Análisis de los estudios realizados sobre la patología ...repositorios.unimet.edu.ve/docs/16/TA145C37B4.pdf · II.3.1Conclusiones obtenidas del informe de evaluación neotectónica

UNIVERSIDAD METROPOLITANAFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

Análisis de los estudios realizados sobre la patología

estructural del Viaducto Nº 1 de la autopista Caracas-La

Guaira y simulación de su conducta estructural utilizando

SAP2000

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Irene Margarita Carbonell Betancourt

María Alejandra Rodríguez Rodríguez

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

sólo con propósitos identificativos y pueden ser marcas comerciales y/o

marcas comerciales registradas de sus respectivas compañías.

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

presente trabajo, con las únicas limitaciones que establece la legislación

vigente en materia de derecho de autor.

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

______________________________ Irene Margarita Carbonell Betancourt

______________________________ María Alejandra Rodríguez Rodríguez

APROBACIÓN

Considero que el Trabajo de Grado titulado

Análisis de los estudios realizados sobre la patología estructural del

Viaducto Nº 1 de la autopista Caracas-La Guaira y simulación de su

conducta estructural utilizando SAP2000

Elaborado por las ciudadanas



Para optar al título de

INGENIERO CIVIL

reúne los requisitos exigidos por la Escuela de Ingeniería Civil de la

Universidad Metropolitana, y tiene los méritos suficientes como para ser

sometido a la presentación y evaluación exhaustiva por parte del jurado

examinador que se designe.

En la ciudad de Caracas, a los___ días 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 día____________, con el propósito de evaluar el

Trabajo de Grado titulado

Análisis de los estudios realizados sobre la patología estructural del

Viaducto Nº 1 de la autopista Caracas-La Guaira y simulación de su


presentado por las ciudadanas



para optar al título de

INGENIERO CIVIL

emitimos el siguiente veredicto:

Reprobado_____ Aprobado_____ Notable _____ Sobresaliente_____

Observaciones:

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_________________ _________________ _________________

Jurado Jurado Jurado

AGREDICIMIENTOS

A nuestro tutor, Ing. Mario Paparoni por su dedicación consejo y colaboración

en todo momento.

Al Ing. Francisco D’Amico, nuestro asesor, por haber mostrado interés en

esta investigación y haber sido un gran apoyo en la elaboración de la

simulación.

Al Topógrafo Pascual De Leo por su valiosa colaboración y el gran aporte de

datos para el desarrollo de este trabajo.

DEDICATORIA

A mi papá, mi mamá y Cristina por toda su ayuda y comprensión.

A Javier, por ser siempre especial conmigo y estar ahí en los momentos más

difíciles.

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


DEDICATORIA

A mi papá y mi mamá, a quienes les debo todo

A Christian, por ser mi apoyo y motivación

A mi abue, a toda mi familia y a Yeyi

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

comprensión.

Ma. Alejandra Rodríguez Rodríguez

ÍNDICE DE CONTENIDOS

Lista de tablas …………………………………………………………..………….x

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

Resumen…………………………………………………………….....................xiii

Introducción………………………………………………………………………….1

Capítulo I. Marco teórico

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 parabólicos simétricos biarticulados,

según el caso de carga…...............................................................................10

I.4 Diagramas de momento para arcos parabólicos simétricos triarticulados,

según el caso de carga…...............................................................................17

I.5 Funcionamiento de SAP2000……………………………………………...…23

Capítulo II. Patología estructural del Viaducto Nº 1 de la Autopista Caracas-

La Guaira

II.1 Características estructurales del Viaducto Nº 1 de la Autopista Caracas-

La Guaira…………………………………………………………………………...24

II.2 Descripción del problema……………………………………………….……29

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

II.3.1Conclusiones obtenidas del informe de evaluación neotectónica

preliminar de la galería superior del estribo Caracas del Viaducto N°1

de la Autopista Caracas-La Guaira………………………………………34

II.4 Observaciones que evidencian la patología estructural del Viaducto

N°1…………………………………………………………………………………..38

II.4.1 Relación ∆ cota Vs. Progresiva……………………………………44

II.4.2 Principios considerados en la interpretación de las

observaciones…………...…………………………………………………57

II.5 Confirmación del funcionamiento del arco como triarticulado……………59

II.5.1 Relación 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 N°1…………………………………………………………………….…68

II.6.1 Solución propuesta por el Ing. Eduardo Arnal…………………...69

II.6.2 Solución propuesta por el Ing. Juan Otaola……………………...71

II.6.3 Solución propuesta por Mecánica Aceroton……………………..73

II.6.4 Solución propuesta por el Ing. Héctor Paredes………………….80

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

construcción de un terraplén……………………………………………..83

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

Quebrada Tacagua………………………………………………………..87

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

Nº 1 realizado por el Ing. Richard Goodman…………………………...90

II.6.8 Solución propuesta por el Ing. Rosendo Camargo……………...93

II.6.9 Solución propuesta por el Topógrafo Pascual De Leo………….96

Capítulo III. Simulación utilizando SAP2000

III.1 Simulación de la conducta estructural del Viaducto Nº 1 de la

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

III.2 El modelo…………………………………………………………….104

III.3 Interpretación de las deformadas obtenidas del análisis en

SAP2000 del modelo del viaducto……………………………………..107

III.3.1 Comparación de la deformada del viaducto con arco

biarticulado y triarticulado por peso propio…………………...108


biarticulado y triarticulado por efecto de una carga distribuida a

lo largo del tablero hasta llegar a la clave del

arco…………………………………………….…………………..111


biarticulado y triarticulado por efecto de una carga

uniformemente distribuida a lo largo del tablero……….……..114


biarticulado y triarticulado por efecto del deplazamiento de uno

de sus estribos……………………………….…………………..117


biarticulado y triarticulado por presencia de la carga de

viento…………………………………………………………..…..121


biarticulado y triarticulado por efecto de una carga

sísmica………………………………………...…………………..125

III.4 Cálculo de la excentricidad de la fuerza resultante en la sección

del arco……………………………………………………………………134

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

análisis en SAP2000 del modelo del viaducto………………………..141

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

modelo del viaducto……………………………………………………...152

Conclusiones..……………………………………………………………………177

Bibliografía………………………………………………………………………..

i

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

ii

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

iii

LISTA DE FIGURAS

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

iv

Figura 19. Carga uniformemente distribuida sobre todo el arco triarticulado. Pág. 19 Figura 20. Carga uniformemente distribuida sobre el cuarto central del arco triarticulado. Pág. 19 Figura 21. Carga puntual concentrada en la clave del arco triarticulado. Pág. 20 Figura 22. Dos cargas puntuales concentradas en el arco triarticulado Pág. 20 Figura 23.Tres cargas puntuales concentrada en el arco triarticulado. Pág. 21 Figura 24. Carga puntual concentrada sobre del arco triarticulado. Pág. 21 Figura 25.Desplazamiento horizontal de un apoyo del arco triarticulado. Pág. 22 Figura 26.Elementos del Viaducto N°1 de la autopista Caracas-La Guaira. Pág. 28 Figura 27.Condición normal del arco. Pág. 62 Figura 28.Acortamiento de la cuerda del arco y elevación de la clave. Pág. 63 Figura 29.Fase constructiva del proyecto de refuerzo del viaducto. Pág. 94 Figura 30.Detalle esquemático de los trabajos de la fase I del proyecto. Pág. 95 Figura 31. Deformada del viaducto con arco biarticulado por peso propio. Pág. 109 Figura 32. Deformada del viaducto con arco triarticulado por peso propio. Pág. 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. Pág. 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. Pág. 113 Figura 35. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero. Pág. 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. Pág. 116 Figura 37. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos. Pág. 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. Pág. 120 Figura 39. Deformada de las vigas del tablero sometidas a la carga del viento. Pág. 123 Figura 40. Tablero sometidas a la carga del viento. Pág. 124 Figura 41. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pág. 126 Figura 42. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pág. 127 Figura 43. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pág. 128 Figura 44. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pág. 129 Figura 45. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pág. 130

vi

Figura 46. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pág. 131 Figura 47. Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pág. 132 Figura 48. Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 60% de su peso distribuida en el tablero hacia arriba. Pág. 133 Figura 49. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco biarticulado por peso propio. Pág. 143 Figura 50. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco triarticulado por peso propio. Pág. 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. Pág. 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. Pág. 146 Figura 53. Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero. Pág. 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. Pág. 148 Figura 55 Diagrama de fuerza axial del viaducto con arco biarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos. Pág. 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. Pág. 150 Figura 57. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por peso propio. Pág. 157

vii

Figura 58. Diagrama de momentos del viaducto con arco triarticulado por peso propio. Pág. 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. Pág. 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. Pág. 160 Figura 61. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero. Pág. 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. Pág. 162 Figura 63. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos. Pág. 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. Pág. 164 Figura 65. Diagrama de momentos por efecto de la aplicación de la carga de viento al viaducto con arco biarticulado. Pág. 165 Figura 66. Diagrama de momentos por efecto de la aplicación de la carga de viento al viaducto con arco triarticulado. Pág. 166 Figura 67. Diagrama de momentos al aplicar una fuerza que produce una separación de la clave del arco biarticulado. Pág. 167 Figura 68. Diagrama de momentos al aplicar una fuerza que produce una separación de la clave del arco triarticulado. Pág. 168 Figura 69. Diagrama de momentos del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 20% de su peso distribuida en el tablero hacia abajo. Pág. 169

viii

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

ix

RESUMEN

Análisis de los estudios realizados sobre la patología estructural del Viaducto Nº 1 de la autopista Caracas-La Guaira y simulación de su


Autores: Irene Margarita Carbonell Betancourt María Alejandra Rodríguez Rodríguez Tutor: Ing. Mario Paparoni

Caracas; Agosto de 2003 El objetivo de este trabajo es hacer una recopilación y análisis de la información referente a la patología estructural que presenta el Viaducto Nº 1 de la autopista Caracas-La Guaira, cuyo conocimiento e interpretación resulta una pieza fundamental en los estudios preliminares requeridos en la formulación de nuevas propuestas para el rescate del Viaducto. Además contiene una la simulación de la conducta estructural del Viaducto Nº 1 utilizando SAP2000, El trabajo consta de tres capítulos: El primero es el marco teórico y explica el funcionamiento del arco, pues es éste el principal elemento estructural del Viaducto. Luego se presenta un segundo capítulo dedicado a la patología estructural; contiene las características estructurales del Viaducto y la función que cumple cada uno de sus elementos, la descripción del problema, sus causas y efectos. También incluye las observaciones que han evidenciado la patología estructural, las deducciones que se han realizado en relación a dichas observaciones y las mediciones topográficas realizadas al Viaducto en las cuales se basan algunas gráficas que reflejan su proceso de deformación. El tercer y último capítulo se refiere a la simulación de la conducta estructural del Viaducto Nº 1 de la autopista Caracas-La Guaira utilizando SAP2000. Primero, se presentan las consideraciones para la elaboración del modelo, luego, se incluyen los gráficos de deformada, diagramas de fuerza axial y momentos obtenidos del SAP2000 y su interpretación. El modelo permite visualizar con facilidad la respuesta estructural del Viaducto bajo diversas condiciones y sin necesidad de entrar en cálculos refinados, permite conocer el patrón de su conducta.

1

INTRODUCCIÓN

La problemática relacionada con la avanzada e inminente patología

estructural que presenta el Viaducto Nº 1 situado en la Autopista Caracas-La

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

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

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

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

la búsqueda de soluciones que permitan la prolongación de la vida de esta

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

mantenimiento y atención que demanda, ha prestado servicio durante 50

años, cumpliendo así la misión para la cual fue concebida y construida.

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

La existencia del Viaducto permite la conexión 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 país.

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 recopilación de toda la información

referente a la problemática del Viaducto Nº 1 que, hasta ahora, había estado

dispersa y por lo tanto no había podido ser utilizada al máximo para los

estudios preeliminares que se requieren para la formulación de nuevas

propuestas para el rescate del Viaducto. Esta recopilación permitirá al lector

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

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

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

estructura.

El primer capítulo contiene el marco teórico, en el que se explica el

funcionamiento del arco presentando la distribución de los momentos que se

producen como consecuencia de diversos de carga cuando el arco está

biarticulado y triarticulado. Es importante comprender el comportamiento del

arco, pues es éste el principal elemento estructural del Viaducto Nº 1.

El segundo capítulo se refiere a la patología estructural del Viaducto.

Contiene sus características estructurales y la función que cumple cada uno

de sus elementos. Luego presenta la descripción del problema así como sus

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

patología estructural y las deducciones que se han realizado entorno a

dichas observaciones considerando algunos principios que también han sido

3

incluidos en éste capítulo. Las observaciones están respaldadas por las

mediciones topográficas realizadas al viaducto y algunas gráficas que

reflejan su proceso de deformación. Se presenta además el trabajo del

topógrafo Pascual De Leo, quien partiendo de las mediciones topográficas,

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

cual explica el cambio que experimentó su conducta estructural. Por último,

en éste capítulo, se presenta el contenido de las soluciones propuestas por

diversos ingenieros para el rescate de la estructura del Viaducto Nº 1.

