aplicación de madera tensada en puentes

8/11/2019 Aplicacin de Madera Tensada en Puentes

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Aplicacin de madera tensada en puentes

Pablo Romero ContrerasUniversidad de Santiago de Chile, Estudiante de Ingeniera Civil en Obras Civiles

[email protected]

Alonso Rossi RossiUniversidad de Santiago de Chile, Estudiante de Ingeniera Civil en Obras Civiles

[email protected]

Esteban Jamett QuezadaProfesor Departamento de Ing. en Obras Civiles, Universidad de Santiago de Chile

[email protected]

RESUMEN

El uso de madera tensada en puentes corresponde a un sistema en el que tablones de maderaaserrada cepillada de buen grado estructural son dispuestos de canto en el eje longitudinal, siendotensadas transversalmente con barras de acero de alta resistencia para as, lograr que trabajen enconjunto como un solo elemento y evitar las deformaciones relativas entre tablones. Este sistemase caracteriza principalmente por la rpida colocacin, no requiere de mano de obra altamentecalificada, facilidad y bajo costo de mantencin.

Los criterios de diseo utilizados en el presente documento, han sido obtenidos del Manual de

diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.

1. INTRODUCCIN

Junto con el desarrollo y crecimiento de la poblacin, ha sido cada vez ms necesario facilitar elacceso a sectores perifricos, con el fin de optimizar el tiempo de trayecto hacia ellos. Es por estoque el uso de puentes ha ido adquiriendo una mayor demanda en cuanto a su utilizacin, la cualha generado un desgaste progresivo en la superficie de contacto con el trnsito. Una solucin aesta problemtica es la implementacin de tableros de madera tensada, que consiste en lacolocacin de tablones de madera aserrada, cepillada y clasificada estructuralmente, dispuestasde canto, unidas por sus caras y tensadas de manera transversal por barras de acero de altaresistencia, convirtindolas en un solo elemento placa, de propiedades homogneas en cadadireccin ortogonal.

El uso de ste sistema ingenieril es ventajoso debido a la abundancia de Pino Radiata en Chile,especie recomendada1para su construccin, que a su vez es mucho ms ligero que el hormignarmado; la fcil y rpida instalacin considerando que el hormign armado tarda 28 das enfraguar (tiempo en que un puente de madera tensada podra estar listo para su puesta en

1Segn Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado,(Pg. 11,

prrafo 1)
mailto:[email protected]:[email protected]


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servicio), que no necesita mano de obra especialmente calificada, y su fcil y rpido proceso demantencin, que consiste en el re-tensado de las barra de acero. Todas estas caractersticasconvierten la madera tensada en una alternativa ms econmica, a largo plazo, comparada conotros sistemas de construccin.El presente documento tiene como objetivo dar a conocer la madera tensada como un sistema

estructural competente, tratando de generar confianza en su eleccin, y as posicionarlo como unaprioridad al momento de realizar un proyecto.

2. DESCRIPCIN DEL SISTEMA

La metodologa utilizada en la construccin de puentes con este sistema logra generar una buenacompatibilidad entre los materiales, formando a grandes rasgos una superestructura que cumplecon los requisitos necesarios.

Para completar exitosamente un puente con el uso de madera tensada es necesario usar:

Viga longitudinal: Viga de acero estructural dispuesta a lo largo del puente. Se utiliza un mnimode dos en paralelo para la luz entre apoyos. Son ubicados sobre los estribos y cepas intermediasen caso de su existencia, y estn destinados a soportar todas las cargas producidas en loselementos superiores.

Viga Transversal: Vigas de menor dimensin que las principales dispuestas en el sentidotransversal del tablero, distribuidas en sentido longitudinal y a distancias suficientes para controlarla posible deformacin existente en el tablero de madera tensada.

Solera: Elemento de madera ubicado sobre la viga transversal, sujeta a sta mediante pernos deanclaje encargada de recibir el tablero de madera tensada.

