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PUENTES DE MADERA

Integrantes:

Francesca Pennacchiotti Bernardo Fuentes Roberto Saravia Juan Neculqueo Pablo Barra Asignatura

Obras de Infraestructura Profesora:

Evelyn Aguiar Carrera

Construcción Civil Fecha

23 de Septiembre de 2013

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Contenido Introducción ............................................................................................................................................................................ 3 Reseña histórica ...................................................................................................................................................................... 4 Definiciones......................................................................................................................................................................... 5 La madera................................................................................................................................................................................ 6 -Protección de la madera: ................................................................................................................................................... 6 -Protección química: ........................................................................................................................................................... 6 -Detalles constructivos........................................................................................................................................................ 6 Elementos principales de un puente .................................................................................................................................. 8 Procedimiento de cálculo ................................................................................................................................................... 9 Cargas de diseño: ................................................................................................................................................................ 9 Los parámetros que son relevantes en el diseño sísmico de acuerdo con el Manual de Carreteras ............................... 11 Fundaciones ...................................................................................................................................................................... 11 CLASIFICACIÓN ...................................................................................................................................................................... 12 1. Puentes de madera rurales en Chile ................................................................................................................................. 13 2. PUENTES CON SISTEMA ESTRUCTURAL EN BASE A PLACAS TENSADAS: .......................................................................... 13 Aplicaciones reales:........................................................................................................................................................... 14 Calidad de la madera tensada ........................................................................................................................................... 15 Calidad del acero............................................................................................................................................................... 15 Metodología de diseño ..................................................................................................................................................... 17 Consideraciones de diseño ............................................................................................................................................... 17 PUENTE CAUTÍN ................................................................................................................................................................ 19 DISEÑO .............................................................................................................................................................................. 19 TRABAJOS PRELIMINARES : ........................................................................................................................................... 19 MONTAJE TABLERO DE MADERA TENSADO: ................................................................................................................ 21 Ensamble tablero Tensado............................................................................................................................................ 22 OBRAS COMPLEMENTARIAS ......................................................................................................................................... 24 3. SISTEMAS ESTRUCTURALES EN BASE A BARRAS: .............................................................................................................. 25 a. Sistema de viga simple: ................................................................................................................................................. 25 b. Sistema de puente atirantado: ..................................................................................................................................... 26 c. Sistema reticulado: ........................................................................................................................................................ 27 c. Sistema de puente en Arco: .......................................................................................................................................... 28 Consideraciones de algunas NCh para Arcos de madera laminada: ............................................................................ 30 4. PASARELAS PEATONALES .................................................................................................................................................. 31 Hasta 10 metros de luz: .................................................................................................................................................... 31 Entre 10 y 20 metros de luz: ............................................................................................................................................. 31 2

Conclusiones ......................................................................................................................................................................... 34 Bibliografía ........................................................................................................................................................................ 35

Introducción Desde siempre el hombre ha sentido la necesidad de comunicarse. Para lograr esto ha creado vías que lo han llevado a conocer distintos materiales y soluciones constructivas generando redes de conexión física para poder llegar a puntos inaccesibles y lejanos. Es aquí donde el puente cumple su rol principal como eje comunicador. La palabra puente, del latin pons procedería según la etimología más generalizada, de la palabra indoeuropea phanthan, literalmente: migración, transferencia, salto. La construcción en puentes de madera es una larga tradición en los países de Europa en Canadá y Estados Unidos, creándose las más diversas soluciones y con buenos y diversos resultados. Chile es un país eminentemente maderero, por lo cual este material es un recurso accesible para la construcción. Su aún débil uso en puentes radica mayormente en la falta de conocimientos en la aplicación de nuevas tecnologías y en la poca experiencia en el uso de la madera laminada. Además, existe una inquietud latente respecto de la durabilidad de los puentes en madera. Se deben realizar estudios de cómo proteger la madera contra los efectos de la intemperie. Este material ya ha demostrado en Europa, ser efectivo económico y durable, permitiendo soluciones innovadoras y estéticamente favorables. La durabilidad se logra solo a través del diseño constructivo detallado de los puentes llegando a la conclusión que la protección por diseño es la solución más lógica para garantizar la durabilidad de los puentes de madera. Este informe está orientado a dar a conocer los tipos de puentes de madera que encontramos dentro de su clasificación: Sobre puentes de madera rurales en Chile existe muy poca información, nos basamos principalmente en la normativa vigente, aplicada a puentes independiente de su materialidad. Además es importante profundizar en Puentes con sistema estructural en base a placas tensadas,, ya que en Chile ya existen 2 de estos , en los que han aplicado esta tecnología. Y los Puentes con sistemas estructurales en base a barras, existentes en Europa, Canadá y Estados Unidos más algunos ejemplos aplicables a puentes peatonales según sus luces y estructura.

