estudio de viabilidad de estructuras de madera para
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ESTUDIO DE VIABILIDAD DE
ESTRUCTURAS DE MADERA
PARA INFRAESTRUCTURAS DE
TRANSPORTE
Trabajo realizado por:
Fanny Carmen Lulichac SƔenz
Dirigido por:
Javier Pablo Ainchil Lavin
Gonzalo Ramos Schneider
MƔster en:
IngenierĆa Estructural y de la ConstrucciĆ³n
Barcelona, octubre del 2020
Departamento de IngenierĆa Civil y Ambiental
Estudio de Viabilidad de Estructuras de Madera para Infraestructuras de Transporte
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DEDICATORIA
A mi madre Elvira, por haberme demostrado
con hechos el sacrificio de trabajar duro y que
con mucho esfuerzo se puede alcanzar todo lo
que nos proponemos.
A mi padre Alindor, por estar siempre
pendiente de mĆ y mi carrera profesional, por
su apoyo incondicional y porque cada dĆa me
anima a seguir superƔndome.
A mi querido hermano Alexis, quien se ha
convertido en un ejemplo a seguir.
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AGRADECIMIENTOS
Primeramente, a Dios, por darme la fortaleza e
iluminarme para seguir adelante y haberme
permitido llegar hasta este punto de la vida.
A mis tutores, Javier Ainchil y Gonzalo Ramos,
por darme acogida en este proyecto de
investigaciĆ³n, por compartirme sus
conocimientos y apoyarme en los momentos
que mƔs necesitaba. Gracias por su
colaboraciĆ³n, crĆtica y paciencia brindada.
Finalmente quisiera agradecer a todas las
personas que han sido parte de mi vida y que
han aportado en mi crecimiento personal y
profesional
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CONTENIDO
DEDICATORIA ................................................................................................................................ i
AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................................... ii
INDICE DE FIGURAS ...................................................................................................................... vi
INDICE DE TABLAS ........................................................................................................................ ix
RESUMEN .................................................................................................................................... xi
ABSTRACT ................................................................................................................................... xii
CAPĆTULO 1. INTRODUCCIĆN .........................................................................................................1
1.1. Objetivos y alcance ................................................................................................................. 1
1.1.1. Objetivo principal ........................................................................................................... 1
1.1.2. Objetivos especĆficos ...................................................................................................... 1
1.1.3. Alcance ............................................................................................................................ 1
1.2. MetodologĆa de la investigaciĆ³n ............................................................................................ 1
1.3. Estructura del trabajo ............................................................................................................. 2
1.4. Definiciones ............................................................................................................................ 2
1.5. Normativa ............................................................................................................................... 6
CAPĆTULO 2. ESTADO DEL ARTE......................................................................................................7
2.1. Antecedentes histĆ³ricos ......................................................................................................... 7
2.1.1. EvoluciĆ³n de elaboraciĆ³n de la madera ....................................................................... 10
2.2. Tipos de madera ................................................................................................................... 11
2.2.1. Madera maciza .............................................................................................................. 11
2.2.2. Madera laminada encolada .......................................................................................... 11
2.3. ClasificaciĆ³n de la madera .................................................................................................... 11
2.3.1. ClasificaciĆ³n de la resistencia a partir de la calidad arbĆ³rea ...................................... 11
2.3.2. Propiedades de la madera laminada encolada............................................................ 13
2.3.3. Factores que pueden afectar el comportamiento estructural de la madera ............. 15
2.4. Durabilidad............................................................................................................................ 16
2.4.1. IntroducciĆ³n ...................................................................................................................... 16
2.4.2. ProtecciĆ³n de la madera ................................................................................................... 17
2.5. TipologĆas de puentes de madera ........................................................................................ 22
2.5.1. Puentes con sistema estructural de placas .................................................................. 22
2.5.2. Sistemas estructurales de barras ................................................................................. 23
2.5.3. Sistema en arco ............................................................................................................. 23
CAPĆTULO 3. ESTUDIO DE CASO REAL .......................................................................................... 25
3.1. DescripciĆ³n del puente en estudio ....................................................................................... 25
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3.2. Alternativas para un puente de madera .............................................................................. 25
3.2.1. Alternativa 1. Puente arco con tablero superior ......................................................... 26
3.2.2. Alternativa 2: Puente arco con tablero intermedio .................................................... 26
3.2.3. Alternativa 3: Puente arco con tablero inferior........................................................... 27
3.3. Condicionantes ..................................................................................................................... 27
3.3.1. Condicionantes geomƩtricos ........................................................................................ 27
3.4. Alternativa seleccionada ...................................................................................................... 28
3.5. DescripciĆ³n de la soluciĆ³n adoptada ................................................................................... 28
3.6. Respuesta estructural ........................................................................................................... 28
CAPĆTULO 4. PUENTE DE MADERA ............................................................................................... 32
4.1. GeometrĆa de la estructura .................................................................................................. 32
4.2. Modelo estructural ............................................................................................................... 33
4.3. Materiales ............................................................................................................................. 35
4.4. Acciones a considerar ........................................................................................................... 35
4.4.1. Acciones permanentes ................................................................................................. 35
4.4.2. Acciones variables ........................................................................................................ 36
4.4.3. Viento ............................................................................................................................ 38
4.4.4. AcciĆ³n tĆ©rmica .............................................................................................................. 46
4.4.5. Acciones accidentales (A) ............................................................................................. 46
4.5. CombinaciĆ³n de las acciones ................................................................................................ 47
4.5.2. CombinaciĆ³n en estado lĆmite Ćŗltimo (ELU) ................................................................ 48
4.5.3. CombinaciĆ³n en estado lĆmite de servicio (ELS) .......................................................... 48
4.6. Comprobaciones ................................................................................................................... 49
4.6.1. Estado lĆmite Ćŗltimo (ELU) ............................................................................................ 49
4.6.2. Estado lĆmite de servicio (ELS) ...................................................................................... 51
CAPĆTULO 5. RESULTADOS ........................................................................................................... 52
5.1. CombinaciĆ³n en ELU ............................................................................................................. 52
Envolvente ELU ................................................................................................................................. 69
Axial ................................................................................................................................................... 70
Cortante ............................................................................................................................................ 71
Momento .......................................................................................................................................... 72
5.2. ComprobaciĆ³n ELS ................................................................................................................ 73
DeflexiĆ³n en vigas y arco .................................................................................................................. 73
5.3. Dimensionamiento de viga de madera ................................................................................ 75
CAPĆTULO 6. EMISIONES DE CO2 .................................................................................................. 82
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6.1. IntroducciĆ³n .......................................................................................................................... 82
6.2. La madera y la reducciĆ³n de CO2 ......................................................................................... 82
6.3. Emisiones de CO2 en madera estructural ............................................................................ 85
6.4. Los productos de madera y su papel en el almacenamiento de CO2 ................................. 85
CAPITULO 7. PRESUPUESTO ......................................................................................................... 88
7.1. IntroducciĆ³n .......................................................................................................................... 88
5.2. Mediciones ............................................................................................................................ 89
5.3. Cuadro de Precios 1 .............................................................................................................. 92
5.4. Cuadro de Precios 2 .............................................................................................................. 93
5.5. Presupuesto .......................................................................................................................... 94
7.8. Ratio .................................................................................................................................... 100
CAPĆTULO 8. CONCLUSIONES Y FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIĆN .......................................... 102
8.1. Conclusiones ....................................................................................................................... 102
8.2. Futuras lĆneas de investigaciĆ³n .......................................................................................... 103
REFERENCIAS BIBLIOGRĆFICAS .................................................................................................. 105
ANEJO A. CARGAS ASIGNADAS .................................................................................................. 107
PLANOS..................................................................................................................................... 107
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INDICE DE FIGURAS
Figura 1. DirecciĆ³n de las fibras de la madera respecto a su eje.[2] ......................................3
Figura 2. Placas de madera laminada transversalmente[4] ...................................................4
Figura 3. Placa de madera laminada tensada[4]....................................................................5
Figura 4. Pasarela peatonal en Essing, Alemania (entre los aƱos 1986 ā 87)[6] ...................8
Figura 5. Puente ``Cascade Bridge`` del ferrocarril a Erie [6] ................................................9
Figura 6. EvoluciĆ³n de la elaboraciĆ³n de la madera[6] ........................................................ 10
Figura 7. Especies arbĆ³reas procedentes de EspaƱa[1] ...................................................... 12
Figura 8. ClasificaciĆ³n de la madera segĆŗn sus especies arbĆ³reas[1] ................................. 12
Figura 9. Normativas de las calidades de madera en diferentes paĆses europeos[1] ........... 12
Figura 10. Propiedades de la madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn su clase
resistente[1] .......................................................................................................................... 13
Figura 11. Propiedades de la madera clase GL36h[1] ......................................................... 14
Figura 12. Coeficiente parcial de seguridad segĆŗn el tipo de madera, š¾š [1] ...................... 14
Figura 13. Factores de modificaciĆ³n, šššš [1] .................................................................... 15
Figura 14. Clases de duraciĆ³n de las acciones[1] ................................................................ 15
Figura 15. Nivel de penetraciĆ³n segĆŗn la clase de uso [1] ................................................... 18
Figura 16. ProtecciĆ³n mĆnima frente a la corrosiĆ³n, o tipo de acero necesario[1] ................ 21
Figura 17. Puente de acero en estudio en Sant Andreu de la Vola, CataluƱa ...................... 25
Figura 18. Alternativa 1. Puente arco con tablero superior[5] .............................................. 26
Figura 19. Alternativa 2: puente arco con tablero intermedio.[5] .......................................... 26
Figura 20. Alternativa 3. Puente Arco con tablero inferior[5] ................................................ 27
Figura 21. Puente arco con tablero inferior y pƩndolas con 4 luces de 39 metros. .............. 28
Figura 22. Leyes de momentos flectores en un bowstring con pƩndolas verticales sometido a
sobrecargas asimƩtricas. [11] ............................................................................................... 29
Figura 23. PĆ©ndolas articuladas[12] .................................................................................... 30
Figura 24. Anclaje de pƩndolas en el arco del puente [12] .................................................. 30
Figura 25. TipologĆas de anclajes de cables con extremos articulados [12] ......................... 30
Figura 26. Secciones transversales de los elementos estructurales en cm. ........................ 32
Figura 27. GeometrĆa del puente de madera en metros. .................................................... 33
Figura 28. Vista en 3D del Puente Arco en Madera ............................................................. 33
Figura 29. DefiniciĆ³n de los carriles virtuales[15] ................................................................. 36
Figura 30. Ejemplo genĆ©rico de la distribuciĆ³n de los carriles. [15] ...................................... 36
Figura 31. Valor caracterĆstico de la sobrecarga de uso. [15] .............................................. 37
Figura 32. DistribuciĆ³n de vehĆculos pesados y sobrecarga uniforme. [15] .......................... 37
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Figura 33. Mapa de isotacas para la obtenciĆ³n de la velocidad bĆ”sica fundamental del viento
šš, 0. [15] ............................................................................................................................. 40
Figura 34. Periodo de retorno para situaciones transitorias. [15] ......................................... 40
Figura 35. Coeficientes segĆŗn el tipo de entorno. [15] ......................................................... 41
Figura 36. Coeficiente segĆŗn tipo de entorno. [15] .............................................................. 43
Figura 37. Coeficiente de fuerza š¶š para las secciones mĆ”s habituales. [15] ...................... 44
Figura 38. Empuje transversal del viento en pƩndolas......................................................... 45
Figura 39. Empuje transversal del viento en arco ................................................................ 45
Figura 40. Factores de seguridad en Estado LĆmite Ćltimo. [15] .......................................... 47
Figura 41. Factores de seguridad en Estado LĆmite de Servicio. [15] .................................. 47
Figura 42. Factores de simultaneidad. [15] .......................................................................... 47
Figura 43. Tensiones de cortadura. a) corte paralelo. b) rodadura [1] ................................. 50
Figura 44. Coeficiente š¼ en metros para la determinaciĆ³n del ancho efectivo de la viga. [16]
............................................................................................................................................. 50
Figura 45. Ejemplo de la distribuciĆ³n de momentos a flexiĆ³n en la placa para la determinaciĆ³n
del ancho efectivo. [16]......................................................................................................... 51
Figura 46. Valores lĆmite para deflexiones en vigas, placas y armaduras. [16] .................... 51
Figura 47. Carga de vehĆculo pesado (2ššš) en el centro luz de la viga longitudinal ........... 53
Figura 48. Sobrecarga uniforme (ššš) en cada tramo del arco ............................................ 53
Figura 49. Fuerza de viento transversal (š¹š¤š¦) en arco y pĆ©ndolas ..................................... 54
Figura 50. Caso de carga 1 ................................................................................................. 55
Figura 51. Caso de carga 2 ................................................................................................. 56
Figura 52. Caso de carga 3 ................................................................................................. 56
Figura 53. Caso de carga 4 ................................................................................................. 57
Figura 54. Caso de carga 5 ................................................................................................. 57
Figura 55. Caso de carga 6 ................................................................................................. 58
Figura 56. Caso de carga 7 ................................................................................................. 59
Figura 57. CombinaciĆ³n ELU-1 ........................................................................................... 60
Figura 58. CombinaciĆ³n ELU-2 ........................................................................................... 60
Figura 59. CombinaciĆ³n ELU-3 ........................................................................................... 60
Figura 60. CombinaciĆ³n ELU-4 ........................................................................................... 60
Figura 61. CombinaciĆ³n ELU-5 ........................................................................................... 61
Figura 62. CombinaciĆ³n ELU-6 ........................................................................................... 61
Figura 63. CombinaciĆ³n ELU-7 ........................................................................................... 61
Figura 64. Fuerzas axiles en Arco, PĆ©ndolas y tablero en ELU-1 ........................................ 62
Figura 65. Fuerza cortante en Arco y Tablero en ELU-1 ...................................................... 63
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Figura 66. Diagrama de momento en Arco y Tablero para ELU-1 ....................................... 64
Figura 67. Valores de los esfuerzos para las combinaciones en ELU1. ............................... 65
Figura 68. Valores de los esfuerzos para las combinaciones en ELU2. ............................... 68
Figura 69. Resultado de envolvente entre ELU 1 y ELU 2. .................................................. 69
Figura 70. Valores de axil mĆ”ximo y mĆnimo de la envolvente en ELU ................................ 70
Figura 71. Valores mĆ”ximo y mĆnimo de la envolvente en ELU a cortante .......................... 71
Figura 72. Valores de momentos mĆ”ximo y mĆnimo de la envolvente en ELU ..................... 72
Figura 73. Valores de la deformaciĆ³n del arco y del tablero ................................................ 73
Figura 74. Vista en 3D de la deformada del puente ............................................................. 74
Figura 75.Esfuerzo mĆ”ximo a tracciĆ³n de la pĆ©ndola .......................................................... 81
Figura 76. El efecto de la fotosĆntesis en el crecimiento de los arboles[9] ........................... 83
Figura 77. Equilibrio Global del carbono[9] .......................................................................... 84
Figura 78. Reserva de carbono en la biomasa de madera en los bosques europeos[9] ...... 84
Figura 79. Consumo de energĆa y emisiones de CO2 aproximadas de una estructura. [18] 85
Figura 80. Diagrama de cƔlculo de emisiones para el anƔlisis de ciclo de vida.[9] .............. 86
Figura 81. Resumen de las emisiones de C02 de cada material ......................................... 87
Figura 82. Comparativa entre vigas de madera con otros materiales[9] .............................. 87
Figura 83. Presupuesto comparativo por elemento estructural del puente ................... 99
Figura 84. Cuadro resumen de costo frente a emisiones de CO2 para los dos diferentes
puentes .............................................................................................................................. 103
Figura 85. Carga muerta asignada al modelo. ................................................................... 107
Figura 86. Sobrecargas uniforme y puntual asignadas al modelo. ..................................... 107
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INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Especies arbĆ³reas procedentes de EspaƱa[1] ........................................................ 12
Tabla 2. ClasificaciĆ³n de la madera segĆŗn sus especies arbĆ³reas[1] ................................... 12
Tabla 3. Normativas de las calidades de madera en diferentes paĆses europeos[1] ............. 12
Tabla 4. Propiedades de la madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn su clase
resistente[1] .......................................................................................................................... 13
Tabla 5. Propiedades de la madera clase GL36h[1] ............................................................. 14
Tabla 6. Coeficiente parcial de seguridad segĆŗn el tipo de madera, š¾š [1] .......................... 14
Tabla 7. Factores de modificaciĆ³n, šššš [1] ........................................................................ 15
Tabla 8. Clases de duraciĆ³n de las acciones[1] .................................................................... 15
Tabla 9. Nivel de penetraciĆ³n segĆŗn la clase de uso [1] ....................................................... 18
Tabla 10. ProtecciĆ³n mĆnima frente a la corrosiĆ³n, o tipo de acero necesario[1] .................. 21
Tabla 11. DefiniciĆ³n de los carriles virtuales[15] ................................................................... 36
Tabla 12. Valor caracterĆstico de la sobrecarga de uso. [15] ................................................ 37
Tabla 13. Periodo de retorno para situaciones transitorias. [15] ........................................... 40
Tabla 14. Coeficientes segĆŗn el tipo de entorno. [15] ........................................................... 41
Tabla 15. Coeficiente segĆŗn tipo de entorno. [15]................................................................. 43
Tabla 16. Coeficiente de fuerza š¶š para las secciones mĆ”s habituales. [15] ........................ 44
Tabla 17. Empuje transversal del viento en pƩndolas ........................................................... 45
Tabla 18. Empuje transversal del viento en arco .................................................................. 45
Tabla 19. Factores de seguridad en Estado LĆmite Ćltimo. [15] ............................................ 47
Tabla 20. Factores de seguridad en Estado LĆmite de Servicio. [15] .................................... 47
Tabla 21. Factores de simultaneidad. [15] ............................................................................ 47
Tabla 22. Coeficiente š¼ en metros para la determinaciĆ³n del ancho efectivo de la viga. [16]50
Tabla 23. Valores lĆmite para deflexiones en vigas, placas y armaduras. [16] ...................... 51
Tabla 24. Valores de los esfuerzos para las combinaciones en ELU1. ................................. 65
Tabla 25. Valores de los esfuerzos para las combinaciones en ELU2. ................................. 68
Tabla 26. Resultado de envolvente entre ELU 1 y ELU 2. .................................................... 69
Tabla 27. Consumo de energĆa y emisiones de CO2 aproximadas de una estructura. [19] .. 85
Tabla 28. Resumen de las emisiones de C02 de cada material ........................................... 87
Tabla 29. Presupuesto comparativo por elemento estructural del puente ..................... 99
Tabla 30. Cuadro resumen de costo frente a emisiones de CO2 para los dos diferentes
puentes .............................................................................................................................. 103
Tabla 31. Carga muerta asignada al modelo. ..................................................................... 107
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Tabla 32. Sobrecargas uniforme y puntual asignadas al modelo. ....................................... 107
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RESUMEN
Este trabajo desarrolla un estudio aplicado a las modernas infraestructuras de transporte para
el caso especĆfico de un puente arco con tablero inferior vehicular de madera, teniendo en
cuenta las normativas, asĆ como la experiencia real de un puente ya ejecutado en estructura
mixta de acero y hormigĆ³n que se encuentra ubicado en Sant Andreu de la Vola, Barcelona.
Para ello se han definido las caracterĆsticas geomĆ©tricas y las propiedades mecĆ”nicas de los
elementos estructurales de madera consistente con la normativa de diseƱo en estructuras de
madera. TambiĆ©n se analizaron las tipologĆas de puentes de madera susceptibles de cumplir
con las caracterĆsticas fĆsicas del puente real que se requiere estudiar como modelo, con la
finalidad de adaptarse a las condiciones existentes del puente y a condiciones estructurales y
viables, al objeto de viabilizar y optimizar dicho puente de madera. Se modelĆ³ un puente arco
de madera en el programa SAP2000 para optimizar las secciones requeridas de madera que
pueda soportar las cargas estructurales a las que estarĆa sometido el puente vehicular. A la
vez, se modelĆ³ el mismo puente, pero construido con acero para poder hacer las
comparaciones en cuanto a costos y asimismo la cantidad de emisiones a lo largo de su ciclo
de vida con respecto al puente de madera.