Taco Central: Elemento de madera, anclado en la parte lateral a la solera a travs de pernos.

Taco: Elemento de madera anclado al tablero de madera mediante tirafondos2, que ayudan a queel tablero no tenga desplazamientos horizontales transversales.

Tablero de madera tensada: Elemento fabricado con tablones de madera aserrada, cepillada y decalidad certificada, tensado transversalmente con barras de acero destinado a conectar ambosextremos del puente para soportar y distribuir las cargas ejercidas por los vehculos a la hora detransitar por sobre l.

Barras de tensado: Barras de acero de alta resistencia que atraviesan transversalmente los

tablones de madera (previamente perforados), encargadas de unificar y distribuir los esfuerzos.

Placa de apoyo y de anclaje: La placa cuadrada de apoyo es ubicada inmediatamente despusdel extremo lateral del tablero, poniendo a continuacin la placa de anclaje. Tienen como finalidaddistribuir la tensin ejercida por la tuerca en un rea mayor para no daar la madera y as propiciarun adecuado proceso de tensado en la barra de acero.

2Tornillo para asegurar, especialmente en la madera, algunas piezas de hierro.


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En cuanto a los elementos que componen el tablero, stos deben ser tablones de maderaaserrada cepillada clasificada estructuralmente, donde el ancho y espesor del tablero deben serconstantes, siendo este ltimo no menor que 150 mm.

Para seleccionar la especie y grado estructural, se deben tener en cuenta los resultados obtenidospor el estudio de cargas solicitantes al tablero. Recomendndose el uso de Pino Radiata para suconfeccin, pues presenta un buen comportamiento en construcciones al sur de Chile 3 y existeuna gran cantidad en el comercio nacional4.

Figura 1. Vista tridimensional de la parte superior del puente y elementos del corte transversal A-A.Fuente: Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.

Figura 2. Detalle de la unin de vigas secundarias y soleras a la losaFuente: Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.

3. MODELACIN Y DISEO

3.1Consideraciones

Se debe tener en cuenta, para el correcto funcionamiento, serviciabilidad y duracin del tablero,que el diseo debe considerar lo siguiente:

3Segn Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.4Segn estudio de disponibilidad de pino radiata:2003-2032. (ver referencias).


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Los esfuerzos a los cuales ser sometido el material debe estar restringido por un ciertofactor de seguridad, lo que conlleva a trabajar con esfuerzos admisibles y as asegurar sucorrecto funcionamiento.

Los elementos que compongan el tablero de madera tensada deben tener la rigidezsuficiente para evitar que las deformaciones excedan los lmites establecidos.

La tensin proporcionada a las barras de acero debe estar dentro del rango ptimo, de talmodo de provocar una correcta fuerza de roce entre los tablones de madera y a la vez nodaarla por exceso de esta misma.

3.2 Diseo de laminaciones

Para el diseo se toman en cuenta las cargas puntuales que podra ocasionar un camin estndarde tres ejes. Debido a la accin del tensado en la madera, el comportamiento de los elementos yano es individual, sino que trabajan en conjunto, por lo que la accin de las ruedas es similar a unaviga de ancho D, el cual es mayor que el ancho de la superficie de contacto propiamente tal (Verfigura 3).

Para disear esta viga de ancho D, se deben considerar factores de modificacin que influyen

directamente en la resistencia de la madera, los cuales son por altura, humedad, duracin de lacarga, trabajo conjunto, temperatura y tratamiento qumico.

En cuanto a la determinacin del ancho D, se calcula como el mnimo entre la Ec. 1 y la Ec. 2:

D=1,3*(b+t)D=Bt/2

Donde,

b = Ancho de contacto de los neumticos con la superficie. t = Espesor del tableroBt = Ancho transversal del camin entre ejes.

Figura 3. Mtodo simplificado de diseoFuente: Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.