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Reseña histórica Los puentes de madera fueron los primeros que se utilizaron, aunque de ellos, como de todas las primeras construcciones de este material, no queda rastro. Un tronco sobre el río se puede considerar un puente frontera entre lo natural y lo artificial. En unos casos puede ser natural, porque un árbol, al caerse, puede quedar sobre el río; en otros los tendió el hombre para poder pasar sobre él, lo que probablemente aprendió al ver los que había tendido la naturaleza. Del tronco aislado, se pasó al tablero de varios troncos adosados; es el puente de vigas simplemente apoyadas. Posteriormente se hicieron arcos de madera, y vigas trianguladas. Hoy en día se siguen construyendo pasarelas de madera, aunque solamente en casos excepcionales, porque resultan más caras que las metálicas o las de hormigón que son los materiales que se utilizan normalmente hoy en día para hacer puentes. De los puentes históricos de madera quedan muy pocos en pie; salvo en determinadas regiones, como pueden ser los Alpes, se consideraban de segunda clase. El puente por excelencia era el de piedra; el de madera ha sido siempre muy vulnerable a causa de los incendios, de su degradación y de las avenidas de los ríos. Sin embargo, hasta muy avanzado el siglo XIX que se impusieron los puentes metálicos, la mayoría de los puentes eran de madera. Muchos de ellos se construían con idea de provisionalidad, se trataba de sustituirlos por puentes de piedra en cuanto era posible. El puente Emilio sobre el Tíber en Roma, fue primero de madera y luego de piedra. Con arcos de madera, llegaron los hermanos Grubenmann en el s. XVIII a una luz de 67 m en el puente de Reichenau, y a principios del s. XIX se construyeron tres puentes de más de 100 m de luz, el mayor de ellos fue el de Mc Calss Ferry sobre el río Susquehanna de 110. Este puente fue el de mayor luz del mundo hasta que lo superó en 1820 el Union Bridge, un puente colgante de 137 m de luz. Vigas trianguladas de madera se hicieron muchas en los primeros puentes de ferrocarril, posteriormente vigas mixtas de madera y hierro, y a mediados del s. XIX prácticamente desaparecieron Puente de Grubenmann , Suiza. Año: 1778 Largo Total: 32 m. Luz libre: 30 m

Sistema estructural: Estructura de madera con un arco construido por partes, repartidas en 5 tramos separados por pilares de 40x40 cm Sistema de protección: La cubierta y revestimientos laterales han servido como protección del puente.

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Definiciones PUENTE: Es la materialización de la plataforma del camino cuando éste se despega del suelo. El puente sostiene el camino en el aire, independiente del suelo, mediante una estructura que se soporta a sí misma y a las cargas del tráfico que pasan encima de ella. El puente da continuidad al camino salvando obstáculos, ya sean naturales o artificiales, tales como ríos, vías de tráfico y/o comunicación, barrancos, depresiones, canales, tubos, etc. ALAS: Prolongación de los estribos que contienen lateralmente los terraplenes de acceso o relleno estructural. En general forman un ángulo con el muro frontal del estribo. PILÓN: Columna de la cual se extienden cables para sostener el tablero en los puentes atirantados o colgantes. ESCOLLERADO: Protección de mampostería, hormigón, gaviones para proteger el fondo del lecho contra la socavación. NAME: Es la cota del Nivel de Aguas Máximo Extraordinario esperada para la crecida del río, según el período de retorno de diseño. NAO: Es la cota del Nivel de Aguas Ordinario del río. NAm: Es la cota del Nivel de Aguas Mínimo del río. NAM: Es la cota del Nivel de Aguas Máximo del río REVANCHA: Es la medida desde la cota de nivel de agua hasta la primera viga del puente PONTON: Es un puente de pequeñas dimensiones las que fluctúan entre 3 a 10 metros. PILAS: Son los apoyos intermedios de puentes de dos o más tramos. Deben soportar las cargas permanentes y sobrecargas sin asientos. VIGAS LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES: Son elementos soportantes que permiten salvar vanos pudiendo tener una gran variedad de formas como: vigas reticuladas, rectas, arcos, pórticos etc. TABLEROS: Es elemento que soporta directamente las cargas dinámicas “tráfico vehicular”, y por medio de las armaduras transmiten las cargas a las pilas y estribos y estos las hacen llegar a las fundaciones las que a su vez las transmiten a las rocas o a el terreno circundante. El tablero igual tiene como objetivo dar continuidad a la cota rasante que viene de la carpeta de rodado y este está complementado con bordillos que es el ancho límite de la calzada y trabajo es evitar que los vehículos se suban a las aceras que están destinadas al tránsito peatonal y a continuación de esta se colocan los postes y pasamanos. ESTRIBO: Estos elementos están en los extremos de los puentes y están encargados de sostener los terraplenes que conducen al puente y trabajan como muros de contención y están compuestos de un muro frontal el cual recibe el tablero y muros en vuelta o muros aleta que sirven para la contención del terreno.

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La madera La madera tiene una serie de características específicas, incluyendo su anisotropía y su higroscopia, las cuales deben considerarse durante la planificación y construcción del puente. Tiene que elegirse la especie de madera según los requerimientos de resistencia y su resistencia natural. -Protección de la madera: Los daños en puentes de madera se explican casi exclusivamente por una protección insuficiente; por eso es importante considerar todos los aspectos para la protección durante la planificación y fabricación de los puentes. Las principales consideraciones para lograr un buen diseño de los puentes de madera son:     

Diseño práctico y de acuerdo con la realidad del terreno. Correcta elección de los materiales Realización de detalles considerando una protección por diseño Buenas medidas de protección química preventiva Diseño y tratamiento de las superficies de madera.

