Carga vertical uniformemente distribuida sobre 3/8 del arco. Pg. 10 Figura 7.Carga vertical uniformemente distribuida sobre la mitad del arco. Pg. 11 Figura 8. Carga vertical uniformemente distribuida sobre 5/8 del arco. Pg. 11 Figura 9. Carga vertical uniformemente distribuida sobre todo el arco. Pg. 12 Figura 10. Carga vertical uniformemente distribuida sobre el cuarto central del arco. Pg. 13 Figura 11. Carga puntual concentrada en la clave del arco. Pg. 13 Figura 12. Dos cargas puntuales concentradas en la clave del arco. Pg. 14 Figura 13. Tres cargas puntuales concentradas en la clave del arco. Pg. 14 Figura 14. Cargas puntuales concentrada sobre el arco. Pg. 15 Figura 15. Desplazamiento horizontal de un apoyo. Pg. 15 Figura 16. Carga uniformemente distribuida sobre 3/8 del arco triarticulado. Pg. 17 Figura 17. Carga uniformemente distribuida sobre la mitad izquierda del arco triarticulado. Pg. 18 Figura 18. Carga uniformemente distribuida sobre 5/8 del arco triarticulado. Pg. 18

iv

Figura 19. Carga uniformemente distribuida sobre todo el arco triarticulado. Pg. 19 Figura 20. Carga uniformemente distribuida sobre el cuarto central del arco triarticulado. Pg. 19 Figura 21. Carga puntual concentrada en la clave del arco triarticulado. Pg. 20 Figura 22. Dos cargas puntuales concentradas en el arco triarticulado Pg. 20 Figura 23.Tres cargas puntuales concentrada en el arco triarticulado. Pg. 21 Figura 24. Carga puntual concentrada sobre del arco triarticulado. Pg. 21 Figura 25.Desplazamiento horizontal de un apoyo del arco triarticulado. Pg. 22 Figura 26.Elementos del Viaducto N1 de la autopista Caracas-La Guaira. Pg. 28 Figura 27.Condicin normal del arco. Pg. 62 Figura 28.Acortamiento de la cuerda del arco y elevacin de la clave. Pg. 63 Figura 29.Fase constructiva del proyecto de refuerzo del viaducto. Pg. 94 Figura 30.Detalle esquemtico de los trabajos de la fase I del proyecto. Pg. 95 Figura 31. Deformada del viaducto con arco biarticulado por peso propio. Pg. 109 Figura 32. Deformada del viaducto con arco triarticulado por peso propio. Pg. 110 Figura 33. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 112

v

Figura 34. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 113 Figura 35. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero. Pg. 115 Figura 36. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 116 Figura 37. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos. Pg. 119 Figura 38. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 120 Figura 39. Deformada de las vigas del tablero sometidas a la carga del viento. Pg. 123 Figura 40. Tablero sometidas a la carga del viento. Pg. 124 Figura 41. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pg. 126 Figura 42. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pg. 127 Figura 43. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pg. 128 Figura 44. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pg. 129 Figura 45. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pg. 130

vi

Figura 46. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pg. 131 Figura 47. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pg. 132 Figura 48. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pg. 133 Figura 49. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco biarticulado por peso propio. Pg. 143 Figura 50. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco triarticulado por peso propio. Pg. 144 Figura 51. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 145 Figura 52. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 146 Figura 53. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero. Pg. 147 Figura 54. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 148 Figura 55 Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco biarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos. Pg. 149 Figura 56. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 150 Figura 57. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por peso propio. Pg. 157

vii

Figura 58. Diagrama de momentos del viaducto con arco triarticulado por peso propio. Pg. 158 Figura 59. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 159 Figura 60. Diagrama de momentos del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 160 Figura 61. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero. Pg. 161 Figura 62. Diagrama de momentos del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 162 Figura 63. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos. Pg. 163 Figura 64. Diagrama de momentos del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco. Pg. 164 Figura 65. Diagrama de momentos por efecto de la aplicacin de la carga de viento al viaducto con arco biarticulado. Pg. 165 Figura 66. Diagrama de momentos por efecto de la aplicacin de la carga de viento al viaducto con arco triarticulado. Pg. 166 Figura 67. Diagrama de momentos al aplicar una fuerza que produce una separacin de la clave del arco biarticulado. Pg. 167 Figura 68. Diagrama de momentos al aplicar una fuerza que produce una separacin de la clave del arco triarticulado. Pg. 168 Figura 69. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pg. 169

viii

Figura 70. Diagrama de momentos del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pg. 170 Figura 71. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pg. 171 Figura 72. Diagrama de momentos del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pg. 172 Figura 73. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pg. 173 Figura 74. Diagrama de momentos del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pg. 174 Figura 75. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pg. 175 Figura 76. Diagrama de momentos del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicacin de una carga ssmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pg. 176

ix

RESUMEN

Anlisis de los estudios realizados sobre la patologa estructural del Viaducto N 1 de la autopista Caracas-La Guaira y simulacin de su


Autores: Irene Margarita Carbonell Betancourt Mara Alejandra Rodrguez Rodrguez Tutor: Ing. Mario Paparoni

Caracas; Agosto de 2003 El objetivo de este trabajo es hacer una recopilacin y anlisis de la informacin referente a la patologa estructural que presenta el Viaducto N 1 de la autopista Caracas-La Guaira, cuyo conocimiento e interpretacin resulta una pieza fundamental en los estudios preliminares requeridos en la formulacin de nuevas propuestas para el rescate del Viaducto. Adems contiene una la simulacin de la conducta estructural del Viaducto N 1 utilizando SAP2000, El trabajo consta de tres captulos: El primero es el marco terico y explica el funcionamiento del arco, pues es ste el principal elemento estructural del Viaducto. Luego se presenta un segundo captulo dedicado a la patologa estructural; contiene las caractersticas estructurales del Viaducto y la funcin que cumple cada uno de sus elementos, la descripcin del problema, sus causas y efectos. Tambin incluye las observaciones que han evidenciado la patologa estructural, las deducciones que se han realizado en relacin a dichas observaciones y las mediciones topogrficas realizadas al Viaducto en las cuales se basan algunas grficas que reflejan su proceso de deformacin. El tercer y ltimo captulo se refiere a la simulacin de la conducta estructural del Viaducto N 1 de la autopista Caracas-La Guaira utilizando SAP2000. Primero, se presentan las consideraciones para la elaboracin del modelo, luego, se incluyen los grficos de deformada, diagramas de fuerza axial y momentos obtenidos del SAP2000 y su interpretacin. El modelo permite visualizar con facilidad la respuesta estructural del Viaducto bajo diversas condiciones y sin necesidad de entrar en clculos refinados, permite conocer el patrn de su conducta.

1

INTRODUCCIN

La problemtica relacionada con la avanzada e inminente patologa

estructural que presenta el Viaducto N 1 situado en la Autopista Caracas-La

Guaira demanda con urgencia la toma de una decisin que evite el colapso

de su estructura. El ingeniero civil tiene un papel protagnico en el desarrollo

de una estrategia para el rescate del Viaducto que debe, por supuesto, estar

acompaada de la voluntad de los entes responsables de tomar medidas en

la bsqueda de soluciones que permitan la prolongacin de la vida de esta

estructura, cuya nobleza es tal, que pese a no haber recibido el mnimo de

mantenimiento y atencin que demanda, ha prestado servicio durante 50

aos, cumpliendo as la misin para la cual fue concebida y construida.

El valor incalculable de esta obra est dado por su belleza y funcionalidad.

La existencia del Viaducto permite la conexin de la ciudad de Caracas con

La Guaira, y a su vez comunica a Venezuela con el resto del mundo, pues en

La Guaira se encuentra ubicado el principal puerto y aeropuerto del pas.

Prolongar la vida del Viaducto es indispensable para preservar la

continuidad de la Autopista, cuya importancia se deriva del impacto que

produce su existencia en el desarrollo de la actividad productiva venezolana.

2

El objetivo de este trabajo es hacer una recopilacin de toda la informacin

referente a la problemtica del Viaducto N 1 que, hasta ahora, haba estado

dispersa y por lo tanto no haba podido ser utilizada al mximo para los

estudios preeliminares que se requieren para la formulacin de nuevas

propuestas para el rescate del Viaducto. Esta recopilacin permitir al lector

obtener una visin del macro del problema pues contiene sus antecedentes,

causas y efectos; respaldados por las mediciones topogrficas que se han

realizado en diferentes aos y que reflejan el deterioro progresivo de la

estructura.

