Superestructura De Puentes En Madera

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA LAS SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES CONTENIDO CAPITULO 1 – INTRODUCCION (4)

1 Generalidades..........................................................................................4 1.1 Puentes de Madera y sus Principales Partes...................................8 1.2 Clasificación de los Puentes de Madera. .......................................10 1.2.1 Puentes con Vigas Simples o Compuestas.............................10 1.2.2 Puentes con Vigas Armadas....................................................11 1.2.3 Puentes con Vigas Formadas por Reticulares.........................14 2 Antecedentes.........................................................................................16 3 Objetivos................................................................................................20 3.1 Objetivos Generales........................................................................20 3.2 Objetivos Específicos......................................................................20 4 Justificación...........................................................................................20 4.1 Economía........................................................................................21 4.2 Social...............................................................................................21 4.3 Ambiental........................................................................................21 5 Generalidades........................................................................................22 6 Propiedades Resistentes de la Madera.................................................23 7 Propiedades Elásticas de la Madera.....................................................24

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1-1

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

7.1 Módulo de Elasticidad.....................................................................24 7.2 Módulo de Corte o Rigidez..............................................................25 7.3 Módulo de Poissón. ........................................................................25 8 Tipos de Maderas a Emplear.................................................................26 9 Principales Factores que Influyen en la Madera Estructural.................27 9.1 Principales Defectos Producidos por Agentes Biológicos..............27 9.2 Principales Defectos Producidos Durante el Apeo, Transporte y Almacenamiento..........................................................................................28 9.3 Principales Defectos Producidos Durante el Secado.....................28 9.4 Principales Defectos Producidos por el Aserrado..........................29 10 Maderas a Emplear en los Diferentes Puentes...................................29 11 Generalidades......................................................................................30 12 Análisis de Cargas Muertas.................................................................31 13 Análisis de Cargas Vivas.....................................................................32 13.1 Camiones Tipo. ............................................................................32 13.2 Carga Equivalente.........................................................................35 13.3 Ancho de Fa ja..............................................................................36 14 Combinaciones de Carga....................................................................37 15 Tipos de puentes considerados...........................................................40 16 Terminología a ser Empleada Para la Descripción de Cada Puente.. 40 17 Puentes a ser considerados................................................................41 18 Modelos Empleados............................................................................45

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1-2

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

18.1 Puentes de Vigas Simples o Compuestas....................................45 18.2 Puentes de Vigas Armadas con Jabalcones a Tope....................46 18.3 Puentes de Vigas Armadas con Sopanda....................................47 18.4 Puentes de Vigas Reticulares Tipo Warren..................................48 18.5 Puentes de Vigas Reticulares Tipo Howe.....................................49 18.6 Puente de Vigas Reticulares Tipo King........................................50 18.7 Propiedades de los Materiales (Madera)......................................51 19 Volumen, Peso y Costo de los materiales...........................................51 19.1 Costo de la Madera.......................................................................51 19.2 Costo de las Uniones....................................................................52 20 Tiempo Estimado y Costo de la Mano de Obra..................................53 20.1 Tiempo de Perforación..................................................................53 20.2 Tiempo de Ensamblaje.................................................................54 20.3 Tiempo de Lanzamiento................................................................54 20.4 Costo de la Mano de Obra............................................................54 21 Costo Total Directo..............................................................................55 22 Costo del Transporte...........................................................................56 22.1 Costo de Herramientas y Equipo..................................................56 23 Costos Indirectos y Costo Total...........................................................57 23.1 Gastos Generales.........................................................................57 23.2 Costo del Mantenimiento. ............................................................57 24 Gráficas Comparativas........................................................................58

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1-3

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

25 Resultados del Análisis........................................................................58 CAPITULO 5 – CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES (61) CAPITULO 6 - BIBLIOGRAFIA (67)

CAPITULO 1

1

INTRODUCCIÓN.

1

Generalidades. En correspondencia a un desarrollo sostenible se presentan actualmente

varias soluciones a varios problemas, el presente caso es mostrar una solución de superestructura para puentes (hasta de 35m) que tenga las cualidades de gestión sostenible, es decir que es económicamente viable, ambientalmente correcto y socialmente adecuado, esta solución es la de utilizar puentes tipo de madera para la superestructura de puentes en nuestro país. Se habla de puentes tipo porque la solución deberá ser económicamente factible, es decir se tendrá el conocimiento para determinar en cada caso el tipo de puente más económico y por ende el que utiliza menor materia prima (madera) o utiliza de una manera mas eficiente este recurso natural. Se debe