Palabras clave: Madera estructural, anƔlisis estructural, emisiones de C02 y costos
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ABSTRACT
This work develops a study applied to modern transport infrastructures for the specific case of
an arch bridge with a wooden vehicular lower deck, taking into account the regulations, as well
as the real experience of a bridge already executed in a mixed steel and concrete structure
which is located in Sant Andreu de la Vola, Barcelona. For this, the geometric characteristics
and mechanical properties of the wooden structural elements have been defined, consistent
with the design regulations for wooden structures. The types of wooden bridges capable of
complying with the physical characteristics of the real bridge that need to be studied as a model
were also analyzed, in order to adapt to the existing conditions of the bridge and to structural
and viable conditions, in order to make viable and optimize said wooden bridge. A wooden
arch bridge was modeled in the SAP2000 program to optimize the required sections of wood
that can withstand the structural loads to which the vehicular bridge would be subjected. At the
same time, the same bridge was modeled, but built with steel to be able to make comparisons
in terms of costs and also the amount of emissions throughout its life cycle with respect to the
wooden bridge.
Keywords: Structural wood, structural analysis, C02 emissions and costs.
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CAPĆTULO 1. INTRODUCCIĆN
1.1. Objetivos y alcance
1.1.1. Objetivo principal
Estudiar la viabilidad de los puentes de madera en infraestructuras de transporte,
especĆficamente en puentes arco con tablero inferior, analizando un caso real de un puente
vehicular ubicado en Sant Andreu de la Vola, Barcelona.
1.1.2. Objetivos especĆficos
- Evaluar las propiedades fĆsico-mecĆ”nicas de la madera estructural, basadas en las
normativas correspondientes.
- Evaluar las tipologĆas de los puentes arco existentes y adaptarlas al caso real en estudio.
- Optimizar las secciones de los elementos estructurales que conforman el puente como
arco, tablero y pƩndolas, creando un modelo en el programa SAP2000.
- Comparar las limitaciones y beneficios tanto para un puente de madera y para un puente
en acero, principalmente en costos y emisiones de C02.
1.1.3. Alcance
Este trabajo se limita solamente al estudio de un puente vehicular de madera con una tipologĆa
de arco con tablero inferior, lo cual implica todos los requisitos de seguridad en la estructura
y basados en las normativas correspondientes. Estos requisitos son las propiedades de
resistencia, serviciabilidad y durabilidad.
1.2. MetodologĆa de la investigaciĆ³n
Para lograr los objetivos de este trabajo se ha tenido en cuenta las metodologĆas basadas en
las siguientes normativas: DiseƱo de estructural de madera en puentes (EN 1995-2-E-2004)
y Documento bƔsico en seguridad estructural de la madera (DBSE-M, 2019), los cuƔles nos
muestran un panorama indicativo de un proceso a seguir en la investigaciĆ³n, y son los
siguientes:
- Bases de diseƱo
- Propiedades del material
- Durabilidad
- ProtecciĆ³n de la madera
- Bases para el anƔlisis estructural
- Estados lĆmite Ćŗltimo y de servicio
- Limitaciones por deflexiĆ³n
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- Conexiones
- Detalles y controles estructurales en el proceso constructivo.
1.3. Estructura del trabajo
La estructura del presente trabajo estĆ” organizada de una manera paralela al cumplimiento
de los objetivos especĆficos, los cuĆ”les se verĆ”n en 8 capĆtulos.
En el CapĆtulo 2, se presenta un poco sobre los antecedentes histĆ³ricos de estructuras de
puentes de madera y la evoluciĆ³n de este material estructural a lo largo de los aƱos, las
tipologĆas de madera y su clasificaciĆ³n, las propiedades de la madera, la durabilidad y los
tipos de puentes estructurales construidos con este material.
El CapĆtulo 3 describe caracterĆsticas geomĆ©tricas bĆ”sicas del puente real en estudio que estĆ”
ubicado en San Andreu de la Vola, con la finalidad de identificar las condiciones necesarias
para poder adaptarlo a un puente de madera analizando diferentes alternativas y una breve
descripciĆ³n de la soluciĆ³n escogida.
En el CapĆtulo 4, se hace un estudio detallado de la soluciĆ³n adoptada del puente de madera
descrito en el capĆtulo 3, comenzando con la geometrĆa de la estructura, el modelo de la
estructura en el programa SAP2000, las acciones y combinaciones a considerar, y la
verificacion de flechas en cumplimiento con lo exigido por la normativa.
El CapĆtulo 5, muestra los resultados obtenidos de realizar las mismas condiciones de un
puente segĆŗn el capĆtulo 4.
En los CapĆtulos 6 y 7, se presentan a algunos estudios de emisiones de C02 en la madera y
un presupuesto respectivamente.
Finalmente, en el capĆtulo 8 se describen las conclusiones finales del presente trabajo desde
tres puntos de vista del anĆ”lisis estructural, ambiental y econĆ³mico; ademĆ”s algunas
recomendaciones de futuras investigaciones.
1.4. Definiciones
A continuaciĆ³n, se hace un listado de los diferentes tipos de madera que existen y su definiciĆ³n
de acuerdo al Documento BƔsico de Seguridad Estructural en Madera
- Madera aserrada: Es una pieza de madera maciza que se obtiene de los Ɣrboles de
manera que las caras quedan paralelas entre sĆ y que ademĆ”s sus cantos quedan
perpendiculares a dichas caras. A esta madera tambiƩn se le denomina madera
estructural. [1]
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- Madera maciza: La madera maciza se refiere a la misma madera aserrada, pero con
mayor extensiĆ³n en su denominaciĆ³n; en tal sentido se diferenciarĆ” segĆŗn la clase de uso
frente a agentes biĆ³ticos al cual correspondan, por ejemplo: si es madera maciza o
madera laminada encolada, ya que esta Ćŗltima tiene un comportamiento estructural
mejorado.[1]
- En efecto a lo definido anteriormente, se tiene que conocer las direcciones de la fibra de
la madera (figura 1) que son: longitudinal, radial y tangencial, por las que estĆ” compuesta
la madera. SegĆŗn la figura 1 son visiblemente alargadas, pero tambiĆ©n presentan cortes
planos y paralelos al eje del tronco del Ɣrbol.[1]
Figura 1. DirecciĆ³n de las fibras de la madera respecto a su eje.[2]
- LƔmina de madera: las lƔminas de madera son capas de madera aserrada superpuestas
una sobre otra y a la que se denomina madera laminada encolada y que sirve como un
elemento estructural. el presente trabajo se realizĆ³ con este tipo de madera, en vigas y
arco principalmente. Cada capa superpuesta puede tener la misma clase resistente que
se llamarĆa madera laminada encolada homogĆ©nea o diferentes clases resistentes,
entonces se llamarĆa madera laminada encolada combinada.[1]
- Madera laminada encolada: La madera laminada encolada se define como un elemento
estructural que estarĆa conformado por varias lĆ”minas de madera de una determinada
clase resistente, hasta conseguir una altura segĆŗn se requiera por diseƱo (canto).[1]
- Madera laminada encolada homogƩnea: es considerado como un elemento estructural
por lo que se ha explicado en lƔminas de madera y que significan que estƔn compuestas
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por la misma clase resistente. Este tipo de madera es la que se tendrĆ” en cuenta para
este trabajo.[1]
- Madera microlaminada: Existe tambiĆ©n la madera microlaminada que vendrĆa a ser una
especie de la madera laminada encolada, pero con espesores mĆ”s pequeƱos (entre 3 ā
5 mm) y que ademĆ”s estĆ”n formadas en la misma direcciĆ³n de la fibra.[1]
- Placas de madera laminada transversalmente: son placas que estƔn compuestas por
lƔminas superpuestas unas sobre otras al igual que la madera laminada encolada, pero
con la diferencia que Ć©stas superposiciones se dan en diferentes direcciones como se
puede apreciar en la figura 2. Es por ello que recibe el nombre de placas de madera
laminada transversalmente. Cada capa superpuesta puede estar unido no solamente
mediante el encolado sino que tambiƩn mediante algunos sujetadores mecƔnicos.[3]
Figura 2. Placas de madera laminada transversalmente[4]
- Contenido de humedad de la madera: la madera presenta naturalmente un pequeƱo
porcentaje de contenido de humedad en su interior y es calculada respecto de su masa.[1]
- Humedad de equilibrio higroscĆ³pico: se denomina humedad de equilibrio higroscĆ³pico a
un porcentaje de agua en la madera que no sale al exterior; es decir que no intercambia
vapor de agua con la atmĆ³sfera que lo rodea. Por lo tanto ese valor se mantiene en
constante equilibrio con la madera.[1]
- Tablero: el tablero es una pieza de madera que tiene mayor longitud, altura pero que
principalmente predomina su espesor. El tablero normalmente es de uso estructural ya
que presenta segĆŗn ensayos, mejores propiedades de resistencia y rigidez.[1]
- Placas de madera laminada tensada: es una nueva tecnologĆa que se ha desarrollado
con la madera laminada encolada que tiene uso estructural pero que ademĆ”s de la uniĆ³n
encolada que las caracteriza tambiƩn se pueden postensar mediante barras de acero de
manera transversal en la direcciĆ³n del canto del tablero.[1]
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Figura 3. Placa de madera laminada tensada[4]
La funciĆ³n principal de este tipo de placas tensadas es la de distribuir las fuerzas de las
acciones de los vehĆculos en el caso de puentes para que puedan trabajar conjuntamente
todos los elementos que soportan dicha carga. Si se habla de puentes, la placa tensada recibe
el nombre de tablero y entonces tiene la funciĆ³n que se menciona y la vez tambiĆ©n tiene que
cumplir la funciĆ³n de proteger de que no entre humedad en las barras de tensado ya que
puede verse perjudicado en la madera y afectar en un futuro a la resistencia.[5]
SegĆŗn un estudio realizado en Suiza en la que se hicieron ensayos con este tipo de placas
tensadas en la que se aplicaron cargas en el centro luz de la placa. El resultado de este
ensayo fue que se transmitĆa los esfuerzos en cada uniĆ³n de las barras tensadas, es decir
que en toda la longitud de la madera se transmitĆa las cargas que luego generaban presiĆ³n
en las barras de acero. Pospuesto que todo el tablero podrĆa soportar cargas mayores en toda
su superficie. AdemĆ”s en ensayo fue realizado en condiciones Ć³ptimas de la madera, en
donde no hubo humedad y mĆ”s bien por estar muy seca la madera se notĆ³ que se tenĆa una
ligera reducciĆ³n del volumen de la madera.[6]
El sistema de tensado en puentes genera estabilidad y rigidez cuando se tiene mƔximas
cargas vehiculares, se tiene beneficios como que se pueden construir mayores luces, no como
en puentes de hormigĆ³n ni de acero, pero por lo menos se pueden reducir las flechas, y que
ademĆ”s tendrĆa una mayor durabilidad si tienen desde el inicio un tratamiento de diseƱo de la
madera. En el caso de las luces del puente, este estudio de suiza tambiĆ©n determinĆ³ que este
tipo de sistema puede resultar econĆ³micamente viable si se tienen luces entre 6 y 12 metros
y para trƔfico pesado de hasta 60 toneladas. Sin embargo si se realizan puentes mixtos ya
sea con hormigĆ³n o con madera, se pueden llegar a tener puentes de mayores luces.[6]
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1.5. Normativa
A continuaciĆ³n, se relaciona la normativa vigente que se ha empleado para la definiciĆ³n y
comprobaciĆ³n de la estructura:
- EurocĆ³digo 5: DiseƱo de estructuras de madera ā Parte 2: Puentes.
- EurocĆ³digo 5: DiseƱo de estructuras de madera ā Parte 1-1: General ā Reglas comunes
y reglas para edificaciones.
- EurocĆ³digo ā Bases de diseƱo estructural
- Documento BĆ”sico SE-M. Seguridad Estructural ā Madera
- EN 1990:2002/A1 EurocĆ³digo ā Bases de diseƱo estructural/correcciĆ³n A1 ā Anejo A2:
AplicaciĆ³n para puentes.
- EurocĆ³digo 1: Acciones en estructuras ā Parte 1-1: Acciones generales ā Densidades,
peso propio, cargas impuestas para edificaciones.
- EurocĆ³digo 1: Acciones sobre estructuras ā Parte2: Cargas de trĆ”fico sobre puentes.
- EurocĆ³digo 1: Acciones en estructuras ā Parte 1-4: Cargas de viento
- EN 1991-2 EurocĆ³digo 1: Acciones en estructuras ā Parte 2: Cargas de trĆ”fico sobre
puentes.
- IAP ā 11: InstrucciĆ³n sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de
carretera.
- EurocĆ³digo 3: DiseƱo de estructuras de acero ā Parte 2: Acero en puentes.
- EAE ā InstrucciĆ³n de acero estructural.
- EN 10138-1 Acero pretensado ā Parte 1: Requisitos generales
- EN 10138-4 Acero pretensado ā Parte 4: Barras
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CAPĆTULO 2. ESTADO DEL ARTE
2.1. Antecedentes histĆ³ricos
Hace mĆ”s de 3000 a.c no existĆan los puentes de madera. Para salvar pasos a diferente nivel
sobre rĆos en los pueblos de aquel entonces se utilizaba la madera. Inclusive el hombre
buscaba la manera de superar esos obstƔculos, desde entonces el primer hombre en pensar
en la madera en su forma inicial fue en el lugar de la Mesopotamia construyendo con rollizos
poco labrados. Y desde ahĆ fue que poco a poco se fue conociendo este material y
adaptĆ”ndolo a diferentes formas en la construcciĆ³n por varios constructores de aquella Ć©poca.
La primera construcciĆ³n mĆ”s grande en donde solo se utilizĆ³ rollizos fue en el aƱo 55 a.c y
tenĆa 12 metros de ancho y 400 metros de longitud que se soportaban sobre pilas separadas
cada 8m y que estaban arriostradas con tornapuntas para evitar que fueran llevadas por el
agua.[6]
Con el paso del tiempo y despuƩs de muchos aƱos de haberle dado un gran uso a la madera
en el sector construcciĆ³n, sobre todo en puentes, se considerĆ³ a la madera como un objeto
de carĆ”cter artĆstico a las cuĆ”les se les atribuĆa propiedades religiosas y mĆsticas. AdemĆ”s, se
desarrollĆ³ para fines militares lo cual generĆ³ que fuera perdiendo funcionalidad, hasta en que
en Suiza se impulsĆ³ nuevamente su construcciĆ³n que generĆ³ un prestigio importante en sus
obras con este material. Entre los aƱos 1755 y 1758 se construyĆ³ un puente de madera sobre
el rĆo Rin, en Schaffhausen sustituyendo al deteriorado puente en piedra construido en la Edad
Media.[6]
A comienzos del siglo 19 la construcciĆ³n de puentes en madera alcanzĆ³ un nuevo auge no
solo en Suiza, sino que tambiƩn en NorteamƩrica. Las grandes distancias y la poca densidad
poblacional requirieron la rĆ”pida construcciĆ³n de vĆas de comunicaciĆ³n. En contraste con
Europa, en EEUU no habĆa tradiciĆ³n artesanal en el Ć”rea de construcciĆ³n. A partir de 1820 y
como consecuencia de la patente de un sistema constructivo por parte de los americanos
Stephan Long y William Howe, comenzĆ³ la aplicaciĆ³n amplia del sistema de vigas de celosĆa
mediante diagonales. Una tupida malla de barras en diagonal permitiĆ³ el desarrollo de uniones
traccionadas o comprimidas resueltas por medio de clavos (generalmente pasadores de
madera), llaves o tarugos de madera, conectores de anillo y pernos.[6]
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Los paĆses colonizadores europeos, con el fin de obtener sus materias primas en las zonas
montaƱosas, tuvieron que construir grandes puentes sobre profundos acantilados, como por
ejemplo en el norte de la India. Por medio de rollizos de los bosques aledaƱos se armaban
enormes estructuras, cual andamios, constituidos generalmente por torres conformadas por
entramos sobrepuestos. En EEUU se empleĆ³ este sistema especialmente para puentes de
ferrocarriles para evitar la construcciĆ³n de grandes terraplenes. AdemĆ”s, este sistema permite
construir puentes adaptados a vĆas fĆ©rreas en curva. Para la construcciĆ³n de la red ferroviaria
se requerĆa una gran cantidad de puentes de grandes luces y que debĆan poder soportar
enormes cargas.[6]
Durante los aƱos 1986 ā 87 se construyĆ³ cerca de Essing una pasarela de madera laminada
de 192 m de largo. En analogĆa a la curvatura que genera un cable se configuraron las
ondulaciones entre los apoyos, de tal madera que las cargas verticales uniformemente
repartidas dieran como resultante principal axiles de tracciĆ³n. Por lo tanto, la placa tensada
solo queda solicitada en un 10% a los esfuerzos originados por la flexiĆ³n. [6]
Figura 4. Pasarela peatonal en Essing, Alemania (entre los aƱos 1986 ā 87)[6]
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Las posibilidades de la construcciĆ³n de puentes se ampliaron con el desarrollo de los nuevos
materiales de construcciĆ³n, hierro forjado, acero y hormigĆ³n. A las crecientes exigencia, el
aumento del trƔfico y las cargas, las solicitaciones dinƔmicas y las mayores luces con menores
deformaciones admisibles, correspondĆan mejor los materiales cuyas resistencias podĆan ser
calculadas, en vez de la madera que se seguĆa utilizando en forma tradicional. A raĆz de ello
la madera fue perdiendo relevancia. En parte esta pĆ©rdida de campo de aplicaciĆ³n tambiĆ©n
se debiĆ³ a normas que afectaron en forma unilateral a la madera como, por ejemplo, la
protecciĆ³n contra el fuego. [6]
La mayorĆa de puentes no tienen gran durabilidad ya que estĆ”n directamente expuestos a la
intemperie y no tienen protecciĆ³n alguna. AdemĆ”s, el gran consumo de madera condujo con
el tiempo a una falta de material o se requerĆan cubrir distancias apreciables para poder
suministrarlo.[6]
En LatinoamƩrica y Asia existen puentes colgantes que salvan luces de hasta 120 metros y
se han comportado en condiciones Ć³ptimas hasta hoy en dĆa. En Ć©pocas mĆ”s recientes, y aĆŗn
en lugares distantes, se han ido sustituyendo los tirantes de fibra natural por cables de
acero.[6]
Tal vez el puente mƔs impresionante en AmƩrica es el construido en el aƱo 1,849 por
Thompson S. Brown con un arco que salvaba una luz de cerca de 90 m. Para la construcciĆ³n
de este puente de dos vĆas paralelas de ferrocarril se requirieron de 306 m3 de madera de
encina, 1,037 m3 de abeto, 31,921 kg de hierro forjado y 21,070 kg de hierro fundido. El costo
de la construcciĆ³n fue de 45,550 US$.
Figura 5. Puente ``Cascade Bridge`` del ferrocarril a Erie [6]
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2.1.1. EvoluciĆ³n de elaboraciĆ³n de la madera
La aplicaciĆ³n de tecnologĆas nuevas en la elaboraciĆ³n de la madera es muy importante hoy
en dĆa ya que se tiene que adaptar a nuevos procesos constructivos y nuevas formas, por lo
tanto, el desarrollo de la madera se tiene que dar de manera paralela junto con la evoluciĆ³n
de los sistemas constructivos. Por ejemplo, se podrĆa empezar con el tema de la durabilidad
que es una especie de exigencia en estructuras que van a resistir grandes cargas y en que
sobre todo estarƔn expuestas a condiciones que pueden deteriorar la resistencia del material.
