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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
Irene Margarita Carbonell Betancourt
Mara Alejandra Rodrguez Rodrguez
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
conducta estructural utilizando SAP2000
presentado por las ciudadanas
Irene Margarita Carbonell Betancourt
Mara Alejandra Rodrguez Rodrguez
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.
Irene Margarita Carbonell Betancourt
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
III.3.2 Comparacin de la deformada del viaducto con arco
biarticulado y triarticulado por efecto de una carga distribuida a
lo largo del tablero hasta llegar a la clave del
arco...111
III.3.3 Comparacin de la deformada del viaducto con arco
biarticulado y triarticulado por efecto de una carga
uniformemente distribuida a lo largo del tablero...114
III.3.4 Comparacin de la deformada del viaducto con arco
biarticulado y triarticulado por efecto del deplazamiento de uno
de sus estribos...117
III.3.5 Comparacin de la deformada del viaducto con arco
biarticulado y triarticulado por presencia de la carga de
viento....121
III.3.6 Comparacin de la deformada del viaducto con arco
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
conducta estructural utilizando SAP2000
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.
Figura 2. Fuente: Advanced reinforced concrete. Dunham
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
Figura 3. Fuente: Advanced reinforced concrete. Dunham
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.
Figura 4. Fuente: Advanced reinforced concrete. Dunham
Figura 5. Fuente: Advanced reinforced concrete. Dunham
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.
Figura 7. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich
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.
Figura 8. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich
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.
Figura 9. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich
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.
Figura 10. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich
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.
Figura 12. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich
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.
Figura 13. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich
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.
Figura 14. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich
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.
Figura 15. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich
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.
Figura 17. Fuente: Simulacin en SAP2000
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.
Figura 18. Fuente: Simulacin en SAP2000
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.
Figura 19. Fuente: Simulacin en SAP2000
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.
Figura 20. Fuente: Simulacin en SAP2000
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.
Figura 21. Fuente: Simulacin en SAP2000
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.
Figura 22. Fuente: Simulacin en SAP2000
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.
Figura 23. Fuente: Simulacin en SAP2000
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.
Figura 24. Fuente: Prticos y arcos. Leontovich
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.
Figura 25. Fuente: Simulacin en SAP2000
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
Sitio Progresiva Rasante Terica Cota 1992 Delta Cota 1992
Ladera La Guaira 0 7,123 7,123 0
Estribo La Guaira 10,16 7,529 7,528 -0,1
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
Pilastra Caracas 262,62 17,628 17,549 -7,9
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.
Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo
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
Pilastra La Guaira 102,44 11,216 11,217 0,1
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
Pilastra Caracas 262,62 17,623 17,576 -4,7
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
Deformada vertical del tablero, acera aguas arriba
Tabla 4
Sitio Progresiva Rasante Terica Cota 1997 Delta Cota 1997
Ladera La Guaira 0 7,123 7,123 0
Estribo La Guaira 10,16 7,529 7,527 -0,2
11,79 7,595 7,598 0,3
26,32 8,176 8,179 0,3
40,89 8,759 8,763 0,4
Pilastra La Guaira 102,44 11,221 11,222 0,1
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
Pilastra Caracas 262,62 17,628 17,547 -8,1
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
Fuente: SISVALKO. Sistemas de Ingeniera y Computacin.
51
Medicin realizada en Septiembre de 1998.
Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo
Tabla 5
Sitio Progresiva Rasante Terica Cota 1998 Delta Cota 1998
Ladera La Guaira 0 7,118 7,115 -0,3
Estribo La Guaira 10,16 7,524 7,512 -1,2
11,79 7,59 7,585 -0,5
26,32 8,171 8,176 0,5
40,89 8,754 8,758 0,4
Pilastra La Guaira 102,44 11,216 11,217 0,1
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
Pilastra Caracas 262,62 17,623 17,577 -4,6
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
Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo
Tabla 6
Sitio Progresiva Rasante Terica Cota 1998 Delta Cota 1998
Ladera La Guaira 0 7,123 7,122 -0,1
Estribo La Guaira 10,16 7,529 7,526 -0,3
11,79 7,595 7,596 0,1
26,32 8,176 8,179 0,3
40,89 8,759 8,763 0,4
Pilastra La Guaira 102,44 11,221 11,222 0,1
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
Pilastra Caracas 262,62 17,628 17,545 -8,3
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
Progresiva Vs. Cota 1998
-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
Fuente: SISVALKO. Sistemas de Ingeniera y Computacin.
54
Medicin realizada en Marzo de 1999.
Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo
Tabla 7
Sitio Progresiva Rasante Terica Cota 1999 Delta Cota 1999
Ladera La Guaira 0 7,118 7,117 -0,1
Estribo La Guaira 10,16 7,524 7,516 -0,8
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
Pilastra Caracas 262,62 17,623 17,575 -4,8
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
Deformada vertical del tablero, acera aguas arriba
Tabla 8
Sitio Progresiva Rasante Terica Cota 1999 Delta Cota 1999
Ladera La Guaira 0 7,123 7,123 0
Estribo La Guaira 10,16 7,529 7,526 -0,3
11,79 7,595 7,591 -0,4
26,32 8,176 8,181 0,5
40,89 8,759 8,763 0,4
Pilastra La Guaira 102,44 11,221 11,224 0,3
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
Pilastra Caracas 262,62 17,628 17,543 -8,5
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
Progresiva Vs. Cota 1999
-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
Fuente: SISVALKO. Sistemas de Ingeniera y Computacin.
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
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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.
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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