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REFORZAMIENTO DEL VIADUCTO N 01 AUTOPISTA CARACAS LA GUAIRA

Ing Rosendo Camargo Mora C.I.V. 2729

RESEA HISTORICA: El Viaducto N 01 de la Autopista Caracas La Guaira fue proyectado por el Ing Eugene Freyssinett y el Ing Jean Muller La elaboracin del proyecto posiblemente se hizo durante el ao 1949, por el profesor Eugene Freyssinett, padre del concreto preesforzado y con experiencia en el diseo de estructuras similares (Viaducto Poncellet). La empresa constructora fue Campenon Bernan, quin lo erigi entre los aos 1950 y 1953. Est ubicado a tres kilmetros y medio de Caracas Aunque se acostumbra una breve resea histrica, esta tiene mayor relevancia en aquellas estructuras sometidas a deformaciones, pues resulta importante determinar la edad de los concretos utilizados en la obra, por los efectos que pudiesen derivarse en el reacomodo de los esfuerzos producidos por la fluencia lenta (creep). Igualmente el proceso de secado del concreto (retraccin), pudiese representar esfuerzos y deformaciones dependiendo de la secuencia del prefabricado o vaciado en obra. Evidentemente, la utilizacin de vigas prefabricadas, que pudiesen haber sido depositadas por un perodo largo, permitira desarrollar gran parte de las deformaciones diferidas, sin interferir con la hiperestaticidad de la estructura. En el caso que nos ocupa, la inclusin del Viaducto N 01 de la Autopista Caracas la Guaira, ms que por las caractersticas sobresalientes de su diseo, considerado para su poca la estructura de concreto pretensada de mayor luz en el mundo y la de los arcos ms grandes en Amrica, se debe al infortunio de que la ladera del lado Caracas, donde se fund el extremo Sur de los arcos y la estructura de acceso correspondiente, se desestabiliz y empez un deslizamiento profundo del terreno que ha producido asentamientos y deformaciones horizontales que amenazan con el colapso de la estructura. Este trabajo intenta describir el proyecto elaborado para alargarle la vida a la estructura, con la esperanza de que el tiempo que as se gane, permita construir un viaducto alterno que mantenga la comunicacin de la Capital de la Repblica con las instalaciones fundamentales para el desarrollo de la vida econmica del Pas, como son el Aeropuerto de Maiqueta y el Puerto de la Guaira. Otro factor de importancia se refiere a la necesidad de que la gente que vive en Caracas, pueda acceder fcilmente al mar. Pero sobre las necesidades de los visitantes al Estado Vargas, estaran las de los autctonos de la zona, que se veran privados durante un lapso largo de la carretera que los vincula con el resto del Pas, con las consecuencias desastrosas del desempleo generado por la inactividad del Puerto de la Guaira, del Aeropuerto de Maiqueta, del cese de afluencia de temporadistas a sus playas y otras instalaciones tursticas. Igualmente el flujo de insumos de procedencia exgeno se encarecera y escasearan. La gravedad de los efectos del cierre de la va por un colapso del Viaducto N 01 se puede medir por el hecho de que dificultara sobremanera el trnsito de cincuenta mil vehculos por da, con tendencia a una disminucin substancial . Para una mejor comprensin de la naturaleza de la reparacin, es necesario un buen conocimiento de la estructura y en tal sentido se hace una descripcin pormenorizada.

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VIADUCTO N 01 AUTOPISTA CARACAS - LA GUAIRA

ESCALA: 1/1500GEOMETRIA ORIGINAL

151.93(DISTANCIA ENTRE ARTICULACIONES)

43.887.1 66 154

BIELAANCHO 20.00 m.

3 BIELAS ANCHO3.20 m. C/U

3 COLUMNAS ANCHO 3.20 m. C/U

3 ARCOS HUECOSCON SECCION DE CAJON

6 COLUMNAS ANCHO 3.20 m. C/U

3 BIELASANCHO

3.20 m. C/U6 COLUMNAS

ANCHO 3.20 m. C/U

3 BIELASANCHO3.20 m. C/U

3 COLUMNAS ANCHO 3.20 m. C/U (TOTAL 15)

BIELAANCHO

20.00 m.

BIELAANCHO 20.00 m.

BIELAANCHO 20.00 m.

BIELAANCHO 20.00 m.

BIELAANCHO 20.00 m.

ESCALA: 1/750

SECCION TRANSVERSAL DEL TABLEROY ALZADO TIPICO DE LAS PILAS.

3.23.2

3.2

8 VIGAS POSTENSADAS h= 1.80 m.

ESCALA: 1750SECCION DE LOS ARCOS

VCG-0101

VCG-0101

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DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA.- El puente est constituido por un tramo central, soportado por tres arcos paralelos, que inicialmente tuvieron una luz de ciento cincuenta y tres metros (153 m.). A dicho tramo central, que salva la quebrada Tacagua, se accede desde Caracas a travs de tres tramos de vigas preesforzadas, sostenidas sobre la ladera por bielas de diferentes alturas, excepto en la pila 9, la cual est rgidamente conectada al tablero, a diferencia de la pila 10, que est articulada en su pie y en su conexin superior. Tanto en el estribo como sobre la pilastra Caracas, existen bielas cortas que permiten que el tablero tenga movilidad longitudinal en esos soportes. En sentido transversal al puente, las bielas extremas del tramo de acceso por el lado Caracas, tienen un ancho de veinte metros (20 m.), lo cual las establece como elementos extremadamente rgidos en esa direccin. Las dos pilas intermedias, 9y 10, ests constituidas por tres columnas con seccin doble T, situadas paralelamente y contenidas en un plano vertical, perpendicular al eje del Viaducto. Estas tres columnas y el separador superior que las conectas, constituyen un prtico de dos vanos, con columnas de tres metros veinte centmetros de profundidad (3.20 m.), con un alma de veinte centmetros (20 cm.) de espesor y unas alas de ochenta centmetros (80 cm.), lo cual le otorga mucha rigidez transversal, sin llegar al valor que tienen las bielas en los extremos, antes mencionadas. Es importante destacar la rigidez de transversal de las bielas y pilas del lado Caracas, por que esta ladera ha sido sometida a asentamientos y traslaciones, poco aceptados por los elementos rgidos. Mientras que sobre la ladera Caracas existen dos pilas (9y 10), pasando la quebrada Tacagua hacia la Guaira se presentan cinco (5), de configuracin similar a las descritas para el acceso Caracas, y con alturas variando segn la topografa del sitio, que aunque exhiben caractersticas de gran rigidez, no han sido solicitadas por desplazamientos relativos. El gran vano central, de ciento cincuenta y cuatro metros (154 m.), medidos entre las articulaciones de los arcos, tiene un tablero apoyado sobre estos, por intermedio de columnas doble T, similares a las descritas para las pilas de los accesos al puente. La separacin longitudinal entre estas estacadas verticales que reposan sobre el arco, es de catorce metros con veinte centmetros (14.20 m.), tal como fueron modulados los accesos al tramo central, de manera que prcticamente se dise una sola viga postensada para ser utilizada en todos los vanos, con pequeas variaciones en el extremo de las vigas exteriores, las cuales rematan en chafln para recibir los anclajes del postensado de unin. La separacin entre vigas es de dos metros con ochenta centmetros (2.80 m.) y el ancho del ala inferior es de cuarenta centmetros (0.40 m.), de tal forma que encajan con el ancho de las columnas que las sostienen (ancho columnas : 2.80+0.40 = 3.20 m). En el ancho del tablero, se colocaron ocho vigas: seis de las cuales se alinean con las paredes de los arcos y rematan sobre ellos, y las otras dos se situaron intermedias entre el arco central y el respectivo arco lateral. Para el apoyo de las vigas que se alinean con las paredes de los arcos, se utilizaron directamente las columnas de las pilas y estacas, tanto en los accesos como sobre los arcos, mientras que para apoyar las dos filas de vigas intermedias, se utilizaron los separadores transversales que forman el dintel de las pilas o estacas. Viendo el puente desde un punto de vista lateral, se aprecian los arcos enmarcados por dos torres rectangulares, huecas, de seis metros en sentido longitudinal por veinticuatro metros en sentido transversal (6x24 m. x m.), que los separan de los tramos de acceso y que denominaremos PILASTRAS. Su ereccin tuvo la finalidad de servir como mstil