El tercer y último capítulo se refiere a la simulación de la conducta estructural

del Viaducto Nº 1 de la autopista Caracas-La Guaira utilizando SAP2000.

Primero se presentan las consideraciones para la elaboración del modelo en

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

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

deformada y diagramas de momento obtenidos del SAP2000 con su

respectiva interpretación. El modelo fue ensayado para diferentes casos de

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

clave; los resultados obtenidos fueron comparados para observar la variación

en el comportamiento estructural que experimenta el Viaducto a

consecuencia de la aparición de una nueva articulación en su clave.

4

El modelo permite visualizar con facilidad la respuesta estructural del

Viaducto bajo diversas condiciones y sin necesidad de entrar en cálculos

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

indispensable al momento de concebir una solución efectiva en pro del

rescate de su estructura.

La construcción de una obra de la envergadura y calidad del Viaducto Nº 1

de la autopista Caracas-La Guaira, hoy en día, resulta prácticamente inviable

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

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

estructura fue construida. Además los métodos constructivos han variado con

el fin de optimizar tiempo y dinero, por esa razón, difícilmente se diseñan

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

majestuosidad Viaducto Nº 1.

El déficit de atención prestada al deterioro de la estructura del Viaducto Nº 1,

es pues, la razón fundamental que motiva la realización de éste trabajo de

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

su patología estructural creando un modelo que refleje su comportamiento de

manera global.

5

EL ARCO COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL

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

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

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

utilizado para las estructuras rígidas aunque existen algunas variaciones en

los métodos que se utilizan.

Los arcos pueden tener los extremos empotrados o articulados en el

comienzo del estribo. Dependiendo de cómo estos sean reciben diferentes

nombres, a continuación se presentan diferentes tipos de arcos:

• Ambos extremos están empotrados y el arco es continuo se le

llama sin articulación.

• Ambos extremos están 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 acción fundamental de un arco

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

continuación:

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

profundidades variables en la sección 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: Reacción vertical en el empotramiento A.

• Rb: Reacción vertical en el empotramiento B.

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

está levemente curveada y los apoyos A y B están rotados. La proyección

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 también tiende a

enderezarse causando así presiones horizontales en A y B conjuntamente

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

longitudinal de compresión que no existía antes. Si la curvatura es muy

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

una viga elemental.


3. Ahora la elevación del punto C es mucho mayor, así como se muestra en

la figura 3, adquiriendo así el empuje horizontal importancia. Entonces, ésta

estructura puede ser llamada ARCO.

8


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

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

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

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

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

sección transversal se diseña para que resista a la compresión a diferencia

de una viga ordinaria la cual se diseña 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 flexión mientras que la fuerza del arco,

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

compresión. Las líneas punteadas muestran la deformación de ambas

estructuras.



10

Diagramas de momentos para arcos parabólicos simétricos con dos

articulaciones, según el caso de carga.

A continuación se muestran una serie de diagramas de momentos para

diferentes casos de cargas para arcos parabólicos simétricos con dos

articulaciones.

1. Carga vertical uniformemente distribuida sobre tres octavos del

arco.

Figura 6. Fuente: Pórticos 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 ahí es negativo.

11

2. Carga vertical uniformemente distribuida sobre la mitad izquierda del

arco.


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

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

hasta la mitad y a partir de ahí es negativo.

3. Carga vertical uniformemente distribuida sobre cinco octavos del

arco.


12

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

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

de ahí momento negativo.

4. Carga vertical uniforme distribuida sobre todo el arco.


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

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

cero.

13

5. Carga vertical uniformemente distribuida sobre el cuarto central del

arco.


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

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

se aplicó la carga.

6. Carga puntual concentrada en la clave del arco.

Figura 11.Fuente: Pórticos y arcos. Leontovich

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

clave produce momento positivo en forma de pico.

14

7. Dos cargas puntuales concentradas en el arco.


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

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

pequeño en la clave del arco.

8. Tres cargas puntuales concentradas sobre el arco.


15

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

forma de pico donde se encuentran aplicadas las cargas verticales.

9. Carga puntual concentrada sobre el arco.


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

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

momento positivo.

10. Desplazamiento horizontal de un apoyo.


16

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

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

arco.

17

Diagramas de momentos para arcos parabólicos simétricos con tres

articulaciones, según el caso de carga.

Los gráficos de diagramas de momentos presentados a continuación se

realizaron utilizando el programa SAP2000. Dichas simulaciones fueron

elaboradas según el caso de carga correspondiente.

1. Carga vertical uniformemente distribuida sobre tres octavos del

arco.

Figura 16. Fuente: Simulación 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 allí es negativo. Es

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

aplicó la carga.

18

2. Carga vertical uniformemente distribuida sobre la mitad izquierda del

arco.


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

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

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

existe momento en la clave del arco.

3. Carga vertical uniformemente distribuida sobre cinco octavos del

arco.


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

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

19

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

existe momento en la clave.

4. Carga vertical uniforme distribuida sobre todo el arco.


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

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

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

y terminan en cero y así están distribuidos a lo largo de todo el arco. Para

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

5. Carga vertical uniformemente distribuida sobre el cuarto central del

arco.


20

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

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

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

donde se aplicó la carga el momento es positivo y relativamente pequeño

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

clave también es cero.

6. Carga puntual concentrada en la clave del arco.


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

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

cero.

7. Dos cargas puntuales concentradas en el arco.


21

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

de donde se aplicó la carga puntual, a partir de ahí un momento positivo que

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

donde se le aplicó la otra carga puntual y después otro momento negativo

hasta el final del arco.

8. Tres cargas puntuales concentradas sobre el arco.


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

exceptuando la clave en donde el momento es cero.

9. Carga puntual concentrada sobre el arco.


22

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

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

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

10. Desplazamiento horizontal de un apoyo.


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

momento es cero.

23

Funcionamiento del programa SAP2000 ®

SAP2000 es un programa computarizado que sirve de ayuda para analizar

estructuras lo que sus siglas en inglés 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

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

usuario. Este programa contiene módulos que se pueden utilizar para diseñar

tanto estructuras de acero como estructuras de concreto armado.

El programa provee un ambiente interactivo en donde el usuario puede

estudiar las condiciones de tensión, realizar cambios apropiados, como

cambio en el tamaño de los miembros, revisión del tamaño y actualizar el

diseño sin tener que reanalizar la estructura.

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

SAP2000, se contó con la ayuda del Ing. Francisco D’Amico, quien posee

altos conocimientos del programa.

24

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DEL VIADUCTO Nº 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

concepción y asesoría del eminente profesor Eugene Freyssinet. El objetivo

de esta construcción fue crear una vía que permitiese la comunicación entre

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

Aeropuerto Internacional Simón Bolívar y el principal puerto del país. Su

construcción que fue realizada por la misma empresa, se llevó a cabo entre

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

más importante viaducto de arco del mundo. Aún hoy, 40 años después, los

conceptos y métodos constructivos lo hacen una obra de ingeniería de

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

latinoamericana.

La estructura del Viaducto Nº 1 de la Autopista Caracas-La Guaira fue

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

gran arco central que es, por cierto, aún 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 péndulas

25

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

arco, como bielas biarticuladas que transmiten, prácticamente, sólo cargas

verticales a cada arco.

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

sí, 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. Además de las inherentes al vaciado, hay también una junta

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

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

arco, lo cual implica que existía una provisión destinada a desplazar la

posición de la fuerza resultante aplicada en la clave y así 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 éste se encuentre totalmente

comprimido.

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

fundación directa en forma de cajón. La fundación 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, está

monolíticamente unido a los arcos en la clave, se apoya también en las

péndulas ó estacadas que parten de los arcos, y en las péndulas 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 intención de

hacer del tablero un elemento continuo, esto sólo se logró para las acciones

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

piezas prefabricadas inherentemente discontinuas.

En cada fundación 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, está dividido en tres tramos, apoyándose 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 tríos 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 péndulas o bielas están fundadas sobre

pilas cortas inclinadas normales a la ladera, unidos a la fundación 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 tríos 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 más cercanas a las del arco

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

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

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

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

de la clave del arco.

28

Elementos del Viaducto Nº 1 de la Autopista Caracas-La Guaira

Figura 26. Fuente: Ing. Salvador Pulido

29

PATOLOGÍA ESTRUCTURAL DEL VIADUCTO

Descripción del problema

El resumen informativo del Viaducto N°1 de la autopista Caracas-La Guaira,

presentado por W.S. Asesoramientos Técnicos de Ingeniería al Ministerio de

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

N°1 a partir del año 1987.

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

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

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

causa de dicha protuberancia. Luego de realizar la inspección se determinó

que existía rotación en la biela de apoyo, y que se estaban desarrollando

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

aprovechó la oportunidad para verificar agrietamientos y deformaciones entre

las vigas de riostra que enlazan las fundaciones de las péndulas 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

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

obras de estabilización, instalación de un control topográfico (geodésico),

30

que permitieran determinar las deformaciones y desplazamientos en los

elementos estructurales. También se deciden realizar estudios geológicos y

geotécnicos, 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 fundación común para

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

mismo lado. Esto produce un movimiento horizontal en la fundación común

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.

Además de las acciones tomadas por el M.T.C durantes los años de 1987 y

1989, se crea una Comisión Presidencial de Alto Nivel Técnico, que se

conformó por ingenieros con diversas especialidades, los cuales se

dedicaron a estudiar la problemática 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 comisión cuantificó el volumen de la masa en

movimiento, el cual se estimó en unos seis millones de metros cúbicos, cuyo

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

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

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

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

seguimiento a la velocidad, a través de instrumentos de medición y control se

determinó 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 año 1997, fecha en la cual W.S. Asesoramientos Técnicos de

Ingeniería presenta el informe, se determinó que el movimiento se mantuvo,

y continuó 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

deformación de la estructura, un posible sismo podría introducir una

solicitación dinámica 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 podría ocasionar el colapso súbito de la

estructura o de parte de ella.

Causas y efectos del problema

Según el informe de estructuras presentado por los ingenieros Pedro

Anselmi Cruz y Héctor Paredes al Ministerio de Transporte y

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

causas fundamentales de los problemas presentados por el Viaducto N°1

Caracas-La Guaira.

De acuerdo a las observaciones efectuadas hasta la fecha, existían

suficientes indicios para confirmar la existencia de movimientos tectónicos

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

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

parte, la cual varía 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 fundación

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

inyecciones de concreto realizadas en la zona, bajó considerablemente hasta

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

33

finales de 1988, que hipotéticamente le daría al viaducto una vida útil mayor

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

La saturación del terreno circundante a la Ladera Sur del viaducto N°1, por

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

inadecuada recolección de aguas superficiales, pudo perturbar la condición

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 tracción de la biela de apoyo, hecho este que dió origen a las

investigaciones actuales sobre el comportamiento del Viaducto N°1.

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 interacción Suelo-Estructura.

34

Siendo la causa fundamental de la patología estructural del Viaducto Nº 1, de

orígen geotectónico, se considera pertinente presentar el resultado de un

estudio basado en observaciones geológicas cuyas conclusiones se incluyen

a continuación.

Conclusiones obtenidas del informe de evaluación neotectónica

preliminar de la galería superior del estribo Caracas del Viaducto N°1 de

la Autopista Caracas-La Guaira.

Estas conclusiones fueron realizadas a partir de una serie de observaciones

geológicas en la galería superior del estribo norte del Viaducto N°1 de la

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

Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS).

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

RDS y W.S. Asesoramientos técnicos, debido a la problemática geológica

que afecta al Viaducto N°1 y también para solicitar una experticia

neotectónica del mismo. La información suministrada en el informe proviene

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

zonas circundantes, durante el año de 1993.

A continuación se presentan las conclusiones obtenidas por FUNVISIS:

35

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

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

coluvión al Holoceno-Pleistoceno superior. Ensayos de datación absoluta por

medio de análisis radiocarbónicos, parecen factibles en el material afectado

por el deslizamiento.

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

centimétrico, afectan al sector de la galería ocupado por la brecha tectónica.

Dichos planos, de origen tectónico, se orientan preferencialmente en

dirección 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 microtectónicas efectuadas en los planos de falla:

• Sugieren que la brecha tectónica puede estar asociada al sistema de

fallas de dirección 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 tectónicos observados en los planos de falla,

36

corresponden a los tensores de esfuerzos plio-cuaternarios obtenidos

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

metamórficas como en secuencias sedimentarias plio-cuaternarias.

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

aflora en la galería superior está asociada con una falla que puede

haber estado tectónicamente activa durante el plio-cuaternario, es

decir en el lapso correspondiente a la vigencia del último régimen de

deformación cortical evidenciado en la Cordillera de la Costa entre

cinco millones de años y el presente.

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

como de los planos estriados observados en la brecha tectónica así como el

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

deslizamiento de la brecha tectónica en forma planar o por cuñas a lo largo

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

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

la brecha tectónica es factible.

De hecho, la brecha tectónica presenta numerosos indicios de estar

sometida a tracción (cavidades rellenadas por materiales de colapso,

contactos anómalos entre bloques foliados, oquedades rellenadas por

lechadas durante las operaciones de inyección para la colocación de

37

anclajes).