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1-4

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

aclarar que esta solución es socialmente adecuada porque el objetivo de cada estructura es de contribuir con el desarrollo de la zona en particular, además que es una construcción que no requiere mano de obra calificada por lo cual es principalmente generadora de empleo para las comunidades involucradas. Conociendo que Bolivia cuenta con 52 millones de hectáreas de riqueza forestal, es decir que tiene el 1,28% del acervo forestal mundial, podemos afirmar que Bolivia es un país boscoso, el país tiene una extensión total de 109’858’100 hectáreas, de las cuales el 51% son tierras boscosas, por tanto demuestra que la solución de puentes a base de madera es, para muchos casos una solución que no se puede dejar de lado.1

Se calcula que los bosques de Bolivia contendrían alrededor de 1.412 millones de metros cúbicos de madera en pie y el volumen potencial aprovechable en función de bosque varia de 3 a 30 m³/ha por lo tanto, esta solución para la superestructura de puentes es aconsejable para nuestro país.2 Se debe considerar también que el país cuenta con 53.153 km. de carreteras, de las cuales el 74,24 % son carreteras pertenecientes a la red vecinal (39.460,79 km), a un promedio de 7,36 metros de puente por 1 2

Superintendencia Forestal., Plan de Acción Forestal para Bolivia PAF-BOL Lic. Andrés Zapata P., “Tesis de Grado: Aplicación de la Ley Forestal”, U.C.B., 2000, Pág. 1

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1-5

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

kilómetro de carretera tenemos 290.431,4 m de puentes requeridos en el país.3 Si consideramos que el medio ambiente contempla a las materias primas no renovables, la gestión sostenible de las fuentes de

energía, la

biodiversidad, el calentamiento del planeta y los materiales peligrosos, por lo cual los nuevos desafíos medio ambientales para los productos de la cadena forestal son: -

Gestión sostenible de las masas forestales

-

Reducción de los consumos de energía

-

Reducción de las emisiones al aire, agua y suelo

-

Reciclado de materiales

Existen grandes ventajas ecológicas para la utilización de la madera en la construcción: -

Suministro de materias primas renovables

-

La utilización de la madera tiene un impacto ambiental “muy bajo”

-

Presenta grandes ventajas desde el punto de vista de generación de emisiones nocivas al ambiente.

-

La

energía

necesaria

para

su

fabricación

es

prácticamente nula ya que en su creación y desarrollo el árbol utiliza energía solar (función clorofílica). Asimismo el consumo 3

Servicio Nacional de Caminos., Departamento de Planificación Div. Estadística e Inv. Vial., “Puentes de La Red Vial Fundamental”.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1-6

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

de energía en el proceso de transformación de la madera es muy inferior si se compara con los del acero, aluminio o cemento, por lo que contamina mucho menos. -

Se cierra el ciclo del carbono (energía renovable - cierre del ciclo del material = biodegradación)

-

En el caso de demoliciones las estructuras se puede reciclar, mitigando los aspectos nocivos al medio ambiente. Las mejoras en las técnicas de fabricación y los nuevos productos aprovechan todos los residuos. Con ello se consigue un aprovechamiento integral de la madera.

Es importante aprovechar los bosques de manera ordenada con el respeto al medioambiente y la conservación del equilibrio ecológico, por lo cual la utilización de bosques debe incluir características de reforestación y cuidado. Los puentes de madera son excelentes estructuras que se construyen generalmente con carácter provisional y en caminos vecinales donde abunda la materia prima – madera, y su utilización es conveniente por el bajo costo, construcción rápida, fácil ejecución y especialmente por sus ventajas frente a los aspectos ambientales que poseen otros materiales. Estos puentes son indicados para países como el nuestro en el que existen grandes extensiones de bosques tropicales y subtropicales que

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1-7

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

cubren el territorio y permiten una construcción a bajo costo, con un gran impacto social y muy poco impacto ambiental. 1.1

Puentes de Madera y sus Principales Partes. Los puentes son obras de arte destinadas a salvar depresiones del

terreno, pasos sobre corrientes de agua o cruces a desnivel que permiten la circulación ininterrumpida de peatones, vehículos y otros.4 Las principales partes de un puente se clasifican en dos grandes grupos: -

Superestructura.

-

Infraestructura.