-Protección química: La protección química preventiva consiste en una impregnación con sales tóxicas y cumple con un aspecto básico de la protección de la madera: la limitación del riesgo de ataques de hongos e insectos. Debido a que el arsénico es muy dañino, se han reemplazado sales CCA (cobre, cromo y arsénico) por sales CCB (cromo, cobre, boro) y Creosota: Producto que consiste en una mezcla de compuestos destilados del alquitrán de hulla (carbones grasos) Además de la aplicación de este tipo de tratamiento es importante preocuparse de la protección contra la humedad, ya que la protección química no reduce los cambios en el contenido de la humedad de la madera. -Detalles constructivos. Los detalles constructivos están enfocados a aumentar la durabilidad de la madera, y a reducir la clase de uso. Entre las partes del puente más conflictivas desde el punto de vista de su durabilidad hay que destacar las testas o extremos de las piezas, las caras o superficies superiores de elementos expuestos a la intemperie, las uniones de carpintería de elementos (principalmente en las barandillas, guardamanos, parapetos, etc.), el tablero del puente, la unión entre el tablero y las vigas , las uniones y anclajes de elementos verticales estructurales (pilares, etc.).

Para garantizar la durabilidad en los puentes de madera es importante cumplir con una serie de exigencias:      

Debe garantizarse la estabilidad de los puentes los esfuerzos deben considerarse correctamente en el cálculo estructural. Las deformaciones y vibraciones deben estar limitadas según los requerimientos de las normas correspondientes. Debe garantizarse la durabilidad con medios constructivos bien planeados coordinados entre todos los participantes del proyecto. Debe evitarse la destrucción de la madera por agentes biológicos, ya que influye en la estabilidad y durabilidad del puente. Un aumento del contenido de humedad de la madera por presencia de agua disminuye las tensiones admisibles de la madera, los módulos de elasticidad y resistencia de las uniones Deben protegerse los elementos metálicos de unión ya que estos se corroen bajo la influencia del agua. El nivel de peligro dependerá de la duración e intensidad del contacto con ella. 6

        

El riesgo de corrosión es mayor para puentes en ambientes con agentes agresivos químicos. Los puentes en lugares con circulación de aire limitada, por ejemplo en bosques, están sometidos a acciones de humedad más fuertes. Una fijación deficiente del entablado superior puede disminuir la durabilidad del puente. La carpeta de rodado debe ser lo suficientemente áspera para evitar el peligro de resbalar, las tablas deben orientarse preferiblemente en dirección diagonal, ya que la dirección transversal al puente genera ruidos desagradables y la dirección longitudinal es peligrosa para ciclistas. Deben evitarse tratamientos químicos posteriores que se encuentren sobre agua. Deben protegerse caminos inferiores al puente contra la caída de objetos. Deben evitarse grietas producidas por radiación solar ya que generan pudrición. Las dimensiones de los elementos deben ser exactas para evitar trabajos posteriores en la obra al momento del montaje. Deben evitarse daños durante el transporte y el montaje que pueden disminuir la efectividad de las medidas de protección.

Revisión de normativa vigente 

Es necesario realizar una revisión de la normativa vigente en nuestro país que regule y especifique ciertos criterios en los cuales se debe apoyar un diseño de un puente de madera. El material técnico principal que se encuentra disponible en la actualidad es el Manual de Carreteras [2012] en el cual dilucida que los puentes de Chile se diseñan basándose en las disposiciones de la Norma AASHTO, que no concuerdan exactamente con la experiencia chilena (ej. sismicidad).



El Volumen III del Manual de Carreteras “Instrucciones y Criterios de Diseño” aclara que en dicho capitulo no se especifican disposiciones para los puentes de madera, no obstante, señala que podrán utilizarse análisis racionales alternativos a los establecidos, basándose en teorías y ensayes aceptados y aprobados por la práctica profesional. Aun así, este material sirve como apoyo en situaciones de diseño necesarias, independiente de la materialidad del puente.

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Para las construcciones en madera, existe la norma chilena NCh 1198 Of.2006 que regula exclusivamente esta materia y establece los métodos y procedimientos de diseño estructural que determinan las condiciones mínimas que deben cumplir los elementos y las uniones en las construcciones de madera. Esta norma dentro de sus campos de aplicación se encuentra referida a los puentes.

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Elementos principales de un puente

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Procedimiento de cálculo a) Definir cargas y geometría de la placa. - La envergadura efectiva es la distancia entre los centros de los soportes. Cargas de diseño: Las cargas muertas Las cargas muertas corresponden al peso de todos los elementos estructurales y no estructurales del puente se presentan valores de referencia de peso propio para los elementos constituyentes del tablero de madera tensada, donde la madera tratada químicamente corresponde a un tablero de espesor 220 mm.

Carga viva vehicular La carga viva corresponde a la carga móvil generada por el peso de los vehículos de diseño que atraviesan el puente. En el diseño de tableros de madera tensada se han adoptado como vehículos de diseño los camiones definidos en la especificación AASHTO (H15-44, HS15-44, H20-44 y HS20-). La elección del peso del camión de diseño depende de la demanda solicitada por el mandante. En el análisis para la carga móvil de deben determinar las solicitaciones más desfavorables producidas por el camión de diseño estándar (H) o semitrailer (HS), considerando para este último una distancia entre ejes traseros variable. Sin importar el tipo de camión utilizado en el diseño, se debe considerar un tren decarga, es decir, la carga del camión debe ser aplicada en varios puntos, simulando el movimiento del camión por sobre el puente. De esta manera, para el diseño decada elemento constituyente del puente, se deben determinar los esfuerzos máximos con las posiciones más desfavorables del camión.