El primer captulo contiene el marco terico, en el que se explica el

funcionamiento del arco presentando la distribucin de los momentos que se

producen como consecuencia de diversos de carga cuando el arco est

biarticulado y triarticulado. Es importante comprender el comportamiento del

arco, pues es ste el principal elemento estructural del Viaducto N 1.

El segundo captulo se refiere a la patologa estructural del Viaducto.

Contiene sus caractersticas estructurales y la funcin que cumple cada uno

de sus elementos. Luego presenta la descripcin del problema as como sus

causas y efectos. Tambin incluye las observaciones que han evidenciado la

patologa estructural y las deducciones que se han realizado entorno a

dichas observaciones considerando algunos principios que tambin han sido

3

incluidos en ste captulo. Las observaciones estn respaldadas por las

mediciones topogrficas realizadas al viaducto y algunas grficas que

reflejan su proceso de deformacin. Se presenta adems el trabajo del

topgrafo Pascual De Leo, quien partiendo de las mediciones topogrficas,

confirma que actualmente el arco del viaducto funciona como triarticulado, lo

cual explica el cambio que experiment su conducta estructural. Por ltimo,

en ste captulo, se presenta el contenido de las soluciones propuestas por

diversos ingenieros para el rescate de la estructura del Viaducto N 1.

El tercer y ltimo captulo se refiere a la simulacin de la conducta estructural

del Viaducto N 1 de la autopista Caracas-La Guaira utilizando SAP2000.

Primero se presentan las consideraciones para la elaboracin del modelo en

cuanto a las caractersticas de los elementos que conforman su estructura y

las propiedades de sus materiales; luego, se presentan los grficos de

deformada y diagramas de momento obtenidos del SAP2000 con su

respectiva interpretacin. El modelo fue ensayado para diferentes casos de

carga considerando el arco biarticulado y con una tercera articulacin en la

clave; los resultados obtenidos fueron comparados para observar la variacin

en el comportamiento estructural que experimenta el Viaducto a

consecuencia de la aparicin de una nueva articulacin en su clave.

4

El modelo permite visualizar con facilidad la respuesta estructural del

Viaducto bajo diversas condiciones y sin necesidad de entrar en clculos

refinados, permite conocer el patrn de su conducta; lo cual resulta

indispensable al momento de concebir una solucin efectiva en pro del

rescate de su estructura.

La construccin de una obra de la envergadura y calidad del Viaducto N 1

de la autopista Caracas-La Guaira, hoy en da, resulta prcticamente inviable

desde el punto de vista econmico. Actualmente no se disponen de los

recursos con los que se contaba en la dcada de los cincuenta, cuando esta

estructura fue construida. Adems los mtodos constructivos han variado con

el fin de optimizar tiempo y dinero, por esa razn, difcilmente se disean

estructuras que contengan arcos, como los que otorgan la belleza y

majestuosidad Viaducto N 1.

El dficit de atencin prestada al deterioro de la estructura del Viaducto N 1,

es pues, la razn fundamental que motiva la realizacin de ste trabajo de

grado. En el desarrollo del trabajo, se consider la importancia de interpretar

su patologa estructural creando un modelo que refleje su comportamiento de

manera global.

5

EL ARCO COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL

Los arcos, adems de aportar belleza y majestuosidad a las estructuras,

resultan elementos de gran eficiencia y funcionalidad. El diseo de puentes

de concreto armado se basa en los mismos principios generales que el

utilizado para las estructuras rgidas aunque existen algunas variaciones en

los mtodos que se utilizan.

Los arcos pueden tener los extremos empotrados o articulados en el

comienzo del estribo. Dependiendo de cmo estos sean reciben diferentes

nombres, a continuacin se presentan diferentes tipos de arcos:

Ambos extremos estn empotrados y el arco es continuo se le llama sin articulacin.

Ambos extremos estn articulados y el arco es continuo se le llama doblemente articulado.

Articulado en los extremos y en el centro del arco se le llama triarticulado.

6

La accin fundamental de un arco

La accin fundamental de un arco se encuentra explicada y graficada a

continuacin:

1. La figura 1, muestra una viga doblemente empotrada, la cual tiene

profundidades variables en la seccin transversal, pero que en su plano

neutro o eje AB es horizontal. La carga P genera momentos flectores y

reacciones verticales en esta viga.

Figura 1. Fuente: Advanced reinforced concrete. Dunham

Donde:

A y B son los empotramientos en los extremos de la viga C es el centro de la viga D es el punto donde se aplica la carga vertical. L es la luz de la viga Ma : Momento en el empotramiento A

7

MB: Momento en el empotramiento B. Ra: Reaccin vertical en el empotramiento A. Rb: Reaccin vertical en el empotramiento B.

2. Ahora, la misma viga se encuentra elevada en el punto C, entonces AB

est levemente curveada y los apoyos A y B estn rotados. La proyeccin

horizontal del arco se acorta por la distancia L ya que la longitud ACB no ha cambiado. Cuando la carga P se aplica, AB se dobla pero tambin tiende a

enderezarse causando as presiones horizontales en A y B conjuntamente

con reacciones verticales. Por lo tanto, la estructura es sometida a una fuerza

longitudinal de compresin que no exista antes. Si la curvatura es muy

pequea, como se muestra en la figura 2, entonces el miembro sigue siendo

una viga elemental.


3. Ahora la elevacin del punto C es mucho mayor, as como se muestra en

la figura 3, adquiriendo as el empuje horizontal importancia. Entonces, sta

estructura puede ser llamada ARCO.

8


Una de las grandes ventajas que trae la utilizacin de arcos, se debe al

hecho de la existencia de una curvatura en los componentes horizontales, el

cual alivia los momentos flectores que se generaran si fuera una simple

viga, en vez de un arco. Claro est que el arco ideal es aquel que la carga le

causa poco o ningn momento flector. En tal caso, el concreto de toda la

seccin transversal se disea para que resista a la compresin a diferencia

de una viga ordinaria la cual se disea para las tensiones en un extremo.

9

Diferencia entre una viga simplemente apoyada y un arco

La diferencia entre una viga curva simplemente apoyada y un arco

empotrado en un extremo se muestran en las figuras 4 y 5. Se puede ver

claramente que la fuerza del arco representado en la figura 4, depende de su

habilidad para resistir la flexin mientras que la fuerza del arco,

representado en la figura 5, depende directamente de las fuerzas de

compresin. Las lneas punteadas muestran la deformacin de ambas

estructuras.



10

Diagramas de momentos para arcos parablicos simtricos con dos

articulaciones, segn el caso de carga.

A continuacin se muestran una serie de diagramas de momentos para

diferentes casos de cargas para arcos parablicos simtricos con dos

articulaciones.

1. Carga vertical uniformemente distribuida sobre tres octavos del

arco.

Figura 6. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich

Para este caso, la carga distribuida se encuentra desde el comienzo del arco

hasta 3/8 de la luz . Se puede observar que el momento que produce hasta

3/8 de la luz del arco es positivo y luego a partir de ah es negativo.

11

2. Carga vertical uniformemente distribuida sobre la mitad izquierda del

arco.


La carga distribuida se encuentra hasta el centro de arco, es decir hasta la

mitad de la luz. El diagrama de momentos, es el siguiente: momento positivo

hasta la mitad y a partir de ah es negativo.

3. Carga vertical uniformemente distribuida sobre cinco octavos del

arco.


12

Este caso de carga es similar a los dos anteriores. El diagrama de momento

es el siguiente: momento positivo hasta 5/8 de la luz del arco y luego a partir

de ah momento negativo.

4. Carga vertical uniforme distribuida sobre todo el arco.


Este caso es realmente particular, pues se puede observar a travs del

diagrama de momento, que el momento en cualquier lugar de la seccin es

cero.

13

5. Carga vertical uniformemente distribuida sobre el cuarto central del

arco.


En este caso la carga se encuentra a partir de 3/8 de la luz arco hasta 5/8 de

la luz. Aqu se puede apreciar que solamente hay momento positivo donde

se aplic la carga.