La superestructura está constituida en términos generales por las vigas de puente, diafragma, tablero, aceras, postes, pasamanos, durmientes, rieles, etc.5 La infraestructura es el conjunto de columnas intermedias o pilas y estribos que son los muros de contención en los costados y que soportan a la superestructura. Se consideran partes accesorias de los puentes, las prolongaciones de los aleros de los estribos, los defensivos, los pedraplenes y protecciones, y las alcantarillas de desfogue.6 El presente documento contempla exclusivamente a la superestructura, tratando de encontrar los “puentes tipo” más recomendables para diferentes luces, y no así para algún caso en particular, además serán simplemente 4

Ing. Hugo Belmonte G., “Puentes”, Cuarta Edición, Editorial Ramirez, 1990, Pág. 11 IBIDEM, Pág. 13 6 Ing. Hugo Belmonte G., Ob. Cit., Pág. 13 5

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1-8

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

apoyados, y por ser un estudio destinado a caminos vecinales y construcción de bajo costo serán de una sola vía.

Barandado

Rasante

Tablero

Vigas Estribos

FIGURA N° 1.1 - Partes Constitutivas de un Puente

1.2

Clasificación de los Puentes de Madera. 7 Los principales tipos de puentes de madera son los siguientes:

7

-

Puentes con vigas simples o compuestas.

-

Puentes con vigas armadas.

-

Puentes con vigas formadas por reticulares.

Ing. Hugo Belmonte G., Ob. Cit., Pág. 184

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1-9

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

1.2.1

Puentes con Vigas Simples o Compuestas.

Son puentes para salvar luces cortas que en su forma más elemental son vigas simplemente apoyadas con escuadrías pequeñas y con tablero superior. Cuando se usan vigas compuestas se debe cuidar la unión de éstas, para que trabajen adecuadamente.8 Se analizarán distintas posibilidades para la construcción de este tipo de puentes, considerando diferentes luces, varios números de vigas con distintas posiciones y diversos sistemas de piso, para determinar entre todos éstos el más económico y el que menor impacto presente al ambiente. Las vigas simples a considerar, serán de dos tipos: de sección aserrada y de sección rolliza. Las vigas compuestas serán vigas de sección rectangular puestas una encima de la otra y unidas mediante el sistema de clavijas y pernos.

8

IBIDEM, Pág. 184

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 10

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

BARANDADO ACERAS

VIGA SIMPLE

HUELLERAS VIGAS TRANSV.

VIGA COMPUESTA

VIGAS LONGITUDINALES

VIGAS TRANSVERSALES

VIGAS LONGITUDINALES

FIGURA N° 1.2 – Puente con Vigas Simples o Compuestas.

1.2.2

Puentes con Vigas Armadas.

En obras de ingeniería muchas veces se tienen que salvar luces mayores, que no podrían cubrir elementos de madera corrientes, lo que da lugar al nacimiento de vigas armadas de diferentes tipos. La construcción de estos puentes de madera han dado muy buenos resultados en el aspecto económico, como en el rendimiento, ya que construir estructuras de hormigón armado en lugares alejados de los centros de producción y consumo hace impracticable su solución. De ahí la importancia en nuestro

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 11

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

medio de utilizar las propiedades que tienen estas vigas armadas. Las vigas armadas a analizar serán vigas armadas inferiormente con sopanda y a tope.

La viga armada es una viga de apoyos intermedios, formados no, como en el caso de una viga continua, por apoyos vinculados rígidamente a tierra, si no por elementos de suspención que representan los apoyos elásticos.9

Para estos puentes, se considerarán como variables: La longitud de la luz, el número de vigas, las posiciones de las mismas y los diversos sistemas de piso, para obtener entre estos el más económico y el que involucre un menor impacto al ambiente.

Viga Longitudinal Vigas Transversales Viga Jabalcón

Viga Jabalcón

Barandado Acera Huellera

Viga Longitudinal Vigas Transversales

FIGURA N° 1.3 – Puente con Vigas Armadas a tope.

9

Ing. Raúl Machicao, “Estructuras de Madera”, Pág. 75

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 12

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Viga Longitudinal Vigas Transversales

Viga Sopanda

Viga Transversal

Viga Jabalcón

Viga Jabalcón

Barandado Acera

Huellera

Viga Longitudinal Vigas Transversales

FIGURA N° 1.4 – Puente de Vigas Armadas con Sopanda.

1.2.3

Puentes con Vigas Formadas por Reticulares.