Cargas de vehículos según Manual de Carreteras 9

Ancho camiones de diseño El ancho de contacto entre el neumático y la superficie en dirección transversal y longitudinal se calcula según las ecuaciones: b) Elegir especie y calidad de la madera y determinar las tensiones admisibles de la madera para la placa, es decir, los valores: - FB : Tensión máxima en flexión. (lb/in2). - EL : Módulo de elasticidad longitudinal. (lb/in2). - Fcp : Tensión máxima en compresión perpendicular. (lb/in2).

c) Estimar el grosor de la placa y el ancho de distribución de la carga puntual, un prediseño se puede adoptar estos espesores según la luz entre los apoyos según la tabla

Estimación previa del espesor de la placa

El ancho de la distribución transversal de cargas se determina como,

donde:

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Ancho de la distribución transversal de las cargas concentradas.

d) Calcular los momentos máximos bajo las cargas. La carga de peso propio es calculada en base al grosor estimado de la placa. Las cargas adicionales de la superficie (asfalto, barandas, etc) se distribuyen sobre toda la placa. e) Determinar el grosor requerido con la tensión admisible. f) Determinar el espesor requerido con la flexión admisible. g) Determinar el tamaño de los elementos de tensión. h) Determinar el tamaño de los elementos de anclaje Los parámetros que son relevantes en el diseño sísmico de acuerdo con el Manual de Carreteras (Vol. 3, Parte III) son los siguientes: Zona sísmica: El territorio nacional chileno se divide en tres zonas sísmicas (1, 2 y 3) cuyo valor va en aumento con el peligro sísmico. Peligro de socavación sísmica: Corresponde al nivel de socavación remanente después de ocurrida la socavación máxima, y se expresa como un porcentaje de esta última. Tipo de suelo de fundación: Se diferencian cuatro tipos de suelo (I, II, III y IV) en función de su constitución (desde la roca hasta los suelos cohesivos saturados). Permite incorporar el efecto del suelo en los coeficientes sísmicos y espectros de diseño. Coeficiente de importancia: En las zonas sísmicas 2 y 3 deberá considerarse un coeficiente denominado de importancia, en función de la relevancia de la construcción: I para puentes y estructuras esenciales y II para otros puentes y estructuras. Fundaciones Las fundaciones dependen del tipo de suelo y la geometría del vano a cubrir por el puente y son generalmente de hormigón armado del tipo zapatas aisladas para cada apoyo de los arcos principales, unidas con una viga de arriostre. En suelos de mala calidad podría requerirse de fundaciones con pilotes.

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CLASIFICACIÓN (En arquitectura, ingeniería y construcción suele utilizarse la palabra luz para designar la distancia, en proyección horizontal, existente entre los apoyos de una viga, un puente). 1. Puentes de madera rurales en Chile: Puentes básicos, que utilizan una estructura principal de vigas de acero, para cubrir las diferentes luces. Sobre esta estructura principal se genera un envigado de piso de madera, piso y barandas de madera.

Se pueden definir dos grandes tipos de puentes según su estructura: 2. Puentes con sistema estructural en base a placas tensadas: Estructuras construidas por elementos formando placas. Tienen como limitación la luz máxima que puede alcanzar, salvo que se combinen con otros tipos estructurales.

3. Puentes con sistemas estructurales en base a barras: La estructura principal se realiza con piezas lineales (o barras) con luces variables dependiendo del tipo estructural: Sistema de vigas Sistema apuntalado Sistema de puente atirantado Sistema viga tensada Sistema de viga reticulada Sistema de puente en arco Sistema de puente colgante De estos siete sistemas estructurales se seleccionaron solo 4 que serán la base para el estudio de los prototipos, ya sea como puente peatonal, como para puente vehicular. Estos son a. Sistema de vigas b. Sistema de puente atirantado c. Sistema de viga reticulada d. Sistema de puente en arco 4. Pasarelas peatonales Ejemplos según sus luces y sistema estructural.

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1. Puentes de madera rurales en Chile En Chile los diversos caminos rurales, están conectados por puentes básicos, que utilizan una estructura principal de vigas de acero, para cubrir las diferentes luces. Sobre esta estructura principal se genera un envigado de piso de madera, piso y barandas de madera. Es necesario realizar una revisión de la normativa vigente en nuestro país que regule y especifique ciertos criterios en los cuales se debe apoyar un diseño de un puente de madera.