6. Carga puntual concentrada en la clave del arco.

Figura 11.Fuente: Prticos y arcos. Leontovich

La carga puntual produce momento negativo en los riones del arco y en la

clave produce momento positivo en forma de pico.

14

7. Dos cargas puntuales concentradas en el arco.


Este caso de carga produce dos momentos positivos en forma de pico,

momentos negativos en una parte de los riones y un momento negativo

pequeo en la clave del arco.

8. Tres cargas puntuales concentradas sobre el arco.


15

Este caso de carga es similar al anterior, produciendo momento positivo en

forma de pico donde se encuentran aplicadas las cargas verticales.

9. Carga puntual concentrada sobre el arco.


Para este caso de carga se producen dos momentos, uno negativo y otro

positivo, y donde se aplica la carga se puede observar un pico en el

momento positivo.

10. Desplazamiento horizontal de un apoyo.


16

Se puede observar a travs del diagrama de momento, que cuando un apoyo

se mueve de su posicin original ocasiona momento negativo en todo el

arco.

17

Diagramas de momentos para arcos parablicos simtricos con tres

articulaciones, segn el caso de carga.

Los grficos de diagramas de momentos presentados a continuacin se

realizaron utilizando el programa SAP2000. Dichas simulaciones fueron

elaboradas segn el caso de carga correspondiente.

1. Carga vertical uniformemente distribuida sobre tres octavos del

arco.

Figura 16. Fuente: Simulacin en SAP2000

Para este caso, la carga distribuida se encuentra desde el comienzo del arco

hasta 3/8 de la luz. Se puede observar que el momento que produce hasta

3/8 de la luz del arco es positivo y luego a partir de all es negativo. Es

importante notar que el momento es mayor en el sector del arco donde se

aplic la carga.

18

2. Carga vertical uniformemente distribuida sobre la mitad izquierda del

arco.


La carga distribuida se encuentra hasta el centro de arco, es decir hasta la

mitad de la luz. El diagrama de momentos, es el siguiente: momento positivo

hasta la mitad y a partir de ah es negativo. Es importante destacar que no

existe momento en la clave del arco.

3. Carga vertical uniformemente distribuida sobre cinco octavos del

arco.


Este caso de carga es similar a los dos anteriores. El diagrama de momento

es el siguiente: momento positivo hasta un poco antes de llegar a la clave del

19

arco y luego a partir de ah momento negativo. Para este caso, tampoco

existe momento en la clave.

4. Carga vertical uniforme distribuida sobre todo el arco.


En este caso se le coloco una carga uniformemente distribuida a lo largo del

arco, y se puede apreciar que existe momento positivo en todo el arco. Se

debe notar que los momentos en el arco son por sectores, empiezan en cero

y terminan en cero y as estn distribuidos a lo largo de todo el arco. Para

este caso el momento en la clave del arco tambin es cero.

5. Carga vertical uniformemente distribuida sobre el cuarto central del

arco.


20

En este caso la carga se encuentra a partir de 3/8 de la luz arco hasta 5/8 de

la luz. Se puede observar la existencia de momento negativo desde el

comienzo del arco hasta donde se aplic la carga. En los sectores del arco

donde se aplic la carga el momento es positivo y relativamente pequeo

comparndolo con el momento negativo, para este caso el momento en la

clave tambin es cero.

6. Carga puntual concentrada en la clave del arco.


La carga se le aplic en la clave del arco, los momentos producidos son

negativos en todo el arco, exceptuando la clave en donde el momento es

cero.

7. Dos cargas puntuales concentradas en el arco.


21

Este caso de carga produce dos momentos negativos hasta un poco antes

de donde se aplic la carga puntual, a partir de ah un momento positivo que

llega hasta la clave, luego otro momento positivo hasta un poco despus de

donde se le aplic la otra carga puntual y despus otro momento negativo

hasta el final del arco.

8. Tres cargas puntuales concentradas sobre el arco.


Con este caso de carga se produce momento negativo en todo el arco,

exceptuando la clave en donde el momento es cero.

9. Carga puntual concentrada sobre el arco.


22

Para este caso de carga se produce un momento negativo pequeo hasta

llegar a la clave, en la clave es cero y a partir de ah se produce un momento

positivo, mayor al negativo, hasta el final del arco.

10. Desplazamiento horizontal de un apoyo.


Existe momento negativo en todo el arco, exceptuando la clave en donde el

momento es cero.

23

Funcionamiento del programa SAP2000

SAP2000 es un programa computarizado que sirve de ayuda para analizar

estructuras lo que sus siglas en ingls significan structural analysis

program. Fue desarrollado por un grupo de ingenieros estructurales de la

Universidad de Berkeley en California

El SAP2000 le da la oportunidad al usuario de crear, modificar, analizar y

disear modelos estructurales, todo esto dentro de la misma interfase del

usuario. Este programa contiene mdulos que se pueden utilizar para disear

tanto estructuras de acero como estructuras de concreto armado.

El programa provee un ambiente interactivo en donde el usuario puede

estudiar las condiciones de tensin, realizar cambios apropiados, como

cambio en el tamao de los miembros, revisin del tamao y actualizar el

diseo sin tener que reanalizar la estructura.

Para poder realizar la simulacin del Viaducto No. 1 Caracas-La Guaira en

SAP2000, se cont con la ayuda del Ing. Francisco DAmico, quien posee

altos conocimientos del programa.

24

CARACTERSTICAS ESTRUCTURALES DEL VIADUCTO N 1

El Viaducto No. 1, ubicado en el Km. 3 de la Autopista Caracas - La Guaira

fue proyectado en 1.950 por la firma francesa Campenon Bernard, bajo la

concepcin y asesora del eminente profesor Eugene Freyssinet. El objetivo

de esta construccin fue crear una va que permitiese la comunicacin entre

la ciudad de Caracas y La Guaira en la cual se encuentra ubicado el

Aeropuerto Internacional Simn Bolvar y el principal puerto del pas. Su

construccin que fue realizada por la misma empresa, se llev a cabo entre

1.951 y 1.953, ao en que fue inaugurada la autopista. Para esta fecha era el

ms importante viaducto de arco del mundo. An hoy, 40 aos despus, los

conceptos y mtodos constructivos lo hacen una obra de ingeniera de

avanzada, y representa un hito importante en la historia de la ingeniera civil

latinoamericana.

La estructura del Viaducto N 1 de la Autopista Caracas-La Guaira fue

construida en concreto armado, est formado por dos accesos laterales, y un

gran arco central que es, por cierto, an el mayor arco de concreto

pretensado del mundo.

En general, el modelo de su comportamiento estructural se basa

fundamentalmente en un arco que recibe sus cargas por medio de pndulas

25

verticales, las cuales trabajan por la relacin de sus rigideces con las del

arco, como bielas biarticuladas que transmiten, prcticamente, slo cargas

verticales a cada arco.

La estructura del arco consta de tres elementos paralelos, arriostrados entre

s, biarticulados, con una luz de 154.64 mts entre articulaciones y una flecha

de 32 mts. En cada arco, existen por lo menos tres juntas constructivo-

estructurales. Adems de las inherentes al vaciado, hay tambin una junta

constructiva abierta en la clave de cada arco, pues all se colocaron, durante

la fase constructiva, gatos y cuas para ajustar las curvas de presiones del

arco, lo cual implica que exista una provisin destinada a desplazar la

posicin de la fuerza resultante aplicada en la clave y as ajustar el centro de

presiones. La forma en que la clave del arco fue construida, solo asegura la

continuidad del mismo en el caso de que ste se encuentre totalmente

comprimido.

Los arcos estn apoyados en el lado La Guaira (Ladera Norte) en una

fundacin directa en forma de cajn. La fundacin del lado Caracas (Ladera

Sur) consta de 7 pilotes verticales y 3 pilotes inclinados, que mediante un

cabezal reciben las solicitaciones de los arcos.

26

El tablero que tiene una longitud total de 315.65 metros, est

monolticamente unido a los arcos en la clave, se apoya tambin en las

pndulas estacadas que parten de los arcos, y en las pndulas de los

accesos laterales que se encuentran sobre fundaciones directas o pilas

individuales.