Los puentes camineros ejecutados con vigas armadas, permiten salvar luces mayores que los de vigas simples o compuestas. Para luces mayores es recomendable recurrir a los reticulares, preferentemente de cordones paralelos, como es el caso de este trabajo. En este tipo de puentes se debe tener mucho cuidado en utilizar madera completamente

seca,

porque

de

lo

contrario

pueden

producirse

deformaciones excesivas.10

10

Ing. Hugo Belmonte G., Ob. Cit., Pág. 191

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 13

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

En este tipo de puentes se analizarán las diferentes variantes como en los anteriores tipos de puentes, considerando además diferentes reticulares (Warren, Howe y King). Barandado

Acera

Huellera

Vigas Transversales

Reticulares

Riostras

Cordón Superior Cordón Inferior Diagonales

Diagonales

FIGURA N° 1.5 – Puente con Vigas Formadas por Reticulares Tipo Warren.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 14

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Barandado

Acera

Huellera

Vigas Transversales

Reticulares

Riostras

Cordón Inferior

Cordón Superior

Diagonales

Montantes

FIGURA N° 1.6 – Puente con Vigas Formadas por Reticulares Tipo Howe.

Barandado

Acera

Huellera

Vigas Transversales

Reticulares

Riostras

Montantes

Cordón Superior

Cordón Inferior

Diagonales

FIGURA N° 1.7 – Puente con Vigas Formadas por Reticulares Tipo King.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 15

CEMLA

2

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Antecedentes. Existe una gran variedad de puentes de madera, el presente trabajo

trata de especificar los puentes tipo de madera más recomendados para distintas luces como una solución ambiental sostenible. En la actualidad se tiene conciencia de los graves problemas ocasionados por inundaciones, que

fenómenos naturales (gestión de riesgos) como las provocan la destrucción de obras civiles, puentes y

caminos, y el problema que representa reconstruir las mismas en cortos periodos de tiempo y

a

bajo costo y principalmente sin afectar o

minimizando los daños al medio ambiente, para tales situaciones los puentes de madera se presentan como una solución práctica, además en zonas en las cuales resulta imposible, demasiado caro o ambientalmente inadecuado el construir puentes con materiales tales como el hormigón, esta solución de puentes de madera es la mejor solución . Si bien en la actualidad los puentes de madera se han dejado de lado con el desarrollo del hormigón armado y pretensado, en el caso del oriente boliviano su utilización se hace óptima debido a su bajo costo y construcción práctica. La gran variedad de maderas existente en la zona, hacen de este tipo de puentes excelentes estructuras.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 16

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Conociendo que Bolivia cuenta con 52 millones de hectáreas de riqueza forestal, es decir que tiene el 1,28% del acervo forestal mundial, podemos afirmar que Bolivia es un país boscoso. El país tiene una extensión total de 109.858.100 hectáreas, de las cuales el 22% corresponden a la cordillera oriental, el 15% a los valles y el 62% a los llanos tropicales. En cuanto a la clasificación de suelos tenemos: El 10% corresponde a tierras con pastos, el 14% a tierras anegadas, el 25% a tierras cultivables y finalmente el 51% a tierras boscosas, lo cual ratifica la vocación boscosa de Bolivia y por tanto demuestra que la solución de puentes de madera es, para muchos casos una solución que no se puede dejar de lado.11 Se calcula que los bosques de Bolivia contendrían alrededor de 1.412 millones de metros cúbicos de madera en pie y el volumen potencial aprovechable en función de bosque varia de 3 a 30 m³/ha por lo tanto, la construcción de puentes de madera es económica y aconsejable para nuestro país.12 Ahora bien, el país cuenta con 53.153 km. de carreteras, de las cuales el 74,24 % son carreteras pertenecientes a la red vecinal, el 11,46 % pertenecen a la red complementaria y el 14,30 % pertenecen a la red fundamental, esta última cuenta con 21.575,5 metros de puentes en sus 17 rutas (7.602 Km. de carreteras), tendremos un promedio de 7,36 metros de puente por kilómetro de carretera. A pesar de que esta media, no es la 11 12

Superintendencia Forestal., Plan de Acción Forestal para Bolivia PAF-BOL Lic. Andrés Zapata P., “Tesis de Grado: Aplicación de la Ley Forestal”, U.C.B., 2000, Pág. 1

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 17

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

misma para las otras rutas, podemos considerar a este valor como una aproximación al real que obtendríamos

en las otras rutas (rutas de las

cuales no se tiene el dato necesario).13

Ruta 1

Descripción

2 3 4

m. puent. 1529,2

Desaguadero – La P az – Oruro – P otosí – Tarija – Bermejo

320

Kasani – Tiquina – Huarina – La P az

2662,6

La P az – Caranavi – Quiquibey– Yucumo – San Borja – San Ignacio - Trinidad Hito 18 (Chile) – P atacamaya – Caihuasi – Cochabamba – Villa Tunari – Santa Cruz – P ailas - Concepción

9225,6

5

La P alizada – Saipina – Aiquile – Sucre – Retiro – P otosí – Uyuni – J ulaca – Hito 60 (front. Chile)