Para ello, se elaboran madera de mayor calidad, e incluso se aƱaden tratamiento quĆmico
conforme al tipo de madera para que no sean daƱados con el fin de proteger a la madera de
la intemperie. [6]
La principal elaboraciĆ³n de la madera es en madera laminada encolada de alta resistencia
con una clasificaciĆ³n de uso mediante ensayos, de los cuĆ”les se generan materiales bĆ”sicos
de estructuras y en otros caso de madera combinada con madera aserrada o madera
laminada, los cuĆ”les serĆan madera reconstituida.[6]
Los materiales como la madera microlaminada, son perfectamente combinables con la
madera laminada, por medio de uniones mecƔnicas o con adhesivos. Este nuevo material
permite el diseƱo de estructuras esbeltas y de secciones econĆ³micas; por ejemplo, las
diagonales extremas de una viga de celosĆa en las que los axiles de compresiĆ³n son muy
elevados, ademƔs de la posibilidad de pandeo. [6]
Figura 6. EvoluciĆ³n de la elaboraciĆ³n de la madera[6]
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2.2. Tipos de madera
2.2.1. Madera maciza
Para el uso de la madera aserrada sea estructural se ha clasificado por su resistencia, segĆŗn
lo indica el Documento en seguridad estructural para madera. Las clases resistentes son: C14,
C16, C18, C20, C22, C24, C27, C30, C35, C40, C45 Y C50 para confinaras y chopo; D30,
D35, D40, D50, D60 y D70 para frondosas. Cada nĆŗmero indican el valor caracterĆstico de
resistencia a flexiĆ³n, šš,š, expresada en š šš2ā .[1]
2.2.2. Madera laminada encolada
La madera laminada encolada se clasifica segĆŗn sea homogĆ©nea o combinada por sus siglas
en inglĆ©s (G: Gluem) y se muestran a continuaciĆ³n:
- GL24h, GL28h, GL32h y GL36h para madera laminada encolada homogƩnea.
- GL24c, GL28c, GL32c y GL36c para madera laminada encolada combinada
Igualmente, que en anterior caso cada nĆŗmero entre las letras indica el valor de la resistencia
caracterĆstica a flexiĆ³n, šš,š, expresada en š šš2ā . [1]
2.3. ClasificaciĆ³n de la madera
Existe mucha variedad de las especies de madera existentes en el mundo, pero para este
trabajo se han considerado de EspaƱa y de Escandinava ya que de ahĆ serĆ” traĆdo la materia
prima principal para el puente. Por lo que cada madera tiene una clase resistente diferente
debido a sus combinaciones entre ellas ya varia la calidad de estas, con diferentes
propiedades.
2.3.1. ClasificaciĆ³n de la resistencia a partir de la calidad arbĆ³rea
La especie arbĆ³rea dada en la tabla 1 pertenece de la familia de la madera aserrada segĆŗn lo
establece el DBSE-M. En la tabla 2 se puede observar las diferentes clases resistentes de la
especie arbĆ³rea en EspaƱa y algunos otros paĆses, de los cuĆ”les se puede notar que la
madera en EspaƱa se clasifica en ME-1 y ME-2 principalmente, como se observa en la tabla
3.[1]
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Figura 7. Especies arbĆ³reas procedentes de EspaƱa[1]
Figura 8. ClasificaciĆ³n de la madera segĆŗn sus especies arbĆ³reas[1]
Figura 9. Normativas de las calidades de madera en diferentes paĆses europeos[1]
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Para saber la clase resistente de la madera se tiene que indicar en la ficha tƩcnica que es
establecida por el fabricante y en donde tambiƩn se muestran las propiedades de la madera.
Este documento es muy importante ya que ademƔs de decirnos a quƩ clase resistente
pertenece la madera con la cual se va a trabajar, tambiƩn sirve para poder obtener cƔlculos
de resistencia que son de esa clase [1]. En el presente trabajo se va a trabajar con la madera
laminada encolada, cuyas propiedades estarƔn determinadas en el DBSE-M y se verƔn mƔs
adelante.
2.3.2. Propiedades de la madera laminada encolada
a) Madera laminada encolada homogƩnea
Para este trabajo se considerarĆ” la madera laminada encolada de clase resistente GL36h
como se observa en la tabla E.3, segĆŗn el Documento BĆ”sico de Seguridad Estructural en
Madera (2019) y se muestra en la tabla 4.
Figura 10. Propiedades de la madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn su clase
resistente[1]
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Figura 11. Propiedades de la madera clase GL36h[1]
1. Valor de cƔlculo de las propiedades del material
El valor de diseƱo de una propiedad resistente debe ser calculada como:
šš = šššš
šš
š¾š šøšš¢šššĆ³š (2.2)
Donde:
Xk = Es el valor caracterĆstico de una propiedad de resistencia
É£M = Es el factor parcial para una propiedad del material
kmod = Es el factor de modificaciĆ³n tomando en cuenta el efecto de la duraciĆ³n de la carga y
contenido de humedad. [3]
Figura 12. Coeficiente parcial de seguridad segĆŗn el tipo de madera, š¾š [1]
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Figura 13. Factores de modificaciĆ³n, šššš [1]
2.3.3. Factores que pueden afectar el comportamiento estructural de la madera
El comportamiento estructural de la madera se puede ver afectado por dos caracterĆsticas
importantes. La primera tiene que ver con la durabilidad del material y la segunda se relaciona
al tipo de exposiciĆ³n a las que estarĆ”n sometidas las estructuras.
1. Clases de duraciĆ³n de las acciones
Existen 5 clases de duraciĆ³n de las acciones segĆŗn el DBSE-M, en donde la duraciĆ³n
aproximada de la acciĆ³n es desde algunos segundos hasta 10 aƱos. Para este trabajo se
considerĆ³ una clase de duraciĆ³n permanente, es decir, que las acciones se consideran el peso
propio y la carga permanente, por lo tanto, la duraciĆ³n de la carga debe de ser mas de 10
aƱos, como se muestra en la figura 5. [1]
Figura 14. Clases de duraciĆ³n de las acciones[1]
2. Clases de servicio
La clase de servicio se refiere a las condiciones ambientales a las que estarĆ” sometida durante
toda su vida Ćŗtil el elemento estructural. a continuaciĆ³n, se definen tres clases de servicio que
estƔn estrechamente relacionado con el contenido de humedad presente y a las que estarƔn
expuestas la madera. [1]
- Clase de servicio 1: la clase 1 corresponde a aquellos materiales que estƔn expuestos
a una temperatura del 20 Ā± 2ĀŗC y una humedad relativa del aire que no exceda un 65%.[1]
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En la clase de servicio 1 el contenido de humedad medio en la mayorĆa de las conĆferas
no excede el 12%. A este grupo pertenecen las estructuras que estƔn cerradas o cubiertas
del medio ambiente.[1]
- Clase de servicio 2: la clase de servicio 2 corresponde a una temperatura igual al de la
clase 1; es decir, de 20 Ā± 2ĀŗC, pero con la diferencia de que no debe exceder el 85% en
humedad relativa del aire que sĆ³lo exceda el 85%. [1]
En la clase de servicio 2 el contenido de humedad medio en la mayorĆa de las conĆferas
no excede el 20%. A este grupo pertenecen las estructuras que tambiƩn estƔn cubiertas
como en la clase de servicio 1 pero tambiƩn pueden estar expuestas al medioambiente.
[1]
- Clase de servicio 3: la clase 3 se considera una clase que supera las temperaturas y el
contenido de humedad relativa de la clase de servicio 1 y 2.[1]
- Clase de uso 4: la clase de uso 4 significa que el elemento estructural estĆ” en contacto
con el suelo y estĆ” expuesto a un contenido de humedad que supera el 20%.
- Clase de uso 5: la clase de uso 5 considera que el elemento estructural estĆ”
permanentemente en contacto con agua salada. En estas circunstancias el contenido de
humedad de la madera es mayor que el 20%, permanentemente.
Para el caso de este trabajo se tiene que la clase de servicio de la madera serĆ” la clase 3, ya
que cada elemento estructural del puente estarĆ” expuesto al medioambiente y a los diferentes
cambios climƔticos, para lo cual es un beneficio ya que se estarƔ del lado del lado de la
seguridad.[1]
2.4. Durabilidad
2.4.1. IntroducciĆ³n
La durabilidad en una estructura de madera es una caracterĆstica importante a la hora de
realizar el diseƱo, asĆ pues, existe la durabilidad natural de la madera y depende de la
clasificaciĆ³n que se habĆa mencionado en los apartados anteriores. Pero lo mĆ”s habitual es
que la madera reciba tratamientos quĆmicos para poder una buena durabilidad.[1]
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En el caso de puentes de madera, el efecto de la precipitaciĆ³n, viento y radiaciĆ³n solar tambiĆ©n
debe ser tomado en cuenta. El efecto del desgaste directo por precipitaciĆ³n o radiaciĆ³n solar
de los miembros de estructuras de madera pueden ser reducidos por medidas de prevenciĆ³n
constructivas, o usando madera con una durabilidad natural suficiente, o siendo tratados en
contra de ataques biolĆ³gicos. [3]
Cuando no se pone en prƔctica el recubrimiento parcial o completo de los elementos
estructurales, la durabilidad se puede mejorar teniendo en cuenta una serie de medidas[6],
tales como:
- Elegir una geometrĆa de la estructura que garantice la ventilaciĆ³n natural de todas las
piezas de madera.
- Se debe asegurar el contenido inicial del material y evitar que ingrese mƔs humedad ya
que podrĆa generar hinchamiento o reducciones en la secciĆ³n.
- Evitar las fisuras o delaminaciones de la madera, especialmente en donde la fibra estarĆa
expuesta a la absorciĆ³n directa del agua.
El riesgo de incrementar el contenido de humedad cerca al terreno, por ejemplo, debido a la
ventilaciĆ³n insuficiente para la vegetaciĆ³n entre la madera y el terreno[6], puede ser reducido
por una o mƔs de las siguientes medidas:
- El uso de una distancia incrementada entre las partes de la madera y el nivel de terreno.
- Cubriendo el terreno y limitar la vegetaciĆ³n.
Cuando los miembros de la madera estructural estĆ”n expuestos a la abrasiĆ³n por el trĆ”fico, la
profundidad usada en el diseƱo deberĆa ser el mĆnimo permitido antes del reemplazo.[3]
2.4.2. ProtecciĆ³n de la madera
Existe la probabilidad de que la madera al estar expuesta al medio ambiente se exponga a
ataques por agentes biĆ³ticos o abiĆ³ticos, causando daƱos a la estructura y reduciendo su
comportamiento estructural. por lo tanto es necesario proteger la madera frente a estos
agentes a un nivel aceptable por la madera para que tampoco se vea perjudicado las
propiedades del material.[6]
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- ProtecciĆ³n frente a los agentes biĆ³ticos
Los elementos estructurales de madera deben estar protegidos de acuerdo con la clase de
uso a la que pertenecen. Se permite el empleo de madera con durabilidad natural suficiente
para la clase de uso prevista segĆŗn lo establecido en el Documento bĆ”sico de seguridad
estructural en madera.[1]
En la siguiente tabla se indica el tipo de protecciĆ³n exigidos en funciĆ³n de la clase de uso.
Figura 15. Nivel de penetraciĆ³n segĆŗn la clase de uso [1]
La madera laminada encolada que se utilizarĆ” para el arco, tablero, viga longitudinal, viga
transversal y de arriostre, presentes en este trabajo, tendrĆ”n un nivel de protecciĆ³n NP2 de la
clase de uso 3.1, segĆŗn la tabla 8 que indica un tratamiento total en todas las caras de la
madera con una penetraciĆ³n total en la abolladura.
La no protecciĆ³n de los elementos estructurales de madera puede llevar a la pĆ©rdida de las
propiedades de rigidez y resistencia.[1]
Los agentes biĆ³ticos que se menciona al principio de este apartado son los siguientes [7]:
Agentes biĆ³ticos
Los hongos, los insectos y los xilĆ³fagos marinos afectan la madera y sus productos derivados.
La oportunidad y la gravedad de sus ataques dependen en gran medida de las condiciones
de servicio a que se ven expuestos, es decir, el grado de exposiciĆ³n a la intemperie y el
rĆ©gimen de humectaciĆ³n.[7]
Hongos cromĆ³genos y mohos
Uso responsable de los productos madereros en elementos urbanos. Para el desarrollo de los
hongos es necesario un contenido de humedad de la madera superior al 20% en peso. Hongos
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causantes del azulado y los mohos. Estos hongos presentan bƔsicamente inconvenientes de
tipo estƩtico. Pueden daƱar los revestimientos decorativos y los protectores.[7]
hongos xilĆ³fagos
Esta categorĆa incluye los hongos de pudriciĆ³n, aquellos que degradan la madera y
disminuyen de manera significativa sus propiedades fĆsicas y mecĆ”nicas. Los ataques sĆ³lo se
producen si la madera estĆ” en contacto con agua lĆquida (agua corriente, condensaciones,
suelo muelle ...), cuando la temperatura estĆ” entre 5 Ā° C y 40 Ā° C y si hay presencia de oxĆgeno,
es decir, el frĆo pare el desarrollo, el calor seca en exceso el ambiente y necesitan ambientes
aerobios. Bajo el agua no se desarrollan; por eso la madera totalmente sumergida no se
pudre.[7]
Insectos
Animales invertebrados que tienen tres pares de patas y que en muchos casos han
desarrollado la habilidad de volar. Son extremadamente abundantes y pueblan todo el planeta.
Los insectos xilĆ³fagos no pueden atacar la madera si no pueden acceder fĆsicamente o si al
ambiente donde estĆ” instalada no hay oxĆgeno, este hecho pasa esencialmente bajo el
agua.[7]
Moluscos y crustƔceos
XilĆ³fagos marinos es la denominaciĆ³n comĆŗn que se aplica fundamentalmente a los
invertebrados, tales como Limnos sp., Teredo sp. y Pholadidae, entre otros. Requieren agua
con cierta salinidad y se desarrollan a la madera originando galerĆas y cavidades, Pueden
provocar daƱos de gran consideraciĆ³n en embarcaciones y estructuras fijas y flotantes.[7]
Vertebrado
Esencialmente pƔjaros carpinteros (Picidae), liebres y conejos (Leoporidae). Estos animales
no se alimentan de la madera, pero tambiƩn pueden provocar daƱos de importancia en
estructuras, fachadas de madera, postes de lĆneas aĆ©reas o Ć”speras. Los roedores muerden
la madera, mientras que los trepadores la perforan. En el caso de las aves, proteger la madera
en profundidad incluso con creosota no es una soluciĆ³n efectiva para evitar sus ataques.[7]
b) ProtecciĆ³n de la madera laminada encolada.
Como se ha visto la madera laminada encolada estƔ conformada por una serie de lƔminas de
madera aserrada, con lo cual cada una de ellas debe protegerse antes de ser encoladas y no
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despuƩs de haber sido acabadas. Esto con el fin de que cada elemento sea protegido desde
su fabricaciĆ³n para evitar daƱos futuros. [1]
Para cada clase de uso que tiene la madera se tiene una diferente protecciĆ³n. Por ejemplo, si
la madera es de clase 2, se debe proteger despuƩs de las operaciones de acabado como son
el cepillado o los taladros.[1]
Para madera de clase de uso 3.1. se debe tratar con cobre en cada pieza terminada previo a
ser encolado.[1]
Para las maderas de mayor clase de uso como las clase 3.2 a 4, se debe proteger cada lƔmina
previo a su encolado y ademĆ”s se debe de comprobar que cada producto quĆmico aƱadido
sea compatible y no altere las propiedades de la madera.[1]
3. ProtecciĆ³n frente a agentes meteorolĆ³gico
Para proteger frente a los agentes biolĆ³gicos a la madera se tiene que tener en cuenta el
diseƱo constructivo y principalmente protegerlo de la causa de muchos daƱos que es la
humedad. Esta protecciĆ³n se da sobre todo si la madera corresponde a una clase de uso
superior a tres.[1]
En los elementos estructurales que estƔn expuestos al medioambiente debe usar productos
que soporten los cambios de temperatura y que sean compatibles entre medio ambiente y
madera. Para ello el documento bƔsico en seguridad estructural de la madera recomienda que
se deben emplear protecciones que sean superficiales sobre todo para no permitir que entre
el agua en la madera y asĆ evitar la pudriciĆ³n de estĆ”, pero que tampoco le lleguen altas
temperaturas puesto que se seca demasiado la madera y se reducen su secciĆ³n lo cual no es
conveniente.TambiƩn se recomienda el uso de pinturas y barnices para un posterior
mantenimiento.[1]
4. ProtecciĆ³n contra la corrosiĆ³n
SegĆŗn el DiseƱo de estructuras de madera BS-EN 1995-1-1_E_2004 la posibilidad de tensiĆ³n
por corrosiĆ³n debe ser tomada en cuenta el cĆ”lculo de la resistencia a corrosiĆ³n. Un ejemplo
de estructuras en condiciones especialmente corrosivas es un puente de madera, donde la
corrosiĆ³n por deshielo no puede ser excluida. [1]
El efecto del tratamiento quĆmico contra la corrosiĆ³n de la madera o en madera con alto
contenido de Ɣcido, se debe tener en cuenta sobre todo en las uniones estructurales y
sujetadores de metal del puente.[1]
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En la tabla 9 se resumen la protecciĆ³n que debe tener cada elemento de fijaciĆ³n que esta en
contacto con la madera para evitar la corrosiĆ³n y evitar la propagaciĆ³n a la madera segĆŗn las
clases de servicio 1, 2 y 3.[1]
Figura 16. ProtecciĆ³n mĆnima frente a la corrosiĆ³n, o tipo de acero necesario[1]
InspecciĆ³n visual
La inspecciĆ³n visual de los puentes de madera se basa en dos grupos de indicadores visuales.
El primer grupo incluye tres indicadores visuales de la presencia de descomposiciĆ³n: (a)
estructuras de fructificaciĆ³n de hongos caracterĆsticas, (b) encogimiento anormal de la
superficie o caras hundidas, y (c) actividad de insectos. El segundo grupo de visual
indicadores se utiliza para identificar seis condiciones que conducen a la descomposiciĆ³n. Los
indicadores son[8]:
1. Humedad excesiva (evidenciada por marcas de agua o manchas).
2. Manchas de Ć³xido en superficies de madera.
3. Crecimiento de vegetaciĆ³n en los miembros del puente.
4. AcumulaciĆ³n de tierra en cualquier superficie de madera, que pueden atrapar agua y
aumentar el riesgo de descomposiciĆ³n.
5. interfaces de juntas, sujetadores mecĆ”nicos, campo fabricaciĆ³n, y madera adyacente a
otra trampa de agua Ɣreas de ping, que son sitios potenciales de hongos en
descomposiciĆ³n y crecimiento.
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Finalmente, si se tiene un diseƱo detallado de la madera, Ʃsta no necesitara de tratamientos
quĆmicos, aunque generalmente se debe tratar para conseguir una mayor durabilidad solo
que en algunos caso se debe proteger demasiado a la madera y en otros casos no tanto,
todo va a depender de muchos factores como la clase de servicio a las que estarƔn sometidos
cada elemento estructural y si estƔn expuestas o no al ambiente exterior.[8]
A pesar de lo mencionando anteriormente, la madera por sĆ sola ya es resistente al calor, a
la helada, a la corrosiĆ³n y hasta la contaminaciĆ³n, con el Ćŗnico factor que debe de ser
controlado es con la humedad ya que podrĆa alterar su tiempo de vida Ćŗtil [8]
Para los elementos de diseƱo externos como por ejemplo en un puente, se tiene que tener en
cuenta la distancia entre el suelo y la madera para conseguir una larga duraciĆ³n de vida Ćŗtil,
usando madera tratada con calor y de calidades con tratamientos especiales.[9]
2.5. TipologĆas de puentes de madera
2.5.1. Puentes con sistema estructural de placas
Las estructuras de placas de madera son estructuras constituidas por elementos cuyo
comportamiento se basa en la conformaciĆ³n de placas. Estas poseen una restricciĆ³n que es
la luz mƔxima que puede alcanzar, pero que combinadas con otro tipo de estructuras puede
llegar a abarcar luces mayores.[6]
Esta estructura se basa en la conformaciĆ³n de placas rĆgidas a travĆ©s de piezas de madera,
aserradas o laminadas dispuestas de canto longitudinalmente una al lado de la otra. Para
garantizar la colaboraciĆ³n de todos los elementos entre sĆ se emplean barras de acero que
atraviesan transversalmente las piezas de madera y que luego son tensadas. Esta tecnologĆa
es una de las mĆ”s nuevas en la construcciĆ³n de puentes de madera y tiene varias ventajas
sobre otros tipos de placas.[6]
La principal ventaja de las placas tensadas, en comparaciĆ³n con otras estructuras de placas
laminadas, es que no hay delaminaciĆ³n entre las lĆ”minas y tiene un comportamiento muy
seguro en caso de sobrecargas.[6]
Para el cƔlculo de esta placa se considera el comportamiento de vigas una al lado de la otra
en uno y otro sentido. El diseƱo tiene que asegurar tensiones admisibles de los materiales,
una rigidez suficiente, una deflexiĆ³n limitada y evitar daƱos en la madera por una compresiĆ³n
demasiada alta.[6]
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2.5.2. Sistemas estructurales de barras
Son puentes cuya estructura principal se establece por piezas estructurales lineales o barras,
abarcando luces que varĆan de acuerdo al tipo estructural utilizado. Algunos ejemplos son:
Sistemas de vigas, Sistemas de arcos, etc.[6]
El comportamiento de este sistema estructural se basa en la transmisiĆ³n de las cargas a travĆ©s
de lĆneas o barras, es por eso que en este sistema se encuentran la mayorĆa de los sistemas
estructurales.