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para los cables que sostuvieron los encofrados del arco durante la etapa constructiva. Una vez erigido el arco, esta fuerte columna sirvi para darle estabilidad al puente, contra las acciones de cargas transversales: viento y ssmo, al fijar el tablero en esa direccin a travs de las bielas cortas, que ya se mencionaron y que son paredes de corte de mucha rigidez que trasmitiran las solicitaciones transversales al suelo a travs de de las paredes de la pilastra y las bielas de los estribo. En sentido vertical, estn solicitadas por las reacciones extremas de los tramos del tablero que concurren hacia ellas. Estos mstiles adquieren su estabilidad contra el volcamiento porque se fundan, rigidamente conectados a las fundaciones del arco, de tal manera que son voladizos empotrados en su pies. EL TABLERO.- El tablero del puente est constituido por ciento treinta y seis vigas postensadas (136 vigas) de catorce metros con veinte centmetros (14.20 m.).La altura de las vigas es de un metro con ochenta centmetros (1.80 m.), con un ancho de ala superior de de un metro con veinte centmetros (1.20 m.), que est agujereada transversalmente con ductos situados a cada ochocientos noventa y seis milmetros (0.896 m.), previstos para postensar transversalmente al tablero. En sentido longitudinal, las vigas poseen una canal superior, poco profundo, cuyo eje est ubicado en el plano central del alma de la viga y se extiende en toda su longitud. La finalidad de esta canal fue para colocar cables de postensado que permitieran unir en un solo bloque todas las vigas de una misma fila y as darle estabilidad al tablero contra las acciones transversales. Este cable se anclaba en los extremos de las vigas extremas, y al ser tensado supla el acero de traccin superior que se necesita sobre los apoyos. El tensado de este cable, unifica transforma en viga continua, a los diferentes tramos isostticos que se haban prefabricado y erigidos como vigas de una sola luz. La continuidad de estos cables, parece haber sido establecida entre los extremos de las vigas que descansan sobre los estribos y la pilastra prxima. As: Desde el Estribo Caracas, hasta la Pilastra Caracas para establecer una viga continua, de tres tramos. Desde el Estribo La Guaira hasta la pilastra La Guaira, para establecer una viga continua de seis vanos. Ambas vigas desaparecen sobre la pilastra, donde existe una losa maciza de veinte centmetros de espesor (20 cm.), para luego reaparecer nuevamente desde la pilastra hasta la clave del arco. Es decir, la armadura superior de las vigas del tablero, se interrumpe a ambos lados de la clave del arco. Estas losas macizas que forman el tablero en los seis metros de pilastra, estn postensadas en la direccin ms corta, contra los separadores extremos del tablero, de tal forma que establecen la continuidad total del mismo desde la clave hasta los estribos. La losa del puente, entre las vigas descrita est definida por placas prefabricadas de ciento cincuenta y tres centmetros de ancho por noventa de largo y dieciocho de espesor (1.53x0.90x0.18), con agujeros que producen tubos en el plano de mayor extensin, con la mayor longitud, que acoplaban con los previstos en las alas de las vigas, para servir de ductos donde se colocaron cables transversales al puente, para postensarlo y generar una accin monoltica entre las cabezas de las vigas y la losa prefabricada. Sobre este tablero prefabricado, se vaci una losa de concreto armado, de espesor variable para producir las pendientes transversales del pavimento. LOS TRES VIADUCTOS.- En la Autopista Caracas La Guaira, existen tres viaductos, que los han numerado por su secuencia hacia la Guaira. Los tres tienen en comn el arco central, variando la longitud de sus tramos de acceso.

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Posiblemente para utilizar el mismo proyecto estructural, donde los arcos son iguales, se estableci una transicin entre el tramo sostenido por los arcos y los accesos, evidenciando as que las losetas sobre las pilastras, son secundarias en la estructuracin del tramo central que est sostenido por los arcos. Este detalle es relevante para establecer la influencia que pudiera tener su eliminacin en el comportamiento del arco como tal. LOS ARCOS.- El tramo central del Viaducto N 01, como los viaductos 02 y 03, est sostenido por tres arcos con seccin variable, en forma de cajn. Su intrads fue establecido por tres curvas circulares que se empalman en forma tangencial, como se pudo establecer de los planos del encofrado que estn en los depsitos del Ministerio de Infraestructura. El profesor Eugene Freyssinet, escogi un arco biarticulado, para vaciarlo en concreto sin refuerzo, sobre el encofrado de madera que estaba sostenido por cables desde las pilastras (Pilastra Caracas y Pilastra la Guaira). Las dos articulaciones previstas fueron prefabricadas en concreto de alta resistencia y fuertemente armadas, segn diseo y patente del mismo proyectista. Consiste en estrangular la seccin de concreto, sin perder la continuidad. Esta estrecha garganta estara densamente reforzada con acero (posiblemente con alambres de acero de alta resistencia de cinco milmetros de dimetro que admiten la construccin de lazos). El arco en su clave se muestra continuo, pero su vaciado no lo fue: se construy desde la articulacin Caracas hacia la clave y desde la articulacin la Guaira hasta la clave. Una vez endurecido el concreto se hincharon unos gatos planos que haban dejado all para comprimir el arco, antes de su desencofrado. La aplicacin de esta fuerza axial en la clave, por medio de gatos que se apoyan en los dos lbulos del arco, tiende a abrir sus dos mitades y lo desencofra en una sola operacin, adems de producir una contra flecha que pudiera contrarrestar las deformaciones futuras ocasionadas por fluencia y retraccin. No tengo evidencia expresa de que esta correccin fue hecha, sin embargo por artculos del propio profesor sobre las deformaciones excesivas que sufrieron los arcos del puente Poncellet, debido a estos efectos diferidos, que se corrigieron posteriormente con cortes en la clave y la aplicacin de gatos, le ensearon que en estas estructuras de concreto sin armar, de grandes luces, los acortamientos diferidos del concreto por secado en el tiempo, representan un factor de primordial importancia. En atencin a estas explicaciones e indicios, se supone que al gatear el puente en la abertura de la clave, esta se abri lo suficiente para que los acortamientos diferidos del arco pudieran contrarrestarse. Es importante sealar que la geometra del arco sin armar debe ser tal que las lneas de presiones que se generan bajo las distintas solicitaciones de carga deben pasar por el ncleo central de de las secciones escogidas, para asegurar que el concreto permanezca comprimido en todas sus fibras. Evidentemente, las lneas de presiones manejadas por los proyectistas fueron las previsibles: permanentes y variables, que deban mantenerse dentro del lmite establecido por los principios de la Resistencia de Materiales, por eso es improbable que fuera considerada la posibilidad de desplazamientos relativos entre las fundaciones del arco que es la que hoy amenaza su integridad. El arco se erigi como una estructura independiente que luego sirvi de apoyo para colocar las paletas que sostienen el tablero y sobre ellas las vigas y losas. La conexin entre arcos, paletas, vigas y placa es postensada, quedando solo el arco sin armadura. Posiblemente las articulaciones de arranque solo estn colocadas para recibir solo compresiones sin refuerzos de conexin contra las flexiones transversales.