Ec. 1

Ec. 2


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3.3 Diseo unin de tope

La distribucin de uniones de tope se debe realizar de tal manera que estas no quedenadyacentes entre laminaciones. El espaciamiento entre uniones de tope debe ser de un cuarto delelemento de mayor longitud, lo que implica el uso de cuatro tablones de distinta longitud en todo elproyecto:

1 tabln con su longitud total 1 tabln con de su longitud 1 tabln con de su longitud 1 tabln con de su longitud

Luego de disponer de manera descendente y adyacente estos cuatro elementos en el ejetransversal, se repite el patrn comenzando por el tabln de dimensin mayor. Esto se realiza sloen los extremos del tablero, es decir, en el comienzo y final del puente.Cuando se trate de los tablones entre extremos, se pondrn solo los que tengan la longitud mayor(Ver figura 4).

Figura 4. Esquema explicativo de la disposicin de los tablones de maderaFuente: Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.

3.4 Nivel de tensado

El nivel de tensado est definido como el mayor valor entre pm y pv. Siendo:

pm = Esfuerzo de compresin necesario para resistir el momento transversal

pv = Esfuerzo de compresin necesario para resistir el corte transversal


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Ec. 3

La flexin generada en el tablero debido a la sobrecarga mvil ser proporcional al momentoflector en el sentido longitudinal, lo que puede generar una abertura de las lminas si no se tienela tensin suficiente (pm).

En cuanto a la accin de corte transversal, se genera debido a la carga traspasada por las ruedashacia la superficie de rodado. Si la tensin de las barras de acero no es suficiente (pv), entoncesse producir deslizamiento de las lminas.

Es importante mantener un nivel de tensado mnimo a lo largo de la vida de diseo del tablero, porlo tanto cuando las barras son recin tensadas y debido a que disminuyen notablemente sutensin los primeros das siguientes, es necesario que la tensin inicial aplicada sea amplificadapor un factor 2.

3.5 Espaciamiento de tensoresUna vez determinada la tensin mnima de apriete, se debe tener en cuenta el rea mnima requeridade la barra de acero mediante la Ec. 3:

Amn=p*(s*t)/fs

p = Tensin mnima de aprietes = Espaciamiento entre barrast = Espesor del tablerofs = Tensin admisible de la barra de acero

Debido a que los dimetros de las barras de acero de alta resistencia se venden por catlogo, sepuede elegir un dimetro comercial ptimo, con lo cual se obtiene su espaciamiento correspondiente.

3.6 Deformaciones admisiblesEs importante tener en consideracin las deformaciones admisibles provocadas por la carga viva en el

tablero de madera tensada, ya que su excedencia provocar una aceleracin en la prdida de tensinen las barras de acero. En consecuencia ser necesario realizar una mantencin anticipada a lopresupuestado, influyendo directamente en la planificacin y costos asociados a dicha tarea.

La deformacin mxima puede ser obtenida a travs mtodos tradicionales de anlisis estructural opor medio de programas computacionales en caso de vigas que tengan varios apoyos a lo largo, laque deber ser comparada con el mximo admisible (Ec. 4).

d'max=L/3605

Donde L corresponde a la luz libre entre apoyos y d'max la deflexin mxima obtenida por el

anlisis estructural.3.7 Consideraciones SsmicasDespus de obtener las cargas vivas de diseo, stas se deben aumentar en un 20% debido a lavariabilidad de cargas de los camiones en Chile. Esto es una consideracin implementada por el

5Segn Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado,(Pg. 123)

Ec. 4


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Ministerio de Obras Pblicas en 1980. A su vez se deben aumentar en un 33% las cargas del caminde diseo, con el fin de considerar la accin dinmica sobre la estructura.

4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIN

Se divide en dos partes, dependiendo si se trata de una reparacin o la construccin de un puentenuevo.

ReparacinConsiste en el retiro del tablero comn de madera aserrada e instalacin de un tablero de maderatensada. Primero se retiran los tablones de rodado seguido por los tablones de resistencia, luegose quitan las barandas y elementos de pasillo. A continuacin se verifica el estado de las vigaslongitudinales y estribos. Si son capaces de resistir las solicitaciones de diseo, entonces seprocede a la construccin del nuevo tablero.

