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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
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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65
la estructura del viaducto, ya que a partir de esa fecha, los
semiarcos
trabajan independientemente y de forma articulada.
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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
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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
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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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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.
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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