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…