4) El macizo rocoso, caracterizado por una foliación de dirección NE-SO y

buzamiento suave a moderado hacia el Norte, presenta una inestabilidad

potencial muy alta. La foliación de dicho macizo es capaz por sí sola de

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

la ladera. Adicionalmente son numerosas las cuñas potencialmente

inestables controladas por la foliación y las diaclasas.

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

galería correspondiente al material coluvial, y de una brecha tectónica

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

la problemática de la inestabilidad del estribo Caracas del Viaducto N° 1 es

compleja y no responde a un deslizamiento único de mecanismo sencillo

(rotacional, planar, en cuña, etc.).

38

Observaciones que evidencian la patología estructural del Viaducto Nº 1

Según 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 continuación los

hechos observados o deducidos de observaciones a raíz de la problemática

presentada por el Viaducto N°1 Caracas-La Guaira.

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

estuvo abierta, en donde se colocaron durante la construcción cuñas 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 través de dicha junta vertical,

y que los semiarcos terminados fueron una vez movidos relativamente entre

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

2. El arco derecho (bajando), el único 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 está sometida a una compresión excéntrica, y

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

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

39

visibles con ayuda del telescopio. Esas grietas tienen dentelladuras típicas

de las grietas tensionales, no presentes en las grietas típicas de retracción.

Las grietas observadas denotan también un despegue local entre la pared

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

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

inferior de la caja del arco, al bajar de posición 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 excéntricas que actuaron un cierto tiempo sobre el

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

lado de ese arco.

También podrían 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 desvinculación 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 acción

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

arcos.

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

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

los extremos, y además está ligeramente torcido según 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 sufrió o sufre tensiones

de tracción 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 rígida y resistente en dirección transversal al eje del tablero,

podía y puede generar un momento flector considerable sobre el tablero

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

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

considerable.

41

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

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

aproximación que pueda hacerse postulando unas ciertas tensiones de

agrietamiento coherentes con el agrietamiento observado. Una vez en

posesión de esos valores sería posible hacerlo, pero tomando en cuenta el

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

cuales podrían haber acotado el valor del momento global estimable.

Tampoco existe una explicación de la existencia de una deformada horizontal

del tablero prácticamente simétrica respecto a la clave, aunque algunas de

las señales de asimetría presentes en las curvas indican la presencia de una

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

Caracas.

Se ha observado un incremento en las deflexiones horizontales que podrían

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

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

en forma de agrietamientos longitudinales y quizá transversales de las

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

pavimento asfáltico.

42

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

superpuestas, debidas a la pérdida de rigidez al corte del tablero si éste tiene

agrietamientos longitudinales en el lado Caracas el más dañado en esta

forma.

4. La base común 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 posición probable de la articulación prefabricada

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

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

la soportan, invisibles ante una inspección visual. El diseñador debió hacer la

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

soportan.

Aparentemente la única evidencia argumentable que indique que alguno de

los pilotes ya falló ha sido una perforación 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 artículos históricos

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

sin especificar si había o no armadura. Dado que Freyssinet no solía colocar

acero no justificable por cálculo, como de hecho lo creían y practicaban los

maestros del pretensado de entonces.

43

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

misma, hay una grieta horizontal que señala donde cedió el acero de la pila

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

acotados, al menos a flexión.

No se puede aún afirmar con certidumbre qué ha pasado con sus pilotes de

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

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

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

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

tanto poder decir ciertamente que las acciones deformantes provienen de

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

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

menos que el estribo Caracas.

44

Relación entre la deformada vertical del tablero y su progresiva

correspondiente

Estos valores fueron tomados del informe realizado por la compañía

SISVALKO, Sistemas de Ingeniería y Computación 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 gráficos que se encuentran a continuación son una comparación entre la

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

contra la progresiva, dichos gráficos fueron realizados según datos

obtenidos anualmente.

La finalidad de estos gráficos es observar la torsión que existe en el tablero.

Esta se observa claramente al superponer los gráficos del tablero aguas

abajo y aguas arriba en donde ambos gráficos no coincidan es ahí donde se

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

tablero correspondiente al lado Caracas, en donde se presenta el

desplazamiento.

A continuación se muestran los valores de las deformadas verticales del

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

45

correspondientes.

Medición realizada en Diciembre de 1992.

Deformada vertical del tablero, acera aguas abajo

Tabla 1

Sitio Progresiva Rasante Teórica Cota 1992 Delta Cota 1992

Ladera La Guaira 0 7,118 7,118 0

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

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

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

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

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

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

119.77 11,909 11,961 5,2

133,13 12,44 12,53 9

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

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

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

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

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

294,55 18,9 18,81 -9

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

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

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

46

Deformada vertical del tablero, acera aguas arriba

Tabla 2




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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

280,01 18,323 18,213 -11

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

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

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

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

47

Progresiva Vs. Cota, 1992

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 10 20

Progresiva

Del

ta C

ota

1992

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

Fuente: SISVALKO. Sistemas de Ingeniería y Computación.

48

Medición realizada en Octubre 1997.


Tabla 3

Sitio Progresiva Rasante Teórica Cota1997 Delta Cota 1997

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

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

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

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

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


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

119.77 11,909 11,975 6,6

133,13 12,44 12,56 12

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

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


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

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

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

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

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

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

49


Tabla 4




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

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

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


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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

50

Progresiva Vs. Cota 1997

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 10 20

Progresiva

Del

ta C

ota

1997 Progresiva Vs.

Cota, Aceraaguas abajoProgresiva Vs.Cota, Aceraaguas arriba


51

Medición realizada en Septiembre de 1998.


Tabla 5




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

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

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


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

119.77 11,909 11,977 6,8

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

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

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


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

280,01 18,318 18,238 -8

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

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

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

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

52


Tabla 6




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

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

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


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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

53


-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 10 20

Progresiva

Del

ta c

ota

1998 Progresiva Vs.

Cota, Aceraaguas abajoProgresiva Vs.Cota, Aceraaguas arriba


54

Medición realizada en Marzo de 1999.


Tabla 7




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

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

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

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

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

119.77 11,909 11,978 6,9

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

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

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


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

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

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

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

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

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

55


Tabla 8




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

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

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


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

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

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

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

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


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

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

294,55 18,905 18,775 -13

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

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

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

56


-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 10 20

Progresiva

Del

ta C

ota

1999 Progresiva Vs.

Cota, aceraaguas abajoProgresiva Vs.Cota, aceraaguas arriba


57

Principios considerados en la interpretación 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 sería de mucho

interés, excepto para otros propósitos, el saber exactamente donde está

cada parte, interesa mucho más determinar cuáles han sido sus cambios de

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

de la forma estructural original, tendrían sólo valor para juicios globales, es

decir indicarían la presencia de una perturbación en gran escala del terreno

subyacente, la cual podría eventualmente no implicar daños estructurales en

el viaducto mismo.

2. El Puente probablemente no fue diseñado para movimientos

excepcionales del estribo, ni para acortamientos cordales del arco.

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

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

estén dentro de su núcleo central.

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

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

compresiones toda la sección de la clave. También se puede considerar la

58

biarticulación del arco en presencia de fuerzas eólicas 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

podría no estar biarticulado, pues no estaría 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 ésta comportarse, para éstas solicitaciones excepcionales, de

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

proyecto estático.

59

CONFIRMACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL ARCO COMO

TRIARTICULADO

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

durante varios años las múltiples mediciones del Viaducto Nº 1, realizando

triangulaciones, nivelaciones y mediciones con elongámetros, ha observado

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

deformación que ésta ha producido en estructura. La interpretación de las

mediciones, llevó a De Leo a formular la hipótesis de una posible articulación

que pudiese estar presentándose en la clave del arco, lo cual implicaría que

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

considerado en su diseño.

El estudio realizado a partir de los datos topográficos, se basa en la relación

que existe entre la información planimetría con la altimétrica, es decir, la

relación entre el acortamiento del arco y la elevación 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 visualización de un modelo de

comportamiento estructural del Viaducto, lo cual es fundamental para el

alcance de los objetivos de este trabajo.

A continuación se presenta el contenido de la investigación realizada por De

60

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

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

hipótesis, se desprendería de ello la conclusión de que los dos semiarcos

estarían trabajando de manera aislada.

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

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

mediciones sobre el plano horizontal y el plano vertical que permitieran

observar la curvatura en dichos planos. El estudio se basó, además, en una

recopilación de información de las mediciones realizadas, por la empresa

Tranarg desde el 1987 hasta el 1993.

Para esta investigación fue utilizada la información planimétrica que refleja el

desplazamiento horizontal y la información altimétrica que evidencia el

levantamiento de la clave. La integración de datos altimétricos y

planimétricos permitieron establecer relación existe entre el acortamiento de

la cuerda debida a la disminución 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

fundación 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 ésta permanece estática.

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

realizó el tablero, sobre una línea que tenia una pendiente de proyecto del

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

recta teórica, 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 interferiría en el cálculo de la flecha.

Para efectos de ésta investigación, se parte del principio de suponer los dos

semiarcos como cuerpos independientes o figuras aisladas y que lo único

que tienen en común es que se tocan en sus vértices. Sin embargo el arco

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

desprende de la inexistencia de un nodo o articulación 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 relación entre el

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

62

siguiente:

“Si hacemos tocar dos triángulos 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 función de la relación de los catetos. Así

que a diferentes triángulos, le corresponderán diferentes coeficientes”.

Los coeficientes correspondientes al caso del Viaducto Nº 1 se hallan a

continuación:

Figura 27. Condición normal del arco

80 * Tan 24,227º = 36,00 m

63

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

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

Elevación 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 articulación en el centro,

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

centro, su comportamiento ha sido una combinación.

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

64

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

justificado la articulación 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 relación, pasó en solo un año (1994) de 1,09 a 5,00 luego 0,67 a

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

(de 0,62 a 3,00)”.

De la notable variación en el tiempo de los coeficientes, se desprendió la

siguiente conclusión:

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 permitía que se moviera a la relación lógica de

1,10. Esto fué hasta al año1993. Luego, en el año 1994, se superó ese

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

1,09 a 5,00.

El viaducto se articuló y disipó todas las cargas comprimidas que tenía y

probablemente se esta comportando al 1.10, pero articulado.

Esta investigación confirma, que la deformación del viaducto que sucedió,

aproximadamente, en el año 1994, provocó 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

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

A continuación se encuentra el gráfico que muestra la relación existente

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

valores fueron medidos por el topógrafo Pascual De Leo y fueron

presentados en un trabajo especial para la Universidad Católica Andrés

Bello, titulado ¿ Está o no articulado el viaducto N°1 de la autopista Caracas-

La Guaira?. A continuación se presentan los valores:

Tabla 9

Relación 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

Relación ente la flecha y el acortamiento anual

0

1

2

3

4

5

6

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Fecha

Rel

ació

n Fl

echa

/Aco

rtam

ien

Fuente: Topógrafo Pascual De Leo

68

SOLUCIONES ESTRUCTURALES PROPUESTAS PARA EL RESCATE DE

LA ESTRUCTURA DEL VIADUCTO Nº 1

La estructura del Arco del Viaducto Nº 1, ha estado sometida a solicitaciones

anómalas que se consideran hasta los momentos, dentro del rango elástico

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 diseño de la estructura del viaducto, constituyen una

amenaza para su estabilidad.

La complejidad del problema no está dada sólo por la gravedad de sus

consecuencias a largo plazo, sino también por la variación impredecible de

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

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

deformación 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 sería 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 económico, social y estratégico, resulta imprescindible la

69

toma de una solución, con suficiente respaldo técnico, que garantice la

estabilidad definitiva de la estructura del viaducto. A continuación se

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

Viaducto Nº 1:

Solución propuesta por el Ing. Eduardo Arnal

En el año de 1988 el Ing. Eduardo Arnal dirige una comunicación al

Ministerio de Transporte y Comunicaciones, presentándole una Solución

Estructural para el Viaducto Nº1, que permita extender su vida útil. Esta

solución consiste en apoyar la calzada mediante traviesas y vigas maestras

metálicas en columnas verticales e inclinadas, tubulares y metálicas,

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

Tacagua sobre una roca sana.

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

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

terminado el soporte, propone cortar la rótula Sur del Arco, relevándolo de

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

Caracas sería construido de forma tal que permitiese ajustarse a los

movimientos.

70

La solución del Ingeniero Eduardo Arnal, fue sometida a la consideración de

la empresa JEAN MULLER INTERNACIONAL, los cuales consideraron que

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

tenían espacio físico para su colocación. Además estimaron que los

cordones cercanos a los soportes requerirían soldaduras especiales siendo

su ensamblaje y puesta en servicio una tarea de 4 años. Trabajo que según

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

tecnología Nacional.

Se consideró la solución del Ing. Eduardo Arnal como viable desde el punto

de vista Técnico, tomando en consideración que su idea fue plasmada en

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

el proyecto definitivo de cálculo y detalles constructivos. Sin embargo, una

solución de estas características, implicaría unas deformaciones en sus

elementos de Acero del orden de los 20 cms (valor calculado por el Ing.