2. PUENTES CON SISTEMA ESTRUCTURAL EN BASE A PLACAS TENSADAS: El tipo estructural más utilizado últimamente en la construcción de puentes de madera es el sistema de placa de madera tensada. Esta estructura se basa en la conformación de palcas rígidas a través de piezas de madera, aserradas o laminadas, dispuestas de canto longitudinal una al lado de la otra. Para garantizarla colaboración de todos los elementos entre sí se emplean barras de acero que atraviesan transversalmente las piezas de madera y que luego son tensadas. La tensión de las barras transversales, evita el desplazamiento de cada pieza de madera. De esta forma se logra que las fuerzas sean absorbidas en conjunto y la carga concentrada de un vehículo se distribuya en una superficie mayor. Esta placa transmite las cargas al sistema estructural principal y además se puede utilizar como elemento estabilizador para cargas horizontales. La compresión entre láminas y la resistencia de fricción son los mecanismos que permiten que los componentes trabajen como una placa integrada. El sistema de tensión permite aumentar la resistencia requerida para asegurar una colaboración de las láminas que no están directamente cargadas y para prevenir el riesgo de fractura de la carpeta de rodado.

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Las placas son construidas con madera de cierto grado estructural, madera aserrada o vigas laminadas. El espesor debe ser entre 2 y 4 pulgadas. La principal ventaja de las placas tensadas, en comparación con otras estructuras de placas laminadas, es que no hay determinación entre las láminas y tienen un comportamiento muy seguro en caso de sobrecargas. Para el cálculo de esta placa se considera el comportamiento de vigas una al lado de la otro en uno y en otro sentido. El diseño tiene que asegurar tensiones admisibles de los materiales, una rigidez suficiente, una deflexión limitada y evitar daños en la madera por una compresión demasiado alta. Este sistema se toma como base para el diseño de los prototipos ya que en casi todos los casos se considera ésta como la plataforma de piso; la cual queda soportada por la estructura principal del puente.

Aplicaciones reales:

Puente de madera post-tensada transversalmente en EEUU (11m de largo).

Puente Cautín, primer tablero de madera tensado transversalmente en Chile, 100 mts. , 1 calzada.

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Elementos de un tablero de madera tensada

Detalle de los elementos que componen un puente

Corte A-A de un puente

Ensamblaje fuera del lugar de emplazamiento Los tableros de madera tensada pueden ser completamente ensamblados y tensados fuera del lugar de emplazamiento. De este modo, dependiendo de la configuración geométrica del puente y de las facilidades de transporte, éste puede ser construido en su totalidad o utilizar dos o más paneles prefabricados que completen el ancho del tablero Calidad de la madera tensada El tablero de madera tensada está compuesto por maderos cepillados o aserrados de 2” a 4” de espesor, usualmente madera de pino radiata, por ser la más barata y fácil de impregnar. El largo de estos maderos debe ser de por lo menos 3.2 m y deben colocarse en forma traslapada, de modo que las uniones de tope estén distanciadas por lo menos 1.25 m entre sí, y se repitan cada 3, 4 o 5 maderos en la misma línea. La madera debe ser grado GS o Grado G1, de acuerdo a la clasificación de la Norma NCh 1198 Of91.

Calidad del acero Los tensores de los tableros de madera deben ser de alta resistencia, en los diámetros que indica el cálculo. Deben cumplir la Norma ASTM A722-82 y 615-82. Las tensiones de trabajo son del orden de los 10,000 kg/cm2. Los tensores deben ser roscados, de modo de poder tensarlos fácilmente con tuercas. Se protegen contra la corrosión mediante galvanizado en caliente. Para evitar concentración de esfuerzos y distribuir la tensión del tensado en la placa de madera deben proveerse placas de acero de sección y tamaño apropiados, alternativamente, se coloca un elemento 15

más duro en los extremos de la placa, que puede ser de madera dura como por ejemplo Eucaliptus, o un perfil de acero galvanizado.

Tensado de barras El equipo para el tensado de las barras consiste en: gato hidráulico, bomba hidráulica, silla de anclaje, manguera de aceite, manómetro, placa y tuerca de respaldo.

Equipamiento de tensado

Carpeta de rodado Sobre el tablero de madera tensada se coloca una carpeta de asfalto en caliente, compactado con un rodillo sin vibrar, previa aplicación de una barrera impermeable y un imprimante apropiado. El espesor de esta carpeta depende del uso e intensidad de flujo del puente. Es usual emplear espesores de 8 a 10 cm. aplicado en dos capas. Esta carpeta de rodado es similar a la que se utiliza en puentes convencionales con terminación de asfalto. No se consideran juntas de dilatación a lo largo del puente, lo que también es una ventaja de este sistema de puentes.

Corte transversal de un tablero de puente de madera.

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Configuración típica de la carpeta de rodado asfáltica sobre puentes de madera tensado.

Metodología de diseño 1. Definir cargas y geometría de la placa 2. Elegir la especie, grado de calidad y tensiones admisibles. 3. Estimar el grosor de la placa y el ancho de la distribución de la carga puntual. 4. Calcular los momentos de las cargas. 5. Determinar el grosor requerido con la tensión admisible. 6. Determinar el grosor requerido con la flexión admisible. 7. Revisar el grosor admisible. 8. Calcular la flexión bajo carga propia 9. Determinar el nivel requerido de tensión. 10. Seleccionar los esparcimientos de los tensores. 11. Determinar el tamaño de los tensores 12. Determinar el tamaño de los elementos de anclaje. Consideraciones de diseño El diseño está controlado, principalmente, por cinco consideraciones: - Asegurar que las tensiones de los materiales estén en el rango de las tensiones admisibles. - Asegurar una rigidez suficiente y limitar la deflexión del puente a valores admisibles. - Asegurar un mínimo de compresión entre las láminas del tablero de rodado. - Evitar daños en la madera por una compresión demasiado alta. - Proteger la madera de la intemperie. El diseño del tablero tensado está limitado por las siguientes consideraciones: - Ancho constante del tablero. - Espesor constante del tablero. - Forma rectangular (o eventualmente, con un ángulo menor a 20º). - Soportes continuos sobre el ancho del tablero, distanciados a no mas de 10 m. - No más que una conexión de tope por cada 4 láminas y con una distancia mínima de 1.25 m.