Las cargas verticales se transmiten mediante el tablero, que a su vez es el

elemento estructural de estabilidad al viento. Aunque hubo la intencin de

hacer del tablero un elemento continuo, esto slo se logr para las acciones

producidas por cargas verticales debido a que el tablero est formado por

piezas prefabricadas inherentemente discontinuas.

En cada fundacin del Arco se apoya una estructura hueca (Pilastra) de

ancho aproximado 5.4 metros, formada por paredes de concreto armado que

soporta el tablero del Lado Caracas (de longitud 50.23 metros), el tablero del

Arco (de longitud 154.64 metros) y el proveniente del Lado La Guaira (de

longitud 99.70 metros).

El Tablero del Lado Caracas, est dividido en tres tramos, apoyndose en el

extremo Sur (Estribo Caracas) por medio de una biela corta, fundado

directamente sobre cuatro contrafuertes; los ejes de los apoyos intermedios

reposan sobre dos tros de bielas, el eje de las bielas mas cercano al estribo

27

Caracas, se encuentran articuladas en su parte inferior, en el otro apoyo se

encuentran biarticuladas. Dichos pndulas o bielas estn fundadas sobre

pilas cortas inclinadas normales a la ladera, unidos a la fundacin del arco

mediante vigas de riostra, las cuales no llegan al estribo Caracas.

El tablero del lado La Guaira, esta formado por seis tramos. Se apoya en el

estribo mediante una biela corta siendo su estructura hueca, apoyada sobre

fundaciones directas; los ejes de los apoyos intermedios son cinco tros de

bielas, uno de los ejes biarticulados y los otros cuatro ejes de bielas

articuladas en su parte inferior, todas apoyadas directamente sobre la

Ladera, donde las dos fundaciones de las bielas ms cercanas a las del arco

La Guaira se encuentran unidas a este, mediante vigas de riostra.

El tablero, aparte de la unin con los arcos en la clave, no tiene otras

restricciones en su movimiento longitudinal, pues sus apoyos son pndulas o

bielas. Esto hace que todo el tablero siga el mismo movimiento longitudinal

de la clave del arco.

28

Elementos del Viaducto N 1 de la Autopista Caracas-La Guaira

Figura 26. Fuente: Ing. Salvador Pulido

29

PATOLOGA ESTRUCTURAL DEL VIADUCTO

Descripcin del problema

El resumen informativo del Viaducto N1 de la autopista Caracas-La Guaira,

presentado por W.S. Asesoramientos Tcnicos de Ingeniera al Ministerio de

Transporte y Comunicaciones (M.T.C.), revela la problemtica del Viaducto

N1 a partir del ao 1987.

Es en Mayo de ese mismo ao cuando se encuentra una protuberancia en el

pavimento asfltico en el sitio de la junta del estribo del lado Caracas. Es

entonces, cuando el M.T.C. ordena una inspeccin para poder determinar la

causa de dicha protuberancia. Luego de realizar la inspeccin se determin

que exista rotacin en la biela de apoyo, y que se estaban desarrollando

grietas en los contrafuertes de ese estribo. Durante la inspeccin se

aprovech la oportunidad para verificar agrietamientos y deformaciones entre

las vigas de riostra que enlazan las fundaciones de las pndulas cercanas.

Al observar esta serie de problemas el M.T.C. comienza a realizar algunas

acciones para tratar de solventar los problemas visualizados durante la

inspeccin. Se decide realizar obras para el control de aguas superficiales,

obras de estabilizacin, instalacin de un control topogrfico (geodsico),

30

que permitieran determinar las deformaciones y desplazamientos en los

elementos estructurales. Tambin se deciden realizar estudios geolgicos y

geotcnicos, estos fueron los que revelaron la presencia de un inmenso

deslizamiento masivo del terreno en la ladera Sur.

Este deslizamiento ocasiona la inestabilidad y el desplazamiento de los

siguientes elementos: el estribo del lado Caracas, la fundacin comn para

los arcos y la pilastra y de las fundaciones de las pndulas ubicadas del

mismo lado. Esto produce un movimiento horizontal en la fundacin comn

de los arcos y pilastra, acorta la cuerda entre las articulaciones de los arcos y

produce un levantamiento en la clave que se manifiesta en una visible

contraflecha del tablero.

Adems de las acciones tomadas por el M.T.C durantes los aos de 1987 y

1989, se crea una Comisin Presidencial de Alto Nivel Tcnico, que se

conform por ingenieros con diversas especialidades, los cuales se

dedicaron a estudiar la problemtica del viaducto y a presentar soluciones

viables.

Las solicitaciones que se producen sobre la estructura del Viaducto,

consecuencia del empuje de la masa en deslizamiento le producen

deformaciones progresivas a los diferentes elementos estructurales.

31

Posteriormente esta comisin cuantific el volumen de la masa en

movimiento, el cual se estim en unos seis millones de metros cbicos, cuyo

peso est en el orden de los catorce millones de toneladas.

Luego de realizar los estudios pertinentes se pudo observar que la velocidad

de deformacin inicial fue alarmante, esto hizo creer que el colapso de la

estructura podra ocurrir en muy poco tiempo. Luego de realizar un

seguimiento a la velocidad, a travs de instrumentos de medicin y control se

determin que la velocidad disminuido con el paso del tiempo. Esto no

necesariamente garantiza la seguridad del Viaducto N 1, ya que la velocidad

puede aumentar, disminuir o detenerse de manera impredecible.

Para el ao 1997, fecha en la cual W.S. Asesoramientos Tcnicos de

Ingeniera presenta el informe, se determin que el movimiento se mantuvo,

y continu comprometiendo la estabilidad de la estructura y la continuidad

vial en tan importante autopista.

Se debe tener muy en cuenta que aunque ha disminuido la velocidad de los

movimientos en la ladera, y consecuencialmente las velocidades de

deformacin de la estructura, un posible sismo podra introducir una

solicitacin dinmica capaz de cambiar repentinamente la velocidad del

movimiento. Si esto sucede es posible que ocurra un desprendimiento

32

masivo de la ladera inestable, lo cual podra ocasionar el colapso sbito de la

estructura o de parte de ella.

Causas y efectos del problema

Segn el informe de estructuras presentado por los ingenieros Pedro

Anselmi Cruz y Hctor Paredes al Ministerio de Transporte y

Comunicaciones, en diciembre de 1993, se presentan a continuacin las

causas fundamentales de los problemas presentados por el Viaducto N1

Caracas-La Guaira.

De acuerdo a las observaciones efectuadas hasta la fecha, existan

suficientes indicios para confirmar la existencia de movimientos tectnicos

antiguos (reactivados) y recientes, adems de movimientos asociados al

deslizamiento de la ladera a travs de una superficie plana en su mayor

parte, la cual vara en la base para aflorar aproximadamente veinte (20)

metros por encima del lecho de la quebrada Tacagua.

Los movimientos de la masa, que generaban un movimiento de la fundacin

del arco de 5.3 mm/mes en 1987, con anterioridad a las obras de anclaje e

inyecciones de concreto realizadas en la zona, baj considerablemente hasta

ubicarse aproximadamente en una rata de movimiento de 1.6 mm/mes a

33

finales de 1988, que hipotticamente le dara al viaducto una vida til mayor

de 5 aos, obviando lo impredecible del comportamiento de la masa.

La saturacin del terreno circundante a la Ladera Sur del viaducto N1, por

descargas libres de aguas negras provenientes de zonas marginales, y la

inadecuada recoleccin de aguas superficiales, pudo perturbar la condicin

inicial de equilibrio pre-existente en la zona.

Las pilas verticales de soporte del viaducto en la pilastra Caracas, se

encuentran ya cizalladas, como se ha demostrado en perforaciones

efectuadas sobre dichos elementos estructurales, lo que hace impredecible

la seguridad de la estructura.

La falla del Estribo Caracas se produjo, cuando fue sobrepasada la

resistencia a traccin de la biela de apoyo, hecho este que di origen a las

investigaciones actuales sobre el comportamiento del Viaducto N1.

Estimando que las solicitaciones horizontales producto de la falla en el

estribo Caracas, dominaron la conducta de la Pilastra de Soporte del tablero

del Arco Sur del Viaducto, e influyeron naturalmente en la inestabilidad de la

masa circundante que afecta las fundaciones de la misma, hecho que implica

un modelo Estructural donde predomina la interaccin Suelo-Estructura.