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LAS FUNDACIONES.- Las fundaciones de las pilas y estribos de ambos accesos son directas y profundizan solo dos o tres metros. En cambio la fundacin del arco sobre la ladera Caracas se hizo sobre tres pilotes macizos, uno por arco, de seccin cuadrada de dos metro treinta centmetros de lado (2.3 m) con una longitud de veintinueve metros (29 m.) y sin armar. Su direccin es inclinada con respecto a la horizontal y siguen la tangente de los arcos, aproximada- mente menos treinta grados (-30) y penetr tres metros dentro de la roca competente. La fundacin del arco sobre la ladera la Guaira es directa y es una estructura celular que brinda soporte contra cargas verticales y empujes horizontales en el sentido longitudinal, esto implica una gran losa horizontal en su parte inferior para proveer resistencia vertical, que luego dobla hacia arriba para ofrecer una cara inclinada que absorba los empujes horizontales del arco. Esta losa que recibe el contacto del suelo, se conecta con el arranque del arco por medio de una serie de muros ortogonales; unos verticales, orientados paralelamente a la direccin del eje del puente y otros que los interceptan ortogonalmente y que radian desde la articulacin (mejor definida como bisagra porque abarca las tres articulaciones de los arcos) , hasta diferentes trazas sobre la losa de fondo. Este conjunto de muros produce un cuerpo celular que trasmite las reacciones puntuales del arco hacia una mayor rea de contacto sobre el terreno, a travs de la forma de abanico que tienen los muros verticales. EDAD DE LA ESTRUCTURA.- Los planos del Viaducto N 01 no se encontraban en la planoteca del Ministerio de Transporte y Comunicaciones, por lo que a raz de los derrumbes que agrietaron el puente en el ao 1987, cuando se form sobre la junta del estribo Caracas, una protuberancia de asfalto y tierra, ese organismo los solicit a la empresa constructora que envi una copia de los mismos. Supongo que aunque numerosos, no cubran todos los detalles de la construccin. Los planos de obra tienen fechas que se extienden desde 1950 hasta 1952. Entre los primeros estn los que se refieren a las vigas prefabricadas que constituyen el tablero (Plano N 9), fechado en Caracas 19 de Junio de 1950, hasta Detalles Varios de la Armadura del Arco (Plano 37 bis), fechado en Caracas el 15 de Junio del ao 1952. En este ltimo plano se observa como armadura longitudinal del arco cabillas 10 mm colocadas @ 50 cms (realmente dice 2 p.m.), que representa una armadura longitudinal de muy baja cuanta. En atencin a esta informacin, la edad del concreto que se utiliz en esa obra tiene entre 53 y 55 aos y parece ser que las vigas permanecieron en depsito durante un tiempo, permitiendo que su acortamiento diferido, ocurriera antes de armarse el arco. CALIDAD DE LOS MATERIALES.- La inspeccin visual del Viaducto N 01 revela una construccin de muy buena calidad, con excelentes acabados. Existen dos tipos de fabricacin de los concretos: el utilizado en las vigas y elementos de pilas, que son prefabricados y por ende, se suponen con mayor control de calidad por ser vaciadas en planta, y los arcos y estribos que fueron vaciados en obra. Bajo esta premisa se sacaron muestras del arco, que pudiera haber tenido condiciones menos favorables, para determinar as el posible lmite inferior de la calidad del concreto. Para determinar estos valores se extrajeron nueve (9) ncleos del concreto de distintos arcos, en perforaciones ubicadas hacia sus extremos. Los resultados obtenidos variaron entre 483 y 516 kg/cm^2, para un promedio de 503.33 kg/cm^2, que se considera un valor alto.

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En cuanto a la resistencia a traccin se ensayaron ncleos con el procedimiento de Lobo Carneiro, obteniendose los siguientes resultados. 1.- 29 kg/cm^2 a traccin 2.- 28.5 kg/cm^2 a traccin 3.- 38.0 kg/cm^2 a traccin. Este nivel de resistencia, sugiere concretos con agregados de muy buena calidad y mezclas con ocho o ms sacos de cemento por metro cbico. Una cantidad alta de cemento ms agregado fino puede conducir a valores relativamente altos del coeficiente de fluencia lenta final (n 3), mxime cuando los vientos y la sequedad de la zona pudiesen representar una humedad relativa ligeramente baja (60%). Dependiendo de estas aproximaciones iniciales y de la edad del concreto cuando se inici el movimiento del terreno que est deformando la estructura, se puede tener una estimacin grosera de la proporcin de las deformaciones permanentes que pudieran generarse y de las elsticas que pudieran recuperarse al cesar la solicitacin. Igualmente, a partir de estos valores de resistencia del concreto, pudiera determinarse el mdulo de elasticidad del concreto, factor de importancia principal en la generacin de esfuerzos por desplazamiento. Evidentemente, el mdulo de elasticidad deducido a partir de los ensayos realizados en el ao dos mil dos, debe ser mayor que el existente en edades ms tempranas, pues siempre experimenta un crecimiento con la edad. Otra variable es la velocidad del movimiento, que al ser lenta permitira una redistribucin plstica, mientras un movimiento rpido puede generar respuestas elsticas en mayor proporcin. Las deformaciones elsticas inducidas por el movimiento del terreno, calculadas con un mdulo de elsticidad que crece con el transcurrir del tiempo, tendran distintas respuestas en los esfuerzos generados, segn la edad del concreto en que ocurri el movimiento EL PROBLEMA.- Actualmente el Viaducto N 01 est sometido a un empuje producido por una enorme masa de tierra en movimiento. Segn el Ing Gelogo Daniel Salcedo, alcanza los seis millones de metros cbicos (6.000.000 m^3) de suelos de origen coluvial, constituido por bloques de calizas, esquistos y gneises en una matriz areno-limosa. El vector del movimiento, incide oblicuamente sobre el eje del Viaducto N 01, por lo que al proyectarse sobre el eje longitudinal de este, produce igualmente una componente transversal al mismo. La primera componente, la longitudinal tiende a cerrar el arco, mientras la segunda, la transversal trata de deformar su eje longitudinal, sacndolo de su alineacin hacia aguas arriba de la quebrada Tacagua. El movimiento del terreno se detect en Marzo de 1987 cuando se observaron una serie de daos en la estructura del Viaducto N 01, localizados hacia la parte fundada sobre la ladera Caracas. Para describir las primeras medidas tomadas a raz de de estas observaciones, transcribo parte del artculo Deslizamiento de la ladera Sur del Viaducto N 01 Autopista Caracas-La Guaira. Venezuela. Daniel A.Salcedo. Ingeotec.Ingenieros geotcnicos consultores. Caracas . Venezuela.: En Marzo 1987 se diagnosticaron una serie de daos en la estructura del Viaducto que amerit el inicio de una investigacin geotcnica que comprendi anlisis de fotos areas, geologa de superficie, exploracin del subsuelo, mediciones geodsicas de puntos de control de superficie, e instalacin de inclinmetros.