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• El procedimiento de diseño, se basó en una adaptación de la norma AASHTO, en particular sobre la “Guía de Especificaciones para el Diseño de Tableros de Diseño de las laminaciones de madera Diseño del sistema de Tensado Madera de Laminaciones Tensadas”.

Postensado en la dirección tansversal por medio de barras de acero de alta resistencia.

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PUENTE CAUTÍN Como ejemplo, a continuación se muestra el procedimiento constructivo de la reconstrucción del puente Cautín. Las características geométricas y datos principales de diseño del tablero son: Largo puente = 97 m Largo vanos = 2,53 m (centro a centro de los apoyos) Ancho = 4,51 m Carga de diseño = Camión HS 20-44 Lugar de construcción = Temuco Ancho de apoyo = 20 cm Carpeta de rodado = Pavimento asfáltico Uniones de tope = mínima (una cada 4 laminaciones en el sentido transversal), distanciadas cada 1m longitudinalmente Pasillo = 40 cm

DISEÑO El diseño consta de diferentes etapas:      

Cálculo del tablero Verificación de vigas travesaño, que reciben el tablero. Diseño de elementos de sujeción de tableros Diseño de pavimento asfáltico Diseño de guardaruedas y barandas Detalles constructivos.

TRABAJOS PRELIMINARES :

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Puente original

Desarme del tablero de la madera existente.

Inspección de travesaños

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Levantamiento topográfico, nivelación de travesaños

Reparación en travesaños

MONTAJE TABLERO DE MADERA TENSADO:

Fijación de soleras a travesaños

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Ensamble tablero Tensado

Colocación secuencial de laminaciones y barras que conforman el tablero

Engrasado de barras y colocación de placas que conforman el tablero

Tablero al cuarto día de ensamble

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Tensado de barras en 3 fases (25,50 y 100% del nivel de tensado)

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OBRAS COMPLEMENTARIAS Colocación de lámina asfáltica Montaje de barandas Colocación de pasillos y guardaruedas Ejecución concreto asfáltico Colocación detalles inteligentes Colocación tacos antisismicos.

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3. SISTEMAS ESTRUCTURALES EN BASE A BARRAS: Dentro de esta clasificación general se encuentran todos los sistemas estructurales cuyo comportamiento se basa en la transmisión de las cargas a través de líneas o barras. Los tipos de puentes dentro de esta clasificación corresponden a una categorización de acuerdo con los sistemas estructurales más comunes encontrados en la comunidad europea. La clasificación se realiza a partir de la estructura mas pregnante del puente, generando grupos que definen un tipo. Los tipos estructurales son los siguientes:

a. Sistema de viga simple:

Esta tipología estructural consiste en el principio básico de un puente; la viga que salva una distancia determinada entre dos puntos. Esto se logra a través de una viga de madera aserrada o mediante una viga de madera laminada. El largo total del puente dependerá del tipo y cantidad de apoyos que están sujetas las vigas, estas pueden ser: A. Vigas simplemente apoyadas B. Vigas simplemente apoyadas con voladizo C. Vigas Continuas D. Vigas combinadas, simplemente apoyadas y con voladizos centrales Esta solución estructural, al ser la más simple, se trona más viable desde el punto de vista económico, sólo las restricciones en cuanto a la luz máxima aparecen como una desventaja, y va a depender del tipo de viga que se utilice (aserrada o laminada) La disposición de las vigas podrá quedar bajo o sobre la plataforma de circulación, esta última es utilizada mayormente en puentes peatonales.

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Puente Vehicular, Noruega Año: 2000 Largo total: 7,2 m Luz libre: 7,2 m

Sistema estructural: Placa de madera tensada simplemente apoyada, compuesta de piezas da madera laminada. Sistema de protección: Toda la estructura de madera está impregnada con creosota, la protección superior se encuentre confiada al pavimento asfáltico. Lateralmente no lleva ningún tipo de protección-

b. Sistema de puente atirantado:

Este tipo de puente se entiende como una estructura basada en la incorporación de vigas en V dispuestas en forma invertida generalmente triarticulados. La incorporación de tirantes permite suspender la sub-estructura que sustenta la plataforma de circulación. Las luces pueden ser de 3 a 24 metros. La sub-estructura está conformada por vigas horizontales transversales, las cuales pueden estar colgadas de una estructura triangular, rectangular o trapezoidal superior. De acuerdo con el número de tirantes se habla de puente colgado simple, doble múltiple. Este tipo de estructuras, a excepción de la variante similar a una cercha, requiere una placa horizontal rígida, sin ella solo sería posible un equilibrio inestable

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Para estas estructuras que quedan expuestas a la intemperie se requiere de un sistema de protección que evite el deterioro de las vigas.

Puente vehicular BESTON, Beston, Noruega. Año: 1999 Largo Total: 24 m. Luz Libre: 24 m.