34

Siendo la causa fundamental de la patologa estructural del Viaducto N 1, de

orgen geotectnico, se considera pertinente presentar el resultado de un

estudio basado en observaciones geolgicas cuyas conclusiones se incluyen

a continuacin.

Conclusiones obtenidas del informe de evaluacin neotectnica

preliminar de la galera superior del estribo Caracas del Viaducto N1 de

la Autopista Caracas-La Guaira.

Estas conclusiones fueron realizadas a partir de una serie de observaciones

geolgicas en la galera superior del estribo norte del Viaducto N1 de la

autopista Caracas-La Guaira, elaborado por la Fundacin Venezolana de

Investigaciones Sismolgicas (FUNVISIS).

Dicho informe se elabora a peticin de las empresas Ingeotec, empresas

RDS y W.S. Asesoramientos tcnicos, debido a la problemtica geolgica

que afecta al Viaducto N1 y tambin para solicitar una experticia

neotectnica del mismo. La informacin suministrada en el informe proviene

de los resultados obtenidos en tres inspecciones de la galera superior y las

zonas circundantes, durante el ao de 1993.

A continuacin se presentan las conclusiones obtenidas por FUNVISIS:

35

1) Un deslizamiento rotacional, se evidencia en el sector de la galera

superior ocupado por materiales de origen coluvial. La superficie, estriada y

muy pulida, correspondiente al plano de deslizamiento se observa

claramente. En base a criterios de edad relativa, se atribuye la edad de este

coluvin al Holoceno-Pleistoceno superior. Ensayos de datacin absoluta por

medio de anlisis radiocarbnicos, parecen factibles en el material afectado

por el deslizamiento.

2) Numerosos planos pulidos y estriados, con ancho milimtrico a

centimtrico, afectan al sector de la galera ocupado por la brecha tectnica.

Dichos planos, de origen tectnico, se orientan preferencialmente en

direccin NO-SE y buzan de manera moderada a fuerte al Sur, es decir de

manera contraria a la pendiente de la ladera. Estos planos se relacionan

preponderantemente con movimientos de falla de tipo inverso.

Las mediciones microtectnicas efectuadas en los planos de falla:

Sugieren que la brecha tectnica puede estar asociada al sistema de fallas de direccin NO-SE que se extiende entre el litoral y Caracas e

interfiere parcialmente con la Quebrada Tacagua.

Evidencian que los campos de esfuerzos responsables de movimientos tectnicos observados en los planos de falla,

36

corresponden a los tensores de esfuerzos plio-cuaternarios obtenidos

en la regin central, en particular por FUNVISIS, tanto en rocas

metamrficas como en secuencias sedimentarias plio-cuaternarias.

Por lo tanto, tal correspondencia sugiere que la brecha tectnica que

aflora en la galera superior est asociada con una falla que puede

haber estado tectnicamente activa durante el plio-cuaternario, es

decir en el lapso correspondiente a la vigencia del ltimo rgimen de

deformacin cortical evidenciado en la Cordillera de la Costa entre

cinco millones de aos y el presente.

3) El buzamiento elevado y persistente hacia el SE tanto de la foliacin

como de los planos estriados observados en la brecha tectnica as como el

tipo de movimiento observado en los planos de falla, sugieren que un

deslizamiento de la brecha tectnica en forma planar o por cuas a lo largo

de estos planos hacia la Quebrada Tacagua es altamente improbable. En

cambio, el desprendimiento de cuas controladas por las diaclasas a nivel de

la brecha tectnica es factible.

De hecho, la brecha tectnica presenta numerosos indicios de estar

sometida a traccin (cavidades rellenadas por materiales de colapso,

contactos anmalos entre bloques foliados, oquedades rellenadas por

lechadas durante las operaciones de inyeccin para la colocacin de

37

anclajes).

4) El macizo rocoso, caracterizado por una foliacin de direccin NE-SO y

buzamiento suave a moderado hacia el Norte, presenta una inestabilidad

potencial muy alta. La foliacin de dicho macizo es capaz por s sola de

deslizar en forma planar ya que su buzamiento hacia el Norte es inferior al de

la ladera. Adicionalmente son numerosas las cuas potencialmente

inestables controladas por la foliacin y las diaclasas.

Por ende, la coexistencia de un deslizamiento, evidenciado en el sector de la

galera correspondiente al material coluvial, y de una brecha tectnica

altamente fracturada y con indicios de estar sometida a traccin, indica que

la problemtica de la inestabilidad del estribo Caracas del Viaducto N 1 es

compleja y no responde a un deslizamiento nico de mecanismo sencillo

(rotacional, planar, en cua, etc.).

38

Observaciones que evidencian la patologa estructural del Viaducto N 1

Segn el informe de estructuras presentado por los ingenieros Pedro

Anselmi Cruz y Mario Paparoni al Ministerio de Transporte y

Comunicaciones, en diciembre de 1993, se muestran a continuacin los

hechos observados o deducidos de observaciones a raz de la problemtica

presentada por el Viaducto N1 Caracas-La Guaira.

1. El arco tiene en la clave una junta de construccin franca, que una vez

estuvo abierta, en donde se colocaron durante la construccin cuas de

concreto y gatos planos movibles hacia arriba y hacia abajo para practicar

ajustes de fuerzas, y por tanto de posiciones relativas de las caras de la

junta. Se piensa que no hay aceros pasantes a travs de dicha junta vertical,

y que los semiarcos terminados fueron una vez movidos relativamente entre

s, al separar o unir las dos caras de la junta cimera.

2. El arco derecho (bajando), el nico que ha podido ser observado con

suficiente detalle por su cara lateral externa libre, tiene ya lesiones

(agrietamientos horizontales presentes en las dos mitades del arco), que

denotan que la clave estuvo o est sometida a una compresin excntrica, y

que el concreto de esa zona localizada sufri compresiones a nivel de

agrietamientos con aperturas paralelas a la direccin de la fuerza de la clave,

39

visibles con ayuda del telescopio. Esas grietas tienen dentelladuras tpicas

de las grietas tensionales, no presentes en las grietas tpicas de retraccin.

Las grietas observadas denotan tambin un despegue local entre la pared

horizontal inferior de la seccin de caja del arco y la pared transversal lateral

externa, debidas a una concentracin de la carga en la pared horizontal

inferior de la caja del arco, al bajar de posicin la resultante a causa de la

apertura de la junta en su parte superior, debido al giro de clave causado por

las perturbaciones de las bases.

Debido a la dificultad de visualizar los otros dos arcos no se sabe a ciencia

cierta, si tienen lesiones de este tipo.

Las compresiones que actualmente sufre el arco del lado aguas arriba fueron

originadas por las fuerzas excntricas que actuaron un cierto tiempo sobre el

tablero, estando la resultante de las fuerzas aplicadas precisamente hacia el

lado de ese arco.

Tambin podran estar presentes fuerzas de corte transversales a nivel de

ambos estribos y pilastras en menor grado a nivel de los arcos, todo ello

producto de la no desvinculacin lateral total entre la biela de apoyo, el

estribo y el tablero que conecta, en el lado Caracas, como resultado de la

40

componente lateral del desplazamiento sufrido por dicho estribo. Esta accin

incrementa las compresiones sobre el lado aguas arriba del tablero y de los

arcos.

3. El Tablero est arqueado transversalmente en su plano, teniendo

importantes flechas horizontales relativas entre el centro y la cuerda que une

los extremos, y adems est ligeramente torcido segn su eje longitudinal en

una forma poco regular, es decir sin claros patrones. La ausencia, presencia,

o el espaciamiento relativo de las grietas perpendiculares al eje del tablero,

visibles en ambos bordes, muestran claramente que sufri o sufre tensiones

de traccin a nivel de agrietamiento predominantemente en el lado izquierdo

de la calzada (bajando); ello indica que hubo o hay momentos flectores

horizontales aplicados al tablero, inducidos tanto por la excentricidad

eventual de una carga axial, como por la presencia de alguna fuerza

horizontal a nivel del estribo Caracas, la cual, dada la presencia de una pila

relativamente rgida y resistente en direccin transversal al eje del tablero,

poda y puede generar un momento flector considerable sobre el tablero

mismo, formando la fuerza transversal (cortante) proveniente del estribo y la

reaccin transversal horizontal de la pila una pareja con brazo de palanca

considerable.