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PLANO DEL DESLIZAMIENTO PREPARADO POR EL INGENIERO GEOLOGO DANIEL SALCEDO

AO 2006

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Analizando el vuelo 0304-8 1936-1938, el Ing Gelogo Daniel Salcedo, diagnostic por indicios fisiogrficos, un deslizamiento antiguo en la ladera Caracas, sobre el cual estn fundados, el Estribo Sur, las pilas 9y 10y el extremo Sur de los arcos del mencionado Viaducto. Dicha ladera est delimitada, en su contacto con la quebrada Tacagua, por un meandro que aparece antes de la confluencia de las quebradas Mulatal y Tacagua. Segn la opinin del Ing Geologo Salcedo, dicho meandro fue generado por la masa antigua deslizada. Los trabajos geolgicos de campo corroboraron la existencia del deslizamiento, ya que fue posible encontrar al pi de la ladera, la traza de una de las superficies del deslizamiento antiguo con tpicas estras de cizallamiento. Igualmente se encontraron muchos indicios de intenso tectonismo en el rea. Entre los aos 1970 y 1971, la ladera fue invadida por viviendas de personas de pocos recursos, las cuales carecan de sistemas de disposicin de aguas negras, las cuales se infiltraron y contribuyen desde entonces a la meteorizacin de la masa rocosa, en especial las calizas marmoreas que subyacen al coluvio. En los archivos del Ministerio de Infraestructura, existe un levantamiento topogrfico del Viaducto realizado para el ao 1971, lo que parece responder a algn indicio de dao que oblig a la revisin del Viaducto, sin que se conozca algn informe sobre el particular, sin embargo, una revisin de dicho plano que realic una vez conocido el proceso de deslizamiento a que estaba sometido el Viaducto, parece mostrar un ligero abombamiento del arco, por lo que para esa fecha ya se habra iniciado el deslizamiento del terreno. En 1974, se produjo un derrumbe en la ladera Sur que destruy numerosas viviendas y se not un levantamiento de la isla central de la Autopista. El derrumbe fue removido hacia la margen derecha de la quebrada Mulatal . En 1981, se derrumb la parte superior de la ladera a unos dos cientos cincuenta metros, antes de llegar al Viaducto, desde Caracas. Ninguno de estos derrumbes fue asociado con daos del puente, pero posiblemente se haba iniciado el movimiento de las fundaciones con un proceso muy lento. EXPLORACION DEL SUBSUELO.- La exploracin del subsuelo se realiz mediante diez y siete (17) perforaciones entre cuarenta (40 m.) y cincuenta (50 m.) metros de profundidad, para instalar quince inclinmetros y dos piezmetros. Los inclinmetros colocados en la ladera Sur, revelaron la existencia de dos superficies de cizallamiento: la menos profunda coincidi con la alineacin de la traza de la superficie del deslizamiento antiguo encontrado en la ladera inferior. La ms profunda se situ a unos cuarenta metros (40 m.) por debajo de la rasante del Viaducto. Basado en estas mediciones, en los estudios con fotografas y la geologa de superficie, el Ing Gelogo Daniel Salcedo delimit el rea inestables, la cual abarca unas nueve hectreas con un volumen de seis millones de metros cbicos. INSTRUMENTACION TOPOGRAFICA.- Segn el artculo Comportamiento del deslizamiento de la ladera Sur del Viaducto N 1.Autopista Caracas-La Guaira, Venezuela de D. Salcedo y J. Ortas. INGEOTEC, Ingenieros Geotcnicos Consultores .Caracas, Venezuela., la instrumentacin consisti en : 1)Instalacin de tres referencias externas en la ladera opuesta, considerada estable, ms otros puntos de control al Norte y al Sur del Viaducto en zonas no afectadas por movimientos.

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2)Instalacin de quince puntos de control (BM) sobre la superficie de la ladera en movimiento, a los cuales se les determina su desplazamiento vertical y horizontal.. 3)Instalacin de 56 en el tablero de la estructura, 28 a cada lado, los cuales son sujetos a nivelaciones peridicas de alta precisin, de manera de estimar las deformaciones del tablero por el empuje de la ladera. 4)Instalacin de puntos de control en las pilastras Caracas y la Guaira, en su tope y en su base, con el fin de medir sus desplazamientos y determinar el cierre de la cuerda del arco. 5)Puntos de control en ambos estribos para determinar sus movimientos horizontales y verticales. 6)Puntos de control en el tablero y en la base de las pilastras para determinar las rotaciones de estos elementos. Inicialmente las mediciones se concentraban en la determinacin de las elevaciones que se generaban en el tablero y las del cierre del arco. Ms adelante (1988) se incorporaron las de los desplazamientos transversales al eje del Viaducto. Esto permiti individuali- zar dos solicitaciones sobre la estructura: La deformacin longitudinal, que produca el abombamiento del arco (altimetra medida en los cincuenta y seis puntos del tablero) que solicitaba al arco y las pilas en su seccin ms flexible y la deformacin transversal (planimetra de los mismos puntos del tablero), que trata de flexionar las pilas en su plano de mayor rigidez. En atencin a esta identificacin de solicitaciones y los elementos que las resisten, se plantearon dos intervenciones al puente que pudieran ayudar a alargar la vida de la estructura. DEFORMACIONES TRANSVERSALES.- La componente transversal al eje del puente, del movimiento de la ladera Sur del Viaducto N 01, tiende a desplazar el Estribo all emplazado, la pila 10(la ms prxima a este estribo), la pila 9(la ms cercana al arco) y la fundacin Sur de los arcos centrales. Este movimiento de las fundaciones se trasmite al tablero del puente a travs de la biela del estribo, las pilas 10y 9, y la pilastra Caracas. A su vez, el tablero, continuo desde el extremo la Guaira, al ser solicitado transversalmente en las trazas de contacto que los elementos mencionados tienen con el tablero, reciben una fuerza de corte que lo flexionan en su plano, tendiendo a seguir el movimiento del suelo. Es importante recordar que tanto el estribo, como las pilas y la pilastra Caracas, se comportan como bielas en la direccin longitudinal del puente, por el estrangulamiento que el proyectista coloc en los extremos de estos elementos (excepto en la cabeza de la pila 9, que tiene una unin rgida con el tablero, pero que por su mayor longitud tiende a ser muy flexible). Esta diferencia de rigidez: indeformable en sentido transversal y muy flexible en el longitudinal, hacen reaccionar a los elementos con gran fuerza transversal y ser prcticamente insensible en sentido longitudinal. La estabilidad de la ladera la Guaira, que ha mantenido todas las fundaciones que sobre ella estn, sin movimientos mayores, permiten simplificar el problema, tratando el tablero como un gran voladizo, que se flexiona en su plano, mientras permanece empotrado en la Pilastra la Guaira. Visualizado as el problema, el extremo del voladizo corresponde al estribo Caracas, cuya biela es la ms rgida (pared de veinte metros de profundidad en sentido transversal) y por tanto su desplazamiento ser la que le imprima el suelo en su base. Si tomamos en cuenta que el estribo es un recinto formado por muros, adems de la biela, la exposicin de este volumen, enterrado en toda su altura en el flujo del terreno,