Arnal); su influencia en el comportamiento constructivo debería ser estudiado

en la etapa de proyecto, en combinación con la transferencia de carga que

se produce una vez demolida la articulación existente.

A pesar de no haberse materializado, la propuesta del Ingeniero Eduardo

Arnal, indica un camino, es la posibilidad de obtener soluciones razonables,

sin caer en una actitud negativa de dar por condenada una estructura, que

71

podría ofrecer muchos años más de servicio.

Solución propuesta por el Ing. Juan Otaola

El Ingeniero Juan Otaola, en correspondencia dirigida a la Comisión

Presidencial de alto nivel técnico, en Marzo de 1990, propone una Solución

que había planteado en varias oportunidades al Colegio de Ingenieros y al

Ministerio de Transporte y Comunicaciones, y que dice textualmente:

"La solución estaría basada en una Losa de Concreto ligeramente curvada

en forma parabólica (radio no menor de 500 metros), que iría del apoyo del

Arco Sur (Caracas) a la Ladera Norte (La Guaira) de la montaña bajo el

viaducto y apoyada sobre un relleno inclinado. Esta losa se contrastaría para

poder corregir los valores teóricos con los datos reales"

De esta información, no suficientemente detallada, se dedujo que la losa

propuesta, es una estructura con una cuerda de aproximadamente 154

metros de longitud entre las dos fundaciones del Arco, como un elemento de

tranca que transmitiera la fuerza axial que produce las fundaciones del Lado

Caracas, al tratar de desplazarse por los efectos de la falla existente en la

Ladera Sur. Ello generaría componentes verticales y horizontales propias del

sentido y la dirección del elemento curvo (losa), y una componente

72

tangencial a lo largo de la losa cuya deformación tiende a empujar el relleno

inferior el cual, como todo cuerpo deformable (dependería del relleno a ser

utilizado) tiende a comprimirse en búsqueda del equilibrio de esfuerzo, lo que

conduce a un desplazamiento horizontal de la fundación Sur del arco,

inevitable e indeseable.

De lo anteriormente expuesto, se desprenden varias conclusiones:

1. La Losa curva, para que desarrolle su acción pasiva, dependerá de la

retracción del concreto, hecho este que pudiese solucionarse en parte,

con la ubicación de gatos entre las fundaciones del arco y la losa; sin

embargo no solucionaría el efecto de fluencia lenta del concreto.

2. Tal y como esta concebida la solución de la losa curva, es decir

paralela al sentido del Arco, no soluciona la componente de fuerza

provocada por el deslizamiento de la Ladera Sur (40 grados con el eje

del viaducto), es decir, no sería efectiva contra el desplazamiento

transversal del Viaducto.

3. La compresibilidad del relleno hasta lograr el equilibrio, generaría un

desplazamiento no deseable en la fundación Sur del Arco del

Viaducto.

73

4. La componente vertical de levantamiento sobre las fundaciones del

arco, una vez que empiece a trabajar axialmente la losa (rígida), por el

empuje desarrollado por la Ladera, pudiese superar las cargas verticales

propias del viaducto, y cuyo plazo en tiempo dependería del empuje

anteriormente descrito no cuantificable por lo impredecible del

deslizamiento de la Ladera Sur.

Solución propuesta por la Empresa Mecánica Aceroton C.A

En Febrero de 1990, la Empresa Mecánica Aceroton C.A, presentó un

Estudio de reparación del Viaducto Nº1, al Ministerio de Transporte y

Comunicaciones, en nombre de la empresa FREYSSINET preparado por el

profesor Roger Lacroix. Por los conceptos emitidos y la importancia del

mismo, lo transcribimos a continuación:

Generalidades:

"El principio general es de colocar la mitad del viaducto (lado Caracas) sobre

apoyos deslizantes, quiere decir el estribo, las dos pilas en el tramo de

acceso y la pila principal. Una vez en sus apoyos deslizantes el viaducto,

será periódicamente realineado por medio de gatos hidráulicos. Esta

periodicidad estará en función de la velocidad del desplazamiento del terreno

74

y de las deformaciones que pueda aceptar el viaducto.

El recorrido del deslizamiento a prever, es función de la velocidad de

desplazamiento del terreno y de la duración de vida futura estimada del

viaducto.

La estabilidad al viento del viaducto está asegurada por el tablero, que

funciona como una viga horizontal; el estribo, una vez puesto sobre sus

apoyos deslizantes tendrá que tener un tope lateral.

La colocación de los apoyos deslizantes del estribo y de las dos pilas del

tramo de acceso, no esta explicada en el estudio, ya que de hecho se

considera mucho más sencilla que la colocación de la pila principal sobre sus

apoyos deslizantes.

La secuencia de los trabajos tendrá que ser del estribo hacia la pila

principal".

Pila Principal: Hipótesis

"Esfuerzos verticales: 3.600 tons. En los 4 pilotes lado del valle y 3.450 tons

en los 3 pilotes del lado talud. Esfuerzos inclinados 5.400 tons. en los 3

75

pilotes inclinados y 6.370 tons en las articulaciones del eje o arco.

La toma de los empujes horizontales del arco se hará por medio de tres

tirantes compuestos por torones galvanizados y protegidos, que trabajarán el

40% de la ruptura. El empuje vertical sobrecarga los pilotes verticales en

aproximadamente un 38%. Hay que considerar también que los pilotes del

lado talud se sobrecargarán durante el deslizamiento debido a que la carga

se va descentrando durante el deslizamiento, por esto se ha previsto duplicar

el número de pilotes .

Los apoyos deslizantes han sido previstos con un recorrido de 500 mm. y

según la dirección promedio del movimiento actual del desplazamiento (45

grados del eje del viaducto aproximadamente). Este recorrido puede ser

aumentado".

Trabajos requeridos por etapas:

1. Cortar las conexiones entre la fundación de la pila 9 del acceso y la

pila principal. Realizar los macizados donde se anclarán los tirantes

que tomarán los esfuerzos horizontales de los arcos. Perforación a

través del concreto existente antes de vaciar los macizados o

perforación de la totalidad, posterior al vaciado de estos mismos.

76

Realización de la parte exterior de los macizados con la incorporación

de las placas de apoyo de la cabeza de anclaje de los tirantes. Unión

de los elementos del macizado entre ellos por medio de barras de

pretensado y fijación de las mismas con resinas en las partes

antiguas.

2. Convertir el pedestal en monolítico: Unir los macizados de anclaje

entre ellos por medio de una viga pretensada colocada la parte baja

del pedestal del lado talud.

3. Perforación de agujeros pasantes a través de la parte superior de los

pilotes inclinados. Conservando las muestras de concreto de manera

de poder determinar posteriormente su módulo de elasticidad.

4. Excavación por debajo del pedestal y realización de 7 nuevos pilotes

similares a los pilotes existentes. Concretar un macizado soporte que

reposa sobre un material deformable y que no esta solidarizado a los

antiguos pilotes.

5. Colocar sobre el macizado soporte en los ejes de los nuevos pilotes,

unos suplementos de concreto que tendrán en su parte superior los

bloques de gatos planos. Colocar igualmente suplementos de

77

seguridad fabricados de bloques de concreto con chapas de acero por

encima.

6. Aplicar presión a los gatos planos hasta llegar a la carga teórica que

soporta el pedestal. Los gatos se alimentarán con tres grupos

separados de manera de no realizar una rótula hidráulica. Colocar

chapas de acero suplementarias en los suplementos de seguridad.

Cortar los antiguos pilotes entre el pedestal y el nuevo macizado de

soporte, y nivelar las superficies cortadas.

Nota: En caso de existir desplazamientos transversales en el momento del

corte de los antiguos pilotes y a pesar de que la estructura esta ligada a los

pilotes inclinados, habría que proceder a construir en la fase 3 los tacos

laterales previstos en la fase 7 de manera de bloquear lateralmente el

pedestal con relación al macizado de soporte a través de los ajustadores.

7. Colocar en la parte superior de los pilotes cortados y nivelados, unos

suplementos de concreto con bloques de gatos planos en la parte

superior. Aplicar presión a estos nuevos conjuntos de gatos planos de

manera de repartir lo mejor posible la carga entre los antiguos y

nuevos pilotes. Inyectar el espacio entre los antiguos pilotes y el

nuevo macizado de soporte.

78

8. Relajar la presión en los gatos planos de manera de dejar reposar el

pedestal sobre los suplementos de seguridad. Quitar todos los

bloques de los gatos planos y suplementos de concreto que lo

soportan. Colocar los sistemas de deslizamiento. Orientar las placas

de deslizamiento en la dirección del movimiento de la pila principal.

Concretar los topes laterales (si no fueran concretados en la fase 3,

ver nota de la fase 5). Colocar los ajustadores horizontales entre el

pedestal y los topes laterales. Colocar los extensiómetros en los

pilotes inclinados.

9. Poner en presión los gatos planos ubicados en los apoyos deslizantes

hasta que se despegue el pedestal de los suplementos de seguridad.

Los gatos se alimentarán con tres grupos independientes. Empezar a

colocar los torones de los tirantes (enfilaje y puesta en tensión torón

por torón). A medida que se tensan los torones se notará el alarga-

miento de los pilotes inclinados que resulta de su descompresión

(Extensiómetros) y el aumento de presión de los gatos planos. Cuando

todos los torones tengan la tensión teórica se comenzará a cortar el

pilote inclinado central. Después del corte se medirá la descompresión

total del pilote inclinado y se comparará al valor teórico. Se cortará de

la misma manera los otros pilotes inclinados.

79

10. Relajar la compresión en los gatos planos e inyectarlos con lechada

de cemento. Se procederá gato por gato. Se bloqueará los

ajustadores laterales, se colocará una tapa en los aclajes de tirantes.

Se construirá un muro en la periferia del macizado.

Reglaje:

Introducir gatos entre el pedestal y los topes laterales del macizado soporte.

Desenroscar los ajustadores laterales antagonistas y desplazar el pedestal

en relación al macizado soporte. Se procedería alternativamente entre los

dos ejes perpendiculares. Se colocaría si fuera necesario apoyos deslizantes

laterales. Se bloquearía de nuevo los ajustadores laterales.

Evaluación de la propuesta:

Apartando el posible costo y tiempo de ejecución de esta solución, se cree

que la reparación que propone la empresa Aceroton como representante de

la empresa Freyssinet en Venezuela, recuperaría al Viaducto su capacidad

de deformación elástica, y a la vez solucionaría los futuros movimientos del

terreno; sin embargo el espacio físico para la colocación de los pilotes

adicionales que se proponen es limitado, a la vez que se desconoce el

80

comportamiento real del pilotaje existente, el cual se encuentra fracturado.

Se consideró el replanteo esta solución en dos etapas muy bien definidas. La

primera de ellas, consiste en nuevas pilas, ubicadas laterales a la fundación

actual del arco Sur del Viaducto e implementando las mediciones adecuadas

de desplazamientos que los técnicos recomendasen; en caso de continuar

cediendo la nueva fundación, se implementaría la segunda etapa ya descrita

anteriormente, con los ajustes necesarios producto del cambios en la

secuencia del trabajo, y sobre un nuevo cabezal.

Solución propuesta por el Ing. Héctor Paredes

Basado en una idea original del año 1986 de una vía alterna a lo largo de la

quebrada Tacagua, que sustituya el tramo de la Autopista Caracas-La

Guaira, comprendido desde el Km. 0+750 de la autopista hasta el estribo

Caracas, por efecto de las fallas geológicas de la zona, estudio que se

desarrolló antes del indicio de movimientos importantes de la ladera

adyacente al Viaducto, que a raíz de la problemática detectada, la idea de la

variante se enfocó en descartar el Viaducto Nº1 empalmando la vía con el

estribo La Guaira. Se estima urgente la toma de una decisión económica y

razonable que alargue la vida útil de una estructura que aun pudiera prestar

años de servicio, sin abandonar la necesidad y conveniencia de la variante

81

de la autopista, pero que permita con tiempo y prudencia optimizar la

solución.

Por lo anteriormente descrito, el Ing. Héctor Paredes propuso la ubicación de

nuevas pilas, laterales a la fundación del arco Sur del viaducto, y que sean

capaces de soportar la totalidad de la carga, es decir 7000 ton. adicionándole

la carga proveniente del peso propio del nuevo cabezal.

Las nuevas pilas (2), verticales de gran capacidad a carga, con dimensiones

aproximadas de 1.20 metros de ancho y 5.00 metros de largo, deberían

llegar hasta la roca sana y su lado mayor se ubicaría paralelo al sentido del

desplazamiento de la Ladera Sur (40 grados con el eje del viaducto), unidas

entre sí mediante un Macro-Cabezal de 4 metros de altura aproximadamente,

capaz de soportar la carga vertical anteriormente descrita y combinando en

el cálculo definitivo de la sección, cables postensados (para disminuir la

sección del elemento estructural) y acero convencional.