Este sistema estructural se clasifica en tipos estructurales establecidos y que pueden ser mƔs
directamente aplicables a nuestra realidad y son los siguientes:
- Sistema de vigas
- Sistema apuntalado
- Sistema de puente atirantado
- Sistema de viga tensada
- Sistema de viga reticulada
- Sistema de puente arco
- Sistema de puente colgante
De estos siete sistemas estructurales se seleccionĆ³ solo el sistema de puente arco como
puente vehicular. Este tipo de puente abarca luces desde los 9 hasta los 45 m de luz.
2.5.3. Sistema en arco
El puente arco destaca por tener un gran proceso constructivo de gran importancia, ademƔs
que es un puente estƩtico. El arco es una estructura que resiste por forma[10].En
Generalmente se utiliza la forma del arco triarticulado debido a que es mƔs fƔcil de transportar
y que estructuralmente no presenta problemas en los cimientos, ya que el esfuerzo lateral es
mĆnimo y el esfuerzo horizontal es resistido por estos mismos.[6]
El arco normalmente es una parĆ”bola, un cĆrculo o una lĆnea sinusoidal. Estas se diferencian
en su relaciĆ³n entre la altura y luz, desde el punto de vista estĆ”tico mĆ”s que Ć³ptico.
El tablero del puente puede encontrarse en tres diferentes posiciones:
- Puente arco con tablero superior: El tablero protege parte de la estructura de arcos.
- Puente arco con tablero intermedio: La ventaja principal es que el tablero sirve como
arriostramiento entre los dos arcos evitando asĆ el volcamiento de Ć©stos.
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- Arco con tablero inferior: En este caso la estructura queda expuesta a los efectos del
clima por lo que los arcos deben ser recubiertos en su totalidad. [6]
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CAPĆTULO 3. ESTUDIO DE CASO REAL
3.1. DescripciĆ³n del puente en estudio
La descripciĆ³n de los elementos constructivos y del proceso de diseƱo se realiza tomando
como base un ejemplo real de un proyecto de un puente de vehĆculos. Se trata del puente
ubicado en Sant Andreu de la Vola, CataluƱa, EspaƱa; cuyas luces son de 32+2x45+33m.
Este puente fue inicialmente construido mediante empuje y en estructura metƔlica.
Figura 17. Puente de acero en estudio en Sant Andreu de la Vola, CataluƱa
3.2. Alternativas para un puente de madera
Se exponen diferentes alternativas de puentes de madera y se realiza un breve anƔlisis con
el fin de determinar cuƔl de todas es la mƔs apropiada y sobre todo que se adapte a las
caracterĆsticas del puente en San Andreu de la Vola.
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La elecciĆ³n de una alternativa consistiĆ³ bĆ”sicamente en analizar las variaciones que se
producen en diferentes flechas del arco, manteniendo la luz de puente fija y viceversa, es
decir, manteniendo la flecha del arco fija y variar las luces del puente, de esta manera ir
probando los esfuerzos en el programa SAP2000, segĆŗn las propiedades fĆsico mecĆ”nicas y
ensayos al material (madera), se fue observando las limitaciones estructurales en cada caso
[5].
3.2.1. Alternativa 1. Puente arco con tablero superior
Es una tipologĆa de puentes existentes en donde el tablero se apoya en el arco directamente
o mediante pilas intermedias, como se muestra en la figura 18.
Figura 18. Alternativa 1. Puente arco con tablero superior[5]
Este tipo de sistema de puentes tiene una ventaja en cuanto al nĆŗmero de arcos que se
pueden construir ya que no existe ninguna restricciĆ³n, ademĆ”s la altura a la que se encuentra
permite que el tablero disminuya su espesor.[5]
En esta tipologĆa de puente existe una fuerte solicitaciĆ³n horizontal a nivel de cimentaciĆ³n, es
por ello que se recomienda su construcciĆ³n en terrenos de buena calidad porque de lo
contrario la cimentaciĆ³n tendrĆa un elevado costo.[5]
3.2.2. Alternativa 2: Puente arco con tablero intermedio
La posiciĆ³n del tablero para este tipo de puentes es intermedia y se desarrolla dentro del arco,
lo cual se unen con tensores en el centro y pilares en sus extremos, segĆŗn se muestra en la
siguiente figura:
Figura 19. Alternativa 2: puente arco con tablero intermedio.[5]
La principal ventaja de este modelo es que se pueden salvar mayores luces, ya que la uniĆ³n
de la viga longitudinal con el arco se convierte en apoyos intermedios
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3.2.3. Alternativa 3: Puente arco con tablero inferior.
Esta alternativa corresponde a un modelo que estĆ” constituido por un tablero inferior sostenido
mediante tensores, los cuales trabajan principalmente a esfuerzos axiles.
Figura 20. Alternativa 3. Puente Arco con tablero inferior[5]
Este modelo es una buena alternativa cuando el terreno en donde se va a construir es de mala
calidad, debido a que la solicitaciĆ³n en los apoyos es principalmente vertical, lo cual es
favorable con la cimentaciĆ³n y los estribos del puente resultando estos con dimensiones
menores. [5]
Una caracterĆstica importante en esta tipologĆa de puentes es que necesita arriostramiento
para mantener su estabilidad estructural, en este caso el arriostramiento solo puede
materializarse en la clave del arco. Esto restringe la altura mĆnima del puente, la que depende
de la altura mĆ”xima del tipo de vehĆculo para el cual se de diseƱar el puente.
3.3. Condicionantes
3.3.1. Condicionantes geomƩtricos
El ancho de la plataforma tiene un total de 12.80 metros, que se encuentran distribuidos de la
siguiente manera:
- Dos carriles (3,50 m, cada uno) 7,00 m
- Dos Arcenes (2,50 m, cada uno) 5,00 m
AdemƔs, se encontrarƔn los siguientes elementos que limitan las plataformas:
- Barreras o pretiles 0,50 m
El puente estĆ” ubicado en un valle que tiene mucha profundidad, por lo que algunas pilas
tienen grandes alturas y estƔn separadas por luces importantes.
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3.4. Alternativa seleccionada
Se optĆ³ por la modelaciĆ³n de puente arco con tablero inferior. Independientemente de la
alternativa elegida, una ventaja importante de este tipo de puentes la constituye la necesidad
de menor cantidad de madera en relaciĆ³n a la luz mayor abarcada, esto la hace ser una
soluciĆ³n mĆ”s viable econĆ³micamente.[5]
3.5. DescripciĆ³n de la soluciĆ³n adoptada
La estructura del puente se compone de Arcos con tablero inferior y pƩndolas que soportan el
tablero. Los arcos tienen una flecha de 8 metros y una luz de 39 metros, por lo tanto, se tiene
una relaciĆ³n f/L de 0.21. por cada arco se tienen 11 pĆ©ndolas que estĆ”n espaciadas cada 2.50
aproximadamente. Los materiales del arco y las vigas son de madera laminada encolada
homogƩnea y de las pƩndolas son barras de acero.
Figura 21. Puente arco con tablero inferior y pƩndolas con 4 luces de 39 metros.
3.6. Respuesta estructural
El comportamiento resistente en los puentes tipo arco principalmente se basan en el sistema
antifunicular de su geometrĆa, frente a cargas verticales uniformes a lo largo de todo el tablero.
Para estos estados de carga, el arco queda sometido totalmente a compresiĆ³n y con poca
flexiĆ³n. Cuando, ademĆ”s, el puente es de tablero inferior tipo ĀØbowstringĀ“Ā“, Ć©ste actĆŗa como
tirante de tracciĆ³n, uniendo los puntos de apoyo del arco y permitiendo que sĆ³lo se transmitan
cargas verticales a la cimentaciĆ³n.
Esta tipologĆa se considera muy eficaz cuando las cimentaciones no pueden resistir fuerzas
horizontales importantes y su comportamiento es independiente de la forma de las pƩndolas,
verticales o inclinadas. Sin embargo, cuando las cargas se disponen longitudinalmente en la
mitad del tablero las flexiones que se generan ya no son solamente resistidas por el arco en
compresiĆ³n ni el tablero a tracciĆ³n, sino que aparecen flexiones en ambos elementos
estructurales.[11]
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El arco deja de ser el antifunicular de la carga, y el traslado de la carga desde el tablero a los
apoyos se realiza por distintos mecanismos resistentes, en funciĆ³n de la vinculaciĆ³n arco-
tablero y de sus rigideces relativas a flexiĆ³n.
Figura 22. Leyes de momentos flectores en un bowstring con pƩndolas verticales sometido
a sobrecargas asimƩtricas. [12]
La funcionalidad de este tipo de estructuras estĆ” sujeta a una adecuada relaciĆ³n de inercias
entre el arco y el tablero que determina la respuesta resistente del conjunto. AsĆ, se pueden
encontrar puentes arco de tablero inferior con arcos flexibles con tablero rĆgidos y
viceversa.[12]
PĆ©ndolas
Las pƩndolas son elementos que unen el arco con el tablero inferior. Suelen ser biarticuladas
y comportarse fundamentalmente a tracciĆ³n. En determinados puentes, pĆ©ndolas rĆgidas
empotradas en el arco o en el tablero pueden excitar otros mecanismos resistentes. En el
caso de pƩndolas articuladas formadas por cables (o barras) es mƔs interesante el
comportamiento como elemento de conexiĆ³n arco-tablero que el comportamiento de la
pĆ©ndola en sĆ.[13]
PĆ©ndolas articuladas
Las pƩndolas articuladas presentan anclajes extremos que permiten el giro. Cuentan con un
sistema que permite ser tesado mediante el uso de placas, roscas y tuercas cuando sea
necesario.[13]
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Figura 23. PĆ©ndolas articuladas[13]
Figura 24. Anclaje de pƩndolas en el arco del puente [13]
Figura 25. TipologĆas de anclajes de cables con extremos articulados [13]
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PĆ©ndolas rĆgidas
Las pĆ©ndolas rĆgidas se busca la colaboraciĆ³n resistente, principalmente a flexiĆ³n, de las
pƩndolas a base de darles dimensiones comparables a las de los extremos que vinculan.[13]
Efecto estructural de la pĆ©ndola rĆgida
Una pĆ©ndola biarticulada transmite axiles en direcciĆ³n de la barra.
Si se da rigidez a las pĆ©ndolas en efecto estructural es distinto en funciĆ³n de los grados de
libertad que se empotran. [12]
- Si la pĆ©ndola tiene rigidez a flexiĆ³n transversal y estĆ” empotrada en un solo extremo,
aparece un torsor localizado en el extremo empotrado que provoca una reacciĆ³n
perpendicular a la pƩndola en el extremo articulado.
- Si la pĆ©ndola esta biempotrada transversalmente, la movilizaciĆ³n de la rigidez a flexiĆ³n
de la pĆ©ndola provoca la apariciĆ³n de dos torsores (en arco y tablero) localizados en sus
extremos.
- Si ademƔs las pƩndolas estƔn empotradas en el plano longitudinal, el empotramiento
longitudinal es similar al de una viga Vierendel, donde los montantes son las pƩndolas
rĆgidas, el cordĆ³n superior es el arco y el inferior el tablero.[13]
SeparaciĆ³n entre pĆ©ndolas
Es un aspecto fundamental separar las pĆ©ndolas a la hora de determinar la geometrĆa de un
arco con tablero superior. Si la separaciĆ³n entre las pĆ©ndolas es mayor significa que la
distancia entre las vigas transversales el mayor tambiƩn y que se verƔ sometido a mayores
esfuerzos de flexiĆ³n.[14]
Para este trabajo, inicialmente se tenĆan 7 pĆ©ndolas espaciadas cada 5 metros
aproximadamente, pero basƔndonos en el anƔlisis del programa SAP2000, y en la deformada
del tablero con un lĆmite de L/400, se determinĆ³ que se tendrĆan que aumentar el nĆŗmero de
pƩndolas, quedando finalmente con 11 pƩndolas de 60mm de diƔmetro espaciadas cada 2.85
metros.
Vigas transversales
Las vigas longitudinales que componen el tablero se encuentran unidas entre sĆ por 11 vigas
transversales de 12.80 metros de longitud ademƔs de dos riostras iniciales tambiƩn de 12.80
metros de longitud. La secciĆ³n tipo del elemento viga transversal es maciza rectangular de
0.30x0.55 m. en madera.
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CAPĆTULO 4. PUENTE DE MADERA
4.1. GeometrĆa de la estructura
Previo al diseƱo se debe definir la geometrĆa bĆ”sica de la estructura de arco cuyos elementos
constituyentes principales son: Arco y vigas longitudinales de madera laminada encolada
homogĆ©nea (definiciĆ³n en apartado 1.3), tirantes de acero de 60 mm de diĆ”metro, vigas
transversales de madera laminada encolada homogƩnea para soporte del tablero y en arco
para minimizar el movimiento en el arco debido a viento. Finalmente, vigas de arriostramiento
para las vigas transversales.
Figura 26. Secciones transversales de los elementos estructurales en cm.
El puente consta de cuatro arcos simƩtricos con tablero inferior cuya luz (L) es de 39 metros,
y la longitud total del puente es de 156 metros. La flecha (f) es de 8 metros, lo que implica una
relaciĆ³n Flecha/Luz de 0.21.
El arco serƔ triarticulado y el material es de madera laminada encolada homogƩnea GL36h
(apartado 2.2.2), tiene un canto de 100 centĆmetros, un ancho de secciĆ³n constante de 70
centĆmetros. El tablero inferior tiene un ancho de 12.80 metros, las cuĆ”les estĆ”n conformadas
por cuatro placas de madera laminada encolada de secciones 2.20x0.20x39 m. y dos placas
de madera laminada de secciĆ³n 2.00x0.20x39 m. Las pĆ©ndolas son de acero cuya dimensiĆ³n
es de 60mm de diƔmetro, por cada arco se tienen 11 pƩndolas las cuƔles sostienen al tablero.
Consta de 3 pilares internos y dos estribos en los cuƔles se apoya el arco y las vigas
longitudinales.
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Figura 27. GeometrĆa del puente de madera en metros.
Figura 28. Vista en 3D del Puente Arco en Madera
El tablero serƔ sostenido por elementos transversales los que serƔn soportados por medio del
arco de madera laminada a travĆ©s de perfiles de acero que cumplirĆ”n la funciĆ³n de tensores
los que serƔn articulados en sus extremo superior e inferior a la viga transversal.
Cabe destacar que el empotramiento perfecto entre elementos de madera es difĆcil de
materializar, siendo esta una razĆ³n del tipo constructivo que se suma a las de tipo estructural
que reafirma la decisiĆ³n de uniones articuladas para los arcos.
Otra de las razones por las que se utiliza un arco triarticulado es que estructuralmente no
presenta problemas en los cimientos, ya que es esfuerzo lateral es mĆnimo y el esfuerzo
horizontal es absorbido por estos mismos.[5]; es decir, que las articulaciones en los arranques
del arco absorben las fuerzas verticales y horizontales sin flexiĆ³n alguna y la articulaciĆ³n en
clave hace que el sistema inicialmente hiperestƔtico sea isostƔtico. Las vigas unidas mediante
articulaciones solamente trabajan a esfuerzo axil, los momentos son nulos.[15]
4.2. Modelo estructural
Se ha modelado el puente de madera en tres dimensiones con el uso del programa de cƔlculo
SAP2000 v.14. definiendo los materiales y las secciones mencionadas anteriormente.
Para el modelo se ha considerado elementos tipo frame en todos los elementos estructurales,
es decir que, son elementos tipo barra, a los que se les puede asociar una secciĆ³n con
material, indicando quĆ© punto de la secciĆ³n coincide con la directriz de la barra, a efectos de
inercia. Consta de dos nodos (inicial y final).
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Modelo en 3D
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4.3. Materiales
Los materiales empleados en el modelo estructural, que se plantean en el puente tienen las
siguientes caracterĆsticas:
- Madera laminada encolcada homogƩnea de clase GL36h, para viga longitudinal, arco,
vigas transversales y de amarre cuyo mĆ³dulo de elasticidad se muestra en la tabla 4 del
apartado 2.3. 2.a. Las unidades del mĆ³dulo de elasticidad fueron cambiadas para insertar
en el programa SAP, el cual se muestra a continuaciĆ³n:
šĆ³šš¢šš šš šššš š”šššššš šš šš šššššš šššššššš šššššššš āššššĆ©ššš = 14.7 š„106 šš/š2
- Barras de acero macizo de 60 mm de diƔmetro, para tirantes o pƩndolas, cuyo valor del
mĆ³dulo de elasticidad se encuentra a continuaciĆ³n:
šĆ³šš¢šš šš šššš š”šššššš ššš ššššš = 210 š„106 šš/š2
Los materiales mencionados, se asignan a cada una de las secciones creadas en el programa
SAP2000, considerando sus caracterĆsticas.
4.4. Acciones a considerar
Las acciones son aquellas fuerzas que interna o externamente afectan a la estructura y
producen una serie de esfuerzos en la misma.
4.4.1. Acciones permanentes
Son aquellas que van a actuar durante toda la vida Ćŗtil de la estructura. Se clasifican en dos:
de valor constante y de valor no constante.
1. Acciones permanentes de valor constante (G)
Se producen por el peso de los distintos elementos que componen el puente. Se considera
Ćŗnicamente el peso propio de la estructura y la carga muerta. Su valor caracterĆstico depende
del peso especĆfico del material, y de las dimensiones del elemento. Multiplicando el espesor
de los elementos por el peso especĆfico se obtienen las cargas.
Peso propio (g1)
Esta acciĆ³n es la que corresponde al peso de los elementos estructurales y su valor
caracterĆstico podrĆ” deducirse en funciĆ³n de las dimensiones de secciĆ³n de cada elemento y
su peso especĆfico.
Carga muerta (g2)
Son las debidas a los elementos no estructurales que gravitan sobre los estructurales, tales
como: pavimento de calzada y aceras, elementos de contenciĆ³n, dotaciones viales y de la
propia estructura, conductos de servicios, etc.
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1. Acciones permanentes de valor NO constante (G*)
La fuerza del pretensado varĆa debido a las caracterĆsticas de los materiales, disminuyendo a
lo largo de tiempo.
4.4.2. Acciones variables
1. Sobrecarga de uso
a.1) DivisiĆ³n de la plataforma en carriles virtuales
Para aplicar la instrucciĆ³n IAP-11, es necesaria la consideraciĆ³n de carriles virtuales a lo
ancho del tablero, mediante el siguiente criterio:
Figura 29. DefiniciĆ³n de los carriles virtuales[16]
Debido a que el tablero tiene un ancho de 12.80 metros y teniendo un carril virtual de 3 metros
de anchura, por lo tanto:
š = ššš” (12.80
3) = 4.26 ā 4 šššššššš š£ššš”š¢šššš
12.80 ā 3 ā 4 = 0.8š
Por lo que el Ɣrea remanente tendrƔ una anchura de 0.8 metros
Figura 30. Ejemplo genĆ©rico de la distribuciĆ³n de los carriles. [16]
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a.2) Cargas verticales
- Cargas verticales debidas al trĆ”fico de vehĆculos
Existen dos tipos de acciones a considerar, mostradas en la siguiente tabla:
Figura 31. Valor caracterĆstico de la sobrecarga de uso. [16]
Los cuales se distribuyen del siguiente modo a lo largo y ancho del tablero:
Figura 32. DistribuciĆ³n de vehĆculos pesados y sobrecarga uniforme. [16]
Las cargas referentes al vehĆculo pesado se encontrarĆ”n centradas en los carriles
correspondientes, en aquella posiciĆ³n que resulte mĆ”s desfavorable. Cada vehĆculo pesado
estarĆ” constituido por dos ejes separados 1,20 metros entre sĆ, las ruedas del mismo eje
estarƔn separadas trasversalmente 2,00 metros, considerƔndose el peso en cada rueda como
una carga puntual de 0,5 Qik.