41

Debido a que no existen planos detallados de la seccin del tablero, no

resulta viable estimar la magnitud de las fuerzas actuantes a travs de la

aproximacin que pueda hacerse postulando unas ciertas tensiones de

agrietamiento coherentes con el agrietamiento observado. Una vez en

posesin de esos valores sera posible hacerlo, pero tomando en cuenta el

tipo de conexin que exista a nivel de porciones separadas del tablero, las

cuales podran haber acotado el valor del momento global estimable.

Tampoco existe una explicacin de la existencia de una deformada horizontal

del tablero prcticamente simtrica respecto a la clave, aunque algunas de

las seales de asimetra presentes en las curvas indican la presencia de una

fuerza concentrada horizontal, en direccin aguas arriba, en el estribo lado

Caracas.

Se ha observado un incremento en las deflexiones horizontales que podran

indicar no slo una mayor frecuencia de choques contra las barandas o

brocales, sino tambin la posibilidad de desgarramientos locales del tablero,

en forma de agrietamientos longitudinales y quiz transversales de las

calzadas del puente, probablemente no visibles por la existencia de un

pavimento asfltico.

42

Si este es el caso, podran estarse presentando deformadas de cortante

superpuestas, debidas a la prdida de rigidez al corte del tablero si ste tiene

agrietamientos longitudinales en el lado Caracas el ms daado en esta

forma.

4. La base comn al arco y a la pila, lado Caracas, no tiene lesiones

importantes visibles, excepto alguna grieta vertical cerca de los arranques,

en correspondencia con la posicin probable de la articulacin prefabricada

que se embebi en la base del arco; tal parece que las deformaciones que

haya sufrido la pila han causado lesiones slo en la pila y en los pilotes que

la soportan, invisibles ante una inspeccin visual. El diseador debi hacer la

base ms fuerte que el miembro que llega a ella, o que los pilotes que la

soportan.

Aparentemente la nica evidencia argumentable que indique que alguno de

los pilotes ya fall ha sido una perforacin practicada en uno de ellos en

donde Ios indicios de elevada permeabilidad permiten pensar que al menos

el pilote muestreado haya fallado. Debe aclararse que los artculos histricos

sobre el puente no hablan de pilotes, sino de pozos rellenados con concreto,

sin especificar si haba o no armadura. Dado que Freyssinet no sola colocar

acero no justificable por clculo, como de hecho lo crean y practicaban los

maestros del pretensado de entonces.

43

En sitio se observa que en la transicin entre la base de la pila y la pila

misma, hay una grieta horizontal que seala donde cedi el acero de la pila

hueca, y que por tanto la base tiene ya sus momentos aplicados desde arriba

acotados, al menos a flexin.

No se puede an afirmar con certidumbre qu ha pasado con sus pilotes de

soporte, excepto el que las mediciones denotan un leve descenso vertical de

la pila, adems de los movimientos horizontales complejos que ha sufrido, y

que debe decirse que es difcil precisar si ellos son causa o efecto de otras

cosas, pues no se puede observar claramente qu pasa bajo la pila y por

tanto poder decir ciertamente que las acciones deformantes provienen de

arriba hacia abajo (probablemente las ms importantes), o de abajo hacia

arriba. Sin embargo, s es claro que la base de la pila se ha movido bastante

menos que el estribo Caracas.

44

Relacin entre la deformada vertical del tablero y su progresiva

correspondiente

Estos valores fueron tomados del informe realizado por la compaa

SISVALKO, Sistemas de Ingeniera y Computacin C.A. al Ministerio de

Transporte y Comunicaciones, respecto a las mediciones realizadas al

Viaducto No. 1 Caracas-La Guaira, entregado en Marzo de 1.999.

Los grficos que se encuentran a continuacin son una comparacin entre la

deformada de la acera aguas abajo y la deformada de la acera aguas arriba

contra la progresiva, dichos grficos fueron realizados segn datos

obtenidos anualmente.

La finalidad de estos grficos es observar la torsin que existe en el tablero.

Esta se observa claramente al superponer los grficos del tablero aguas

abajo y aguas arriba en donde ambos grficos no coincidan es ah donde se

encuentra la torsin. Es importante notar que la torsin existe en el sector del

tablero correspondiente al lado Caracas, en donde se presenta el

desplazamiento.

A continuacin se muestran los valores de las deformadas verticales del

tablero en las aceras aguas arriba y aguas abajo y los grficos

45

correspondientes.

Medicin realizada en Diciembre de 1992.

Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo

Tabla 1

Sitio Progresiva Rasante Terica Cota 1992 Delta Cota 1992

Ladera La Guaira 0 7,118 7,118 0

Estribo La Guaira 10,16 7,524 7,516 -0,8

11,79 7,59 7,586 -0,4

26,32 8,171 8,175 0,4

40,89 8,754 8,757 0,3

Pilastra La Guaira 102,44 11,216 11,217 0,1

105,18 11,325 11,336 1,1

119.77 11,909 11,961 5,2

133,13 12,44 12,53 9

Clave 1 180,39 14,334 14,574 24

Clave 2 184,42 14,495 14,748 25,3

Pilastra Caracas 262,62 17,623 17,571 -5,2

265,42 17,735 17,669 -6,6

280,01 18,318 18,243 -7,5

294,55 18,9 18,81 -9

Estribo Caracas 309,22 19,487 19,392 -9,5

Ladera Caracas 310,65 19,544 19,447 -9,7

Ladera Caracas 2 315,65 19,744 19,5224 -22,16

46

Deformada vertical del tablero, acera aguas arriba

Tabla 2




11,79 7,595 7,599 0,4

26,32 8,176 8,178 0,2

40,89 8,759 8,76 0,1

Pilastra La Guaira 102,44 11,221 11,221 0

105,18 11,33 11,329 -0,1

119,77 11,914 11,953 3,9

133,13 12,448 12,547 9,9

Clave 1 180,39 14,339 14,573 23,4

Clave 2 184,42 14,5 14,734 23,4


265,42 17,74 17,645 -9,5

280,01 18,323 18,213 -11

294,55 18,905 18,781 -12,4

Estribo Caracas 309,22 19,492 19,322 -17

Ladera Caracas 310,65 19,549 19,391 -15,8

Ladera Caracas 2 315,65 19,749 19,53 -21,9

47

Progresiva Vs. Cota, 1992

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 10 20

Progresiva

Del

ta C

ota

1992

Progresiva Vs.Cota, Aceraaguas abajoProgresiva Vs.Cota, aguasarriba

Fuente: SISVALKO. Sistemas de Ingeniera y Computacin.

48

Medicin realizada en Octubre 1997.


Tabla 3

Sitio Progresiva Rasante Terica Cota1997 Delta Cota 1997

Ladera La Guaira 0 7,118 7,117 -0,1

Estribo La Guaira 10,16 7,524 7,514 -1

11,79 7,59 7,586 -0,4

26,32 8,171 8,186 1,5

40,89 8,754 8,759 0,5


105,18 11,325 11,334 0,9

119.77 11,909 11,975 6,6

133,13 12,44 12,56 12

Clave 1 180,39 14,334 14,635 30,1

Clave 2 184,42 14,495 14,808 31,3


265,42 17,735 17,673 -6,2

280,01 18,318 18,242 -7,6

294,55 18,9 18,808 -9,2

Estribo Caracas 309,22 19,487 19,383 -10,4

Ladera Caracas 310,65 19,544 19,44 -10,4

Ladera Caracas 2 315,65 19,744 19,521 -22,3

49


Tabla 4




11,79 7,595 7,598 0,3

26,32 8,176 8,179 0,3

40,89 8,759 8,763 0,4


105,18 11,33 11,331 0,1

119,77 11,914 11,969 5,5

133,13 12,448 12,577 12,9

Clave 1 180,39 14,339 14,635 29,6

Clave 2 184,42 14,5 14,794 29,4


265,42 17,74 17,639 -10,1

280,01 18,323 18,207 -11,6

294,55 18,905 18,776 -12,9

Estribo Caracas 309,22 19,492 19,297 -19,5

Ladera Caracas 310,65 19,549 19,371 -17,8

Ladera Caracas 2 315,65 19,749 19,511 -23,8

50

Progresiva Vs. Cota 1997

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 10 20

Progresiva

Del

ta C

ota

1997 Progresiva Vs.

Cota, Aceraaguas abajoProgresiva Vs.Cota, Aceraaguas arriba


51

Medicin realizada en Septiembre de 1998.