Sistema estructural: Compuesto por un par de estructuras de tipo atirantado (“King Post”) de madera laminada y estructura transversal de acero. Sistema de protección: La estructura de madera laminada está doblemente impregnada, primero con CCA y luego con creosta de absorción reducida, pero no posee mayor protección a través del diseño.

c. Sistema reticulado:

Consiste en la configuración de vigas planas organizadas por la unión de barras lineales que se unen tratando de alcanzar la máxima convergencia posible de los ejes de las barras que van a cada nudo, creando un sistema triangulado. Existen diferentes disposiciones de retículas o cerchas y elementos de unión, siendo el tipo principal la Howe. Sus luces varían de 9 a 45 metros.

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En esta tipología podemos encontrar la viga de cordones rectos, superior o inferior; la viga que posee el cordón superior curvo y el inferior recto, o ambos cordones curvos. Generalmente la plataforma de circulación se encuentra en el cordón inferior de la viga reticulada por lo que estos puentes se asocian a puentes cubiertos, ya que al quedar descubierta la estructura principal esta se protege a través de la techumbre. La incorporación de una cubierta lleva a considerar en el diseño y cálculo, la sobrecarga del techo y los efectos del viento sobre este. Estos reticulados pueden disponerse en forma vertical o también pueden inclinarse esto dependerá del diseño final. Puente vehicular Evenstad, Stor Elvdal, Noruega. Año: 1996 Largo total: 180 m. Luz libre: 5x36 m.

Sistema estructural: 5 pares de vigas reticuladas simplemente apoyadas de cordones superiores curvos. Sistema de protección: La estructura de madera laminada se encuentra impregnada con creosota y protegida con recubrimiento de cobre superior.

d. Sistema de puente en Arco:

Bajo el principio de generar una estructura de puente lo mas continua posible nace la idea del arco de madera laminada Como solución estructural. Generalmente se utiliza el arco triarticulado debido a que es más fácil de transportar y que estructuralmente no presenta problemas en los cimientos ya que el esfuerzo horizontal es absorbido por estos mismos. 28

El arco normalmente es una parábola un circulo o una línea sinusoidal. Esta se diferencian en su relación entre altura y luz, desde el punto de vista estático mas que óptico. La plataforma de circulación puede encontrarse en tres diferentes posiciones: -Arco con plataforma sobrepuesta: La plataforma protege parte de la estructura de arcos. -Arco con plataforma intermedia: la ventaja principal es que la plataforma sirve como arriostramiento entre las los dos arcos evitando así el volcamiento de estos. -Arco con plataforma suspendida: en este caso, la estructura queda expuesta a los efectos del clima, por lo que los arcos ser recubiertos en su totalidad.

Puente Vehicular Tynset, Noruega. Año: 2001 Largo Total: 124 m. Luz libre: 2x27m +70 m

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Sistema estructural: Luces menores: Dos pares de arcos triarticulados. Luz principal: compuesta de un par de arcos reticulados triarticulados. Sistema de protección: La estructura de madera laminada, a excepción de la placa de madera, se encuentran doblemente impregnada, primero con CCA y luego con creosota. Además las caras superiores de las piezas principales llevan una chapa de cobre como protección.

Consideraciones de algunas NCh para Arcos de madera laminada: Arcos de madera laminada En el anexo D “Bases de cálculo de estructuras de madera laminada encolada según la norma Chilena NCh 1198”, se describe el procedimiento de cálculo de las piezas de madera laminada encolada de acuerdo con la normativa chilena. -Acero Estructural : Se refiere a las vigas de acero a ser utilizadas tanto para las vigas transversales de soporte de la placa tensada como para los tensores verticales que sostienen estas vigas y en algunos casos forman el marco rígido que transmite las cargas horizontales de sismo y viento del arco a la placa tensada. Todo el acero estructural será calidad A 42-27 ES, según la designación de la Norma Chilena NCh 427. -Método de diseño: El método de diseño empleado para dimensionar loe elementos metálicos es el método elástico o de Tensiones Admisibles, según lo indicado en la Norma Chilena NCh 427. -Estabilidad: Debido a que en este tipo de estructuras no se pueden arriostrar los arcos de madera laminada entre sí, ya que no se respetaría el gálibo mínimo exigido por el Departamento de Puentes de la Dirección de Vialidad de Chile (5.00 m), es que se diseña un sistema de uniones rígido (uniones de momento) entre los elementos horizontales y los verticales. De esta manera se conforma un marco rígido invertido, tal como se muestra en la figura

Marco rígido formado por los elementos de cuelgue y las vigas transversales.

- Cimentación: Esta sección se refiere a las fundaciones de puente, las que son construidas generalmente en hormigón armado, calidad H-30, con un 90% de nivel de confianza. El acero de refuerzo será calidad A 63-42 H. El método de diseño de las fundaciones está dado por el Código de diseño de hormigón armado, basado en el ACI 318-2002. -Fijaciones: Todos los pernos considerados en el diseño, tanto para las uniones entre elementos de madera laminada como para las uniones de elementos metálicos, serán calidad A 42-23, con una resistencia admisible a la tracción Ft= 1380 kg/cm

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El diseño de las uniones en la madera se realiza según el Manual de cálculo de construcciones en madera del Instituto Forestal, la Norma Chilena de construcciones en madera, NCh 1198, y el documento “ Joints, Connections and Substructures for Timber Bridges”, Universidad de Tecnología de Helsiki, Noruega.