AdemƔs, la sobrecarga uniforme se extenderƔ longitudinal y transversalmente por carriles y
Ɣrea remanente, en aquellas zonas en las que su efecto se considere desfavorable.
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- Cargas verticales en zonas de uso peatonal
En las zonas de uso peatonal de los puentes (aceras), se supondrĆ” aplicada una sobrecarga
uniforme de 5 kN/m2 en las zonas mƔs desfavorables, longitudinal y transversalmente, para
el efecto en estudio. [1]
a.3) Fuerzas horizontales
- Frenado y arranque
El frenado, arranque o cambio de velocidad producirĆ” en el tablero una fuerza horizontal
uniformemente distribuida en la direcciĆ³n longitudinal del puente, aplicada a nivel de la
superficie de rodadura.
ššš = 0.6 ā 2 ā š1š + 0.1 ā š1š ā š¤1 ā šæ
Donde:
ššš es la carga vertical de un eje correspondiente al vehĆculo pesado del carril 1, siendo
300 kN.
š1š es la carga uniformemente distribuida en el carril 1, equivale a 9 kN/m2
š¤1 es la anchura del carril 1, cuyo valor es de 3 m.
L es la longitud entre juntas del tablero, en caso de no haberlas se considera la longitud total
del puente; por tanto, L = 156 m. y reemplazamos
ššš = 0.6 ā 2 ā 300 + 0.1 ā 9 ā 3 ā 156 = 781.2 šš
Sin embargo, el valor estĆ” limitado entre 180 y 900 kN, siendo, por tanto:
ššš = 781.2 šš
a.4) Fuerzas transversales
Al ser un puente de alineaciĆ³n recta no se producirĆ”n fuerzas de este tipo.
4.4.3. Viento
SegĆŗn el EurocĆ³digo 1: Acciones en estructuras. Parte 1-4: Acciones generales. Acciones del
viento, incluye un capĆtulo para la estimaciĆ³n del efecto del viento en puentes. Es de aplicaciĆ³n
en puentes con canto constante y para unas secciones transversales determinadas. Estas
secciones incluyen los tableros soportados por vigas alma llena con diferentes secciones y
los puentes formados por dos vigas de celosĆa con tablero superior o inferior. No es aplicable
a puentes en arco, puentes con tablero suspendido por cables, puentes cubiertos, puentes
mĆ³viles y puentes con tableros significativamente curvos o con mĆŗltiples curvaturas en el
tablero.
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El planteamiento de la instrucciĆ³n IAP es muy similar al del EurocĆ³digo. El efecto del viento
se asimila, en general, a una carga estĆ”tica. En aquellos casos en los que la acciĆ³n del viento
pueda originar fenĆ³menos vibratorios importantes como, por ejemplo, estructuras muy
flexibles, tales como puentes o pasarelas con algĆŗn vano de luz superior a 200 m o 100 m,
respectivamente, puentes colgantes o atirantados.
1. Velocidad bƔsica del viento
Se obtiene a partir de la velocidad bĆ”sica del viento, mediante la siguiente expresiĆ³n:
šš = š¶šššš¶š ššš šššš,0
Donde:
šš velocidad bĆ”sica del viento para un periodo de retorno de 50 aƱos (m/s)
š¶ššš factor direccional del viento que, a falta de estudios mĆ”s precisos, puede
tomarse igual a 1.0
š¶š ššš šš factor estacional del viento que, a falta de estudios mĆ”s precisos, puede
tomarse igual a 1,0
šš,0 velocidad bĆ”sica fundamental del viento (m/s), segĆŗn el mapa de isotacas de
la IAP-11.
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Figura 33. Mapa de isotacas para la obtenciĆ³n de la velocidad bĆ”sica fundamental del
viento šš,0. [16]
La obra estĆ” emplazada en Sant Andreu de la Vola, Barcelona que segĆŗn el mapa se
encuentra en una zona C por lo que se considerarƔ la velocidad de viento bƔsica igual a Vbo=
29 m/s. Por lo tanto, la velocidad bƔsica del viento para un T=50 aƱos es 29 m/s.
Figura 34. Periodo de retorno para situaciones transitorias. [16]
Para otro periodo de retorno diferente, la fĆ³rmula a emplear es:
šš(š) = 29 š/š
2. Empuje del viento
El empuje producido por el viento se calcula por separado para cada elemento del puente. El
empuje sobre cualquier elemento de la estructura se calcula mediante la expresiĆ³n:
š¹š¤ = [1
2ššš
2(š)] š¶š(š§)š¶šš“ššš
Donde:
š¹š¤ empuje horizontal del viento (N)
1
2ššš
2(š) presiĆ³n de la velocidad bĆ”sica del viento š0(N/m2)
š densidad del aire, que se tomarĆ” igual a 1,25 kg/m3
šš(š) velocidad bĆ”sica del viento (m/s) para un periodo de retorno T.
š¶š coeficiente de fuerza del elemento considerado (Tabla 16)
š¶š(š§) coeficiente de exposiciĆ³n en funciĆ³n de la altura z calculada segĆŗn la siguiente
fĆ³rmula.
š¶š(š§) = šš2 [š¶š
2šš2 (
š§
š§0) + ššš¶ššš (
š§
š§0)] šššš š§ ā„ š§0
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Obteniendo šš, š§0 y š§ššš de la tabla 13 de la instrucciĆ³n, en funciĆ³n del entorno.
Figura 35. Coeficientes segĆŗn el tipo de entorno. [16]
Al estar el puente situado en un entorno tipo III (zona suburbana, forestal o industrial con
objetos aislados como Ć”rboles, construcciones, etc., con una separaciĆ³n mĆ”xima de 20 veces
la altura de los obstƔculos), los valores que se adoptan son:
- šš= 0.216, Z0= 0.30 m y Zmin = 5 m.
- Z es la altura del tablero sobre el fondo del valle, 25.56 m.
- š¶0 es el factor de topografĆa, que al estar en un valle que produce encauzamiento del
viento, se toma un valor de 1.1.
- šš es el factor de turbulencia, cuyo valor es 1,0.
Por lo tanto, el valor de š¶š(š§) = 2.71
- Cf,z es el coeficiente de fuerza en la direcciĆ³n vertical Z, tomando un valor de +-0.9.
- Aref,z es el Ɣrea en planta del tablero, en m2. Sus dimensiones son 156*0,95 = 148.20
m2
- La densidad del aire se considera 1.25 kg/m3
3. DirecciĆ³n de viento
El viento se considerarĆ” en tres direcciones. En general, la acciĆ³n del viento en las direcciones
horizontales transversal (perpendicular al eje del tablero) y longitudinal (paralelo al eje del
tablero) no es concomitante. La componente vertical del viento se considerarĆ” concomitante
Ćŗnicamente con la direcciĆ³n transversal.
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Empuje horizontal del viento en el tablero
Se distinguen dos tipos de empujes horizontales sobre el tablero: transversal (en el eje X) y
longitudinal (en el eje Y).
- Empuje transversal
El empuje transversal por viento se da en la viga longitudinal que sostiene al tablero, en el
tablero de madera laminada encolada tensada, en las pƩndolas y en el arco del puente, en un
Ɣrea de referencia Aref que es la longitud total del puente multiplicada por una altura
equivalente heq que va desde la viga longitudinal hasta la secciĆ³n total del arco.
āšš = šššš”š š£ššš šššššš”š¢ššššš + š¹šššāš +šššš”š šššš
2= 0.95 + 8 + 0.475 = 9.425 š
Por lo tanto, el Ɣrea de referencia Aref = 156*9.425 = 1,470.3 m2
El coeficiente de fuerza en esta situaciĆ³n se calcula:
šš,š„ = 2,5 ā 0,3(šµ āšš)ā
Donde:
šµ anchura total del tablero (m)
āšš anchura equivalente (m) obtenida considerando, ademĆ”s del propio tablero, la altura
de cualquier elemento no estructural que sea totalmente opaco frente al viento o, si se
tiene en cuenta la presencia de la sobrecarga de uso, la altura de Ć©sta, en caso de ser
mas desfavorable.
šš,š„ = 2.5 ā 0.3 ā (12.80
9.425) = 2.09
En cualquier caso, el coeficiente šš,š„estĆ” limitado a:
1,3 ā¤ šš,š„ ā¤ 2,4
Por lo tanto, cumple con la condiciĆ³n
El empuje del viento transversal se calcula:
š¹š¤ = [1
2ššš
2(š)] š¶š(š§)š¶šš“ššš
š¹š¤, š„ = (1
2ā 1.25 ā 292) ā 2.71 ā 0.9 ā 156 ā 12.80 = 2,559.9 šš
Como se aplicarƔ sobre el Ɣrea expuesta, se calcula la distribuida:
š¹š¤,š„ =2,559.9
1,470.3= 1.74 šš/š2
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- Empuje longitudinal
El empuje longitudinal, paralelo al eje del tablero serĆ” una fracciĆ³n del empuje transversal,
producido por un coeficiente reductor.
La fracciĆ³n del empuje transversal considerada es de un 25% al ser un tablero con elementos
sĆ³lidos.
El coeficiente reductor tiene la siguiente expresiĆ³n:
1 ā [7
šššš (š§š§0
) + 7] ā [šæ šæ(š§)ā ]
Donde:
šš factor de topografĆa
ā [šæ šæ(š§)ā ] = 0,230 + 0,182 šš[šæ šæ(š§)ā ]
Siendo: 0 ā¤ ā [šæ šæ(š§)ā ] ā¤ 1
šæ longitud sobre la cual actĆŗa el empuje longitudinal (m). se tomarĆ” igual a la
longitud total del puente.
šæ(š§) longitud integral de la turbulencia (m) definida por:
šæ(š§) = {
300(šššš 200)ā š¼ šššš š§ < š§ššš
300(š 200)ā š¼ šššš š§ššš ā¤ š§ ā¤ 200 300 šššš š§ > 200
š altura del puente de aplicaciĆ³n del empuje de viento respecto del terreno o de
la cota mĆnima del nivel de agua bajo el puente (m)
š§0, š§ššš Coeficientes definidos en la tabla 13.
š¼ coeficiente definido en la tabla 14.
Figura 36. Coeficiente segĆŗn tipo de entorno. [16]
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L(z) es la longitud de la turbulencia, calculada para el caso de š§ššš ā¤ š§ ā¤ 200, siendo Z =
25.56 m.
šæ(š§) = 300 ā (š§
200)š¼ = 300 ā (
25.56
200)0.61 = 85.53 š
El coeficiente reductor por tanto obtiene el siguiente valor:
1 ā [7
1,1 ā ln (25.560,30 ) + 7
] ā 0.33938 = 0.8
Finalmente, el empuje longitudinal se calcula a continuaciĆ³n:
š¹š¤, š¦ = 2,559.9 ā 0.25 ā 0.8 = 511.98 šš
š¹š¤, š¦ =511.98
156 ā 12.80= 0.26 šš/š2
Empuje transversal del viento sobre pƩndolas
El empuje sobre los elementos que sustentan el tablero se calcula a partir de un nuevo
coeficiente de exposiciĆ³n ce(z), su Ć”rea de referencia Aref y del coeficiente de fuerza Cf que
depende de la secciĆ³n de cada elemento, y obtenido de la tabla 15.
Figura 37. Coeficiente de fuerza š¶š para las secciones mĆ”s habituales. [16]
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Figura 38. Empuje transversal del viento en pƩndolas
Elemento
estructural B h B/h šŖš šŖš(š) š½š, š šØššš šš, š šš, š
PĆ©ndolas 0,42 3,83 0,11 1,20 2,71 29 3,36 0,32 0,09
Empuje del viento sobre el arco
En el arco solamente se considerarĆ” el viento transversal.
Figura 39. Empuje transversal del viento en arco
Elemento
estructural B h B/h šŖš šŖš(š) š½š, š šØššš šš, š šš, š
Arco 0,40 0,95 0,42 2,2 2,71 29 41,08 7,10 0,17
Efectos aeroelƔsticos
La acciĆ³n del viento se asimilarĆ” a una carga estĆ”tica equivalente. AdemĆ”s, segĆŗn la
instrucciĆ³n, para un puente de estas caracterĆsticas no es necesario considerar los efectos
aeroelƔsticos definidos en el apartado 4.2.9, dado que la luz (entendida como distancia
horizontal entre ejes de apoyo) es inferior a 80 m.
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4.4.4. AcciĆ³n tĆ©rmica
No es preciso considerar el efecto de la temperatura en los elementos estructurales de
madera. Sin embargo, hay que tenerlos en cuenta en otros materiales que pueden formar
parte de la estructura como el acero y el hormigĆ³n. Por ejemplo, el efecto del aumento de la
temperatura en una estructura mixta con barras de madera y de acero (normalmente tirantes)
origina generalmente una pĆ©rdida de tensiĆ³n en los tirantes metĆ”licos y un aumento de las
tensiones en las piezas de madera y unos desplazamientos aƱadidos. [6]
4.4.5. Acciones accidentales (A)
1. Impactos contra sistemas de contenciĆ³n en vehĆculos
El impacto de un vehĆculo contra el sistema de contenciĆ³n se asimilarĆ” a una carga estĆ”tica
compuesta por una fuerza horizontal transversal y un momento de eje longitudinal
concomitantes, aplicados en la zona de conexiĆ³n entre el elemento de contenciĆ³n y la
estructura.
Se tomarĆ” para esta acciĆ³n el valor nominal de las fuerzas y momentos mĆ”ximos, que facilitarĆ”
a estos efectos el fabricante del sistema de contenciĆ³n, determinados mediante cĆ”lculos o
ensayos especĆficos, de acuerdo a la normativa correspondiente. [1]
- Si el sistema de contenciĆ³n actĆŗa absorbiendo energĆa por deformaciĆ³n plĆ”stica
(sistemas deformables), se supondrĆ” actuando una fuerza puntual de 45 kN aplicada a
0,6 m sobre la superficie del pavimento, perpendicularmente al elemento considerado.
- Si el sistema de contenciĆ³n no absorbe energĆa por deformaciĆ³n plĆ”stica propia (sistemas
rĆgidos), se supondrĆ” actuando una fuerza puntual de 200 kN, aplicada
perpendicularmente al elemento considerado y a una altura igual a la altura Ćŗtil del mismo.
Esta fuerza se podrĆ” suponer repartida uniformemente, en la base de la barrera de
seguridad, en un ancho de 3 m.
- SimultƔneamente se considerarƔ, en todos los casos, una fuerza puntual horizontal de 30
kN, aplicada longitudinalmente a nivel de la superficie del pavimento. [2]
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4.5. CombinaciĆ³n de las acciones
4.5.1. Factores de seguridad
Figura 40. Factores de seguridad en Estado LĆmite Ćltimo. [16]
ACCIĆN EFECTO
Favorable Desfavorable
Permanente de
valor constante
(G)
Peso propio 1,35 1,35
Carga muerta 1,35 1,35
Variable (Q) Sobrecarga de uso 1,5 1,35
Viento 1.5 1.5
Figura 41. Factores de seguridad en Estado LĆmite de Servicio. [16]
ACCIĆN EFECTO
Favorable Desfavorable
Permanente de valor
constante (G)
Peso propio 1 1
Carga muerta 1 1
Variable (Q)
Sobrecarga de uso 0 1
Sobrecarga de
construcciĆ³n 0 1
Viento 0 1
Figura 42. Factores de simultaneidad. [16]
Acciones Factores de simultaneidad
ĪØ0 ĪØ1 ĪØ2
Sobrecarga de
uso
Cargas
verticales
VehĆculos pesados 0,75 0,75 0
Sobrecarga uniforme 0,4 0,4 0
Carga en aceras 0,4 0,4 0
Viento Fwk En situaciĆ³n persistente 0,6 0,2 0
En construcciĆ³n 0,8 0 0
Sobrecargas de
construcciĆ³n Qc 1,0 0 1,0
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4.5.2. CombinaciĆ³n en estado lĆmite Ćŗltimo (ELU)
Se ha realizado la comprobaciĆ³n Ćŗnicamente en situaciĆ³n persistente o transitoria, la cual se
ha hecho de acuerdo a la siguiente expresiĆ³n (combinaciĆ³n fundamental):
1. SituaciĆ³n persistente o transitoria
ā š¾šŗ,ššŗš,š + ā š¾šŗ,š
šā„1
šŗš,šā + š¾š,1šš,1 + ā š¾šŗ,š
š>1
ĪØ0,ššŗš,š
šā„1
Donde:
šŗš,š es el valor caracterĆstico de la acciĆ³n permanente (peso propio + carga muerta)
šŗš,šā es el valor caracterĆstico de la acciĆ³n permanente de valor no constante, de la
cual no disponemos.
šš,1 es el valor caracterĆstico de la acciĆ³n variable dominante.
Se han realizado tantas combinaciones como sea necesario, considerando en cada una de
ellas, una de las acciones variables como dominante y el resto como concomitantes. AsĆ pues,
se tienen las siguientes combinaciones:
šøšæš1 = 1.35 ā (šš + š¶š) + 1.5 ā (2ššš + ššš) + 1.5 ā 0.8 ā (š¹š¤š„ + š¹š¤š¦)
šøšæš2 = 1.35 ā (šš + š¶š) + 1.5 ā (š¹š¤š„ + š¹š¤š¦) + 1.5 ā (0.75 ā 2ššš + 0.4 ā ššš)
Donde:
PP Peso propio (Dead)
CM Carga muerta
2ššš VehĆculo pesado (300 KN)
ššš Sobrecarga Uniforme (9KN/m2)
Siendo la acciĆ³n variable dominante, para cada caso, la sobrecarga uniforme y el vehĆculo
pesado, el viento, respectivamente.
4.5.3. CombinaciĆ³n en estado lĆmite de servicio (ELS)
En este caso se va a verificar la CombinaciĆ³n frecuente, cuya expresiĆ³n es la siguiente:
ā š¾šŗ,ššŗš,š + ā š¾šŗ,š
šā„1
šŗš,šā + š¾š,1ĪØ1,1šš,1 + ā š¾šŗ,š
š>1
ĪØ2,ššŗš,š
šā„1
Por lo que las combinaciones que obtendremos son:
šøšæš1 = 1.0 ā (šš + š¶š) + 1.0 ā (0.75 ā 2ššš + 0.4 ā ššš) + 1.0 ā 0 ā (š¹š¤š„ + š¹š¤š¦)
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šøšæš2 = 1.0 ā (šš + š¶š) + +1.0 ā 0.2 ā (š¹š¤š„ + š¹š¤š¦) + 1.0 ā (0 ā 2ššš + 0 ā ššš)
La sobrecarga puntual del trƔfico pesado se dispone en cuatro puntos diferentes,
considerĆ”ndose para cada caso la ubicaciĆ³n mĆ”s desfavorable.
4.6. Comprobaciones
4.6.1. Estado lĆmite Ćŗltimo (ELU)
En el caso de piezas de secciĆ³n constante, el cĆ”lculo ha tensiones se puede hacer segĆŗn las
fĆ³rmulas clĆ”sicas de Resistencia de Materiales, salvo en las zonas en las que exista un cambio
brusco de secciĆ³n o, en general, un cambio brusco del estado tensional.
1. FlexiĆ³n simple
šš,š ā¤ šš,š šøšš¢šššĆ³š (4.1)
Siendo:
šš,š tensiĆ³n de cĆ”lculo a flexiĆ³n
šš,š resistencia de cĆ”lculo a flexiĆ³n.
4. Cortante
Para solicitaciones a cortante con una de las componentes paralela a la direcciĆ³n de la fibra,
y para solicitaciones de cortante con ambas componentes perpendiculares a la direcciĆ³n de
la fibra, debe cumplirse la siguiente condiciĆ³n:
šš ā¤ šš£,š šøšš¢šššĆ³š (4.2)
Siendo:
šš tensiĆ³n de cĆ”lculo a cortante
šš£,š resistencia de cĆ”lculo a cortante (corte paralelo o rodadura). La resistencia a cortante
por rodadura podrĆ” considerarse igual al doble de la resistencia a tracciĆ³n perpendicular
a la fibra.