2045,7

6

Hito Villazón (front. P araguay) – Boyuibe – Camiri – Ipati – Moteagudo – P adilla – Tarabuco - Sucre

304,9

7

Cochabamba – P aracaya – Epizana – Comarapa – Samaipata – Angostura – Cr. Rt. 9

246,3

8

Guayanamerin – Riberalta – El Choro – Santa Rosa – Reyes – Cruce Rurrenabaque - Yucumo

1178,9

9

P ocitos (front. Argentina) – Yacuiba – Villamontes – Camiri – Santa Cruz – P ailon – Yotau - Trinidad

2238,6

10

San matías – Concepción – San Ramón – Los Troncos – P to. Banegas – Okinawa - Guabira

449,4

11

253,7

Cr. Rt. 1 Entre Rios – P alos Blancos – Cr. Rt. 9

12

P isiga – Sabaya – Huachacalla – Toledo – Oruro – P aria - Caihuasi

13

Cobija – P orvenir – P uerto Rico – El Sena – P eña Amarilla – El Choro

14

17

0,00 870,5

Villazón – Tupiza – Cotagaita – Vitichi – Cuchu Ingenio

15 16

250,3

0,00

Ivigarzama – P uerto Villarroel

0,00

Huarina – Achacachi – Apolo – Ixiamas – Alto Madidi – Chive – P orvenir – Ramal San Buena Ventura

0,00

San Ignacio de Velasco – San Miguel – San Rafael – La Fortuna – San J ose

Tipo de Red

Paviment.

Ripio

Tierra

Total [Km]

Fundamental

2409

4027

1166

7602

Complementaria

304

3529

2258

6091

Vecinal

220

8824

30416

39460

Total [Km]

2933

16380

33840

53153

15

13

Servicio Nacional de Caminos., Departamento de Planificación Div. Estadística e Inv. Vial., “Puentes de La Red Vial Fundamental”. 14 IBIDEM 15 Servicio Nacional de Caminos. Departamento de Planificación Div. Estadística e Inv. Vial., “Estadística Vial ”, 1996, Pág. 23

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 18

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Si consideramos para el presente trabajo solo la red vecinal tendremos: Una longitud total de 39.460 Km. de carreteras, a un promedio de 7,36 m de puente por kilómetro de carretera, y para un costo de 2.000,00 $US por metro lineal de puente de hormigón armado (una vía) y un costo promedio de 550,00 $ US por metro lineal de puente de madera (una vía) tendremos :

- Un costo total de : 580.851.200,00 $ US para puentes de hormigón armado solo en la red vecinal. - Un costo total de : 159.734.080,00 $ US para puentes de madera solo en la red vecinal.

Por lo tanto el ahorro que produce esta alternativa de puentes de madera es aproximadamente de: 421.117.120,00 $US, el cual es un monto muy importante para un país como el nuestro. Este valor es además incrementado en gran medida, si consideramos el desarrollo económico que pueden tener las localidades beneficiadas con este tipo de estructuras.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 19

CEMLA 3

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Objetivos. Objetivos Generales.

3.1

El objeto del presente trabajo es el de presentar una solución para la superestructura de puentes que sea práctica, social, económica y ambiental, que permita rehabilitar, desarrollar y mejorar la actividad de las distintas regiones del país en un corto periodo de tiempo y a bajo costo. Objetivos Específicos.

3.2

El objeto del presente trabajo es el de expandir, desarrollar y demostrar las cualidades que presenta la solución ambiental de puentes de madera, para zonas con pocos recursos, tiempo o carencia de otros materiales. Además obtener en función de la economía de los diferentes puentes el puente tipo más recomendable (el de menor costo) para cada tipo de luz a ser salvada por la estructura, de esta manera obtener una solución sostenible. 4

Justificación. Debido a la gran cantidad de posibles soluciones o tipos de puentes de

madera que pueden existir, cuyo límite se da por la imaginación del proyectista y por el grado de tecnología, se limita el presente trabajo solo a los mencionados anteriormente.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 20

CEMLA 4.1

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Economía. Es un factor fundamental en el presente trabajo, debido a que

generalmente las regiones que requieren estas obras cuentan con muy pocos recursos, por tanto se presenta la solución de puentes de madera, de bajo costo de inversión, debido a que su construcción no requiere de gran desarrollo técnico ni de gran despliegue de maquinaria. 4.2

Social. Es otro factor fundamental del presente trabajo, que permite un

desarrollo a corto plazo en la región, gracias a que los puentes de madera tienen gran facilidad de construcción y lanzamiento, además dan la posibilidad de generación de empleo en la zona. 4.3

Ambiental. La gran cantidad de energía necesaria para la transformación de varios

materiales como ser cemento, acero, etc. Involucrados en la construcción de puentes es una consideración ambiental importante a la hora de definir el tipo de estructura a emplear, además del hecho ante todo obvio que la madera es un recurso renobable.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 21

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

CAPITULO 2.