El Macro-cabezal anteriormente descrito, debería ubicarse perpendicular al

empuje del terreno alineado verticalmente, con respecto al cabezal existente

y separado del terreno; el trabajo de excavación deberá ejecutarse antes del

vaciado de las pilas, ello colaboraría en la adaptación de una plataforma

adecuada para la ubicación de las máquinas necesarias para el pilotaje. Los

82

laterales del terreno excavado deberían soportarse con pantallas ancladas,

donde fuese necesario. Igualmente, existe la posibilidad de la colocación de

anclajes en el tope de la pila que permita tensarlos cuando sea necesario, y

solo cuando el empuje de la masa de la ladera Sur sobrepase el límite

prefijado de diseño de la pila, el cual debe ser calculado para todas las

condiciones de carga anteriormente descritas. El tablero del lado Caracas,

deberá ser reforzado con una estructura de acero que permita su

deslizamiento horizontal.

Posterior al vaciado del Cabezal, se procedería a cortar los pilotes verticales

existentes y continuar con las mediciones de observación de la conducta de

la nueva infraestructura implantada. Con ello se deja abierta una posibilidad

futura: en caso de que la nueva fundación ceda ante los empujes del terreno,

se pudiera pensar en la utilización de un sistema deslizante, mediante el cual

se controlarían los futuros desplazamientos.

Por último basándose en un informe que sobre mediciones del viaducto

presentaron los Ingenieros Mario Paparoni y Pedro Anselmi Cruz, sobre la

triarticulación de la estructura del arco en la clave del mismo, esta

triarticulación pudiese ser producto de un corte de concreto en la clave

mediante la técnica de chorros de agua a muy alta presión, mezclados con

una pequeña cantidad de abrasivos (arena) para obtener velocidades de

83

corte mucho mayores con las ventajas adicionales de cortes en línea recta

sin fracturas ni propagación de grietas, sin formación de chispas, sin crear

nubes de polvo y cuya tecnología Alemana ya ha sido utilizada con éxito en

Venezuela. El inconveniente que presenta esta alternativa, es la plataforma

de sostén que se necesita para poder ejecutarla.

Solución de estabilidad de la Ladera Sur mediante la construcción de

un terraplén

El objetivo del trabajo consiste en la elaboración del anteproyecto de la

solución geotécnica propuesta por la Comisión Presidencial de Alto Nivel

Técnico y contratada por el M.T.C. a la firma INGEOSOLUM C.A. Esta

solución planteada por la Comisión consiste en la construcción de un

terraplén sobre la Quebrada Tacagua, cuya función sería la de actuar de

contrafuerte a la ladera sur, sobre la cual se encuentra el estribo y el apoyo

de los arcos del viaducto, área, donde se han presentado movimientos del

terreno que han afectado a dicha estructura. El terraplén propuesto deberá

servir además como vía de emergencia, en el caso de que los movimientos

pudieran poner fuera de servicio temporal o definitivamente al viaducto.

El material de cartografía utilizado en el informe de Ingeosolum C.A, consiste

en los planos aerofotográficos del Plan Caracas, 1975, el levantamiento de

84

Aeromapas Seravenca, 1983; y un levantamiento realizado por Tranarg en

1991, que contiene el área del viaducto.

En cuanto al análisis de estabilidad, para la fecha de presentación del

informe objeto de este estudio, se desconocía el mecanismo del

deslizamiento, la forma y profundidad de la superficie de rotura, la resistencia

de los materiales cizallados y la influencia del agua subterránea en el

proceso. Actualmente estas incógnitas aún cuando no se han despejado

completamente, se conocen satisfactoriamente, quedando la influencia del

agua como el único punto que no ha sido posible definir.

Estudiada esta propuesta del terraplén, no se consideró como una solución

para salvar el Viaducto Nº 1, ya que entre otras cosas, aun cuando

teóricamente el mismo proporcionaría las 2000 o más toneladas por metro

lineal de fuerza de sostenimiento necesarias para estabilizar el terreno, los

cálculos realizados por otras firmas consultoras establecieron que los

factores de seguridad para el mismo son bajos (cercanos a 1.2).

Adicionalmente, esta solución presenta fallas que aparentemente no han sido

analizadas por quienes la recomiendan siendo las mismas: la influencia del

tiempo de ejecución y el desplazamiento horizontal necesario para

desarrollar el empuje pasivo.

Todo cuerpo deformable desarrolla esfuerzos de reacción solamente en

85

función de su deformación y un terraplén es un cuerpo muy deformable en

dirección horizontal. De acuerdo con los estudios geológicos que se han

desarrollado en relación a este problema en el sector, la roca que constituye

la ladera sobre la cual está apoyado el estribo Caracas del viaducto Nº 1,

tiene fracturas abiertas con separaciones que varían entre 0,25 y 0,50 m. y

aberturas entre 5 y 20 mm. Estas fracturas son aproximadamente

perpendiculares a la superficie del terreno y a la del deslizamiento, y su

abertura se interpreta como debida al deslizamiento en proceso.

Si se colocara un soporte rígido al pié, el deslizamiento se frenaría

progresivamente, o sea, que el estribo Caracas del Viaducto Nº 1 no se

estabilizaría hasta que todas las grietas entre este y el pié de la ladera se

hayan cerrado, lo que supondría un tiempo en años considerable en cálculos

conservadores, tiempo durante el cual podría ocurrir el colapso de la

estructura del Viaducto Nº 1.

Es importante destacar la posibilidad que existe de que con su construcción

se introduzcan solicitaciones de tal magnitud que originen cambios

contraproducentes en las condiciones de vinculación del viaducto.

Las mejoras y otras acciones debidas al terraplén, si bien realizaron una

serie de argumentaciones en relación a cual sería el efecto positivo o

86

negativo del mismo, en el informe presentado por Ingeosolum, argumentan

claramente en un párrafo, que "todas las hipótesis de movimientos a causa

del terraplén se deducen de estimaciones muy preliminares, las cuales

deberán ser objeto de un estudio detallado a nivel de proyecto definitivo",

razón por la cual sus estimaciones caerían también dentro de este ámbito

preliminar.

En cuanto a las características geométricas del terraplén, se señala que los

taludes del mismo tendrían las máximas pendientes posibles,

considerándose que factores de seguridad al deslizamiento de FS > 1.10

serían suficientes para una obra de estas características, en la evaluación de

ésta propuesta, se consideró que un factor de seguridad igual o mayor a 1.20

sería más conveniente.

En cuanto a los materiales de préstamo a ser utilizados en la construcción

del terraplén, se consideró el inconveniente que resultaría la explotación de

cualquier frente de excavación en la ladera Norte (margen derecha de la

quebrada Tacagua), especialmente por la inestabilidad que ya muestran los

taludes y su proximidad a las áreas pobladas y a la carretera vieja de la

Guaira.

Si bien los cálculos realizados en cuanto a la cantidad de material de

préstamo disponible supera levemente el volumen necesario para su

87

construcción (aproximadamente 124.560 m3, adicionales), no se dan

alternativas de saque de material en caso de que por cualquier circunstancia

se requiera de un volumen mayor al señalado (1.372.140 m3) además, el

volumen requerido para su construcción podría variar sensiblemente y no se

ha demostrado la existencia de material suficiente en la zona para su

utilización como préstamo.

En cuanto a los materiales de los préstamos, la información de que se

dispone es sumamente imprecisa; los rendimientos para las excavaciones

solo deben tomarse como indicativos (plan de excavación). Adicionalmente el

préstamo tiene limitaciones por comprender una zona inestable en el macizo

rocoso.

En cuanto al acarreo de materiales provenientes de préstamos debería

precisarse como se llevará a cabo esta actividad, anteponiendo reglas que

deben ser cumplidas por el contratista sin depender de su habilidad para

efectuarlas.

Pantalla anclada para la estabilización de la segunda Pila Quebrada

Tacagua.

La Comisión de Alto Nivel Técnico designada por el Ministerio de Transporte

y Comunicaciones, recomendó en su informe de Mayo 1990 continuar con la

88

estabilización de la ladera ubicada entre el estribo Caracas y la segunda pila

articulada del lado Sur del viaducto Nº 1, en una franja seleccionada según

los posibles límites del terraplén. Con ello se afecta la geometría de la nueva

estabilización al condicionar su construcción de tal forma que no interfiera

con el terraplén y la galería exploratoria, el cual, nunca llegó a construirse.

En el desarrollo del proyecto de estabilización se utilizó información de

planos a diferentes escalas, combinándolos entre sí, observándose durante

el proceso algunas diferencias topográficas. Hubiera sido deseable durante

el desarrollo del proyecto chequear topográficamente donde fuese necesario,

para de esta manera producir un proyecto fiel, de manera de obtener

cantidades de obra lo más exactas posibles. Es probable que esta actividad

no le haya sido encomendada a la empresa proyectista de la pantalla.

La efectividad de la estabilización está condicionada por el efecto de

conjunto que pueda desarrollar la masa rocosa estabilizada por medio de los

diversos anclajes y el sellado de las discontinuidades con la lechada de los

mismos, debido a que los esfuerzos que se generan por el deslizamiento son

superiores a los esfuerzos resistentes. La pantalla está constituida por cuatro

franjas de anclajes distribuidos de la manera siguiente:

Un primer cordón en su cresta, constituido por anclajes activos e

89

instrumentación; luego una franja de anclajes pasivos de 36 m. de longitud; a

continuación le sigue una franja de anclajes pasivos de 30 m. de longitud y

por último una franja de anclajes pasivos de 24 m. de longitud, conformando

en su totalidad el área estabilizada.

En relación a la colocación de los anclajes activos, todos estarían orientados

en planta, de tal manera que formen un ángulo de 42º con el eje del viaducto.

Con ello se pretende orientarlos en dirección contraria al vector

desplazamiento promedio de la ladera. Esto es adecuado debido a que así

se aprovecharía la resistencia máxima del anclaje, en caso contrario, se

disminuiría su efectividad.

En cuanto a los fundamentos que sirvieron de juicio para la definición de la

longitud, inclinación y orientación de los anclajes pasivos se consideró que

se ajustaban a las exigencias.

En relación a los anclajes activos se consideraron, en esa oportunidad,

adecuadas las indicaciones que sobre el tensado y la prueba de aceptación y

rechazo se pensaba ejecutar sobre los mismos, asi como también las,

pruebas de carga a realizarse durante la ejecución de la pantalla.

En cuanto a las especificaciones generales constructivas de los anclajes

90

pasivos que acompañaban esta propuesta, se consideró que las mismas

cubrían las exigencias que el desarrollo de este tipo de obra ingenieril

requiere a nivel de control de calidad.

Informe relacionado con el deslizamiento que afecta al Viaducto Nº 1

realizado por el Ing. Richard Goodman

El Ing. Richard Goodman presenta en éste informe su apreciación en

relación a la gama de posibilidades que se podrían adoptar para el rescate

del Viaducto. En éste informe no se describe explícitamente una solución

específica, pero si se abarcan varios principios en los que podría basarse el

diseño de un proyecto de reparación.

Los métodos propuestos para el rescate del viaducto Nº 1 de la autopista

Caracas-La Guaira, en general, se basan en los siguientes principios:

• Detener el deslizamiento antes de que destruya el puente: por medio

de drenajes, excavaciones, anclajes de gran capacidad o por relleno

del valle.

• Haciendo al puente más seguro, independizándolo de la influencia del

deslizamiento; desacoplándolo del mismo mediante recalces y

excavaciones.

91

En cuanto a la influencia que podría tener la presencia de aguas

subterráneas en el comportamiento de la estructura del viaducto, el Ing.

Richard Goodman, señala que si hubiese una mesa de agua subterránea

que alcanzase la base del deslizamiento creando fuerzas hidráulicas

desestabilizadoras, debería haber sido ya descubierta. En relación a este

señalamiento se considera que si bien en el total de perforaciones realizadas

en las cercanías del Viaducto Nº 1 y en el Macizo Rocoso solamente en muy

pocas de ellas se reportó la presencia de nivel freático, las mismas no fueron

desarrolladas pensando en la influencia del agua subterránea, sino que por

el contrario fueron realizadas para obtener información geotécnica

(profundidad de la superficie de falla, ángulo de fricción del material, etc.),

que pudiera dar indicios de la causa del problema que presenta el sector. Un

claro ejemplo de ello lo evidencia el hecho de que en todas estas

perforaciones no fueron instalados piezómetros para determinar la posible

presencia de presiones hidrostáticas en la masa rocosa.

También se descartó la posibilidad de que las aguas subterráneas existentes

a profundidades por debajo del deslizamiento tengan influencia sobre el

mismo.

En relación al proceso de excavación, se cree que los sucesivos cortes y

reperfilamientos de los cuales han sido objeto los diferentes taludes,

92

ubicados en los tres primeros kilómetros de la autopista Caracas-La Guaira,

han traído como consecuencia la liberación de esfuerzos geostáticos, que

han originado la fracturación de la roca.

Con respecto a la solución con anclajes, Ing. Goodman estima que no parece

posible detener el deslizamiento a través de la colocación de los mismos.