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Figura 43. Tensiones de cortadura. a) corte paralelo. b) rodadura [1]
5. Sistema resistente
La resistencia a flexiĆ³n y a cortante de una placa laminada debe ser calculada como:
šš,š,šššš = šš š¦š . šš,š,ššš šøšš¢šššĆ³š (4.3)
šš£,š,šššš = šš š¦š . šš£,š,ššš šøšš¢šššĆ³š (4.4)
Donde:
šš,š,ššš es la resistencia a flexiĆ³n de diseƱo de las laminaciones
šš£,š,ššš es la resistencia a cortante de diseƱo de las laminaciones
šš š¦š es el factor de resistencia del sistema (figura 7), debiendo ser usada la lĆnea 1.
š =ššš
šššš šøšš¢šššĆ³š (4.5)
Siendo:
ššš es el ancho efectivo
šššš es el ancho de las laminaciones
El ancho efectivo puede ser determinado mediante un mƩtodo simplificado que indica la norma
de diseƱo de estructuras de madera ā parte 2: Puentes (EN 1995_2_E_2004). Este mĆ©todo
dice que la placa laminada puede ser reemplazada por una o varias vigas en la direcciĆ³n de
la laminaciĆ³n con el ancho efectivo ššš, calculado de la siguiente manera:
ššš = šš¤,ššššš + š¼ šøšš¢šššĆ³š (4.6)
Donde:
šš¤,ššššš debe ser calculado segĆŗn la ecuaciĆ³n
š¼ debe ser tomado de acuerdo a la tabla
Figura 44. Coeficiente š¼ en metros para la determinaciĆ³n del ancho efectivo de la viga. [17]
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Sistema de placa de cubierta š¶
Placa de cubierta laminada con clavos 0,1
Laminas tensadas o lƔminas encoladas 0,3
Madera laminada transversalmente 0,5
Estructura de placas compuestas por
madera/hormigĆ³n
0,6
Figura 45. Ejemplo de la distribuciĆ³n de momentos a flexiĆ³n en la placa para la
determinaciĆ³n del ancho efectivo. [17]
4.6.2. Estado lĆmite de servicio (ELS)
1. Valores lĆmite para la deflexiĆ³n
Para llevar a cabo esta verificaciĆ³n se supondrĆ” las condiciones de carga mĆ”s desfavorable
tanto para los tableros de madera tensada como para las vigas transversales que sostendrƔn
a estos tableros.
El rango de valores lĆmite para deflexiones debido a solo cargas de trĆ”fico, para vigas, placas
o armaduras con tramos šæ es dado en la siguiente tabla. El EurocĆ³digo 5 para puentes de
madera recomienda los valores que estƔn delineados.
Figura 46. Valores lĆmite para deflexiones en vigas, placas y armaduras. [17]
AcciĆ³n Rango de valores lĆmite
Cargas de trĆ”fico caracterĆstico L/400 - L/500
Cargas de trƔfico bajas y cargas peatonales L/200 - L/400
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Donde L es la distancia entre puntos de inflexiĆ³n de la deformada para la hipĆ³tesis de carga
considerada.
CAPĆTULO 5. RESULTADOS
En el presente capĆtulo se presenta los resultados de los anĆ”lisis del comportamiento de la
estructura frente a las acciones mencionadas en el capĆtulo 4, utilizando los materiales de
madera laminada encolada para el arco, viga longitudinal y pƩndolas de acero.
5.1. CombinaciĆ³n en ELU
Se realizĆ³ la combinaciĆ³n persistente o transitoria que fue descrita en el apartado 4.5.2.a
šøšæš1 = 1.35 ā (šš + š¶š) + 1.5 ā (2ššš + ššš) + 1.5 ā 0.8 ā (š¹š¤š„ + š¹š¤š¦)
Carga muerta (CM)
El valor de la carga muerta se detalla en el anejo A.2.
VehĆculo pesado (ššøšš)
Se realizaron 4 asignaciones de la carga de vehĆculo pesado (2ššš- 1, 2ššš- 2, 2ššš- 3, 2ššš-
4), como se muestra en la figura 22, para facilidad de las combinaciones que se verƔn mƔs
adelante. El valor de la carga de 1000 kN se detalla en el anejo A.2.
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Figura 47. Carga de vehĆculo pesado (2ššš) en el centro luz de la viga longitudinal
Sobrecarga uniforme (ššš)
De la misma manera que el vehĆculo pesado, se elaborĆ³ 4 asignaciones de carga (ššš- 1, ššš-
2, ššš- 3, ššš- 4), como se muestra en la figura 23, con la finalidad de combinar diferentes
casos, los cuales se verƔn mƔs adelante. El valor de la carga de 35.5 kN/m2 se detalla en el
anejo A.2.
Figura 48. Sobrecarga uniforme (ššš) en cada tramo del arco
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Fuerza de viento (ššš)
El valor de la fuerza de viento transversal estĆ” determinado segĆŗn las tablas 17 y 18 del
apartado 4.4.3, para arco y pƩndolas respectivamente, que fueron asignadas a las secciones
en el programa SAP como se muestran en la figura 24.
Figura 49. Fuerza de viento transversal (š¹š¤š¦) en arco y pĆ©ndolas
Casos de carga
Para lograr una adecuada combinaciĆ³n se definiĆ³ casos de carga en los que se combinan la
sobrecarga uniforme y el vehĆculo pesado aplicado en diferentes tramos de la viga longitudinal
como se muestra en la figura 25. En total se obtuvieron 7 posibles situaciones de carga en las
que se podrĆa estar cargado el puente durante su tiempo de servicio, las cuĆ”les se muestran
a continuaciĆ³n:
Caso 1
Como se puede observar, el factor
parcial de seguridad es 1 tanto
para el vehĆculo pesado y para la
sobrecarga uniforme, segĆŗn la
fĆ³rmula de ELU1.
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Figura 50. Caso de carga 1
Caso 2
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Figura 51. Caso de carga 2
Caso 3
Figura 52. Caso de carga 3
Caso 4
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Figura 53. Caso de carga 4
Caso 5
Figura 54. Caso de carga 5
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Caso 6
Figura 55. Caso de carga 6
Caso 7
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Figura 56. Caso de carga 7
Combinaciones ELU
DespuƩs de haber definido todos los posibles casos de carga anteriores, se define finalmente
la combinaciĆ³n de ELU1 en situaciĆ³n persistente o transitoria mencionado al inicio de este
capĆtulo, con los coeficientes parciales de seguridad respectivos. A continuaciĆ³n, se muestran
7 combinaciones en ELU1 ya que se generan una combinaciĆ³n por cada caso.
ELU-1
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ELU-2
ELU-3
ELU-4
Figura 57. CombinaciĆ³n ELU-1
Figura 58. CombinaciĆ³n ELU-2
Figura 59. CombinaciĆ³n ELU-3
Figura 60. CombinaciĆ³n ELU-4
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ELU-5
ELU-6
ELU-7
Figura 61. CombinaciĆ³n ELU-5
Figura 62. CombinaciĆ³n ELU-6
Figura 63. CombinaciĆ³n ELU-7
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Resultado de esfuerzos para ELU-1
Fuerza axial
Figura 64. Fuerzas axiles en Arco, PĆ©ndolas y tablero en ELU-1
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Fuerza cortante
Figura 65. Fuerza cortante en Arco y Tablero en ELU-1
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Momentos
Figura 66. Diagrama de momento en Arco y Tablero para ELU-1
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Resultados de esfuerzos para ELU-1-2-3-4-5-6-7
De la misma manera que se ha demostrado los resultados en ELU-1, se resume en la tabla
23 todos los esfuerzos mƔximos generados por el programa SAP2000, para cada caso
especificado anteriormente.
Figura 67. Valores de los esfuerzos para las combinaciones en ELU1.
ELU1 Fuerza Axial (kN) Cortante (kN) Momento (kN.m)
Arco Tablero PĆ©ndolas Arco Tablero Arco Tablero
ELU-1 -5123,11 +3995,08 +574,55 495,63 869,04 1341,19 2056,04
ELU-2 -5132,01 +4000,25 +566,55 497,79 854,79 1341,16 2056,04
ELU-3 -5206,57 +4039,45 +615,44 506,40 873,55 1378,20 2127,42
ELU-4 -5130,41 +4038,58 +615,49 493,03 857,01 1318,70 2124,40
ELU-5 -5172,37 +4036,53 +616,57 499,25 856,64 1273,75 1995,03
ELU-6 -3725,84 +2912,97 +422,08 361,25 645,49 990,65 1481,29
ELU-7 -3872,29 +3000,77 +482,26 375,50 651,88 1035,59 1611,33
Como se puede observar en la tabla 23, los esfuerzos en ELU-2 y ELU-3 por simetrĆa son
similares, y es lo mismo con ELU-1 y ELU-2.
En la grƔfica 1 se tiene una grƔfica donde se muestran los resultados de los esfuerzos de cada
elemento estructural para todas las combinaciones en ELU1.
GrĆ”fica 1. Resultados comparativos de la combinaciĆ³n ELU1
El Arco tiene un mayor comportamiento a compresiĆ³n axial en el ELU-2-3-4-5, el cual se
aprecian en las figuras 32,33,34,35 y 36, lo mismo pasa con el tablero que se comporta a
tracciĆ³n en los mismo estados lĆmite que el arco y las pĆ©ndolas. En el caso de la cortante se
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Arco Tablero PĆ©ndolas Arco Tablero Arco Tablero
Fuerza Axial (kN) Cortante (kN) Momento (kN.m)
Resultados comparativos de la combinaciĆ³n ELU1
ELU-1 ELU-2 ELU-3 ELU-4 ELU-5 ELU-6 ELU-7
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puede apreciar que el tablero es el que tiene un mayor comportamiento frente al arco cuando
se tienen situaciones de carga en dos tramos consecutivos como son en ELU-3-4-5. El
momento flector en el tablero tambiƩn es mƔs importante que en el arco.
Combinaciones ELU 2
A continuaciĆ³n, se realiza la segunda combinaciĆ³n en estado lĆmite Ćŗltimo, ELU2, en donde la
variable concomitante son las cargas variables frente al viento como variable dominante. En
esta combinaciĆ³n solo se presentarĆ” las grĆ”ficas de lo que se ha definido en SAP2000
siguiendo el mismo procedimiento de la primera combinaciĆ³n ELU1; luego se muestran los
resultados obtenidos mediante grƔficas comparativas.
š¬š³š¼š = š. šš ā (š·š· + šŖš“) + š. š ā (ššš + ššš) + š. š ā (š. šš ā ššøšš + š. š ā ššš)
Se definen nuevos casos de carga, con las mismas situaciones de carga presentadas en las
figuras 25-31, pero con diferente factor de seguridad que se requiere para esta segunda
combinaciĆ³n ELU2.
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DespuƩs de haber definido todos los posibles casos de carga anteriores, se define finalmente
la combinaciĆ³n de ELU2 en situaciĆ³n persistente o transitoria mencionado al inicio de este
capĆtulo, con los coeficientes parciales de seguridad respectivos. A continuaciĆ³n, se muestran
7 combinaciones en ELU2 ya que se generan una combinaciĆ³n por cada caso.
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Resultado de esfuerzos para ELU-1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1, 7-1
De la misma manera que se ha demostrado los resultados en ELU-1, se resume en la tabla
24 todos los esfuerzos mƔximos generados por el programa SAP2000, para cada caso
especificado anteriormente.
Figura 68. Valores de los esfuerzos para las combinaciones en ELU2.
ELU2 Fuerza Axial (kN) Cortante (kN) Momento (kN.m)
Arco Tablero PĆ©ndolas Arco Tablero Arco Tablero
ELU-1-1 -3743,84 +2921,76 +423,49 371,53 646,29 999,16 1539,77
ELU-2-1 -3737,28 +2923,09 +423,51 371,55 646,32 999,14 1539,78
ELU-3-1 -3802,64 +2953,29 +451,37 360,24 649,62 1023,96 1588,91
ELU-4-1 -3802,74 +2952,08 +451,43 372,19 649,45 1023,93 1588,91
ELU-5-1 -3802,46 +2951,56 +542,56 367,68 637,41 966,39 1494,48
ELU-6-1 -3725,84 +2913,97 +422,06 365,99 645,46 993,60 1517,01
ELU-7-1 -1391,58 +1077,84 +206,81 176,52 366,61 558,25 965,03
GrĆ”fica 2. Resultados comparativos de la combinaciĆ³n ELU2
CĆ³mo se puede observar en la grĆ”fica 2, el arco es el que mayor trabaja a esfuerzo axil en la
mayoria de las combinaciones, menos en la Ćŗltima combinaciĆ³n ELU-7-1 (figura 38), en donde
es esfuerzo axil baja, pero sigue siendo el elemento estructural resistente que predomina
sobre los otros elementos que componen el puente de madera. El comportamiento del tablero
es a tracciĆ³n como debe ser y tambien produce el mayor momento flector.
Tambien se puede entender en la grƔfica que el menor esfuerzo que tienen los elementos
estructurales que componen el puente es cuando estan en una situaciĆ³n completamente
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Arco Tablero PĆ©ndolas Arco Tablero Arco Tablero
Fuerza Axial (kN) Cortante (kN) Momento (kN.m)
Resultados comparativos de la combinaciĆ³n ELU2
ELU-1-1 ELU-2-1 ELU-3-1 ELU-4-1 ELU-5-1 ELU-6-1 ELU-7-1
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cargados (ELU-7-1) el cual viene a ser una situaciĆ³n favorable, mientras que en las otras
situaciones de carga es cuando el puente genera mayores esfuerzos.
Envolvente ELU
A continuaciĆ³n se muestran los resultados de la envolvente de los dos estados lĆmite Ćŗltimo
anteriormente mostrados.
Resultado de envolvente entre ELU1 y ELU2
Figura 69. Resultado de envolvente entre ELU 1 y ELU 2.
ENV-ELU Fuerza Axial (kN) Cortante (kN) Momento (kN.m)
Arco Tablero PĆ©ndolas Arco Tablero Arco Tablero
MƔximo -5297,21 +4101,78 +656,02 -509,89 -875,75 +1396,08 +2159,99
MĆnimo -1854,44 +1431,51 +201,86 -127,02 -102,83 +215,81 +202,38
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Axial
Figura 70. Valores de axil mĆ”ximo y mĆnimo de la envolvente en ELU
Se puede apreciar que el arco trabaja a compresiĆ³n (valores negativos) mientras que,
el tablero y la pĆ©ndola trabajan a tracciĆ³n (valores positivos)
ARCO
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Cortante
Figura 71. Valores mĆ”ximo y mĆnimo de la envolvente en ELU a cortante
TABLERO ARCO
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Momento
Figura 72. Valores de momentos mĆ”ximo y mĆnimo de la envolvente en ELU
TABLERO ARCO
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5.2. ComprobaciĆ³n ELS
DeflexiĆ³n en vigas y arco
Figura 73. Valores de la deformaciĆ³n del arco y del tablero
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Figura 74. Vista en 3D de la deformada del puente
El valor mƔs exigente para la flecha es de L/400 (apartado 4.6.2.a), donde L es la luz del puente. Los vanos intermedios tienen una luz de 39
metros, por lo tanto, la flecha mƔxima en la viga longitudinal estƔ limitada a 97,5 mm y la flecha mƔxima es de 50,4 mm (Figura 46).
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5.3. Dimensionamiento de viga de madera
El dimensionamiento de la viga se realizĆ³ basado en la norma DBSE-M, el esquema
estructural las vigas de madera es muy sencillo, simplemente se trabajan como vigas
biapoyadas o articuladas e interesa mƔs analizar las condiciones del material y el
dimensionamiento de la secciĆ³n a los distintos estados lĆmite en momento, cortante y
flecha.
5.3.1. Vigas transversales del tablero
Datos:
Clase: Madera GL36h
Propiedades:
šš,š,š = 36 š šš2ā , Resistencia a flexiĆ³n caracterĆstica (tabla 4)
šš£,š,š = 4.3 š šš2ā , Resistencia a cortante caracterĆstica (tabla 4)
šø0,š,ššššš = 14.7 š¾š šš2ā , MĆ³dulo de elasticidad paralelo medio (tabla 4)
Factor de seguridad del material:
š¾š = 1.25 , para madera laminada encolada (tabla 6)
Factor de modificaciĆ³n:
šššš = 0.80, Para madera laminada encolad, con una clase de servicio 3 y una duraciĆ³n
de la carga media (tabla 7)
a. Resistencias de cĆ”lculo (ver ecuaciĆ³n 2.2)
šš,š = šššššš,š,š
š¾š= 0.80 ā
36
1.25= 23.04 š šš2ā , resistencia a flexiĆ³n de cĆ”lculo (5.1)
šš£,š = šššššš£,š,š
š¾š= 0.80 ā
4.3
1.25= 2.75 š šš2ā , resistencia a cortante de cĆ”lculo (5.1)
b. ELU flexiĆ³n simple (ver ecuaciĆ³n 4.1)
šš,š ā¤ šš,š , ššššš šš,š = ššax
šā š¾š
ššax = 2159.99 šš. š , momento mĆ”ximo en ELU (figura 45)
š ā„ššax ā š¾š
šš,š=
2159.99 ā 102 ā 1.5
23.0410
= 140.624 šš3 ā 0.1406 š3
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š =š¼
ā/2, ššššš š¼ šš ššššššš š¦ ā šš šššš”š šš šš š ššššĆ³š
Considerando una secciĆ³n de š = 0.55 š š¦ ā = 0.95 š la inercia es š¼ = 0.039296 š4 y š =
0.082729 š3. Como el mĆ³dulo resistente para esta secciĆ³n es menor que el mĆ³dulo
resistente necesario, se tiene que aumentar la secciĆ³n.
Considerando una secciĆ³n de š = 0.80 š š¦ ā = 1.10 š la inercia es š¼ = 0.088733š4 y š =
0.161 š3. El mĆ³dulo resistente para esta secciĆ³n es mayor que el mĆ³dulo resistente
necesario, por lo tanto, la secciĆ³n elegida cumple a flexiĆ³n simple.
šš,š =2159.99
0.161ā 1.5 = 20124.1 š¾š š2ā ā 20.12 š šš2ā
šš,š ā¤ šš,š
20.12 š šš2ā ā¤ 23.04 š šš2ā
La relaciĆ³n entra ambos mĆ³dulos resistentes es: 0.140
0.161ā 100 = 86%, lo que quiere decir que
la viga transversal trabaja en un 86% su capacidad resistente de la secciĆ³n.
c. ELU cortante (ver ecuaciĆ³n 4.2)
šš ā¤ šš£,š , ššššš šš = ššax
š“ā š¾š
ššax = 875.75 šš , cortante mĆ”ximo en ELU (figura 44)
š“ = 0.80 ā 1.10 = 0.88 š2, area de la secciĆ³n elegia.
šš = 875.75
0.88ā 1.5 = 1492.6 š¾š š2ā ā 1,49 š šš2ā ,
Por lo tanto, se debe cumplir que:
šš ā¤ šš£,š
1,49 š šš2ā , ā¤ 2.75 š šš2 ā
La relaciĆ³n entra ambos cortantes es: 1.49
2.75ā 100 = 54.18%, lo que quiere decir que la viga
transversal trabaja en un 54% su capacidad resistente de la secciĆ³n.
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5.3.2. VerificaciĆ³n de esfuerzos a tracciĆ³n en vigas longitudinales
Resistencia a tracciĆ³n de cĆ”lculo
šš”,š = šššššš”,š,š
š¾š= 0.80 ā
26
1.25= 16.64 š šš2ā , resistencia a tracciĆ³n de cĆ”lculo (5.1)
Se debe cumplir que:
šš”,š ā¤ šš”,š
šš”,š =4101.766 šš
0.8š„1.10= 9322.2 ššš2 ā 93.22 š/šš2
93.22 N/mm2 ā¤ 16.64 N/mm2 ā¦ ā¦ ā¦ ā¦ ā¦ No cumple
Por lo tanto, se tiene que cambiar a las vigas longitudinales por elementos de acero.