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es mayor que la de los otros elementos (pilas) que tienen menores dimensiones en sus fundaciones, por lo que sera ms proclive a ser arrastrado. Por otra parte la superficialidad de las fundaciones de las pilas, a escasos dos metros (quizs menos por los efectos erosivos), pudieran atemperar el arrastre, al resbalar por causa de la oposicin que ejercera el tablero a ser deformado (rigidez cada vez mayor en los puntos ms alejados del estribo). Por otra parte, la Pilastra Caracas, empotrada en la fundacin del arco, con pilotaje profundo, presentara mayor oposicin al movimiento del hasta que se fracturara alguno o todos los pilotes. Igualmente, su forma de cajn rectangular de gran canto (24 m.), le confiere tal rigidez que debi representar un punto duro sobre el tablero, mientras no se agrietara. En este conjunto de pilas (9y 10) y paredes rgidas del estribo y pilastra, los ms solicitados al desplazamiento lateral debieron ser la biela del estribo y la pilastra Caracas, como parece confirmarlo el corte de la biela, que se agriet en su garganta de tal manera que podra pasar un puo a travs de ella. Igualmente, la pilastra exhibe en su extremo inferior, una grieta horizontal, por la cara aguas abajo que correspondera a una flexin enorme, lo cual podra corresponder al efecto del tablero, arrastrado por el estribo Caracas que se apoy sobre ella. Al agrietarse la biela del estribo, cuando se cort su conexin, las pilas 9y 10, igualmente desplazadas por el suelo, empezaron a halar el tablero hacia aguas abajo, impidiendo su recuperacin. Esta ltima etapa se evidencia por que los pies de las pilas 9y 10, situados hacia aguas arriba (Oeste) estaran tratando de levantarse, pues se aprecia luz bajo la parte externa de las articulaciones prefabricada correspondientes. Estas articulaciones prefabricadas no tienen armadura de conexin ni con la fundacin ni con el fuste de la pila, por lo que no podran desarrollar fuerzas de traccin. El vnculo existente solo se refiere a compresiones y a corte, resistido este ltimo por la friccin de la columna comprimida. Ante la evidencia del crecimiento monotnico del desplazamiento del tablero, existe un incremento constante del corte y por ende del volcamiento progresivo de las pilas desplazadas. Para prevenir un desplazamiento violento de las pilas se plante amarrarlas con cables a un bloque de anclaje, ligado a la propia fundacin. Este mecanismo impide el desplazamiento relativo entre los pies de las pilas y el terreno, impidiendo el latigazo que pudiera representar la falla del vnculo entre columnas y fundacin. Si el desplazamiento del terreno fuese exagerado, los cables podran arrastrar al tablero, dandolo. Sin embargo, si esta amarra se plantea con un anclaje removible que se pueda aflojar o ajustar a voluntad, se tendra la posibilidad de permitir la recuperacin de la deformacin elstica del tablero, siempre y cuando se le provea de una pista y unos rodillos que permitan hacer tal recorrido. En atencin a todas estas consideraciones, se present un proyecto para vincular las pilas 9 y 10 a sus respectivas fundaciones por medio de cables postensados, galvaniza- dos para mantenerlos libres, sin adherencia, con la finalidad de poderlos destensar o retensar segn fuera el caso. Para asegurar la inmovilidad transversal de las columnas, se utilizaron cables opuestos por el vrtice, de tal manera que ejercieran amarre en los dos sentidos del plano que contiene la pila. Al aflojar el cable que se opone a la recuperacin del tablero, este tendera a moverse si se hubiese perdido el vnculo establecido por las columnas de las pilas, por lo que sera necesario establecer pistas de rodamiento que lo permitiera.

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Esta tendencia al movimiento del tablero estara obstaculizada por las columnas existentes que permanecieran vinculadas a tierra, por lo que si se desea la recuperacin, deberan cortarse, con la consiguiente perdida de soporte vertical. Por esto es que las pistas de desplazamiento que se coloquen para que el tablero se recupere, tambin deben servir como vnculo vertical (apoyo del tablero). El mecanismo as planteado tiene dos posibilidades de accin:

1.) Amarre fijo o solucin pasiva, cuya finalidad es restituir el vnculo a tierra, sin independizarse de esta.

2.) Amarre mvil o solucin activa, cuya finalidad es tratar de descargar el tablero al independizarlo del terreno.

La solucin pasiva podra ser efectiva para la etapa de desplazamientos pequeos o nulos, pues su nica funcin es reponer el vnculo perdido. La solucin activa, permitira regresar el tablero hacia su posicin original, descargando las fuerzas parsitas y podra ser aplicada varias veces para ir descargando nuevos desplazamientos. Para lograrlo bastara liberar el cable soporte para que la energa acumulada en el tablero deformado, tratara de enderezarlo. Cuando el roce en los rodillos se igualara a la fuerza generada por el tablero y frenara la descarga, se podra activar el cable pasivo (el opuesto al cable soporte que se destens), para empujar las pilas y con ellas al tablero hasta completar la descarga total. Ante una situacin de emergencia, donde la velocidad del movimiento sea muy alta, la solucin activa podra proteger al tablero, al permitir el flujo del terreno bajo los rodillos, mientras el tablero, por la energa acumulada tiende a enderezarse, sin lograrlo totalmente, pues quedara sometido a la fuerza de roce que se genera en los rodillos. En el mecanismo planteado, el terreno en movimiento arrastra la pista de deslizamiento, mientras los rodillos, vinculados al tablero, permiten este desplazamiento sin traslacin de aquel. Evidentemente, al agotarse la longitud de la pista de desplazamiento, falla la utilidad del mecanismo, a menos que el rodillo sea movido a la posicin de arranque en la pista, para reiniciar el recorrido. La componente del movimiento de la ladera transversal al eje del Viaducto, produce cortes en los pies de las pilas 9 y 10, mientras estas no se liberen del terreno. Estos cortes se trasmiten al tablero, actuando como fuerzas transversales al mismo, que lo flexionan y deforman en su plano, estirando las fibras ubicadas desde su baricentro hacia el Oeste, lo cual corresponde inicialmente, a la mitad del tablero situado aguas abajo, mientras que la otra mitad queda comprimida. A medida que las deformaciones transversales crecen, el borde del tablero del lado Oeste, se agrieta y el eje neutro de la seccin se desplaza desde el medio hacia aguas arriba, comprimiendo an ms las vigas longitudinales exteriores, que forman parte de ese lado del tablero. Es pues as, que las vigas longitudinales, situadas hacia el borde Este del tablero, reciben una fuerza de compresin como resultado del movimiento transversal de la ladera, mientras que en el borde opuesto, se generan fuerzas de traccin sobre las vigas longitudinales de aquel lado. Es muy importante recalcar este efecto, derivado de la flexin transversal del tablero, pues a la larga, al sumarse con la flexin actuante en el plano vertical de la viga longitudinal extrema del lado Este, hicieron crecer los esfuerzos de compresin en las vigas longitudinales ubicadas en el borde Este (aguas arriba), hasta aplastar su zona comprimida. Si no existiera la componente transversal del movimiento de la ladera, no se generaran las fuerzas axiales en las vigas del tablero (tanto de compresin como de traccin) y por tanto su falla estara controlada por solo la flexin, con falla dctil, con fluencia inicial del acero y posterior aplastamiento del concreto. Al aparecer una fuerza axial de

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compresin, su efecto se suma en la zona comprimida por la flexin y se resta en la traccin del acero (se mueve el eje neutro hacia el acero que solo exista en el borde traccionado), cambiando el modo de falla de dctil a explosiva, pues se produce primero la falla por aplastamiento del concreto. Para alejar en lo posible este aplastamiento temprano del concreto, sera necesario evitar la flexin transversal del tablero y ello se lograra eliminando en lo posible las deformaciones transversales, inducidas por el movimiento transversal del terreno. En este punto es necesario aplicar la accin activa de los cables para disminuir los desplazamientos que el terreno estara induciendo en la estructura. DEFORMACIONES LONGITUDINALES.- En el sentido longitudinal, la estructura es ms flexible : las bielas en sus estribos, pilastras y la esbeltez de las pilas que se unen rgidamente a la estructura, as como aquellas que quedan doblemente articuladas en los extremos, le permiten absorber mayores deformaciones antes de generar los esfuerzos ltimos. Sin embargo, la pieza fundamental del puente: los tres arcos paralelos que conforman su tramo central, fueron concebidos sin armar, es decir que nunca fue pensado para resistir tracciones. Por tanto, al cerrarse su cuerda, por la accin de la componente del desplazamiento de la ladera en el sentido longitudinal, surge un nuevo campo de esfuerzos, generado por la flexin, que se superpone con los esfuerzos existentes y paulatinamente vence las compresiones que correspondan al diseo original y se produce traccin en la fibra superior ms prxima a la clave. A medida que la deformacin progresa, se incrementa la magnitud de estos esfuerzos y se extiende la zona de concreto sometido a esfuerzos de traccin. Al aproximarse el esfuerzo de traccin al de rotura, podra generarse una grieta, de manera violenta y posiblemente podra ser explosiva, es decir con desprendimiento de material. Citando nuevamente al Ingeniero Geotcnico Daniel Salcedo (Comportamiento del deslizamiento de la ladera Sur del Viaducto N 01.Autopista Caracas-La Guaira, Venezuela.): De acuerdo a los clculos estructurales realizados por Jean Muller Internacional, los arcos constituyen la parte ms sensible de la estructura y su colapso ocurrira cuando la cuerda se cierre 670 mm. Sin embargo, se ha recomendado que el Viaducto debe ponerse fuera de servicio, cuando el acortamiento alcance los 50 cm.. En atencin a estos pronsticos, hechos por uno de los realizadores del proyecto y ante la inminencia de la proximidad del lmite de cincuenta centmetros , establecido como el umbral para abandonar el uso del Viaducto N 01, fui requerido por el Ministerio de Infraestructura para presentar los lineamientos para un proyecto que alargara la vida de esa estructura, con el fin de abrir un lapso, suficientemente amplio, que permitiera construir un nuevo puente, para mantener en funcionamiento la Autopista Caracas la Guaira. Ante el inexorable movimiento de la ladera, que no daba tregua, haciendo patente que los tres arcos de concreto sin armadura, seran presa fcil del agrietamiento, segn los pronsticos hechos por uno de sus proyectistas, propuse cambiar el estatus del arco: de ser uno de concreto sin armadura a convertirlo en uno armado, con tal fin se colocara un cable en las cercanas del extrados del arco, el cual se debera tensar a una fuerza suficientemente alta, que bajara los esfuerzos de traccin existentes, a valores compatibles con la condicin de concreto no reforzado.