En relación a la alternativa de detener parte del deslizamiento a través del

uso de anclajes de gran capacidad, se consideró que la misma al basarse en

un modelo que parece lógico, no deja de estar sujeta a las incertidumbres

propias que deberían verificarse toda vez que se emprendiera su desarrollo,

sin dejar de pensar antes en dos consideraciones que son importantes

señalar. Dichas consideraciones se presentan a continuación:

• La dificultad que representa la instalación de tales anclajes debido a

que en Venezuela no existen empresas que poseen los equipos

necesarios para su instalación, lo que tendría que contratarse a

empresas y/o consorcios trasnacionales para su ejecución. Por otra

parte, y como lo señala el Ing. Goodman, “los niveles de resistencia

que se alcanzarían con estos anclajes no tienen precedente, pero se

pueden alcanzar..."

93

• Esta alternativa no aseguraría la solución del problema y los altísimos

costos de tal incertidumbre la haría antieconómica aunado al tiempo

requerido para su ejecución. Tal vez sea esta la razón de mayor peso.

Solución propuesta por el Ing. Rosendo Camargo

En marzo de 1.993 el Ing. Camargo detectó con la ayuda de la inspección y

gracias a un modelo matemático espacial creado para evaluar el

comportamiento integral de la estructura, una falla en la unión de las vigas y

tablero sobre las pilastras, que ameritó atención de emergencia por

considerarse de alto riesgo, procediéndose a apuntalar provisionalmente la

losa. Por otra parte, el pronunciado desplome de las bielas de apoyo en el

mismo sitio hizo temer el desplome súbito del tablero. Las razones antes

expuestas fueron el motivo de la presentación del siguiente proyecto.

Proyecto Estructural:

El concepto general del proyecto que corresponde al programa de refuerzo

del Viaducto, cuyo objetivo es prolongar su vida útil, comprende dos Fases

Constructivas:

Fase I: Corresponde a los trabajos sobre las Pilastras Caracas y La Guaira,

el tablero, las péndulas y el Estribo del lado Caracas.

94

Fase II: Corresponde a trabajos orientados a reforzar los arcos del Viaducto.

Figura 29. Fases constructivas del proyecto de refuerzo del viaducto

Fase I: El desarrollo de esta fase comprende varias etapas, las cuales se

indican a continuación:

a) Refuerzo de la losa del tablero ubicada sobre la Pilastra, y construcción de

las bielas metálicas de refuerzo sustitutivas, en la Pilastra del lado Caracas.

b) Construcción de las bielas metálicas de refuerzo sustitutivas en la Pilastra

del lado La Guaira.

c) Incorporación de apoyos móviles (rodillos) al pié de las nuevas bielas en la

Pilastra del lado Caracas.

95

d) Refuerzo en el Interior del Estribo del lado Caracas.

e) Refuerzo en el Exterior del Estribo del lado Caracas. Proyecto elaborado.

Figura 30. Detalle esquemático de la ubicación de los trabajos de la Fase I

del proyecto

f) Apuntalamiento y refuerzo en las Pilas Intermedias ó Estacadas ubicadas

sobre la Ladera del lado Sur ó Caracas, entre el Estribo y la Pilastra.

g) Operación de recuperación de la posición original del eje del tablero del

Viaducto, en el tramo comprendido entre el Estribo y la Pilastra del lado

Caracas.

96

La solución propuesta por el Ing. Rosendo Camargo, ha sido la única que se

ha materializado. Sin embargo, los elementos estructurales sustitutos que se

construyeron aún no trabajan efectivamente, pues no se ha procedido a

desvincular el tablero de los antiguos elementos estructurales debido a la

incertidumbre que aún existe acerca de la respuesta estructural que podría

tener el viaducto ante tan repentino cambio.

Solución propuesta por el Topógrafo Pascual De Leo

El proyecto consiste básicamente en aliviar las presiones que producen la

deformación del Viaducto Nº 1, mediante la realización de perforaciones en

las bases del mismo.

A continuación se presenta el cronograma de los diferentes trabajos para la

ejecución del proyecto denominado" Reparación De Leo".

Propósito

Mantener y hasta disminuir las deformaciones que presenta la estructura del

Viaducto N°1 Caracas -La Guaira. Si se logra disminuir la flecha sobre el

plano vertical, que en la última medición era de 36 cm y los de 10 cm de

97

curvatura que presenta el tablero sobre el plano horizontal, en un valor

tentativo de un 10 o 20 %, se podrá aceptar como exitoso el trabajo

realizado.

Secuencia de los trabajos

1. Dos rondas de mediciones con intervalo de dos días, con información

planimétrica y altimetría de los puntos notables sobre la estructura y

base así como puntos en la ladera, para establecer la situación inicial,

denominada valores iniciales antes de la reparación.

Una ronda siete días después de terminadas las perforaciones, luego

una ronda cada mes hasta 4 meses para observar la reacción del

terreno y la evolución del proyecto de reparación. Siete rondas en total

de medición

Al iniciarse los trabajos, paralelamente a las anteriores mediciones

denominadas Movimientos Absolutos, cada dos días se realizarán

controles con la misma precisión y llamados movimientos relativos,

que servirían para monitorear los trabajos y que son:

• Control del comportamiento de la flecha de 36 cm con nivelaciones de

precisión. Relativas a las dos pilastras.

98

• Medición del ángulo formado en la pilastra Caracas, que seria el

vértice, visando como origen el estribo La Guaira que esta fijo y el

Estribo Caracas que es el que debería moverse. El ángulo de

deflexión debería disminuir.

• Con elongámetros de lectura directa de 0,001, 0,01 00,1 mm según la

necesidad, se mediría la evolución de grietas, distancias relativas al

terreno adyacente o cualquier otro lugar donde supone que hay

movimientos.

• Plomadas mecánicas especiales, serían colocadas el la pilastra

Caracas.

• En las dos hileras de columnas, se controlaría la evolución de la

verticalidad, con instrumentos específicos (niveles de precisión) Todas

las mediciones relativas serían las que confirmarían y serían el

soporte de los valores arrojados por las mediciones de los

movimientos absolutos.

2. Ejecución de una zanja ancho 60 cm al lado del estribo Caracas

ubicación aguas abajo, hasta la cota de fondo del estribo. Aquí habría

que demoler cualquier obra de concreto ajena al estribo, para lograr

que el costado del estribo, esté completamente aislado el empuje que

ejerce la ladera en el sentido transversal al viaducto.

3. Perforar con máquina para micropilotes, huecos de 15 o 20 cm de

diámetro hasta la cota inferior del estribo, inhabilitando un canal a la

99

vez. Las perforaciones se realizarán con una separación de 30 cm.

Para lograr que un espacio de 20 cm libere por completo al estribo del

empuje longitudinal, que ejerce la ladera. Se restituiría el tráfico en

dicho canal, con láminas de 25,4 mm de espesor x 1220 mm de ancho

ancladas con tornillos fijados con epoxi en la losa del estribo. Igual en

isla y en los otros canales.

4. Demoler en la primera hilera de columnas (columnas cortas) el

concreto proyectado, en el sector aguas abajo que actualmente esta

en contacto con la base de dicha primera hilera de columnas cortas.

Igualmente si se requiere en la segunda hilera de columnas altas.

5. Bajar con grúa telescópica la máquina de micropilotes hasta una

superficie horizontal en las bases de la primera hilera de columnas

cortas. Elaborar una secuencia de perforaciones siempre hasta cota

inferior de las fundaciones. Perforaciones de 20 cm cada 40 cm aprox

de distancia. Según una secuencia y ubicación que determinarán los

ingenieros de suelo. Todos los huecos serán tapados con una losa

prefabricada de 50 x 50 cm colocada 30 cm debajo de la cota del

terreno actual.

6. Reforzar las tres vigas de riostra que unen las columnas cortas con las

100

columnas altas y que presentan fracturas. Para este fin dos vigas H

en paralelo colocadas en la parte inferior y una plancha y vigas con

diagonales en la parte superior y tornillos devolverán la rigidez o

funcionalidad a dichas vigas. Esta rigidez es indispensable para la

continuidad del empuje que ejercerá la pilastra Caracas, una vez

intervenida.

Este mismo procedimiento, se aplicaría también a la segunda hilera de

columnas (columnas altas) después de un trabajo previo de acomodo

o reajuste de los actuales gaviones allí existentes.

Ventajas de esta proposición expuestas por el Topógrafo Pascual De Leo:

• Bajo Costo

• Si el daño a la estructura ocurrió durante más de 10 años

pareciera lógico inclinarse hacia una solución lenta, no riesgosa

y fácil de controlar topográficamente durante la ejecución.

• Entre otras posibles soluciones, esta sería la más natural y

primaria, por estar más cerca al origen del problema que es el

terreno en si. Se estaría atacando exactamente el origen.

101

• Se estaría aplicando una filosofía oriental; aprovechar la fuerza

ajena, para nuestro beneficio.

En este caso, el arco con su carga transversal, que es la

continuación del arco en el terreno, estaría actuando a favor de

la conservación del viaducto y hasta podría devolverle la

verticalidad a la propia pilastra. No en todos los casos se tiene

una ventaja como ésta donde un elemento, que es el arco con

su orientación y su gran carga transversal, estaría trabajando

para resolver el problema.

• No ocurriría ningún movimiento drástico ni del terreno ni de la

estructura porque la secuencia de las perforaciones no lo

permitiría. Además, la zona a intervenir por estar únicamente

detrás de las fundaciones, es un sector relativamente pequeño

con respecto a la gran masa en movimiento.

102

SIMULACIÓN DE LA CONDUCTA ESTRUCTURAL DEL VIADUCTO Nº 1

DE LA AUTOPISTA CARACAS-LA GUAIRA UTILIZANDO SAP2000

La conducta estructural del viaducto fue simulada tomando en cuenta

diferentes casos de carga y ciertas modificaciones en las características de

sus partes con el fin de visualizar qué efectos producen dichas variaciones

en su deformada y en la distribución de los momentos en el arco, que es su

principal elemento estructural. También se presentan los diagramas de

fuerza axial, con la finalidad de mostrar cuáles elementos trabajan a tracción

o a compresión.

El Viaducto, con el paso del tiempo, ha experimentado un cambio en su

comportamiento que fue detectado a través de la variación que presentan

las mediciones de la elevación de la clave en relación al acortamiento de la

cuerda del arco debida al desplazamiento horizontal del estribo Caracas.

Inicialmente, el arco del Viaducto estaba biarticulado, pues así fue concebido

en su diseño, sin embargo la presencia de fuerzas anómalas que producen

una excentricidad en la resultante de la fuerza en la clave del arco podría

haber originado una tercera articulación en esa zona. La excentricidad de

dicha fuerza también será calculada tomando como dato los valores de

103

fuerzas axiales y momentos que provienen del análisis en SAP2000 de la

estructura. Se ha creado un modelo que contiene un arco biarticulado y otro

uno triarticulado con la finaldad de establecer una comparación entre ambas

condiciones.

El modelo que se presenta a continuación, pretende mostrar, sin entrar en

cálculos refinados, un patrón de conducta estructural del viaducto en

diversas condiciones que permita entender verdaderamente su

comportamiento mediante la visualización de su deformada bajo los casos de

carga a los que podría estar sometido, según las características de su

estructura concebidas en su diseño y los cambios que esta ha

experimentado.

104

El modelo

Debido a la inexistencia de planos que muestren en detalle las

características de cada elemento estructural del viaducto, las secciones de

los elementos del modelo (sección del arco, de las vigas del tablero, pilas,

pilastras) están basadas en una serie de aproximaciones bastante cercanas

a la realidad.

La sección que más influye en el comportamiento del viaducto es la del arco

por ser éste su principal elemento estructural. Sin embargo, se quiere

verificar la contribución de otros de sus elementos, como el tablero que

realiza un importante aporte a la estabilidad de la estructura ante la carga de

viento.

A continuación se muestran las dimensiones de las secciones de los

elementos que conforman el modelo del Viaducto N° 1:

Sección del arco:

105

Sección de las vigas del tablero:

Sección de las pilastras:

Sección de las pilas:

106

Nota: Las pilastras y las pilas prácticamente no cumplen ninguna función

estructural. Las pilastras sólo cumplen una función arquitectónica pues no se

encuentran vinculadas al tablero. Para efectos de la simulación se colocaron

rodillos conectando a las pilastras con el tablero.

Las características de los materiales que se asignaron al modelo provienen

también de suposiciones próximas a la realidad, pues no se cuenta con

ninguna fuente fidedigna de la que se puedan sustraer los datos que fueron

utilizados por Fressinet en el diseño y cálculo del viaducto.

Las propiedades de los materiales adoptadas para efectos del modelo son

las siguientes:

• Masa por unidad de volumen = 254 Kg/m3

• Peso por unidad de volumen = 2500 Kg/m3

• Módulo de elasticidad = 400000 Kg/cm2

• Relación de Poisson = 0,2

107

Interpretación de las deformadas obtenidas del análisis en

SAP2000 del modelo del viaducto

108

Comparación de la deformada del viaducto con arco biarticulado y

triarticulado por peso propio

Comparando las figuras 31 (deformada del viaducto con arco biarticulado) y

32 (deformada del viaducto con arco triarticulado) se observa que la

tendencia de elevación de la clave se incrementa al pasar del modelo de

arco biarticulado al triarticulado.