La secciĆ³nes sobre T son las mĆ”s adecuada.
a. Dimensionamiento y diseƱo
S235
E=1 (coeficiente de Euler)
Fy= 235 N/mm2
a.1. ELU-Axil:
Ned = 4101.776 kN (esfuerzo a tracciĆ³n de la viga longitudinal del tablero)
Se tiene que comprobar que: ššøš ā¤ šš,š š
šš,š š =š“. š¹š¦
š¾š0
š“ ā„ššøš . š¾š0
š¹š¦
š“ ā„4102 ā 103 ā 1
235 ā 102
š“ ā„ 174.55 šš2
Probamos con un perfil HEB 360, con un Ɣrea total de A=180.6 cm2
a.2. Resistencia a flexiĆ³n:
Med = 2160 kN.m (esfuerzo a tracciĆ³n de la viga longitudinal del tablero)
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Se tiene que comprobar que: ššøš ā¤ šš,š š
šš,š š =ššš ā š¹š¦
š¾š0
šš,š š =2683.2 ā 235
1
šš,š š = 630.552 šš. š
Se debe cumplir que;
2160 šš. š ā¤ 630.552 šš. š ā¦ ā¦ ā¦ . . šš šš¢šššš!
Por lo tanto, se cambiarĆ” de perfil a un HEB 600, cuya Ć”rea de es de 270 cm2 y šššš¦ =
6425.4 šš3 y ademĆ”s se cambiarĆ” a resistencia del acero a fy=355 N/mm2.
Con estas caracterĆsticas se comprueba nuevamente a flexiĆ³n.
šš,š š =6425.4 ā 355
1
šš,š š = 2281.02 šš. š
2160 šš. š ā¤ 2281.02 šš. š ā¦ ā¦ ā¦ . . šš¢šššš!
a.3. ELU cortante:
Ved = 875.753 kN
Se tiene que comprobar que: ššøš ā¤ šš,š š
ššš,š š =š“š£(š¹š¦/ā3)
š¾š0
El Ɣrea a cortante del perfil HEB 600 es: Av = 110.82 cm2
ššš,š š =110.82(355/ā3)
1
ššš,š š = 2271.36 šš
Se debe cumplir que:
875.753 šš ā¤ 2,271.36 šš ā¦ ā¦ . . š¶š¢šššš!
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a.4. Perfil sometido a tracciĆ³n - flexiĆ³n:
šš =šš
š“+
šš
šā¤ šš¦š = 355 ššš
šš = 4102 šš
šš = 2160 šš. š
Suponiendo el perfil HEM 600:
ššš = 5702 šš3
ššš = 6425 šš3
š“ = 270 šš2
š“š£ = 110.82 šš2
šš =4102
270/10000+
2160
6425/106= 151.9 ššš + 336.2 ššš = 488 ššš
šš ā¤ šš¦š
488 ššš ā¤ 355 ššš ā¦ ā¦ šš šš¢šššš!
Se prueba con otro perfil: HEB 850
š“ = 334.2 šš2
ššš = 8980 šš3
š“š£ = 800 ā 17.5 = 140 šš2
šš =4102
334.2/10000+
2160
8980/106= 122.7 ššš + 240.53 ššš = 363.23 ššš
šš ā¤ šš¦š
363 ššš ā¤ 355 ššš ā¦ ā¦ šš šš¢šššš!
Se prueba con otro perfil: HEB 1000
š“ = 400 šš2
ššš = 12890 šš3
š“š£ = 1000 ā 19 = 190 šš2
šš =4102
400/10000+
2160
12890/106= 102.55 ššš + 167.57 ššš = 270.12 ššš
šš ā¤ šš¦š
270.12 ššš ā¤ 355 ššš ā¦ ā¦ šš¢šššš!
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a.4. IteracciĆ³n flexiĆ³n - cortante:
Criterio de Von Mises
ššš = āš2 + 3. š2 ā¤ šš¦š
š =šš
š“š£=
0.876
190= 46 ššš
ššš = ā270.22 + 3 ā 462 ā¤ šš¦š
ššš = 281.70 ššš ā¤ šš¦š = 355 ššš ā¦ ā¦ ā¦ šš¢šššš!
Por lo tanto, el dimensionamiento de la viga longitudinal del tablero corresponde a un perfil
HEB 1000.
5.3.3. VerificaciĆ³n de las dimensiones del Arco
Ned = 5297.207 kN
Propiedades:
šš,š,š = 31 š šš2ā , Resistencia a compresiĆ³n caracterĆstica (tabla 4)
Factor de seguridad del material:
š¾š = 1.25 , para madera laminada encolada (tabla 6)
Factor de modificaciĆ³n:
šššš = 0.80, Para madera laminada encolada, con una clase de servicio 3 y una duraciĆ³n
de la carga media (tabla 7)
a. Resistencias de cĆ”lculo (ver ecuaciĆ³n 2.2)
šš”,š = šššššš,š,š
š¾š= 0.80 ā
31
1.25= 1984 šš , resistencia a compresiĆ³n de cĆ”lculo (5.1)
Se debe cumplir que:
šš,š ā¤ šš,š
5297 kN ā¤ 1984 šš ā¦ ā¦ ā¦ . šš šš¢šššš
Por lo tanto se tiene que dimensionar la secciĆ³n del arco:
šš,š = š
š“=
5297 šš
š“ā¤ 1984 šš ā š“ ā„ 2.66 š2, por lo tanto la secciĆ³n del arco puede ser
de 1.5 x 1.8 m como mĆnimo con un Ć”rea total de A= 2.7 cm2
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5.3.4. VerificaciĆ³n de las dimensiones de las pĆ©ndolas
La tracciĆ³n de las pĆ©ndolas tiene un valor de 656 kN, como se muestra en la siguiente
figura
Figura 75.Esfuerzo mĆ”ximo a tracciĆ³n de la pĆ©ndola
DiĆ”metro de la pĆ©ndola se considerĆ³ de 60 mm
šš,š = 656 šš
0.002827 š2= 232013 šš/š2
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CAPĆTULO 6. EMISIONES DE CO2
6.1. IntroducciĆ³n
El cambio climƔtico se ha convertido en uno de los principales problemas ambientales del
planeta, muchos paĆses europeos aun ven al cambio climĆ”tico como la mayor amenaza
para su poblaciĆ³n. EspaƱa es uno de los paĆses que tiene mucho por hacer en cuanto al
uso de la energĆa, en ese sentido, las acciones para optimizar los consumos energĆ©ticos
son un paso necesario y esencial para empezar a mitigar las emisiones de gases efecto
invernadero (GEI).[18]
Para que un producto se desarrolle de manera sostenible se debe implicar en la toma de
medidas concretas, coherentes y comprometidas que sean eficientes en procesos
productivos, en hĆ”bitos empresariales y por supuesto personales con el fin de ser partĆcipes
de la responsabilidad ambiental.[7]
La huella de carbono de una empresa o producto describe la cantidad total de emisiones
de GEI causadas directa o indirectamente por su actividad. Su cƔlculo es el primer paso
hacia el compromiso y responsabilidad ambiental de las empresas, el siguiente paso
vendrĆa a ser las medidas para reducir las mismas[9].Esto es muy importante ya que nos
genera un beneficio ambiental frente al cambio climƔtico.
En este capĆtulo se intentarĆ” dar un enfoque ambiental a la utilizaciĆ³n de la madera como
materia prima principal de un proyecto de puentes desde el punto de vista sostenible
utilizando indicadores como la huella de carbono.
6.2. La madera y la reducciĆ³n de CO2
Hay dos maneras de reducir el CO2 de la atmĆ³sfera: la primera es reduciendo las
emisiones de CO2 y la segunda es almacenando CO2; lo que se reduce son las fuentes
de carbono y lo que se aumenta son los llamados sumideros de carbono y para hacer eso
la madera tiene una Ćŗnica capacidad de hacer ambas cosas[9].
Reducir las fuentes de carbono
MinimizaciĆ³n del uso de energĆa
la madera es el Ćŗnico material de construcciĆ³n que requiere tan poca energĆa para su
producciĆ³n. Por la fotosĆntesis, los Ć”rboles pueden absorber el CO2 presente en el aire y
combinarlo con agua obtenida del suelo para producir la madera.[9]
Estudio de Viabilidad de Estructuras de Madera
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PƔgina | 83
Figura 76. El efecto de la fotosĆntesis en el crecimiento de los arboles[9]
SustituciĆ³n por otros materiales
El proceso de transformaciĆ³n de la madera no es solamente eficaz desde el punto de vista
energĆ©tico, que proporciona una baja emisiĆ³n de huella de carbono, sino que tambiĆ©n la
madera puede ser sustituido por otros materiales como el acero, aluminio, hormigĆ³n o
plĆ”sticos los cuĆ”les si requieren grandes cantidades de energĆa en su elaboraciĆ³n.
Cada metro cĆŗbico de madera usado como sustituto de otros materiales de construcciĆ³n,
reduce las emisiones de CO2 a la atmĆ³sfera en una media de 1,1 t de CO2. Si se aƱade a
este valor las 0,9 t de CO2 almacenadas en la madera, cada metro cĆŗbico de madera
ahorra un total de 2 t de CO2. [9]
6.2.1. Aumento de los sumideros de carbono
El ciclo del carbono
El carbono se encuentra presente mayormente en la atmĆ³sfera. Este carbono se
intercambia continuamente con los diferentes fuentes y sumideros de carbono en un
proceso llamado el ciclo del carbono, lo que comĆŗnmente se conoce como sumideros de
diĆ³xido de carbono. Es decir; que son capaces de absorber el CO2 y por lo tanto reducir la
concentraciĆ³n en la atmĆ³sfera.
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PƔgina | 84
Figura 77. Equilibrio Global del carbono[9]
Bosques como sumideros de carbono
Se estima que la totalidad del carbono almacenado en los bosques europeos es de 9,552
millones de t C, con un aumento anual de 115,83 millones de t C. [9]
Los bosques son los sumideros de carbono mƔs eficientes en estado natural. Existen
Ć”rboles jĆ³venes que absorben mĆ”s CO2 que los Ć”rboles maduros y cuando estos mueren
devuelven el almacenamiento de CO2 a la atmĆ³sfera, mientras que la mayor parte del CO2
de los Ɣrboles cortados en un bosque gestionado sigue almacenada durante toda su vida
Ćŗtil.
Figura 78. Reserva de carbono en la biomasa de madera en los bosques europeos[9]
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6.3. Emisiones de CO2 en madera estructural
La madera procede de bosques donde se realiza una gestiĆ³n sostenible que estĆ”n
acreditadas y constantemente controladas internacionalmente que favorecen la
supervivencia de los bosques y sumideros naturales de CO2. Los Ć”rboles mĆ”s jĆ³venes
absorben mƔs CO2 que los maduros, los cuƔles finalmente se mueren y se pudren,
devolviendo su almacenamiento de CO2 a la atmĆ³sfera, mientras que la mayor parte del
CO2 de los Ɣrboles cortados en un bosque gestionado sigue almacenada a lo largo de la
vida Ćŗtil del producto de madera mĆ”s resultante.[19]
6.4. Los productos de madera y su papel en el almacenamiento de CO2
Los productos de madera juegan un papel importante en la mejora de la eficacia de los
sumideros forestales; es decir, que extiende el periodo en el que el CO2 atrapado en los
bosques se mantiene fuera de la atmĆ³sfera. Este almacenamiento de los productos de
madera ayuda a la reducciĆ³n de gases del efecto invernadero. Por ejemplo, en un metro
cĆŗbico de madera se pueden tener almacenadas 0.9 t de CO2 y se podrĆan quedar dentro
de la madera sin ser liberadas en el tiempo inicial en que la madera se somete a procesos
de reutilizaciĆ³n e inclusive todavĆa en el reciclaje. [9]
De manera general, el tiempo que permanezca el CO2 almacenado en la madera ayuda a
reducir el CO2 en la atmĆ³sfera, de esta manera el uso de la madera es efectivos para
reducir el cambio climƔtico.
6.5. Huella de carbono
La huella de carbono en el proceso de transformaciĆ³n de la madera es menor en
comparaciĆ³n con otros materiales como son el acero o el hormigĆ³n. Esto se debe a que se
requiere de menos energĆa. La madera es un material natural, renovable, reciclable y
reutilizable que sigue absorbiendo y almacenando el CO2 de la atmĆ³sfera incluso despuĆ©s
de haberse construido un puente, por lo tanto, se podrĆa decir que la madera tiene la virtud
de aunar ambas capacidades.[19]
Figura 79. Consumo de energĆa y emisiones de CO2 aproximadas de una estructura. [19]
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En cƔlculo de la huella de carbono surge del anƔlisis de ciclo de vida, que consiste en un
sistema de entradas y salidas, conocido como inventarios, que incluye materiales,
procesos, transporte, energĆa, uso y un escenario de disposiciĆ³n final de desechos, con su
respectivo tratamiento. El total de las emisiones generada en cada categorĆa se divide por
la unidad de producto.
Figura 80. Diagrama de cƔlculo de emisiones para el anƔlisis de ciclo de vida.[9]
6.6. Caso de puente arco de madera laminada encolada
Para determinar las emisiones de CO2 del puente de madera, se tiene que identificar la
materia prima utilizada y las fuentes de emisiĆ³n asociadas a todas las etapas del proceso:
āš¢šššš šš ššššššš = (š“šš”šš£šššš š šššš š¢šš) š„ šššš”šš šš šššš šĆ³š
6.6.1. Emisiones generadas por el transporte
Factor de emisiĆ³n: gasolina de 2708 kgCO2/l
Actividad: un aviĆ³n utiliza aproximadamente 4 litros por cada segundo,
considerando 40 horas de vuelo, se tiene 144000 segundos, por lo tanto, se
consumen 576000 litros de gasolina
šššš ššššš ššššššššš ššš š”šššš šššš”š = 576000 š„ 2708 = 1559808000 ššš¶š2
6.6.2. Emisiones generadas consumo elƩctrico
Factor de emisiĆ³n: gas natural 48.20 GJ/t, 1 GJ = 277.78 Kwh, entonces se tiene
13389 KWh
Actividad: 1 m3 de madera emite 0.9 t de CO2, en el proyecto existe 692.974 m3
de madera por lo que se tiene 623.677 t que es lo mismo 623677000 kg. de
CO2/Kwh
šššš ššššš ššš šššš š¢šš ššĆ©šš”šššš = 623677000 š„ 277.78 = 173245000000 šš ššš¶š2
6.6.3. Emisiones generadas la madera
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Factor de emisiĆ³n: la madera absorbe 9000kg de Co2/m3
Actividad: En el proyecto existe 692.974 m3
šššš ššššš ššš šš šššššš = 692.974 š„ 9000 = 6236770 šš ššš¶š2
Figura 81. Resumen de las emisiones de C02 de cada material
Emisiones (kg de CO2 eq) Madera Acero
Transporte 1559808000 2339712000
Consumo elƩctrico 1,73245E+11 2,59868E+11
Madera 6236770 3118385
Total 1,74811E+11 2,6221E+11
GrƔfica 3. Emisiones en kg de CO2 de la madera y el acero.
Un estudio francĆ©s compara las vigas para la construcciĆ³n de madera con las de hormigĆ³n,
acero y aluminio ilustrando claramente la diferencia entre la madera neutral en CO2
(absorbente) y sus alternativas productoras de CO2.[9]
Figura 82. Comparativa entre vigas de madera con otros materiales[9]
Beneficios de la construcciĆ³n en madera
1,74811E+11
2,6221E+11
Madera Acero
Emis
ion
es
(Kg
de
CO
2 e
q)
Materiales estructurales
Emisiones de CO2
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La construcciĆ³n con madera se caracteriza tĆpicamente por una combinaciĆ³n de diferentes
materiales en mĆŗltiples capas que trabajan de forma conjunta como un solo sistema para
proporcionar unas Ć³ptimas propiedades de estabilidad, aislamiento tĆ©rmico, acĆŗstico y de
humedad, seguridad contra el fuego y conservaciĆ³n de la madera
āāla construcciĆ³n con madera forma parte de la construcciĆ³n energĆ©ticamente eficiente del
futuro. La madera es sostenible, neutral en CO2 y un aislante altamente eficaz, creando
unas excelentes condiciones de vida. Una ventaja especĆfica de la madera es su capacidad
para reducir el uso de la energĆa. Si consideramos la creciente importancia de los mĆ©todos
de construcciĆ³n energĆ©ticamente eficientes, la construcciĆ³n en madera tendrĆ” un papel
cada vez mĆ”s importante en el futuro.āā[9]
CAPITULO 7. PRESUPUESTO
7.1. IntroducciĆ³n
La evaluaciĆ³n del presupuesto se realizĆ³ basĆ”ndose en las mediciones de la
superestructura del puente de madera, considerando las partidas principales que
finalmente se agruparon en tres: Arco, tablero y elementos auxiliares. Los costos de la
madera laminada encolada fueron actualizados y facilitados por la empresa Moelven,
mientras que los otros precios son referenciales segĆŗn estudios de proyectos reales y
fueron obtenidos de las siguientes fuentes [20],[21],[22] y [23].
El presupuesto de la superestructura mixta de acero y hormigĆ³n se desarrollĆ³ teniendo en
cuenta las medidas reales del puente y los cuƔles de muestran en el plano 3, para este
caso se determinĆ³ tambiĆ©n el presupuesto a nivel de superestructura para poder comparar
con los precios en madera; es decir en Arco, tablero y elementos auxiliares.
En ninguno de los dos presupuestos se ha considerado partidas mƔs pequeƱas ni de
infraestructura ya que para este trabajo se limitĆ³ desde un principio el material de madera
en la superestructura, y en ese sentido no se realizĆ³ anĆ”lisis en pilas, cimentaciones y
estribos.
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5.2. Mediciones
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 01 ARCO
SecciĆ³n 01 Arco 0,7x1,0 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
MediciĆ³n directa 242,14
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 01 ARCO
SecciĆ³n 02 Viga Transversal 0,25x0,40 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
MediciĆ³n directa 25,60
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 01 Arco
SecciĆ³n 03 Viga Arriostre 0,20x0,30 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
MediciĆ³n directa 13,15
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 02 TABLERO
SecciĆ³n 01 Viga Longitudinal 0,8x1,1 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
MediciĆ³n directa 274,56
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Mediciones
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 02 TABLERO
SecciĆ³n 02 Viga Transversal 0,30x0,55 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
MediciĆ³n directa 126,72
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 02 TABLERO
SecciĆ³n 03 Viga Arriostre 0,20x0,30 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
MediciĆ³n directa 13,15
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 02 TABLERO
SecciĆ³n 04 Barandillas h = 1,40 m
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 E89Z0372 Und Barandilla de madera aserrada de pino de 1.40 m de altura clase resistente C.18 segĆŗn DBSE-M, con protecciĆ³n frente a agentes biĆ³ticos, con acabado cepillado. Terminada y colocada.
MediciĆ³n directa 2
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 03 Tratamiento de madera
SecciĆ³n 01 Arco, viga L., viga T., viga A. y barandillas
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 K9QAU010 m3 ProtecciĆ³n de la madera con creosota para que no se pudran
MediciĆ³n directa 692,97
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
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Mediciones Elemento estructural 04 TIRANTES
SecciĆ³n 01 PĆ©ndolas Ļ = 60 mm, de diĆ”metro
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 I12AG132 kg Barras de acero inoxidable laminado en caliente de alta resistencia
MediciĆ³n directa 2114,64
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 04 TIRANTES
SecciĆ³n 02 Anclaje de pĆ©ndolas
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 R67YTF835 Und Anclaje de pƩndolas, resto de la obra y materiales
MediciĆ³n directa 176
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 04 TIRANTES
SecciĆ³n 03 Equipo de tesado
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 DR589J2T h Equipo de tesado compuesto por gato de tesado compuesto, para anclajes permanentes.