2

REQUISITOS MÍNIMOS PARA EL EMPLEO DE LA MADERA.

Generalidades.

5

En nuestro país las especies de maderas latifoliadas son las que representan el volumen importante de nuestros bosques. Como se vio en el capítulo anterior, los bosques de nuestro país cubren aproximadamente el 51% (560.277 Km²) de la superficie de la superficie total 1.098.581 Km², constituyendo una gran recurso para la obtención de madera para construcción. La mayoría de las especies existentes en nuestra región son las maderas Tropicales (latifoliadas), por tanto, el presente trabajo que está dirigido a la construcción con maderas, se basa en el Manual de Diseño para Maderas del Grupo Andino PADT-REFORT (Proyectos Andinos de Desarrollo Tecnológico – Recursos Forestales Tropicales), el cual estudia a este tipo de maderas. Una de las principales diferencias existentes entre maderas de coníferas y latifoliadas, y que constituye una gran característica notoria en el comportamiento mecánico es aquella relacionada con la resistencia y rigidez.16

16

Grupo Andino (PADT-REFORT), “Manual de Diseño para Maderas”, Junta del Acuerdo de Cartagena, Colombia, 1984, Pág. 1-2

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 22

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

De modo general se puede afirmar que a igual densidad, las maderas latifoliadas de los bosques andinos muestran mayor resistencia que las maderas de coníferas.17 Las características de elasticidad en las maderas latifoliadas, son similares o en algunos casos mayores a las maderas de coníferas. En ensayos de vigas a escala natural se pueden observar deformaciones importantes antes de que se produzca la falla; si se descarga el espécimen durante el ensayo se recupera casi toda la deformación.18 La deformación máxima que se presenta en la rotura, comparada con aquella del límite elástico es grande, lo que resulta en un comportamiento dúctil, mayor aún cuando se trata de vigas en condición verde.19 6

Propiedades Resistentes de la Madera. En la madera se pueden reconocer tres direcciones principales, que

pueden considerarse ortogonales entre sí, estas direcciones son la longitudinal, la tangencial y la radial, de las cuales, la radial y la tangencial son perpendiculares al grano. En la práctica se consideran dos direcciones: la dirección longitudinal o paralela a la fibra y la dirección transversal o perpendicular al grano.

17

Grupo Andino (PADT-REFORT), Ob. Cit., Pág. 1-2 IBIDEM, Pág. 1-2 19 IBIDEM, Pág. 1-2 18

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 23

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Las principales propiedades resistentes de la madera son: resistencia a la compresión paralela al grano, la compresión perpendicular al grano, la flexión, la tracción y corte paralelo al grano.20 7

Propiedades Elásticas de la Madera. El módulo de Elasticidad, el módulo de corte y el módulo de Poissón

representan las características elásticas de un material. La madera como material ortotrópico tiene tres módulos de elasticidad, tres módulos de corte y seis módulos de Poissón, orientados y definidos según los tres ejes ortogonales. Desde el punto de vista ingenieril puede suponerse que el material es homogéneo lo que permite considerar sólo tres.21 7.1

Módulo de Elasticidad. El módulo de elasticidad de la madera puede ser obtenido directamente

de una curva esfuerzo – deformación en ensayo de compresión paralela. Puede también ser hallado por métodos indirectos como en los ensayos a flexión. Según los resultados obtenidos en maderas tropicales el módulo de elasticidad en compresión paralela es mayor que el obtenido en flexión estática, no obstante, usualmente se toma el segundo como genérico de la

20 21

IBIDEM, Pág. 1-21 Grupo Andino (PADT-REFORT), Ob. Cit., Pág. 1-25

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 24

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

especie, por ser las deflexiones en elementos a flexión criterio básico en su dimensionamiento.22 7.2

Módulo de Corte o Rigidez. El módulo de corte relaciona las deformaciones o distorsiones con los

esfuerzos de corte o cizallamiento que les dan origen, τ

= G γ . Existen

diferentes valores para este módulo en cada una de las direcciones de la madera, sin embargo el más usual es el que sigue la dirección de las fibras. Los valores reportados para esta propiedad varían entre 1/16 y 1/25 del módulo de elasticidad lineal.23 7.3

Módulo de Poissón. 24 Se conoce como módulo de Poissón a la relación que existe entre

deformación lateral y deformación longitudinal. Para el caso de la madera existen en general 6

módulos de Poissón ya que se relacionan las

deformaciones en las direcciones longitudinal, radial y tangencial. La madera presenta diferentes valores según las direcciones que se consideren, se ha reportado para maderas coníferas valores del orden de 0,325 para densidades de

0,5 gr/cm³.