Posteriormente se mostrará el comportamiento de la estructura bajo estas

dos condiciones cuando el arco se encuentre sometido a la acción de

diversas cargas, con el fin de establecer una diferencia en la relación que

existe entre el acortamiento del arco y la elevación de la clave en los casos

de doble y triple articulación del arco.

109

Deformada del viaducto con arco biarticulado por peso propio

Fig. 31

110

Deformada del viaducto con arco triarticulado por peso propio

Fig. 32

111


triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero

hasta llegar a la clave del arco

Se aplicó una carga distribuida de 1500 Kgf/m a lo largo del tablero hasta

llegar a la clave del arco, su valor se aproxima a la magnitud de la carga que

recibiría el viaducto bajo la condición de máxima densidad de tránsito. Dicha

carga fue aplicada tanto al modelo con arco biarticulado (fig. 33) como al que

presenta una tercera articulación en la clave (fig. 34).

Al comparar las deformadas y los valores del descenso de las partes del arco

que experimentan alguna translación, se nota que la biarticulación o

triarticulación del arco, no influye en la magnitud del desplazamiento vertical

que presentan sus riñones y su clave. Sin embargo, si existe una diferencia

en la forma que toman los arcos de las estructuras que son objeto de esta

comparación al ser sometidos a este caso de carga. La diferencia entre las

deformadas se nota en la zona de la clave, pues es consecuencia de la

articulación que en la clave se ha colocado.

112

Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero


Fig. 33

113

Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero


Fig. 34

114


triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero

Se aplicó una carga distribuida de 1500 Kgf/m a lo largo de todo el tablero,

dicha carga fue aplicada tanto al modelo con arco biarticulado (fig. 35) como

al que presenta una tercera articulación en la clave (fig. 36).

Al comparar las deformadas y los valores del descenso de las partes del arco

que experimentan alguna traslación, se nota que la biarticulación o

triarticulación del arco, influye en la magnitud del desplazamiento vertical que

presenta la clave.

En el caso en el que el arco se encuentra biarticulado, el descenso de la

clave es menor que el que experimenta cuando se agrega una tercera

articulación en la clave.

La relación entre el desplazamiento de la clave al aplicar una carga

distribuida en el tablero cuando el arco se encuentra biarticulado y cuando

presenta una tercera articulación es de aproximadamente 2,66, es decir, la

clave del arco triarticulado, bajo éste caso de carga, presenta un descenso

de 2,66 veces mayor que el experimentado por el arco biarticulado.

115

Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero

Fig. 35

116

Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de una carga distribuida a lo largo del tablero

Fig. 36

117


triarticulado por efectos del desplazamiento de uno de sus estribos

El Viaducto N° 1 de la autopista Caracas-La Guaira, presenta actualmente,

un desplazamiento del estribo Caracas que ha trascendido al causar serios

daños a otras partes de la estructura. Éste desplazamiento, como efecto

principal, produce la elevación de la clave del arco debida al acortamiento

de su cuerda.

En el modelo, se aplica al Estribo Caracas un desplazamiento que acorta la

cuerda del arco 0,441 m y produce una elevación de la clave de 0,473 m en

el caso de arco biarticulado (Fig. 36). En el caso de arco triarticulado (Fig.

37), la clave se eleva 0,595 m al experimentar el mismo acortamiento de la

cuerda (0,441 m).

Al establecer una relación entre la elevación de la clave y el acortamiento

del arco, se nota una diferencia en dicha relación entre los casos en que el

arco está doblemente articulado y en el que se le coloca una tercera


Cuando el arco está biarticulado, la relación entre la elevación de la clave y

el acortamiento del arco es la siguiente:

118

∆F / ∆C = 0,473 / 0,441 = 1,073

Cuando el arco está triarticulado, la relación entre la elevación de la clave y

el acortamiento del arco es la siguiente:

∆F / ∆C = 0,595 / 0,441 = 1,34

En conclusión, la relación ∆F / ∆C se incrementa al colocar una tercera

articulación en la clave del arco. El incremento de éste coeficiente debido a la

triarticulación del arco, confirma la hipótesis que fue planteada en el trabajo

del Topógrafo De Leo que se presenta en el capítulo II, pues se comprueba

que el cambio de comportamiento de la estructura del viaducto a partir del

año 1.994, efectivamente es consecuencia de la aparición de una nueva

articulación en su clave.

119

Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos

Fig. 37

120

Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto del desplazamiento de uno de sus estribos

Fig. 38

121

Verificación de la contribución del tablero a la estabilidad del viaducto

en presencia de la carga del viento

Se aplicó al tablero a viaducto una carga de viento de 150 Kg/m2:

150 kg/m2

Con la finalidad de verificar la contribución del tablero en la estabilidad del

viaducto ante la carga del viento, se aplicó la carga a las vigas del tablero

bajo dos condiciones distintas:

1. Sin incluir para el análisis el diafragma que soporta a la carpeta

asfáltica por la que circulan los vehículos. En este caso el tablero sólo

está conformado por sus vigas (Fig. 38).

2. Incluyendo el diafragma para el análisis (Fig. 39)

Al comparar la deformada del viaducto bajo estas dos condiciones, se

encontró que el diafragma contribuye representativamente en la estabilidad

ante la carga de viento, pues la deformación paralela a su plano que

experimenta la zona central del tablero bajo la condición (1.) es de 7,5 cm;

mientras que bajo la condición (2.) esta deformación es prácticamente nula.

Tablero

122

Tomando en cuenta que este modelo fue elaborado en base a datos

aproximados de las dimensiones de los elementos que la conforman, se

considera que lo más importante de los datos que provienen de las

deformadas obtenidas de SAP2000 no son las magnitudes de los

desplazamientos, sino la diferencia que éstos presenten al variar las

condiciones para el análisis.

Se observó también que el hecho de que el arco esté doblemente articulado

o que presente una tercera articulación en su clave, no influye en la

deformación del tablero en su plano.

123

Vigas del tablero sometidas a la carga del viento

Fig. 39

124

Tablero sometido a la carga del viento

Fig. 40

125


triarticulado por efectos de carga sísmica

Se aplicaron al modelo dos cargas sísmicas por separado la primera tiene

una magnitud igual al 20% del peso total del viaducto, la segunda es del 60%

del peso. Ambas cargas se aplicaron uniformemente distribuidas hacia arriba

y hacia abajo, ortogonalmente en el tablero de los modelos con arco

biarticulado y triarticulado.

Los valores de elevación de la clave obtenidos en la simulación con

SAP2000, indican que el viaducto no resistiría las solicitaciones por sismo

que se le han aplicado, pues la elevación de la clave es tal que la estructura

colapsaría.

Al comparar la elevación de la clave que experimenta el arco biarticulado con

la que presenta el arco triarticulado, se obtiene que la relación entre los

desplazamientos de estos dos casos es de 2,75, es decir, que la clave del

arco triarticulado se eleva 2,75 veces la magnitud del desplazamiento en el

caso de doble articulación bajo la misma condición de carga sísmica.

A continuación se presentan las gráfias de deformadas del viaducto al estar

sometido a las cargas sísmicas anteriormente descritas.

126

Deformada del viaducto con arco biarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 20% de

su peso distribuida en el tablero hacia abajo

Fig. 41

127

Deformada del viaducto con arco triarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 20% de


Fig. 42

128



Fig. 43

129



Fig. 44

130


su peso distribuida en el tablero hacia arriba

Fig. 45

131



Fig. 46

132



Fig. 47

133



Fig. 48

134

CÁLCULO DE LA EXCENTRICIDAD DE LA FUERZA RESULTANTE EN

LA SECCIÓN DEL ARCO

Determinación del núcleo central de la sección del arco del viaducto

Cálculo de momento de inercia de la sección del arco

Tomando en cuenta las propiedades de la sección, se calcula la

excentricidad máxima que puede tener la fuerza resultante:

?05,1

max ==

emc

( ) ( )22

222

668,08,0

534,08,09,11,2

mrAI

mA

===

=−=

4

43

2

43

1

321

534,0086,1620,1

086,112

)9,1(9,1

620,112

)1,2(1,212

1,21,2

mI

mI

mI

bhI

IIImhmb

t

t

=−=

==

==

=

−===

135

me

cre

rcer

ce

636,005,1668,0

1

01

max

2

max

2max

2max

==

=

±=⋅

=⋅

±

La excentricidad de la fuerza resultante que se produce al aplicar diferentes

casos de carga al modelo es SAP2000 se calcula de la siguiente forma:

ePM

= ; donde M es el valor de momento máximo observado en el arco y P

la fuerza axial correspondiente a ese mismo punto. También se encontró la

excentricidad en la clave del arco con la finalidad de comparar su valor en los

casos en que se encuentra biarticulado y triarticulado para observar el

cambio de comportamiento del viaducto bajo estas dos condiciones.

Los valores de M y P fueron obtenidos a través del análisis de SAP2000.

Mientras la fuerza resultante presente una excentricidad e menor que maxe ,

esta se encontrará dentro del núcleo del arco y no se habrán producido

tracciones que afecten el funcionamiento de la estructura. Sin embargo, si la

resultante de la fuerza se saliera de la sección del núcleo central del arco y

se produjeran tracciones indeseables, estas podrían ser solventadas

136

mediante la colocación de algún refuerzo (por ejemplo, fibras de carbono) en

las zonas traccionadas.

A continuación se presentan los máximos valores de momentos que

experimenta el arco del viaducto bajo los diferentes casos de carga y en las

condiciones de doble y triple articulación. En los puntos en que se observó el

máximo valor de momento, se determinó también el valor de la fuerza axial

con la finalidad de determinar posteriormente la excentricidad de la fuerza

resultante. A pesar de que, en la mayoría de los casos, los momentos en la

clave no son de magnitudes importantes, se aplicó el mismo procedimiento

que en los puntos de máximo momentos puesto que la clave del arco es el

punto neurálgico de la estructura.

Tabla 10. Arco biarticulado. Peso propio

Punto de máximo

momento Clave Momento máximo (ton-m) 423,55 0,00

Fuerza axial (ton) 602,10 422,53 Excentricidad (m) 0,70 0,00

Tabla 11.Arco triarticulado. Peso propio

Punto de máximo



137

Tabla 12. Arco biarticulado. Carga distribuida en el tablero hasta la clave

Punto de máximo



Tabla 13. Arco Triarticulado. Carga distribuida en el tablero hasta la

clave

Punto de máximo



Tabla 14. Arco biarticulado. Carga distribuida en todo el tablero

Punto de máximo



Tabla 15. Arco triarticulado. Carga distribuida en todo el tablero

Punto de máximo



138

Tabla 16. Arco biarticulado. Desplazamiento

Punto de máximo



Tabla 17. Arco triarticulado. Desplazamiento

Punto de máximo



En las tablas anteriores, se observa que la excentricidad de la fuerza

resultante en la sección del arco excede, bajo la mayoría de los casos de

carga, a la excentricidad máxima que puede tener esta fuerza para

mantenerse dentro del núcleo de la sección. Si estos valores de

excentricidad fuesen ciertos, la estructura ya hubiese colapsado lo cual

indica que los resultados están afectados por la incertidumbre que existe

acerca de las dimensiones de las secciones supuestas para la elaboración

del modelo. La sección que se asignó al arco del modelo es constante y el

arco del Viaducto Nº 1 es de sección variable, lo cual distorsiona los

resultados, pues no se está obteniendo el valor real de la excentricidad de la

fuerza resultante en los puntos de máximos valores de momentos, cuando

139

estos pertenecen a la zona de los riñones del arco. Sin embargo, a través

del cálculo de e en la clave se puede apreciar la diferencia del

comportamiento del arco en la condición de biarticulado y triarticulado.

140

Interpretación de los diagramas de fuerza axial obtenidos del análisis en SAP2000 del modelo del

viaducto

141

Interpretación de los diagramas de fuerza axial obtenidos del análisis

realizado en SAP2000 para el modelo del viaducto con el arco

biarticulado y triarticulado.

A continuación se muestran los diagramas de fuerza axial obtenidos de las

simulaciones realizadas al viaducto Caracas-La Guaira, para diferentes

casos de carga.

1.Por peso propio

En los diagrama de fuerza axial para el arco biarticulado ( fig. 49) y para el

arco triarticulado (fig. 50), se puede observar que el arco y las pilas trabajan

a compresión, la única diferencia entre ambos diagramas, es que para el

arco triarticulado la compresión en el tramo del tablero cercano a la clave es

superior con respecto a la compresión mostrada en el diagrama para el arco

biarticulado.

2. Con una carga uniformemente distribuida hasta la mitad del tablero

Para ambos casos, arco biarticulado y arco triarticulado, representados en

las figuras 51 y 52, existe compresión a lo largo de todo el arco y las pilas.

Se puede notar que en la sección del tablero donde se le aplicó la carga se

142

encuentra a tracción, mientras que la otra sección del tablero trabaja a

compresión.

3. Con una carga uniformemente distribuida a lo largo del tablero

En la figura 53, diagrama para el arco biarticulado y en la figura 54, diagrama

para el arco triarticulado, se puede observar que para ambos casos tanto el

arco, una parte del tablero y las pilas trabajan a compresión.