Puente nuevoSe deben disear las vigas longitudinales, transversales y estribos con el fin de crear un apoyo

nivelado y resistente para montar el tablero de madera tensada

Montaje de soleras sobre vigas transversales: Si las vigas transversales son de acero, las solerasirn unidas por pernos con tuerca y golilla. De ser de hormign entonces se utilizarn pernos deexpansin. (Ver figura 5)

Figura 5. Detalle de anclaje Solera-Viga transversal de acero y hormignFuente: Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.

Una vez lista la instalacin, se conectan los tacos centrales a la solera mediante pernos con golilla

y tuerca.

Ensamblaje en obraCuando se pretende ensamblar el tablero en la misma obra, se recomienda hacerlo a un lado delemplazamiento para despus levantarlo con gra y ubicarlo sobre los estribos. Para suensamblaje ser necesario tener apoyos temporales para las laminaciones.


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Ya que el tablero es tensado previo a su levantamiento y colocacin, no se debe transportar si noest completamente tensado.

Como recomendacin no se deberan ensamblar tableros de luz mayor a 12 metros, pues dificultasu traslado y por lo tanto, su integridad.

Cuando se tienen ensambladas las lminas se insertan tubos de PVC, de dimetro similar a 32mm para que las barras de acero pasen por dentro. Esto les da proteccin, aislante y sirve de guapara ir colocando los tablones.

Para evitar la corrosin en la barra, el tubo de PVC es engrasado en toda su extensin y si existealgn problema al momento de insertar las barras, se pueden golpear suavemente utilizando untrozo de madera. De este modo se protege la punta y no ocasionar problemas cuando se quieracolocar la tuerca.

Una vez terminado el tablero se colocan la placa de apoyo y de anclaje, junto con la tuercahexagonal en cada barra (Ver Figura 6).

Figura 6. Ejemplo de la colocacin de elementos de sujecin.Fuente: Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.

Tensado de Barras

La tensin de barras se consigue con: gato hidrulico, bomba hidrulica, silla de anclaje,manmetro, placa y tuerca de respaldo. (Ver figura 7)

Caractersticas del equipo para tensado:

mbolo hueco, con capacidad mnima de 1,2 veces la tensin de diseo. Bomba hidrulica con capacidad de levantar la mxima presin en el cilindro hidrulico El manmetro hidrulico debe estar dentro del rango de medicin de la bomba

hidrulica.(Ver figura 7)

Debido a deformaciones producidas por la permanencia de la carga en el tiempo (Creep), se

requiere que las barras sean re-tensadas.


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Figura 7. Equipo necesario para realizar el correcto tensionado de las barras de acero.Fuente: Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.

5. EJEMPLOS DE PUENTES CON TABLERO DE MADERA TENSADA

Nacionales

A pesar de que en el sur de Chile existen ms de 30006

puentes rurales, donde el mtodo espotencialmente aplicable, no existen proyectos destinados a la reconstruccin y/o mejoramiento deellos.

El caso ms emblemtico se encuentra sobre el ro Cautn en la novena regin de la Araucana,adjudicado por el fondo de innovacin tecnolgica del MOP al departamento de ingeniera Civil de lafacultad de ingeniera de la Universidad de Concepcin en el ao 2004.

El proyecto en cuestin consista la reconstruccin del puente Cautn que tena deterioro y prdida depropiedades resistentes en el tablero de madera. Instancia que la universidad aprovech para terminaruna investigacin de dos aos con respecto al uso de tableros de madera tensada.El puente consta de alrededor de 100 m de extensin longitudinal y 4.5 m de ancho generando unainversin de alrededor de 60 millones de pesos para llevarlo a cabo en un tiempo de 30 das, lo quedemostr la rpida colocacin que posee ste sistema (Ver figura 8).