22

IBIDEM, Pág. 1-26 IBIDEM 24 Grupo Andino (PADT-REFORT), Ob. Cit., Pág. 1-27 23

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 25

CEMLA 8

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Tipos de Maderas a Emplear. Las maderas empleadas como elementos estructurales deben cumplir

ciertos requisitos que garanticen la resistencia y durabilidad proyectadas. Las características y propiedades mencionadas anteriormente, dividen a las maderas en tres grandes grupos: -

Maderas duras (A).

-

Maderas intermedias (B).

-

Maderas blandas (C).

En el presente documento se usarán maderas Intermedias para los elementos resistentes de los puentes, tales como: Vigas longitudinales, vigas transversales, huellera, etc., y las maderas Blandas se usarán en el barandado y la acera. No se emplearán las maderas duras, debido a que las características que presentan estas maderas varían en gran proporción con las características dadas por bibliografía similar (Ing. Raúl Machicao, “Estructuras de Madera”), además los requerimientos para estas maderas duras, que presenta la PADT-REFORT son demasiado altos, por lo tanto son maderas difíciles de conseguir. Por ejemplo la tensión admisible en flexión para estas maderas es de 21 MPa, la cual equivale a una tensión característica de un hormigón de buena calidad. A continuación se mostrarán las principales propiedades que deben cumplir las maderas, para los diferentes grupos empleados: 25

25

Grupo Andino (PADT-REFORT), Ob. Cit., Pág. 13-3

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 26

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Grupo

Propiedad Modúlo Elástico Esfuerzo Admisible enFlexión Esfuerzo Admisible enCortante Esfuerzo Admisible enTracción Esf. Adm. CompresiónParalela Esf. Adm. CompresiónPerpendicular Peso Propio Módulo de Poissón = 0,325

9

B 100000 150 12 105 110 28 1000

C 90000 100 8 75 80 15 900

Unidad Kg/cm² Kg/cm² Kg/cm² Kg/cm² Kg/cm² Kg/cm² Kg/m³

26

Principales Factores que Influyen en la Madera Estructural. Toda la madera a ser empleada como elemento estructural, deberá

cumplir con un mínimo de requisitos que permitan obtener las resistencias y durabilidad deseadas. Para la selección de la madera adecuada, se realiza una clasificación visual que permite detectar cualquier irregularidad o imperfección que afecte a sus propiedades mecánicas, la madera deberá ser proveniente de las especies forestales consideradas como adecuadas para construir, la madera además deberá tener una buena durabilidad natural o estar adecuadamente preservada. La calidad de la madera es afectada por diversos factores o agentes, a continuación se presentan definiciones para los diferentes tipos de defectos agrupados según su origen. 9.1

26 27

Principales Defectos Producidos por Agentes Biológicos.27

IBIDEM, Pág. 1-27 Ing. Rolando Valdivieso F., “Proyecto de Grado: Puentes de Madera una Solución Práctica”, Universidad Mayor de San Andrés, La Paz – Bolivia, 1993, Pág. 8

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 27

CEMLA

9.2

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

-

Pudrición Incipiente.

-

Pudrición Avanzada.

-

Pudrición Castaña.

-

Pudrición Clara.

-

Mancha.

-

Atabacado.

-

Perforaciones Grandes.

-

Perforaciones Pequeñas.

Principales Defectos Producidos Durante el Apeo, Transporte y Almacenamiento28.

9.3

28 29

-

Desgarramiento.

-

Fractura o Falla de Compresión.

-

Rajadura.

Principales Defectos Producidos Durante el Secado.29 -

Grieta.

-

Rajadura.

-

Endurecimiento Superficial.

-

Colapso.

-

Alabeo.

-

Abarquillado.

Ing. Rolando Valdivieso F. Ob. Cit., Pág. 9 Ing. Rolando Valdivieso F. Ob. Cit., Pág. 10

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 28

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

-

Arqueado o Combado.

-

Encorvado.

-

Torcedura.

Principales Defectos Producidos por el Aserrado.30

9.4

10

-

Arista Faltante.

-

Picada.

-

Mala Escuadría.

Maderas a Emplear en los Diferentes Puentes.