4. Con un desplazamiento

En la figura 55, se encuentra el diagrama de fuerza axial para el arco

biarticulado. Cuando ocurre un desplazamiento de 0,441 cms, en el lado

Caracas, lado derecho del gráfico, se observa que la mitad derecha del arco

y la mitad izquierda del tablero trabajan a compresión, mientras que la mitad

derecha del tablero, a partir de la clave, trabaja a tracción.

En el diagrama de fuerza axial para el arco triariculado, (fig. 56), todo el

tablero está a compresión, después de la pilastra Caracas, lado derecho, de

la figura, se encuentra a tracción y el arco se encuentra en compresión.

143

Diagrama de fuerza axial por peso propio para el arco biarticulado

Fig. 49

144

Diagrama de fuerza axial por peso propio para el arco triarticulado

Fig. 50

145

Diagrama de fuerza axial por efecto de una carga uniformemente distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco biarticulado

Fig. 51

146

Diagrama de fuerza axial por efecto de una carga uniformemente distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco triarticulado

Fig. 52

147

Diagrama de fuerza axial por efecto de una carga uniformemente distribuida a lo largo del del arco biarticulado

Fig. 53

148

Diagrama de fuerza axial por efecto de una carga uniformemente distribuida a lo largo del arco triarticulado

Fig. 54

149

Diagrama de fuerza axial por efecto de un desplazamiento de uno de los estribos del viaducto con arco biarticulado

Fig. 55

150

Diagrama de fuerza axial por efecto de un desplazamiento de uno de los estribos del viaducto con arco triarticulado

Fig. 56

151

Diagramas de momentos del viaducto para diferentes casos de carga obtenidos de SAP2000

152

Comparación de los diagramas de momentos para el viaducto con el

arco biarticulado y triarticulado.

A continuación se muestran los diagramas de momentos obtenidos de las

simulaciones realizadas al viaducto Caracas-La Guaira, para diferentes

casos de carga.

1.Por peso propio

En las figuras 57, correspondiente al diagrama de momentos por peso propio

para el arco biarticulado y la figura 58, correspondiente al arco triarticulado

se puede apreciar que existen momentos tanto en las pilas, la clave y los

riñones del arco. Para ambas figuras el momento mayor se encuentra en los

riñones.

2. Con una carga uniformemente distribuida hasta la mitad del tablero

En el diagrama de momentos para el arco biarticulado, figura 59 se puede

observar que el momento es mayor en el lado del viaducto donde se le aplica

la carga, siendo el mayor momento en los riñones. La carga uniformemente

distribuida que se le aplicó a la mitad del tablero fue de 150 Kgf/m2. La

diferencia entre ambas figuras es el momento en la clave, es notorio que el

153

para el arco biarticulado, existe un momento en la clave que es un poco

mayor al momento que aparece a los lados de esta, mientras que el

diagrama de momento para el arco triarticulado, figura 60 muestra lo

contrario, es decir, el momento en la clave es menor a los momentos que se

presentan a sus lados, para este caso el momento mayor se encuentra en

los riñones.

3. Con una carga uniformemente distribuida a lo largo del tablero

En las figuras 61 y 62, arco biarticulado y arco triarticulado respectivamente,

se puede observar la existencia de momentos tanto en la clave, los riñones y

las pilas. En los diagramas de momentos para el arco biarticulado y arco

triarticulado el momento es mayor en los riñones.

4. Con un desplazamiento

Para este caso se coloco el desplazamiento de 0.44 metros en el lado

Caracas del viaducto, como existe en la realidad. Nótese que cuando el arco

es biarticulado, figura 63, existen momentos en la clave y las pilas. Mientras

que en el diagrama de momentos para el arco triarticulado, figura 64, existe

momento a los lados de la clave y se presenta un aumento en el momento de

154

las pilas del lado Caracas, con respecto al diagrama de momento del arco

biarticulado.

Para el arco biarticulado el momento mayor se encuentra en la clave,

mientras que para el arco triarticulado el momento mayor se encuentra a los

lados de la clave.

5. Con la carga del viento

Para esta simulación se le colocó una carga de viento de 150 Kgf en los

nodos exteriores de un solo lado. En ambas figuras, 65 y 66, arco

biarticulado y arco triarticulado respectivamente, el comportamiento es el

mismo existen momentos en los arcos, en los riñones y en la clave.

6. Separación en la clave

En la figura 67 se encuentra el diagrama de momentos para el arco

biarticulado y en la figura 68 el diagrama de momentos para el arco

triarticulado, en ambas figuras se puede observar que existen momentos

mayores en los riñones del arco, en las pilas y en el tablero cercano a la

clave.

155

7. Carga Sísmica

• 0,25 * Peso Propio, aplicada hacia abajo.

Para el diagrama de momentos del arco biarticulado, figura 69, el

momento mayor se encuentra en la clave, también existen momentos

cerca de los estribos. El diagrama de momentos para el arco

triarticulado, figura 70, el momento mayor se encuentra en los riñones,

existe un momento pequeño en la clave y un gran momento en el

tablero.

• 0,25 * Peso Propio, aplicada hacia arriba.

Para la figura 71, diagrama de momentos para el arco biarticulado, el

momento es mayor en la clave y cercano a los estribos mientras que

para el arco triarticulado, figura 72, el momento es mayor a los lados

de la clave y cercano a los estribos.

• 0,6 * Peso Propio, aplicada hacia abajo

En al figura 73 se encuentra el diagrama de momentos para el arco

biarticulado, para este caso el momento mayor se encuentra en la

156

clave, también existen momentos cerca de los estribos y en el tablero.

En la figura 74, está el diagrama de momentos para el arco

triarticulado aquí hay momento a los lados de la clave y cerca de los

estribos, siendo el momento mayor cercano a la clave.

• 0,6 * Peso Propio, aplicada hacia arriba.

El diagrama de momentos para el arco biarticulado, figura 75, muestra

un mayor momento en la clave y otro cerca de los estribos, mientras

que para el arco triarticulado, figura 76, el momento mayor se

encuentra a los lados de la clave y en los riñones.

157

Diagrama de momentos por peso propio para el arco biarticulado

Fig. 57

158

Diagrama de momentos por peso propio para el arco triarticulado

Fig. 58

159

Diagrama de momentos por efecto de una carga uniformemente distribuida a lo largo del tablero hasta llegar

a la clave del arco biarticulado

Fig. 59

160

Diagrama de momentos por efecto de una carga uniformemente distribuida a lo largo del tablero hasta llegar a la clave del arco triarticulado

Fig. 60

161

Diagrama de momentos por efecto de una carga uniformemente distribuida a lo largo del tablero del viaducto con arco biarticulado

Fig. 61

162

Diagrama de momentos por efecto de una carga uniformemente distribuida a lo largo del tablero del

viaducto con arco triarticulado

Fig. 62

163

Diagrama de momentos por efecto del desplazamiento de uno de los estribos del viaducto con arco biarticulado

Fig. 63

164

Diagrama de momentos por efecto del desplazamiento de uno de los estribos del viaducto con arco triarticulado

Fig. 64

165

Diagrama de momentos por efecto de la aplicación de carga de viento al viaducto con arco biarticulado

Fig. 65

166

Diagrama de momentos por efecto de la aplicación de carga de viento al viaducto con arco triarticulado

Fig. 66

167

Diagrama de momentos del viaducto al aplicar una fuerza que produce una separación de la clave del arco biarticulado

Fig. 67

168

Diagrama de momentos del viaducto al aplicar una fuerza que produce una separación de la clave del arco

triarticulado

Fig. 68

169

Diagrama de momentos del arco biarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 20% de su

peso distribuida en el tablero hacia abajo

Fig. 69

170

Diagrama de momentos del arco triarticulado por efecto de la aplicación de una carga sísmica del 20% de su


Fig. 70

171



Fig. 71

172



Fig. 72

173


peso distribuida en el tablero hacia arriba

Fig. 73

174



Fig. 74

175



Fig. 75

176



Fig. 76

177

Conclusiones

La elaboración de la simulación en SAP2000 de la conducta estructural del

Viaducto Nº 1 permite visualizar su comportamiento bajo diferentes casos de

carga de manera global, sin necesidad de realizar cálculos refinados.

Para la simulación se crearon dos modelos distintos; uno contiene un arco

doblemente articulado y el otro presenta una tercera articulación en su clave,

tal como se presume que se encuentra actualmente. El objetivo de crear

estos dos modelos fue comparar el comportamiento de la estructura cuando

esta presenta doble y triple articulación.

Al comparar las deformadas se observó que al aparecer una tercera

articulación en la clave del arco, las magnitudes de los desplazamientos de

los puntos críticos de la estructura se incrementan notablemente. El cambio

de comportamiento que presentó el modelo es similar al que se observó en el

análisis de las mediciones topográficas realizadas en el Viaducto Nº 1 de la

autopista Caracas-La Guaira por el Topógrafo Pascual De Leo, lo cual

verifica que la variación repentina de la relación ∆elevación de la clave/

∆acortamiento de la cuerda, efectivamente se debe a la triarticulación del

arco.

178

Los diagramas de fuerzas axiales obtenidos del análisis en SAP2000, indican

las zonas del arco que se encuentran traccionadas o comprimidas. En las

zonas que presentan valores de tracción que el arco no es capaz de

soportar, se podría colocar algún tipo de refuerzo, como las fibras de

carbono.

Después de obtener los diagramas de momentos del análisis de SAP2000,

se tomaron los valores máximos para cada caso de carga. También se

tomaron los valores de momentos en la clave, en el caso de que los hubiese,

con la finalidad de hallar la excentricidad que presenta la fuerza resultante

que actúa en la sección del arco, a través de la relación Momento/Fuerza

axial. Una vez obtenido este valor se comparó con la excentricidad máxima

que puede tener la fuerza resultante para no salirse del núcleo de la sección

y provocar el colapso de la estructura. Algunos valores obtenidos de la

excentricidad resultaron superiores a la excentricidad máxima, esta distorsión

de los resultados, se debe a que, en la realidad, el arco del viaducto es de

sección variable y para efectos de la simulación fue considerado de sección

constante.

Con respecto a la excentricidad de la fuerza resultante en la sección del arco

en la clave, se encontró que al presentarse la tercera articulación, el valor de

la excentricidad disminuye notablemente con respecto a este mismo valor en

179

el caso de arco doblemente articulado. Este resultado, siembra la duda

acerca de la existencia de alguna previsión de diseño por parte Freyssinet,

ante la aparición de fuerzas anómalas, como las que efectivamente existen

en la actualidad, que pudieran desviar la resultante de la fuerza en la sección

de la clave.

Se considera que este trabajo contiene datos que pueden ser utilizados

como punto de partida para la generación de nuevas propuestas en pro del

rescate del Viaducto Nº1 de la autopista Caracas-La Guaira, pues la

simulación en SAP2000 constituye un método de fácil interpretación que

permite visualizar la respuesta de su estructura ante los diferentes casos de

carga a los cuales posiblemente se encuentre sometida actualmente.

180

ANEXOS

181

Diagramas de interacción del arco del viaducto con doble y triple

articulación bajo diferentes casos de carga

Con la finalidad de determinar las implicaciones de la excentricidad de la

fuerza resultante en la sección del arco en la clave, se realizará un diagrama

de interacción que permite observar gráficamente cuándo el arco está

trabajando dentro del rango de tensiones admisibles.

El diagrama de interacción MP, , se construyó de la siguiente manera:

Los valores de la fuerza P tomados para la construcción de gráfica

provienen de AcfP ⋅= ' . Los valores de momentos M se calculan

ScfM ⋅= ' , donde CIS = .

Los datos necesarios para la construcción del diagrama de interacción del

arco del viaducto, específicamente, fueron obtenidos tomando en cuenta las

propiedades de los materiales y la sección que le fue asignada al arco del

modelo. Los cálculos para la obtención de los puntos más importantes del

diagrama se presentan a continuación.

mtonmmtonM

mmm

cIS

tonmmtonP

−=⋅=

===

=⋅=

2032508,04000

508,005,1

534,0

32008,04000

32

34

22

182

Diagrama de interacción

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

-3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000

M

P

FS = 1FS = 2FS = 3

Proviniendo la excentricidad de la relación MP / , se tiene que al graficar los

puntos correspondientes a los momentos máximos en la clave del arco y a la

fuerza en ese mismo punto, se puede observar con facilidad si el valor de la

excentricidad de la fuerza resultante, para cada caso de carga, hace que el

arco trabaje fuera o dentro del rango de tensiones admisibles. Mientras el

valor de la excentricidad ( MP / ) se encuentre dentro de la región que se

formó en la construcción del diagrama de interacción, el arco está dentro del

rango de tensiones admisibles. El factor de seguridad con el cual trabaja el

183

arco depende de la región que contiene al punto que representa, en la

gráfica, el valor de la excentricidad.

A continuación se presentan los diagramas de interacción para el viaducto

bajo diferentes casos de carga con arco biarticulado y con una tercera


184

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Documents

Análisis de los estudios realizados sobre la patología ...repositorios.unimet.edu.ve/docs/16/TA145C37B4.pdf · II.3.1Conclusiones obtenidas del informe de evaluación neotectónica