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VISTA EN PLANTA

DESPLAZAMIENTO TRANSVERSAL DEL TABLERO

DESPLAZAMIENTO VERTICAL DEL ARCO

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Una vez lograda esta meta y despus que se hubiesen adherido los cables a la estructura existente, los nuevos incrementos de esfuerzo generados por el crecimiento de las deformaciones, actuaran sobre una estructura reforzada, que sera dctil por que se le habra incorporado acero en la zona de traccin. Si la ductilidad agregada, se hiciese patente en la seccin de la mxima relacin de DEMANDA/CAPACIDAD (D/C) y permitiera que al alcanzar la solicitacin ltima, se desarrollara la capacidad de deformacin inherente a la propia ductilidad de la seccin, se inducira una rotacin que pudiera asimilarse a la de una articulacin, que por su origen se denomina articulacin plstica. Esta rotacin inducida, o articulacin plstica, puede configurar con las otras dos articulaciones reales existentes desde la propia construccin, un arco de tres articulaciones, que por ser isosttico se plegara al cuadro cambiante de deformaciones de los apoyos, transformando la estructura en una inmune a los desplazamientos del suelo. Todas estas consideraciones son lgicas si el arco estudiado, trabaja como uno biarticulado, pues si se le aadiera un vnculo adicional, aumentara su hiperestaticidad y por tanto, al incorporarse la tercera articulacin, permanecera con ms vnculos que los necesarios, manteniendolo vulnerable a los movimientos del suelo. Con la propuesta as presentada se configura una posible solucin para alargar la vida de la estructura por un lapso suficiente para que pudiera construirse un viaducto alterno que lo supliera. Es importante sealar que para la fecha que se inici el proyecto, la deformacin de la clave era inferior a los cincuenta centmetros y la razn con que creca el movimiento era de dos y medio centmetros por ao (2,5 cm/ao). Se estableci como meta, llegar los sesenta y ocho centmetros (78 cm) de flecha, antes de que se produjera el momento ltimo de la seccin, de tal manera que si la velocidad de movimiento se mantena constante a la razn antes mencionada, se dispondra de un lapso de once aos ((78-50)/2.5= 11 aos), que se consider suficiente para gestionar y construir el nuevo viaducto. Evidentemente, el suponer que el movimiento se mantendra a una velocidad constante, no es una certeza y el nmero de aos calculado depende de las variaciones reales de la velocidad del movimiento. Por tanto, es ms acertado establecer la longitud de los eventos en centmetros, en vez de un lapso de aos, como bien lo haba sealado el Ing Jean Muller. EPILOGO.- Si bien el proyecto se realiz para el mes de Diciembre del ao del dos mil dos, su implementacin fue lenta y solo se logr postensar el arco para Marzo del dos mil cinco, fecha que todava result ser oportuna. A principios del ao dos mil cinco, se produjo una aceleracin del movimiento del terreno, pasando de los dos y medio centmetros por ao a seis centmetros por mes (6 cms/mes), o sea un incremento de treinta y seis veces (36) en el promedio que se tom como base para plantear la efectividad de la medida. En el mes de Noviembre del ao dos mil cinco, se produjo nuevamente un incremento de la velocidad de desplazamiento del terreno, pasando de los seis centmetros por mes (6 cms/mes), medidos en Marzo de este ao a treinta centmetros por mes (30 cms/mes), o sea que se quintuplic su velocidad, llegando a desplazar un centmetro por da. Ante esta situacin, en la que el arco se cerraba a la velocidad descrita y las fundaciones ubicadas sobre la ladera Caracas, se desplazaban transversalmente al puente a la misma velocidad, generando grandes flexiones en el tablero del puente, se decidi liberar las amarras que vinculaban las fundaciones con las pilas 9y 10, con el fin de disminuir o

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eliminar esta flexin transversal sobre el tablero y permitir que el arco se comportara bajo acciones longitudinales cnsonas (evitando los efectos transversales a su plano que le generaba el tablero). Con esta medida se trat de ubicar las tres posibles articulaciones plsticas sobre un mismo plano transversal. El levantamiento de la clave medido para ese momento alcanz los ciento veinte centmetros (120 cms), superando con creces la meta de setenta y ocho centmetros (78 cms) con los que se dise el refuerzo de postensado para alcanzar el momento ltimo en esa seccin, lo que hace pensar que la articulacin plstica ya se hubiese formado all. De ser cierta esta hiptesis, el arco estara empezando a aceptar nuevos desplazamientos del terreno sin incremento de momento (se estara manteniendo el momento ltimo) y por consiguiente se habra prolongando, an ms, la vida de la estructura. Sin embargo, la velocidad del empuje longitudinal del terreno, logr cerrar la junta sobre el estribo la Guaira y el tablero del puente se recost all, introduciendo un vnculo no previsto, al actuar como un puntal que impeda el movimiento de la clave del arco en su direccin longitudinal, retornando el arco de su posible configuracin triarticulada, a uno con un apoyo adicional en la clave que le daba nuevamente hiperestaticidad o sea: se haca nuevamente vulnerable a los desplazamientos. Estando en esta posicin, en la maana del cinco de Enero, hubo un incremento en la velocidad de desplazamiento del terreno, del orden de veinticinco centmetros por da (25 cms/da) que fractur a los tres arcos en la seccin situada a treinta cinco metros (35 m.), medidos desde la clave, que corresponde al sitio donde se empalmaron dos vaciados de construccin. Sin embargo, la estructura sigue en pi, aunque con modificaciones en su geometra. De ser cierta la descripcin hecha, el arco fracturado tendra cuatro articulaciones (dos reales y dos inducidas), que lo mantendra en equilibrio inestable, por la estabilidad que le introduce la geometra, que le estara permitiendo pasar la lnea de presiones que generan las cargas permanentes, por la cercana de la generatriz del arco. Evidentemente, si se introducen cargas externas, distintas a las permanentes, la lnea de presiones se movera y podra activarse la inestabilidad, por tal razn es recomendable suspender el trfico de todo tipo de cargas, sobre todo si representan cargas grandes. Por otra parte, es necesario hacer notar que los movimientos del terreno estn modificando ligeramente, pero constantemente, la geometra actual. Aunque la estructura actual mantuvo todos sus vnculos a tierra, no era aconsejable cargarla hasta que se reforzaran las secciones fracturadas. Es importante sealar que el arco sin armar, proyectado por el Prof. Eugene Freyssinet, basaba su resistencia en el hecho que la resultante de la carga en las distintas secciones de la curva, pasaba dentro del ncleo central de la seccin solicitada, al salirse de ella, empiezan a generarse traccin en las fibras lejanas, situadas en el borde contrario de la excentricidad de la resultante. Esta traccin al sobrepasar la resistencia del concreto correspondiente, generar grietas, que tienden a reducir la seccin til del elemento resistente hasta su aplastamiento por compresin. Pues bien, la prolongacin del arco hacia el terreno, para fundarse, fue diseada con este criterio y es un elemento de concreto sin armar que une la articulacin del arco con los pilotes maestros que lo soportan. De desviarse la direccin de la reaccin del arco del ncleo central de este elemento soporte, igualmente puede agrietarse y fallar, generando una nueva articulacin, alineada con la articulacin real que existe en el extremo del arco, por esto es muy importante que se contrarresten los incrementos de la componente horizontal que genera el desplazamiento, con incrementos de reaccin vertical que mantengan la direccin de la resultante dentro del ncleo central del soporte del arco. Como el peso