Figura 8. Reparacin de Puente CautnFuente: Manual de diseo, construccin, mantencin y monitoreo de tableros de madera tensado.

6Segn presentacin Puente de madera tensada, una nueva aplicacin de la madera estructural. (Ver referencias)


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Gracias a la reconstruccin de ste puente, y desde entonces, se ha dado cabida a proponer lasolucin expuesta en algunos otros puentes del territorio nacional, tal como el puente Juan Pablo IIubicado en la octava regin del Bio-Bio, despus de los daos sufridos por el terremoto de Febrero delao 2010.

InternacionalesUno de los pases pioneros en el uso de tableros de madera tensada para puentes fue Canad en laciudad de Ontaro (1976), presentando un sistema innovador en el procedimiento salindose de losestndares de ese entonces.

Posteriormente, en la dcada de los 80, el sistema fue adoptado por Estados Unidosfundamentalmente para puentes vehiculares secundarios y rurales. Provocando que, en 1991, selanzara el manual de especificaciones para el diseo de stos puentes por la AASHTO (normaamericana para el diseo de obras viales, puentes y carreteras).

CONCLUSIN

Si bien el tensado de los elementos aporta uniformidad al comportamiento del tablero, esimportante restringir lo ms posible los esfuerzos de momento y corte transversal, pues estoscontrolan el diseo del tablero, pudiendo generar los efectos ms adversos en ste sipo deestructuras. Frente a esto, la limitacin del ancho del puente a valores mnimos ayuda a mantenerel sistema de unin estable.

Si se desea trabajar con losas de ms de una va, la ubicacin de las calzadas generara unaexcentricidad que influira directamente en el momento transversal, dando cabida a una falla porabertura de las lminas.

Si bien aumentando la tensin de las barras de acero, aumentara la resistencia, esto puederepercutir en el dao que la placa generara en la madera. Por lo que un mayor espesor nominaldel tablero sera la solucin, es decir, una mayor escuadra de los tablones de madera aserrada.


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REFERENCIAS

Bio Bio Chile (2010). Proponen reparar puente Juan Pablo II con madera tensada en Regin delBo-Bo. En internet:http://rbb.cl/6wxf

Corporacin Chilena de la Madera (2014). Puentes de madera: Una alternativa para laconectividad. En internet:http://www.corma.cl/corma-al-dia/biobio/puentes-de-madera-una-alternativa-para-la-conectividad

Figueroa, Macarena; Bustos, Cecilia; Dechent, Peter; Reyes, Laura; Cloutier, Alain; Giuliano,Mario (2012). Anlisis del comportamiento reolgico y termo-higromecnico en probetas detableros tensados de madera para puentes a condiciones ambientales variables. En internet:http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-221X2012005000005&script=sci_arttext

Giuliano M., Mario; Dechent A., Peter; Silva M., Rodrigo (2011). Manual de Diseo, Construccin,Mantencin y Monitoreo de Tableros de Madera Tensado. Departamento de Ingeniera Civil,Universidad de Concepcin.

Giuliano M., Mario. Puentes de Madera con Tableros Tensados. Departamento de Ingeniera Civil,Universidad de Concepcin.

Giuliano M., Mario. Puente de madera tensada, una nueva aplicacin de la madera estructural.Departamento de Ingeniera Civil, Universidad de Concepcin.

Prez Muoz, Francisco Javier; Paredes V., Gonzalo. Estudio de disponibilidad de Pino Radiata:2003 - 2032. Instituto de Investigacin Forestal de Chile; Ministerio de Agricultura.
http://rbb.cl/6wxfhttp://www.corma.cl/corma-al-dia/biobio/puentes-de-madera-una-alternativa-para-la-conectividadhttp://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-221X2012005000005&script=sci_arttexthttp://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-221X2012005000005&script=sci_arttexthttp://www.corma.cl/corma-al-dia/biobio/puentes-de-madera-una-alternativa-para-la-conectividadhttp://rbb.cl/6wxf

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