4. PASARELAS PEATONALES Hasta 10 metros de luz: -Son resueltas habitualmente con vigas laminadas rectas o curvas. - La estructura la forman las propias vigas y un entramado de montantes y diagonales que funcionan como viga celosía a cortaviento en el plano horizontal. - En entablado del suelo está formado por tarima ranurada.

Estructuras resueltas con vigas Rectas

Estructuras resueltas con vigas curvas

Pasarela peatonales en el campo de golf de Miño 6x2.5 m (A Coruña) , España

Pasarela peatonal en el río Lérez 10x2 m (Pontevedra), España

Entre 10 y 20 metros de luz: -Las vigas laminadas principales suelen ser rectas, curvas o arcos, pudiendo aparecer estructuras con arcos portantes (en las que el tablero deja de ser un elemento resistente, transmitiendo esfuerzos por medio de tirantes a los arcos) o incluso celosías - La estructura interna se resuelve también con un entramado de montantes, diagonales, correas longitudinales y el entablado del suelo. -La tipología de los herrajes varía en función del tipo de apoyo o articulación contemplado en el cálculo.

Estructuras resueltas con vigas Rectas

Estructuras resueltas con vigas curvas

Pasarela en el río Chamoso20x2 m (Lugo)

Pasarela en Láncara 18x2 m (Lugo)

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Estructuras resueltas con arcos triarticulado

Estructuras resueltas con arcos portantes triarticulados

Pasarela en el río Narla 20x2 m, Friol (Lugo)

Pasarela en el río Chamoso 14x2 m (Lugo)

Estructuras resueltas con vigas celosía.

Pasarela en Coristanco 12x1.2 m

Entre 20 y 40 metros de luz: -En grandes luces utilizamos como tipología fundamental arcos portantes a los que se fijan tirantes de madera o péndolas metálicas transmitiendo a éstos las cargas del tablero. -Con un entramado de montantes, diagonales, correas longitudinales y el entablado del suelo resolvemos el resto de la pasarela. Los herrajes de apoyo suelen ser articulaciones. - Dadas la dimensiones totales –que dificultan el transporte y la colocación en obra- es frecuente realizar enlaces – rígidos o articulados- en las vigas del tablero y los arcos. Estructuras resueltas con arcos portantes biapoyados y pilares de madera

Pasarela en el río Eo 30x2 m (A Pontenova, Lugo)

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Estructuras resueltas con arcos portantes triarticulados y péndolas metálicas

Pasarela en el río Eo 40x2 m (A Pontenova, Lugo)

Estructuras resueltas con arcos portantes inclinados, triarticulados y péndolas metálicas

Pasarela en río Nonaya, Salas 28x2 m (Asturias)

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Conclusiones Actualmente, en países como Noruega, Alemania y Suiza los puentes en madera son una realidad tangible y demuestra los resultados en la aplicación de nuevas tecnologías en el diseño y su construcción. Son países que han reconocido los beneficios de la madera como un material ecológico y se adapta fácilmente al medio natural, y, a través de la experiencia, han desarrollado métodos eficientes para dar solución al problema de la durabilidad de estos puentes. Chile es un país maderero, por lo cual este material es un recurso accesible para la construcción. Su aún débil uso en puentes radica mayormente en la falta de conocimientos en la aplicación de nuevas tecnologías y en la poca experiencia en el uso de la madera laminada. Es necesario realizar una revisión de la normativa vigente en nuestro país que regule y especifique ciertos criterios en los cuales se debe apoyar un diseño de un puente de madera. La durabilidad de los puentes en madera se establece con un buen sistema de protección a través del diseño. Este diseño debe garantizar que los elementos estructurales del puente permanezcan secos el mayor tiempo posible, por lo cual exigen capas de protección que una vez que se deterioren puedan ser repuestas y cambiadas fácilmente Como conclusión final, y tal vez a manera de reflexión, será importante establecer las prioridades para la creación y definición de los nuevos puentes: determinar qué es más importante, el factor económico, o un diseño que se transforme en hito dentro de rutas que actualmente son monótonas y poco atractivas.

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Bibliografía - Protección por diseño en puentes de madera, Alejandra Bancalari, Facultad de Arquitectura, Ediciones Universidad del Bio-Bio - Criterios de diseños Ctt madera

-DISENO DEL PRIMER TABLERO DE MADERA TENSADO TRANSVERSALMENTE EN CHILE, Grupo de Investigación Uso Estructural de la Madera, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Concepción - MANUAL DE DISEÑO, CONSTRUCCIÓN, MANTENCIÓN Y MONITOREO DE TABLEROS DE MADERA TENSADO, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Concepción.

Normativas -ESPECIFICACIONES AASHTO PARA EL DISEÑO DE PUENTES POR EL MÉTODO LRFD SECCIÓN 9 (SI) - TABLEROS Y SISTEMAS DE TABLERO - Manual de carreteras, volumen 3, capítulo 3.100, Junio del 2002. CAPITULO_9.700___VOL._N_9___DIC.2003. - Norma NCh 1198 Of 96. “Diseño de Construcciones en madera”.

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