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de la estructura no vara, el incremento de reaccin vertical podra lograrse por la aplicacin de anclajes a tierra que queden dentro de la masa en movimiento, para evitar que se corten en la superficie de deslizamiento. La accin de estos anclajes es solo para generar una fuerza vertical que retorne la resultante al ncleo central del elemento estructural que conforma la fundacin. Para ilustrar el proceso de falla, se inserta una secuencia grfica que trata de explicar el texto anterior. Aunque cada dibujo se acompaa de un texto, quizs es conveniente, agregar las siguientes notas: 1.-El refuerzo del arco, concebido para contrarrestar las tracciones superiores, se basaba en la premisa que se evitara el apoyo del tablero contra el estribo La Guaira (Estribo Norte). A tal fin se hizo un recorte en ese estribo dejando una junta de dilatacin suficientemente ancha para que el arco pudiese desplazarse sin que el tablero topase. Cuando el movimiento del terreno se aceler, se hicieron nuevos recortes, estando previsto el ltimo programada para el da cinco de Enero del ao dos mil seis, cuando ocurri un deslizamiento de veinticinco centmetros en poco tiempo. 2.-Se estableci una cantidad de acero de refuerzo en la clave, suficiente para que fluyera cuando el cierre de la cuerda del arco alcanzara los 78 cm.(aproximadamente). La deformacin medida el da anterior a la falla, indic que el desplazamiento estaba prximo a los ciento veinte centmetros (120 cms). Con anterioridad se notaba la grieta en la parte superior de la clave, por lo que se infiere que la articulacin plstica, all prevista se haba formado y por ende el momento plstico correspondiente se mantena constante a pesar del incremento de deformacin.

/2

=0

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=0

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CUANDO =80 cm PLASTIFICA LA CLAVE Y LOSMOMENTOS DEJAN DE CRECER (TRIARTICULADO)

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CUANDO >80 cm APARECE 3 ART.EN ARCO YLOS MOMENTOS POR NO CRECEN.

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CUANDO =120 cm EL TABLERO SE APOYOPORQUE /2 SUPERO ABERTURA DE LA JUNTAEN EL ESTRIBO LA GUAIRA

=0

LA CLAVE NO SE TRASLADA0

CUANDO >120 cm EL TABLERO ESTA APOYADOEL ARCO SE TORNA HIPERESTATICO.LOS MOMENTOS POR CRECEN ACELERADAMENTEY REVIENTA EN SECCION A X=35 m. DE LA CLAVE

LA CLAVE SE FRENA LONGITUD..

M-

SECUENCIA GRAFICA DE LA FORMACION DEL MECANISMO DE COLAPSO

35 m.

ESQUEMA INICIAL ANTES DE DESPLAZARSE.EL ARCO NO TIENE ARMADURA

SE INICIA EL DESPLAZAMIENTO DE LA FUNDACIONDEL ARCO.CUANDO =48 cms SE POSTENSA EL ARCO

M-

NOTA: A RAIZ DEL COLAPSO DEL VIADUCTO Y CON EL TESTIMONIO DE LAS FOTOS PUBLICADAS EN EL DIARIO EL UNIVERSAL (20/03/2006),TOMADAS POR FABRIZIO FEDERICI Y FONSECA, SE AGREGARON LAS PAGINAS SIGUIENTES:

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ASPECTO DINAMICO DEL MECANISMO DE COLAPSO.- La aproximacin esttica descrita, corresponde a un incremento lento y monotnico de las deformaciones del suelo, que van cerrando el arco progresivamente. Al forzarse la clave del arco hacia el estribo La Guaira y recostarse all a travs del tablero, el arco empieza a levantarse en el cuarto opuesto al apoyo e inicia un descenso de la clave, tal como se puede apreciar en los niveles medidos diariamente.

LECTURAS DE LAS DEFORMACIONES SOBRE EL TABLERO El cinco de Enero del dos mil seis, a las siete y media de la maana, se escuch una fuerte detonacin y se produjo una gran onda en el tablero del puente (segn describi el vigilante de la obra), produciendo una curva de aspecto sinusoidal, con su valle en el cuarto de la luz y su cima prxima a la clave, es decir que esta nueva forma es la antimtrica de la deformacin arriba descrita, obtenida bajo la aproximacin esttica. En otras palabras : las deformaciones del tablero generadas por el movimiento lento del terreno, se revirtieron violentamente de tal manera que los puntos que antes subieron, bajaron bruscamente y los que descendan gradualmente, se sacudieron hacia arriba. Igualmente, los movimientos longitudinales hacia La Guaira, se revirtieron hacia Caracas en una especie de espejo de la deformada. SECCIONES FRACTURADAS.- Durante la inspeccin que se realiz ese mismo da, se observaron que seis vigas de las ocho del tablero sobre el arco, se haban agrietado y entre ellas, tres tuvieron perdida del concreto del ala inferior. Esta falla se ubic muy prxima al apoyo de la viga (muy alejada del centro del tramo). En correspondencia, los tres arcos mostraron una grieta en todo el rededor de su permetro, que se ubic en la junta de construccin, donde se

0.0

25.0

50.0

75.0

100.0

125.0

150.0

175.0

200.0

100.00125.00150.00175.00200.00225.00250.00275.00

Progresiva (m)

Asc

enso

del

arc

o (c

m)

17 de Marzo (2006)

7 de Julio (1987)

4 de Enero (2006) 5 de Enero (2006)

4 de Mayo (2005)

10 de Noviembre (2005)