Tabla 5




11,79 7,59 7,585 -0,5

26,32 8,171 8,176 0,5

40,89 8,754 8,758 0,4


105,18 11,325 11,334 0,9

119.77 11,909 11,977 6,8

133,13 12,44 12,565 12,5

Clave 1 180,39 14,334 14,643 30,9

Clave 2 184,42 14,495 14,816 32,1


265,42 17,735 17,673 -6,2

280,01 18,318 18,238 -8

294,55 18,9 18,808 -9,2

Estribo Caracas 309,22 19,487 19,384 -10,3

Ladera Caracas 310,65 19,544 19,433 -11,1

Ladera Caracas 2 315,65 19,744 19,519 -22,5

52


Tabla 6




11,79 7,595 7,596 0,1

26,32 8,176 8,179 0,3

40,89 8,759 8,763 0,4


105,18 11,33 11,331 0,1

119,77 11,914 11,972 5,8

133,13 12,448 12,582 13,4

Clave 1 180,39 14,339 14,646 30,7

Clave 2 184,42 14,5 14,806 30,6


265,42 17,74 17,637 -10,3

280,01 18,323 18,206 -11,7

294,55 18,905 18,776 -12,9

Estribo Caracas 309,22 19,492 19,297 -19,5

Ladera Caracas 310,65 19,549 19,367 -18,2

Ladera Caracas 2 315,65 19,749 19,507 -24,2

53


-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 10 20

Progresiva

Del

ta c

ota

1998 Progresiva Vs.

Cota, Aceraaguas abajoProgresiva Vs.Cota, Aceraaguas arriba


54

Medicin realizada en Marzo de 1999.


Tabla 7




11,79 7,59 7,586 -0,4

26,32 8,171 8,177 0,6

40,89 8,754 8,76 0,6

Pilastra La Guaira 102,44 11,216 11,216 0

105,18 11,325 11,333 0,8

119.77 11,909 11,978 6,9

133,13 12,44 12,565 12,5

Clave 1 180,39 14,334 14,647 31,3

Clave 2 184,42 14,495 14,82 32,5


265,42 17,735 17,671 -6,4

280,01 18,318 18,239 -7,9

294,55 18,9 18,809 -9,1

Estribo Caracas 309,22 19,487 19,38 -10,7

Ladera Caracas 310,65 19,544 19,431 -11,3

Ladera Caracas 2 315,65 19,744 19,518 -22,6

55


Tabla 8




11,79 7,595 7,591 -0,4

26,32 8,176 8,181 0,5

40,89 8,759 8,763 0,4


105,18 11,33 11,332 0,2

119,77 11,914 11,972 5,8

133,13 12,448 12,583 13,5

Clave 1 180,39 14,339 14,65 31,1

Clave 2 184,42 14,5 14,809 30,9


265,42 17,74 17,635 -10,5

280,01 18,323 18,205 -11,8

294,55 18,905 18,775 -13

Estribo Caracas 309,22 19,492 19,294 -19,8

Ladera Caracas 310,65 19,549 19,365 -18,4

Ladera Caracas 2 315,65 19,749 19,506 -24,3

56


-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 10 20

Progresiva

Del

ta C

ota

1999 Progresiva Vs.

Cota, aceraaguas abajoProgresiva Vs.Cota, aceraaguas arriba


57

Principios considerados en la interpretacin de las observaciones:

1. La respuesta estructural del puente no debe cambiar sensiblemente si la

estructura se traslada o gira como un todo, es decir, no sera de mucho

inters, excepto para otros propsitos, el saber exactamente donde est

cada parte, interesa mucho ms determinar cules han sido sus cambios de

forma. An los cambios de pendiente, si no implican la existencia de cambios

de la forma estructural original, tendran slo valor para juicios globales, es

decir indicaran la presencia de una perturbacin en gran escala del terreno

subyacente, la cual podra eventualmente no implicar daos estructurales en

el viaducto mismo.

2. El Puente probablemente no fue diseado para movimientos

excepcionales del estribo, ni para acortamientos cordales del arco.

3. Se considera al arco como biarticulado, es decir, continuo a travs de la

clave, siempre y cuando las fuerzas resultantes de compresin de la clave

estn dentro de su ncleo central.

4. La hiptesis referente al funcionamiento del arco como biarticulado se

considera razonable para el caso en el que se garantice la presencia de

compresiones toda la seccin de la clave. Tambin se puede considerar la

58

biarticulacin del arco en presencia de fuerzas elicas de magnitudes poco

significativas comparadas con el peso del puente.

5. Si la estructura del viaducto presenta deformaciones (levantamientos de

clave) inducidas por cambios posicionales de las bases del arco, el arco

podra no estar biarticulado, pues no estara experimentando variaciones

previstas en el proyecto. El tipo de junta de la clave no garantiza

necesariamente la continuidad incondicional de la estructura del arco;

pudiendo sta comportarse, para stas solicitaciones excepcionales, de

acuerdo a un esquema de respuestas locales diferente al supuesto para su

proyecto esttico.

59

CONFIRMACIN DEL FUNCIONAMIENTO DEL ARCO COMO

TRIARTICULADO

El topgrafo Pascual De Leo, quien ha sido el principal encargado de realizar

durante varios aos las mltiples mediciones del Viaducto N 1, realizando

triangulaciones, nivelaciones y mediciones con elongmetros, ha observado

el macromovimiento de la ladera, donde est fundada la Pilastra Caracas y la

deformacin que sta ha producido en estructura. La interpretacin de las

mediciones, llev a De Leo a formular la hiptesis de una posible articulacin

que pudiese estar presentndose en la clave del arco, lo cual implicara que

ste trabaja como un arco triarticulado y no biarticulado, tal como fue

considerado en su diseo.

El estudio realizado a partir de los datos topogrficos, se basa en la relacin

que existe entre la informacin planimetra con la altimtrica, es decir, la

relacin entre el acortamiento del arco y la elevacin de la clave. Usualmente

estos hechos son analizados por separado, sin embargo, De Leo estima que

al unirlos y verlos en un conjunto, se facilita la visualizacin de un modelo de

comportamiento estructural del Viaducto, lo cual es fundamental para el

alcance de los objetivos de este trabajo.

A continuacin se presenta el contenido de la investigacin realizada por De

60

Leo con la finalidad de confirmar la suposicin de la existencia de una

articulacin en la clave del arco; si efectivamente es confirmada esta

hiptesis, se desprendera de ello la conclusin de que los dos semiarcos

estaran trabajando de manera aislada.

Con la finalidad de determinar la forma y la deformacin que presenta la

estructura, se llevaron a cabo, desde el ao 1993 hasta el ao 1999,

mediciones sobre el plano horizontal y el plano vertical que permitieran

observar la curvatura en dichos planos. El estudio se bas, adems, en una

recopilacin de informacin de las mediciones realizadas, por la empresa

Tranarg desde el 1987 hasta el 1993.

Para esta investigacin fue utilizada la informacin planimtrica que refleja el

desplazamiento horizontal y la informacin altimtrica que evidencia el

levantamiento de la clave. La integracin de datos altimtricos y

planimtricos permitieron establecer relacin existe entre el acortamiento de

la cuerda debida a la disminucin de la distancia entre las bases del arco y

el correspondiente aumento de la flecha.

Las mediciones indican, que el macro movimiento del terreno, hace que la

fundacin de la pilastra Caracas, se desplace hacia el centro de la quebrada

produciendo el acortamiento de la cuerda del arco. Se descarta que el

61

acortamiento de la cuerda sea causado por el movimiento de la pilastra La

Guaira, pues se ha demostrado que sta permanece esttica.

Para el incremento de la flecha, se debe tomar en cuenta, que el constructor

realiz el tablero, sobre una lnea que tenia una pendiente de proyecto del

4%. De manera que la flecha actual se debe calcular haciendo pasar una

recta terica, por el tope de las dos pilastras y comparando estas cotas, con

las encontradas en campo en las diferentes fechas en las que se han

efectuado mediciones. De esta manera el hundimiento de la Pilastra

Caracas, no interferira en el clculo de la flecha.