MediciĆ³n directa 8
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 05 PLATAFORMA
SecciĆ³n 01 Forjado de losa mixta
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n
01 JY3Lk769 m3 Forjado de losa mixta con chapa colaborante de hormigĆ³n armado HA-30/20/IIa de 20 cm de espesor
MediciĆ³n directa 399,36
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5.3. Cuadro de Precios 1
NĆŗmero CĆ³digo Und DescripciĆ³n Precio
P - 1 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h y protecciĆ³n frente a agentes biĆ³ticos. El precio incluye el transporte hasta el Ć”rea de almacenamiento y ensamblaje si es deseado. (MIL NOVECIENTOS VEINTICINCO EUROS)
1.9250,00 Š
P - 2 E89Z0372 Und Barandilla de madera aserrada de pino de 1.40 m de altura clase resistente C.18 segĆŗn DBSE-M, con protecciĆ³n frente a agentes biĆ³ticos, con acabado cepillado. Terminada y colocada. (TRES MIL OCHOCIENTOS SESENTA Y TRES EUROS)
3.863,00 Š
P - 3 K9QAU010 m3 ProtecciĆ³n de la madera con creosota para que no se pudran (DOSCIENTOS VEINTE EUROS)
220,00 Š
P - 4 I12AG132 kg Barras de acero inoxidable laminado en caliente de alta resistencia (DOCE EUROS CON CINCUENTA CĆNTIMOS)
12,50 Š
P - 5 R67YTF83 Und Anclaje de pĆ©ndolas, resto de la obra y materiales (CUATROCIENTOS CINCUENTA Y DOS EUROS CON TREINTA Y DOS CĆNTIMOS)
452,32 Š
P - 6 DR589J2T h Equipo de tesado compuesto por gato de tesado compuesto, para anclajes permanentes. (CIENTO DOCE EUROS)
112,00 Š
P - 7 JY3Lk769 m3 Forjado de losa mixta con chapa colaborante de hormigĆ³n armado HA-30/20/IIa de 20 cm de espesor (CIENTO UN EUROS CON UN CĆNTIMO)
101,01 Š
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5.4. Cuadro de Precios 2
NĆŗmero CĆ³digo Und DescripciĆ³n Precio
P - 1 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h y SIN protecciĆ³n frente a agentes biĆ³ticos. El precio incluye el transporte hasta el Ć”rea de almacenamiento y ensamblaje si es deseado. (MIL SETECIENTOS CINCO EUROS)
1.7050,00 Š
P - 2 E89Z0372 Und Barandilla de madera aserrada de pino de 1.40 m de altura clase resistente C.18 segĆŗn DBSE-M, con protecciĆ³n frente a agentes biĆ³ticos, con acabado cepillado. Terminada y colocada. (TRES MIL OCHOCIENTOS SESENTA Y TRES EUROS)
3.863,00 Š
P - 3 K9QAU010 m3 ProtecciĆ³n de la madera con creosota para que no se pudran (DOSCIENTOS VEINTE EUROS)
220,00 Š
P - 4 I12AG132 kg Barras de acero inoxidable laminado en caliente de alta resistencia (DOCE EUROS CON CINCUENTA CĆNTIMOS)
12,50 Š
P - 5 R67YTF83 Und Anclaje de pĆ©ndolas, resto de la obra y materiales (CUATROCIENTOS CINCUENTA Y DOS EUROS CON TREINTA Y DOS CĆNTIMOS)
452,32 Š
P - 6 DR589J2T h Equipo de tesado compuesto por gato de tesado compuesto, para anclajes permanentes. (CIENTO DOCE EUROS)
112,00 Š
P - 7 JY3Lk769 m3 Losa colaborante de hormigĆ³n armado HA-30/20/IIa de 20 cm de espesor (CIENTO UN EUROS CON UN CĆNTIMO)
101,01 Š
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5.5. Presupuesto
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 01 ARCO
SecciĆ³n 01 Arco 0,7x1,0 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
1 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
19.250,00 242,14 4,661.118,00
TOTAL Ćtem 07.01.01 4,661.118,00
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 01 ARCO
SecciĆ³n 02 Viga Transversal 0,25x0,40 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
1 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
19.250,00 25,6 492.800,00
TOTAL Ćtem 07.01.02 492.800,00
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 01 ARCO
SecciĆ³n 03 Viga Arriostre 0,20x0,30 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de
19.250,00 13,15 253.120,18
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Presupuesto pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
TOTAL Ćtem 07.01.03 253.120,18
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 02 TABLERO
SecciĆ³n 01 Viga Longitudinal 0,8x1,1 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
19.250,00 274,56 5.285.280,00
TOTAL Ćtem 07.02.01 5.285.280,00
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 02 TABLERO
SecciĆ³n 02 Viga Transversal 0,30x0,55 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
19.250,00 126,72 2.439.360,00
TOTAL Ćtem 07.02.02 2.439.360,00
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 02 TABLERO
SecciĆ³n 03 Viga Arriostre 0,20x0,30 m2
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
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Presupuesto
01 G44ZAA25 m3 Madera laminada encolada homogĆ©nea segĆŗn el DBSE-M, de pino, con una clasificaciĆ³n tipo GL36h
19.250,00 13,15 253.120,18
TOTAL Ćtem 07.02.03 253.120,18
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 02 TABLERO
SecciĆ³n 04 Barandillas h = 1,40 m
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
01 E89Z0372 Und Barandilla de madera aserrada de pino de 1.40 m de altura clase resistente C.18 segĆŗn DBSE-M, con protecciĆ³n frente a agentes biĆ³ticos, con acabado cepillado. Terminada y colocada
3.863,00 2 7.726,00
TOTAL Ćtem 07.02.04 7.726,00
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 03 Tratamiento de madera
SecciĆ³n 01 Arco, viga L., viga T., viga A. y barandillas
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
01 K9QAU010 m3 ProtecciĆ³n de la madera con creosota para que no se pudran
220,00 692,97 152.454,28
TOTAL Ćtem 07.03.01 152.454,28
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 04 TIRANTES
SecciĆ³n 01 PĆ©ndolas Ļ = 60 mm, de diĆ”metro
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Presupuesto
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
01 I12AG132 kg Barras de acero inoxidable laminado en caliente de alta resistencia
12,50 2.114,64 26.433,00
TOTAL Ćtem 07.04.01 26.433,00
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 04 TIRANTES
SecciĆ³n 02 Anclaje de pĆ©ndolas
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
01 R67YTF83 Und Anclaje de pƩndolas, resto de la obra y materiales
452,32 176,00 79.608,32
TOTAL Ćtem 07.04.02 79.608,32
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 04 TIRANTES
SecciĆ³n 03 Equipo de tesado
NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
01 R67YTF83 Und Equipo de tesado compuesto por gato de tesado compuesto, para anclajes permanentes.
112,00 8,00 896,00
TOTAL Ćtem 07.04.03 896,00
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Elemento estructural 05 PLATAFORMA
SecciĆ³n 01 Forjado de losa mixta
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NĆŗmero CĆ³digo Unidades DescripciĆ³n Precio MediciĆ³n Importe
01 JY43Lk769 m3 Forjado de losa mixta con chapa colaborante de hormigĆ³n armado HA-30/20/IIa de 20 cm de espesor
101,01 399,36 40.339,35
TOTAL Ćtem 07.04.03 40.339,35
Resumen de presupuesto
TĆtulo TFM Estudio de Viabilidad de Estructuras de Madera para Infraestructuras de Transporte
CapĆtulo 7 07 PRESUPUESTO
Item DescripciĆ³n Importe
07.01.01 Arco 0,7x1,0 m2 4,661.118,00
07.01.02 (Arco) Viga Transversal 0,25x0,40 m2 492.800,00
07.01.03 (Arco) Viga Arriostre 0,20x0,30 m2 253.120,18
07.02.01 (Tablero) Viga Longitudinal 0,8x1,1 m2 5.285.280,00
07.02.02 (Tablero) Viga Transversal 0,30x0,55 m2 2.439.360,00
07.02.03 (Tablero) Viga Arriostre 0,20x0,30 m2 253.120,18
07.02.04 Barandillas h = 1,40 m 7.726,00
07.03.01 Tratamiento de madera 152.454,28
07.04.01 PĆ©ndolas Ļ = 60 mm, de diĆ”metro 26.433,00
07.04.02 Anclaje de pƩndolas 79.608,32
07.04.03 Equipo de tesado 896,00
07.05.01 Forjado de losa mixta 40.339,35
PRESUPUESTO TOTAL 13.692.255,30
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Presupuesto por elemento estructural
Item DescripciĆ³n Importe
07.01.01 Arco 38.916.447,19
07.02.01 Tablero 22.924.775,23
07.02.04 Elementos auxiliares 1.602.705,60
PRESUPUESTO TOTAL 63.443.928,02
Ćltima hoja
PRESUPUESTO DE EJECUCIĆN MATERIAL (PEM) 63.443.928,02
Beneficio industrial (6%) sobre 63.443.928,02 3.806.635,68
Gastos generales (13%) sobre 63.443.928,02 8.247.710,64
PRESUPUESTO DE EJECUCIĆN POR CONTRATA 75.498.274,34
IVA(21%) sobre 75.498.274,34 15.854.637,61
TOTAL PRESUPUESTO DE EJECUCIĆN POR CONTRATA CON IVA INCLUIDO 91.352.911,96
Figura 83. Presupuesto comparativo por elemento estructural del puente
Elemento estructural Costos ā¬
Madera Acero
Arco 38.916.447,19 28.429.893,45
Tablero 22.924.775,23 27.130.628,10
Elementos auxiliares 1.602.705,60 2.223.159,90
Total 63.443.928,02 57.783.681,45
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GrĆ”fica 4. Comparativo presupuestal entre los elementos estructurales segĆŗn el material
7.8. Ratio
El Ɣrea total construida del puente, medida en planta, es de 1996.8 m2, de los cuƔles
1826.88 m2 son de Ɣrea construida en madera, lo cual representa el 91% del total del
puente. A continuaciĆ³n, se muestra una grĆ”fica de ratio (Š/m2) comparativo entre el puente
de madera y el puente original de acero ubicado en Sant Andreu de la Vola.
GrƔfica 5. Puente Original (Acero) vs. Puente de madera
Este ratio comparativo es una aproximaciĆ³n ya que el ratio del puente original (Acero)
incluye las cimentaciones, mientras que en el ratio del puente de madera solamente la
componen los elementos estructurales como el Arco y el Tablero con sus respectivas vigas
transversales y de arriostre, excluyendo a las pilas, estribos y cimentaciones que, para
Arco Tablero
Costos ā¬ Madera 38.916.447,19 22.924.775,23
Costos ā¬ Acero 28.429.893,45 27.130.628,10
38.916.447,19
22.924.775,23
28.429.893,45 27.130.628,10
0,005.000.000,00
10.000.000,0015.000.000,0020.000.000,0025.000.000,0030.000.000,0035.000.000,0040.000.000,0045.000.000,00
Co
sto
(ā¬
)
elementos estructurales
Costes comparativos(ā¬)
4.300,00
16.668,29
ACERO MADERA
Rat
io (
Š/m
2)
Material estructural del puente
Ratio comparativo
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efectos de este trabajo no se han tenido en cuenta desde el anƔlisis ya que son elementos
estructurales de acero y hormigĆ³n.
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PƔgina | 102
CAPĆTULO 8. CONCLUSIONES Y FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIĆN
8.1. Conclusiones
Se logrĆ³ desarrollar el objetivo principal del trabajo que era estudiar la viabilidad de los
puentes de madera en infraestructuras de transporte, especĆficamente en puentes arco
con tablero inferior analizando un caso real de un puente vehicular ubicado en Sant
Andreu de la Vola, Barcelona.
Para lograr dicho objetivo se determinĆ³ un anĆ”lisis estructural, un estudio
medioambiental de la madera y un comparativo presupuestal de la madera frente al
acero.
Del anƔlisis estructural
Se evaluĆ³ las tipologĆas de puentes arco existentes como posibles alternativas de
reemplazar al puente de Sant Andreu de la Vola hecho de acero, pero esta vez utilizando
a la madera como material de construcciĆ³n, como son el puente arco con tablero
superior, puente arco con tablero intermedio y puente arco con tablero inferior. Siendo
el puente arco con tablero inferior el seleccionado para este trabajo.
Se evaluĆ³ las propiedades fĆsico - mecĆ”nicas de la madera estructural segĆŗn el
EurocĆ³digo 5 y el Documento bĆ”sico de seguridad estructural de la madera, siendo la
madera un material de alto rendimiento, de bajo peso, pero con alta densidad, que
presenta excelentes propiedades de soporte de carga y tƩrmicas, ademƔs que existe
una amplia gama de maderas, cada una con sus propias caracterĆsticas, lo que implica
que la madera pueda cumplir con la mayorĆa de los requisitos especiales de diseƱo de
estructuras para puentes. Para el presente trabajo era necesario utilizar la clasificaciĆ³n
estructural de la madera laminada encolada homogƩnea, siendo Ʃsta el tipo de madera
con propiedades mĆ”s resistentes (šā²š = 36 š šš2)ā y mayor mĆ³dulo de elasticidad
(šø = 14.7 š¾š šš2)ā
Se determinaron los esfuerzos mƔximos de momento, axial y cortante en el arco, tablero
y pĆ©ndolas, siendo el arco el elemento estructural mĆ”s resistente a compresiĆ³n de todo
el conjunto con un esfuerzo axil de šššš„ = 5297.21 šš, el tablero tiene el mayor esfuerzo
a cortante con un valor de šššš„ = 85.75 šš, y el mayor comportamiento a flexiĆ³n con un
valor de šššš„ = 2159.99 šš. š en el centro luz de la viga longitudinal.
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Debido a que el arco tiene una deflexiĆ³n de casi 5 cm (figura 48), se tendrĆa que
considerar la construcciĆ³n del dicho arco con contraflecha ya que se verĆ” afectado mĆ”s
adelante en situaciĆ³n de servicio, es decir; en sobrecarga. En cuanto a la viga
longitudinal se tiene una flecha de 50 mm los que significa que estĆ” dentro del rango
aceptable por la norma (EurocĆ³digo 5).
Del anƔlisis medioambiental y del presupuesto
Se determinĆ³ que la madera establece por si sola un compromiso medioambiental como
material de construcciĆ³n durante toda su vida Ćŗtil almacenando por M3 de madera 0.9 t
de CO2. Por lo que se puede estimar que para este trabajo habiendo obtenido 692.97
m3 de madera se podrĆa haber dejado de emitir 623.67 t de CO2 a la atmĆ³sfera.
El presupuesto estimado total de la estructura evaluada en este trabajo es de
91,352,911.16 euros que estĆ” limitada a toda la superestructura del puente es con un
ratio de 1668 Š/m2 en madera sobre 4300 Š/m2 del puente de acero original.
Figura 84. Cuadro resumen de costo frente a emisiones de CO2 para los dos diferentes puentes
SoluciĆ³n Coste Emisiones
(ā¬) (kg de CO2 eq)
Puente de Madera 63.443.928,02 1,74811E+11
Puente mixto Acero-HormigĆ³n 57.783.681,45 2,6221E+11
Finalmente, los puentes hasta ahora demandan de manera general secciones que tengan
mayor mayor rigidez a medida que aumentan las longitudes que se necesitan cubrir y, por
lo tanto, se necesita de materiales estructurales que cumplan con las normativas que se
tienen a disposiciĆ³n, no obstante, es importante fomentar el conocimiento del cambio
climƔtico en el desarrollo de cada proyecto. La madera es un material extraordinario,
renovable de forma natural que ofrece una manear sencilla de reducir las emisiones de
CO2.
8.2. Futuras lĆneas de investigaciĆ³n
Las estructuras del presente trabajo son en gran medida ligeras y muy deformables
transversalmente, a pesar de las configuraciones resistentes a las que fueron sometidas
en el anƔlisis estƔtico, sin embargo, pueden presentar sensibilidad a efectos dinƔmicos,
de vibraciones o de fatiga lo cual se tendrĆa que hacer de un anĆ”lisis particular e
importante en el caso de un proyecto real.
Si bien la uniĆ³n que existe entre las vigas longitudinales y los arcos mediante estas
pƩndolas forman un conjunto que justifican la durabilidad de la estructura, el
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comportamiento de las pĆ©ndolas y mĆ”s especĆficamente en la respuesta de la uniĆ³n
entre Ʃsta y el resto de elementos requieren de un anƔlisis a detalle ya que para efectos
de este trabajo las pƩndolas suponen un elemento singular del puente.
Estudio de Viabilidad de Estructuras de Madera
para Infraestructuras de Transporte
PƔgina | 105
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ANEJO A. CARGAS ASIGNADAS
Cargas muertas
Figura 85. Carga muerta asignada al modelo.
Carga muerta ɣ (kN/m3) e (m) P (kN/m2) A (m) Carga
(kN/m)
HormigĆ³n armado 25 0,2 5
Asfalto 23 0,08 1,84
Elementos no estructurales - - 0,25
7,09 6,4 45,376
Cargas vivas
Figura 86. Sobrecargas uniforme y puntual asignadas al modelo.
Sobrecarga uniforme kN/m
9 2,5 2,5
3 3 0,4 6,4
27 7,5 1 35,5
Sobrecarga puntual kN
300 200
2 2 0,4
600 400 0 1000
PLANOS
PLANO:
SecciĆ³n longitudinal y
SecciĆ³nes transversales
TĆTULO TFM:
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PLANO NĀ°:
01
ESCALA:
Indicada
FECHA:
Octubre, 2020
TESISTA:
Fanny Lulichac SƔenz
TUTOR (ES):
Javier Ainchil y Gonzalo Ramos
VISTA EN PLANTA
ESCALA 1/500
A
Tunel
B
ArcƩn
39.00 39.00 39.00 39.00
156.00
Carril 1
Carril 2
ArcƩn
2%
2%
12.80
Pavimento
Tunel
Luminaria
7.00
2.05
2.05
2 3 45
1
A
2
B
1
39.00
2.44 2.44 2.44 2.4414.63
14.63
Viga
transversal
0.30x0.55 m
Viga
arriostre
0.25x0.40 m
Viga longitudinal 0.80x1.10 m
CORTE C - C
Tablero
ESCALA 1/500
2.44 2.44 2.44 2.44
CORTE B - B
Arco
ESCALA 1/500
SECCIONES
0.30
ESCALA 1/30
0.55
Viga Transversal (tablero)
0.25
0.40
Viga Transversal (arco)
0.20
0.30
Viga Arriostre (arco)
Viga
transversal
0.25X0.40 m
Viga
arriostre
0.20x0.30 m
Arco 0.70x1.00 m
Detalle 1
0.25
0.40
Viga Arriostre (tablero)
Arco
0.70
1.00
Viga Longitudinal
Ć60 mm
PĆ©ndola de acero
1000 mm
300 mm
868 mm
36 mm
19 mm
PLANO:
Alzado y seccion transversal
TĆTULO TFM:
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PLANO NĀ°:
02
ESCALA:
Indicada
FECHA:
Octubre, 2020
12
3 4 5
39.00 39.00 39.00 39.00
27.55
19.67
17.70
4.00
2.50
5.00
A
156.00
23
2.44 2.44 2.44 2.44 2.44 2.44 2.44 2.44 2.44 2.44 2.44 2.44 2.44
39.00
8.00
2.14
3.84
5.18
6.23
7.02
7.57
7.89
Arco y PĆ©ndolas
ESCALA 1/150
6.50
PĆ©ndola
Arco de madera
laminada encolada
Luminaria
Pretil
UniĆ³n articulada
Viga
longitudinal
2.44 2.44 2.44
Alzado
ESCALA 1/500
TESISTA:
Fanny Lulichac SƔenz
TUTOR (ES):
Javier Ainchil y Gonzalo Ramos
CC
B B
A
2%
3.50 3.502.50 2.50
12.10
8.00
0.40
AB
12.80
2%
6.50
SecciĆ³n Transversal
ESCALA 1/125
Luminaria
Barandilla
Losa colaborante
e=20cm
Asfalto e=8mm
DE TIROMARCO
P1E1
A1A2A3E2P3P2
A2P1 A1
ACERO ESTRUCTURAL EN CHAPAS:
(EN MARCOS TRANSVERSALES):ACERO ESTRUCTURAL EN PERFILES UPN
ACERO EN PERNOS CONECTADORES:
LA CORROSION SEGUN PLIEGO DE CONDICIONESCONTROL DE CALIDAD Y PROTECCION CONTRA
MATERIALES ESTRUCTURA METALICA
E2
CABLES DE RETENIDA CABLES DE TIRO ANCLAJE CABLESESTRUCTURA PARAFRANQUEO ANCLAJE CABLES DE4 Ć0.6"TIRO EN ESTRIBO4 Ć0.6"DE PILAS RETENIDA A PUENTE DE TIRO A PUENTE
ALZADO
PLANTA
A3
SECCION TRANSVERSAL
P2P2
E1
CABLES DE TIRO4 Ć0.6"
PARA DESLIZAMIENTOVIGA TRANSVERSAL
PILA
GUIADO/RODORESRUEDAS DE
PARA PATINES DEVIGA TRANSVERSAL
DESLIZAMIENTO
ZAPATA DE FRENADOPROVISIONAL
ZAPATAS DE APOYOSPROVISIONALES
GUIADO/RODORESRUEDAS DE
NEOPRENO-TEFLONAPOYOS