COMPARACIÓN TÉCNICO ECONÓMICA COMPARACIÓN TÉCNICO ECONÓMICA DE TIPOLOGÍAS EN ARCO Y KING POST DE TIPOLOGÍAS EN ARCO Y KING POST
PARA SUPERESTRUCTURAS DE PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES DE MADERAPUENTES DE MADERA
Ángela Salinas B. - Rodrigo Rubilar D.Universidad del Bío Bío
Concepción - Chile
MOTIVACIÓNMOTIVACIÓN
• Estudio de las características y propiedades de maderas nacionales destinadas a ciertas tipologías estructurales.
• Proyecto FONDEF denominado “Protección por Diseño en el Uso de la Madera en la Infraestructura Vial: Puentes, Pasarelas y Elementos de Seguridad”.
• Desarrollo de un manual práctico, el cual determina y compara costos de construcción de superestructuras asociadas a diferentes tipologías estructurales en puentes de madera, considerando como variable significativa la luz o distancia a cubrir.
Comparación de costos de construcción en superestructuras de puentes en madera, para tipologías arco y king post, sobre diferentes luces a salvar.
Generar bajo una metodología de análisis secciones típicas y detalle de uniones a modo de prediseño, que permita aproximar resultados finales mediante un diseño específico.
OBJETIVO GENERALOBJETIVO GENERAL
OBJETIVO ESPECÍFICOOBJETIVO ESPECÍFICO
PUENTES NACIONALES DE MADERAPUENTES NACIONALES DE MADERA
• 10% Red nacional de puentes del MOP
• Vida útil de 20 años, con reconstitución del tablero cada 5 años.
TENSORES Y VIGAS TRANSVERSALES (ACERO)
ARCOS (MLE)
TABLERO POSTENSADO(MADERA ESTRUCTURAL)
UNIONES (PLACAS DE ACERO Y PERNOS)
COMPONENTES ESTRUCTURALES Y COMPONENTES ESTRUCTURALES Y MATERIALESMATERIALES
(Tipología Arco)(Tipología Arco)
COMPONENTES ESTRUCTURALES Y COMPONENTES ESTRUCTURALES Y MATERIALESMATERIALES
(Tipología King Post)(Tipología King Post)
TENSORES Y VIGAS TRANSVERSALES (ACERO)
ARCOS (MLE)
TABLERO POSTENSADO(MADERA ESTRUCTURAL)
UNIONES (PLACAS ACERO Y PERNOS)
TABLERO TENSADOTABLERO TENSADO
• Tablones dispuestos de canto, en sentido longitudinal del puente, tensados transversalmente
• Barras de alta resistencia dipuestas cada 50 cm
• Piezas de madera de 4 mts de largo, desplazadas 1 mt entre sí en el sentido longitudinal, para obtener uniones de tope cada cuatro piezas en el sentido transversal.
1 unión de tope cada 4 laminaciones
1m
1m1m
50cm
TABLERO TENSADOTABLERO TENSADO
Aspecto final
Unión tablero viga
COMBINACIONES DE CARGACOMBINACIONES DE CARGA
CTICEEQTSRLFWL
PSWSFBECFILDNGrupo
CTICEEQRLWL
PSWSBECLD
)(
)()(
N: Número de grupo
g: Factor de carga
bX: Coeficiente
D: Carga muerta
L: Carga viva
I: Impacto de carga viva
E: Presión de tierra
W: Carga de viento
WL: Viento sobre carga viva
LF: Fuerza longitudinal de carga viva
CF: Fuerza centrifuga
R: Acortamiento lateral
S: Retracción
T: Temperatura
EQ: Sismo
SF: Presión de flujo
ICE: Presión de hielo
PS: Preesfuerzo
CT: Colisión
MODELACION Y ANALISISMODELACION Y ANALISIS• Peso propio
Madera de pino radiata: 550 kg/m3Acero: 7850 kg/m3Asfalto: 1500 kg/m3
• Sobrecarga móvilCamión HS20-44+20%
• Viento, según NCh 432
• Sismo, según recomendaciones MCV3 Kh=0.24
RESULTADOS
ANALISIS ECONOMICOANALISIS ECONOMICOARCO
0%
10%
20%
30%
40%
50%
15 20 25 30 35 40
MLE Acero Tablero
KING POST
0%
10%
20%
30%
40%
50%
15 20 25 30 35 40
MLE Acero Tablero
ANALISIS ECONOMICOANALISIS ECONOMICO
y = 43.260,792x2 + 1.381.243,916x + 4.685.777,848
R2 = 0,997
y = 34763,650x2 + 1234390,673x + 5007218,307
R2 = 1,000
$-
$20.000.000
$40.000.000
$60.000.000
$80.000.000
$100.000.000
$120.000.000
$140.000.000
10 15 20 25 30 35 40 45
Longitud (m)
Cost
o ($)
ARCO KING POST Polinómica (KING POST) Polinómica (ARCO)
Costo Total Superestructuras de Puentes (25 m)
$ 0
$ 20.000.000
$ 40.000.000
$ 60.000.000
$ 80.000.000
$ 100.000.000
$ 120.000.000
Hormigon y Acero Madera
Materialidad
Cost
o
CONCLUSIONES Y COMENTARIOSCONCLUSIONES Y COMENTARIOS
• La tecnología de madera laminada ha permitido superar aspectos claves, como la longitud y escuadría o dimensiones de la sección transversal, que limitaban significativamente la utilización de la madera para estructuras importantes.
• Los tableros de madera postensada han sido ampliamente estudiados y caracterizados, tanto en sus métodos de diseño como en los detalles constructivos, por lo que constituyen un elemento estructural confiable para ser utilizado en puentes vehiculares.
• La tipología estructural de arco parabólico es más conveniente desde el punto de vista económico que el tipo king post, para todo el rango de longitudes analizado. Sin embargo no se presenta una gran diferencia (entre 11% y 19%), por lo que podría estimarse que ambas tipologías proveen soluciones de costo similar para cualquier longitud definida.
• La carga de sismo presenta bajo impacto en el diseño de los distintos elementos estructurales, básicamente debido al peso reducido, consecuencia de los materiales utilizados, principalmente la madera de pino radiata. Así el diseño queda controlado por el peso propio, la sobrecarga móvil y el viento.
• La geometría de estas estructuras queda condicionada por dos aspectos principales, como son: las escuadrías disponibles en pino radiata con clasificación estructural mecánica; y la necesidad de arriostramiento superior en conjunto con el requerimiento del galibo mínimo establecido. El primero define el espaciamiento entre marcos soportantes, en tanto el segundo determina la configuración en el plano de cada uno de los arcos principales.
• La futura implementación de estas estructuras debe motivar a las empresas productoras a obtener mayores escuadrías en madera estructural de pino radiata, condición que permite un mayor espaciamiento entre soportes, y la disminución del costo asociado a la estructura metálica, que es un componente significativo (30% a 40%) del total. Alternativamente, la producción de madera de otras especies con mejores propiedades mecánicas y a costos convenientes, tendría un efecto similar.
• Las estructuras presentadas pueden ser repetitivas en el espacio, por lo que con adecuados apoyos intermedios, es posible obtener luces totales mayores que las analizadas, situación que ya se ha observado en otros países, principalmente en Europa.
GRACIAS POR SU ATENCION…GRACIAS POR SU ATENCION…