Para efectos de sta investigacin, se parte del principio de suponer los dos

semiarcos como cuerpos independientes o figuras aisladas y que lo nico

que tienen en comn es que se tocan en sus vrtices. Sin embargo el arco

no fue construido para que funcionase de tal manera, suposicin que se

desprende de la inexistencia de un nodo o articulacin en el centro del arco.

Por el contrario, se observa una continuidad del tablero y de los tres arcos

que conforman el gran puente. Probablemente la continuidad del vaciado y

del acero, en el centro del arco, hace que el viaducto, este aun funcionando.

El razonamiento que lleva a De Leo a encontrar la relacin entre el

acortamiento de la cuerda y la elevacin de la clave del arco se basa en lo

62

siguiente:

Si hacemos tocar dos tringulos en sus puntas superiores y disminuimos la

distancia entre las puntas inferiores, que serian en este caso los apoyos, las

puntas superiores se levantaran en funcin de la relacin de los catetos. As

que a diferentes tringulos, le correspondern diferentes coeficientes.

Los coeficientes correspondientes al caso del Viaducto N 1 se hallan a

continuacin:

Figura 27. Condicin normal del arco

80 * Tan 24,227 = 36,00 m

63

Figura 28. Acortamiento de la cuerda del arco y elevacin de la clave

79,8 * Tan 24,54 = 36,41 m

Elevacin de la clave = 0,441 m

Acortamiento de la cuerda del arco = 0,40 m

0,441 : 0,40 = 1,10

Para nuestro caso, donde los catetos son exactamente 80 metros de base x

36 metros de altura, el coeficiente es 1 : 1,10. Es decir que a un acortamiento

de la cuerda de 1, le corresponde un levantamiento del centro del arco de

1,10. Si el viaducto hubiera sido construido con una articulacin en el centro,

ese seria el coeficiente natural. Pero como no tiene articulacin prevista en el

centro, su comportamiento ha sido una combinacin.

Hasta el ao 1993 dicho coeficiente fue 0,96 0,55 025.Arrojando un

64

promedio de 0,62 muy por debajo del lgico y natural 1,10, que hubiera

justificado la articulacin ya para esa fecha. Pero del 1994 en adelante, si

hubo un cambio de comportamiento y que me atrevo a llamar "Disparo", ya

que la relacin, pas en solo un ao (1994) de 1,09 a 5,00 luego 0,67 a

4,33... 2,75 ... Arrojando un promedio en el ao 1994 en adelante, de 3,00

(de 0,62 a 3,00).

De la notable variacin en el tiempo de los coeficientes, se desprendi la

siguiente conclusin:

El Arco con su peso, con su rigidez en el centro, y con su continuidad

longitudinal del tablero, que trabaja como dos grandes puntales horizontales,

que se unen en el centro, no permita que se moviera a la relacin lgica de

1,10. Esto fu hasta al ao1993. Luego, en el ao 1994, se super ese

conjunto de esfuerzos y condiciones, lo que ocasion el cambio abrupto de

1,09 a 5,00.

El viaducto se articul y disip todas las cargas comprimidas que tena y

probablemente se esta comportando al 1.10, pero articulado.

Esta investigacin confirma, que la deformacin del viaducto que sucedi,

aproximadamente, en el ao 1994, provoc un cambio de comportamiento de

65

la estructura del viaducto, ya que a partir de esa fecha, los semiarcos

trabajan independientemente y de forma articulada.

66

Relacin entre el acortamiento de la cuerda y el incremento de la flecha

A continuacin se encuentra el grfico que muestra la relacin existente

entre el acortamiento de la cuerda y el incremento de la flecha. Dichos

valores fueron medidos por el topgrafo Pascual De Leo y fueron

presentados en un trabajo especial para la Universidad Catlica Andrs

Bello, titulado Est o no articulado el viaducto N1 de la autopista Caracas-

La Guaira?. A continuacin se presentan los valores:

Tabla 9

Relacin acortamiento de la cuerda y el incremento de la flecha

Fecha Flecha

del arco FlechaAcortamiento

del arco Acortamiento Flecha /

Acortamiento 1988 20,44 0 1,4 0 0

1989 22,6 2,16 3,7 2,3 0,93913043

1990 23,8 1,2 5,9 2,2 0,54545455

1991 24 0,2 6,7 0,8 0,25

1992 26 2 9,3 2,6 0,76923077

1993 26,4 0,4 12,3 3 0,13333333

1994 28,8 2,4 14,5 2,2 1,09090909

1995 29,8 1 14,7 0,2 5

1996 31 1,2 16,5 1,8 0,66666667

1997 32,3 1,3 16,8 0,3 4,33333333

1998 33,4 1,1 17,2 0,4 2,75

1999 35,2 1,8 18 0,8 2,25

67

Relacin ente la flecha y el acortamiento anual

0

1

2

3

4

5

6

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Fecha

Rel

aci

n Fl

echa

/Aco

rtam

ien

Fuente: Topgrafo Pascual De Leo

68

SOLUCIONES ESTRUCTURALES PROPUESTAS PARA EL RESCATE DE

LA ESTRUCTURA DEL VIADUCTO N 1

La estructura del Arco del Viaducto N 1, ha estado sometida a solicitaciones

anmalas que se consideran hasta los momentos, dentro del rango elstico

de la estructura, producto del deslizamiento de la Ladera Sur (lado Caracas).

Sin embargo, un incremento en la magnitud de estas solicitaciones, que no

fueron previstas en el diseo de la estructura del viaducto, constituyen una

amenaza para su estabilidad.

La complejidad del problema no est dada slo por la gravedad de sus

consecuencias a largo plazo, sino tambin por la variacin impredecible de

las condiciones de solicitaciones a las cuales est sometida la estructura.

Siendo, principalmente, el empuje del suelo lo que ha producido la

deformacin del viaducto, no es posible predecir con exactitud el

comportamiento a futuro de esta gran masa de suelo en movimiento cuyos

esfuerzos son transmitidos a la estructura; por lo tanto, si se observa una

estabilidad parcial del movimiento, no sera esto indicativo de que el

desplazamiento del estribo Caracas haya sido detenido definitivamente.

Tomando en cuenta la importancia de la autopista Caracas-La Guaira desde

el punto de vista econmico, social y estratgico, resulta imprescindible la

69

toma de una solucin, con suficiente respaldo tcnico, que garantice la

estabilidad definitiva de la estructura del viaducto. A continuacin se

presentan, algunas soluciones que han sido propuestas para el rescate del

Viaducto N 1:

Solucin propuesta por el Ing. Eduardo Arnal

En el ao de 1988 el Ing. Eduardo Arnal dirige una comunicacin al

Ministerio de Transporte y Comunicaciones, presentndole una Solucin

Estructural para el Viaducto N1, que permita extender su vida til. Esta

solucin consiste en apoyar la calzada mediante traviesas y vigas maestras

metlicas en columnas verticales e inclinadas, tubulares y metlicas,

soportadas en pilas de gran dimetro, fundadas en el lecho de la quebrada

Tacagua sobre una roca sana.

Considera el Ing. Arnal, que el soporte adicional podra construirse sin

ninguna interferencia con el uso del Viaducto en un plazo muy corto. Una vez

terminado el soporte, propone cortar la rtula Sur del Arco, relevndolo de

las presiones que le ocasione el deslizamiento de su apoyo. El estribo

Caracas sera construido de forma tal que permitiese ajustarse a los

movimientos.

70

La solucin del Ingeniero Eduardo Arnal, fue sometida a la consideracin de

la empresa JEAN MULLER INTERNACIONAL, los cuales consideraron que

las vigas transversales de Acero, creaban un conflicto con el Arco, ya que no

tenan espacio fsico para su colocacin. Adems estimaron que los

cordones cercanos a los soportes requeriran soldaduras especiales siendo

su ensamblaje y puesta en servicio una tarea de 4 aos. Trabajo que segn

el Ing. Arnal se podra ejecutar en un lapso de tiempo muy corto, con

tecnologa Nacional.

Se consider la solucin del Ing. Eduardo Arnal como viable desde el punto

de vista Tcnico, tomando en consideracin que su idea fue plasmada en

croquis de trabajo, y a nivel de anteproyecto, sin la profundidad que im

Analisis Estructural Viaducto Nº1

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