Pilastra LG Pilastra CCS

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apoy la cimbra central que utiliz la compaa Campenon Bernard. En esa parte y en el interior del arco se observ abundante material, producto de saltaduras de concreto. En ninguna de de las secciones agrietadas se apreci el acero reventado. TIPO DE LA FRACTURA.- El aplastamiento del concreto en el ala inferior de la seccin, en un punto prximo a un apoyo intermedio de una viga continua, evidencia un gran momento que genera tracciones superiores y fuertes compresiones en las fibras inferiores de la viga. En atencin a esta observacin, se revis la cantidad de refuerzo existente (6 cables compuestos de 18 alambres de 5 mm por viga), la cual corresponde a la armadura de la seccin balanceada (aproximadamente) y por ende, la falla de compresin observada, implicara la fluencia del acero y an que hubiese reventado. Pero no parece haber evidencias de esto, por lo que se concluye que el tablero estaba comprimido por la presin directa del terreno desde el lado Caracas (La junta en el Estribo Caracas se haba liberado a las 2 am del da cinco de Enero, pero a las siete de la maana se haba vuelto a cerrar), factor este que protegera el acero contra la falla por traccin, pero incrementara la compresin en el concreto (seccin flexo comprimida). El concreto del Viaducto N 01 tena una resistencia superior a los quinientos kilogramos por centmetro cuadrado (500 kg/cm^2) y su falla fue explosiva (que explicara la detonacin oda). La experiencia en el laboratorio nos ensea que la rotura de los concretos de alta resistencia es instantnea y no conozco el tiempo transcurrido entre la primera falla y su explosin. Cualquier tiempo tiende a ser muy pequeo (prximo a cero) y por ende la velocidad de la degradacin tiende a ser muy grande. Este desprendimiento de parte del ala inferior, alcanz los cuarenta y cinco centmetros de profundidad y origin grietas inclinadas de corte en el alma de la viga explotada, las cuales se explican por la disminucin de la seccin, mientras se mantena la accin de la carga actuante (carga permanente). La fuerza actuante sobre el ala inferior de la viga en el momento de la explosin, se puede aproximar multiplicando el rea transversal de la zona fracturada por la resistencia ltima del concreto, as: Area del ala inferior: 1425 cm^2 Rcr> 500 kg/cm2 Fuerza= 713 tn/viga En las tres vigas : F= 2139 tn

SALTADURA

GRIETA

0.25

0.40

0.150.30

1.80

6 de 18 5 mm.

La degradacin de la seccin conlleva una prdida de rigidez alrededor del punto fracturado, por lo que la seccin tiende a rotar bajo la accin de las flexiones que la agrietaron. Todo ello en un instante (o sea a alta velocidad).

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PERDIDA DE RIGIDEZ DE LA ESTRUCTURA.- Al saltar el concreto de la viga del tablero, como se ha descrito, y generarse una rotacin violenta en ese punto, la estructura sufre un incremento , igualmente rpido, de sus deformaciones, que se ha estimado en un diez por ciento (10%) de las que existieron en el instante previo. Esta estimacin se obtuvo de comparar las deformaciones bajo la rigidez previa y la existente al formarse una articulacin en el punto fracturado. La variacin de deformaciones, ya descrita, se produce en un instante, es decir con gran aceleracin que agita toda la masa del puente. EL MOVIMIENTO DINAMICO.- La falla violenta de una seccin del tablero, introduce un pulso sobre la estructura, que por lo corto del intervalo (tiempo muy pequeo), genera fuerzas inerciales muy altas, que revierten el movimiento hasta producir una elstica antimtrica de la que existi en el instante previo al reventn. Es as que en el cuarto de la luz del lado Caracas, donde subi el tablero hasta fallar por flexin con explosin del concreto, se inicia un descenso que tiende a revertir las solicitaciones en todas las secciones. Entre estas secciones, est la del arco bajo el punto fracturado del tablero, que ahora tiende a bajar y en consecuencia a sufrir tracciones en su fibra inferior y compresiones en la superior. Esta nueva solicitacin, no prevista para el arco que se haba reforzado para el crecimiento de las tracciones en su fibra superior, encuentra una seccin sin armadura inferior, por lo que se agrieta violentamente por traccin, fracturando la losa inferior del arco y parte de sus paredes. Como la seccin del arco original era un cajn (seccin cerrada), la generacin de la grieta por traccin la convierte en una seccin abierta, que es menos resistente a la torsin, generada por los desplazamientos transversales y los asentamientos diferenciales de las fundaciones. Posiblemente, esto explique la pequea rotacin relativa entre los bordes de las secciones en contacto en la zona agrietada del arco. Este agrietamiento y giro alrededor del eje del arco (torsin), produce perdida de material en los bordes en contacto, pero la gran fuerza axial que viaja por el arco, mantiene la continuidad del mismo, al presionar normalmente sobre la grieta, dentro de un nivel de esfuerzos que no alcanzaron la rotura.. Llegado a este punto, el movimiento oscilante, revierte para recuperar su posicin inicial, y trata de colocar en traccin la fibra superior (armada) y comprime la inferior de concreto sin armar, que es una condicin que la seccin puede resistir. Como consecuencia, el puente fue cerrado al trfico y se procedi a levantar los nuevos niveles que mostraron un cambio de la geometra del arco: El punto del cuarto de la luz del lado Caracas, qued levantado y el arco mostraba un quiebre angular en ese sitio. NUEVAS MEDIDAS.- En esta situacin, se pens reforzar el arco internamente con concreto armado en la seccin del cuarto de la luz que haba fracturado y postensar nuevamente el tablero, de tal manera que intentara cerrar la grieta. La propuesta fue evaluada sobre una geometra aproximada a la nueva generatriz y mostr indicios de ser una solucin acertada. Sin embargo, el riesgo que correra el personal que debera trabajar dentro del arco y el movimiento del terreno que segua progresando a velocidades altas ,oblig aplazar dicho refuerzo hasta que bajase la velocidad a dos milmetros da (2 mm/da) y se hubiese hecho un buen levantamiento topogrfico. Mientras tanto, se continuaron las mediciones de las deformaciones del tablero. COLAPSO DE LA ESTRUCTURA.-

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Los das previos al diecinueve de Abril, los habitantes de las barriadas aledaas al Viaducto, reportaron nuevos movimientos. El Viernes, diecisiete de Abril del dos mil seis, se midi un ascenso de trece centmetros, en el punto de la fractura, que pudiera estar significando que el tablero se haba recostado nuevamente sobre el extremo la Guaira, colocndose as, en la misma posicin de arranque, que desencaden el pulso del cinco de Enero. Si el estribo La Guaira o la Pilastra de ese lado, apoy nuevamente al tablero, se oblig al punto de la fractura anterior, a levantarse nuevamente y pudieron explotar las vigas que haban quedado sanas en el evento anterior. De ser as, esto desencaden un proceso como el ya descrito, pero encontrando la seccin del arco agrietada (sin resistencia a traccin en la fibra inferior), que tendera a abrirse sin mayor resistencia, reduciendo cada vez ms la zona comprimida (extrads), hasta alcanzar el esfuerzo de rotura, que como sabemos sera explosivo. Si se observa la fotografa del colapso (tomada por el Ing Fabrizio Federico), se aprecia la nube blanca que sale del cuarto de la luz del arco, que nos indica el aplastamiento explosivo de la losa superior del arco en ese punto. Igualmente, en el centro del arco se est iniciando el aplastamiento del concreto de la losa inferior, completando as las cuatro articulaciones: dos reales en los arranques, y dos inducidas en las fracturas del cuarto de la luz del lado Caracas y la otra en la clave (articulacin plstica) . Las dos articulaciones reales, situadas en los pies de los arcos, giraron sin oposicin segn fuesen requeridas por el movimiento, mientras que la del cuarto de la luz, enfil su vrtice hacia abajo y la del centro lo dirigi hacia arriba, conformando as el mecanismo de colapso. Si se observa la fotografa de Fonseca, se aprecia el acceso la Guaira, desplazndose hacia Caracas (unos seis metros), lo que induce a pensar que la fotografa de Fabrizi Federico fue tomada primero, en el momento del aplastamiento del concreto, mientras que la de Fonseca muestra un instante posterior, durante el desplome.

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VIADUCTO N 01 AUTOPISTA CARACAS - LA GUAIRA

POSIBLE MECANISMO DE COLAPSO

APLASTAMIENTODEL CONCRETO

NO HABIA ACERO INFERIOR

ACERO SUPERIORFLUYENDO

REVENTO EL ACERO

LADO CARACAS

LADO LA GUAIRA AL ROTAR DURANTE EL DESPLOME ARRASTRARA EL TRAMO DE ACCESO DESDE LA GUAIRA

POSIBLEMENTE ESTOS APOYOS DE CONCRETO IMPIDIERON EL

SUPERIOR