El número de maderas a emplear que pueden ser adecuadas para la construcción es muy grande, mucho mayor que el número de especies que actualmente se conocen y destinan a esta aplicación. Como se aclaró anteriormente No se emplearán las maderas duras, debido a que las características proporcionadas por la PADT-REFORT varían en gran proporción con las características dadas por otra bibliografía similar (Ing. Raúl Machicao, “Estructuras de Madera”), además los requerimientos para estas maderas duras, que presenta la PADT-REFORT son demasiado altos, por lo tanto son maderas difíciles de conseguir.

A continuación se indican algunas maderas que existen en el país, las cuales pertenecen a los grupos anteriormente mencionados y que serán 30

Ing. Rolando Valdivieso F. Ob. Cit., Pág. 12

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 29

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

empleados en el presente trabajo. Se ha considerado apropiado el agruparlas en dos grupos estructurales : -

Maderas Intermedias (grupo B)31.- Entre las principales están: Almendrillo, Blanquillo, Curupau, Guayabchi y negrillo.

-

Maderas Blandas (grupo C)32.- Entre las principales están: Ayo-Ayo, Bibosi, Coquino, Kaki, Mapajo, Ochoó, Pacay, Palo María, Sangre de Toro, Plumero, Serebó, Tachore, Verdolago y Yesquero.

3

CAPITULO 3. CARGAS DE DISEÑO PARA LOS DIFERENTES TIPOS DE PUENTES.

11

Generalidades.

En general existen varias solicitaciones que se deben considerar en el diseño de los puentes, se tiene: El peso propio, la carga viva, el impacto, el frenado, el viento, la fuerza de la corriente del agua, la subpresión, la fuerza centrífuga, el sismo y otras particulares como ser el choque de los hielos etc.

31 32

Superintendencia Forestal, Resolución N° 011/98 , Pág. 23 IBIDEM.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 30

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Las magnitudes de estas solicitaciones están basadas en datos empíricos y están definidas en normas o reglamentos para el diseño de los puentes.33

Por tratarse de puentes tipo de madera se considerará solo a la superestructura y por consiguiente solo a las cargas que actúen sobre ella, por estos motivos las cargas a considerarse en el presente trabajo son: La carga muerta debida al peso propio de la estructura y la carga viva (camión tipo y carga equivalente). Como se verá más adelante el impacto no es considerado en estructuras de madera. 12

Análisis de Cargas Muertas. La carga muerta consistirá del peso completo de la estructura,

incluyendo la calzada, veredas, vías para vagones, cañerías, tuberías, cables y otros servicios públicos. La nieve y la carga de hielo se considera como compensada por la concomitante disminución de la carga viva y el impacto y no se tomará en cuenta, salvo bajo condiciones especiales (no se considera en el presente trabajo). El peso propio recomendado por la PADT-REFORT34 para los diferentes grupos de maderas es el que se muestra a continuación: 33

Ing. Hugo Belmonte G., “Puentes”, Cuarta Edición, Editorial Ramirez, 1990, Pág. 59 Grupo Andino (PADT-REFORT), “Manual de Diseño para Maderas”, Junta del Acuerdo de Cartagena, Colombia, 1984, Pág. 16-6

34

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 31

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

- Maderas duras (grupo A) : 1100 kg/m³ - Maderas intermedias (grupo B) : 1000 kg/m³ - Maderas blandas (grupo C) : 900 kg/m³ 13

Análisis de Cargas Vivas.

La carga viva la constituye el vehículo tipo que circulará por el futuro puente, estos vehículos tipo y sus cargas son proporcionados por las distintas normas para el diseño de puentes. La permanencia de esta carga viva sobre los puentes es en general inferior a las 24 horas. El reglamento A.A.S.H.T.O. distingue dos tipos de carga viva: Camión tipo que se toma como carga única por cada faja de tráfico y su correspondiente carga equivalente que reemplaza al camión tipo al haberse sobrepasado una determinada longitud.35 13.1

Camiones Tipo. 36 Adoptando la nomenclatura del sistema internacional, se distinguen los

camiones sencillos M y los que tienen acoplado como MS, adoptando la notación inglesa se tienen los camiones sencillos H y los camiones con acoplado HS. Los camiones sencillos M o H están formados por dos ejes de ruedas espaciadas a 4,3 m, con las ruedas delanteras pesando la cuarta parte de las traseras. Cada eje consta de dos ruedas las que están espaciadas a 1,8m. 35 36

Ing. Hugo Belmonte G., “Puentes”, Cuarta Edición, Editorial Ramirez, 1990, Pág. 59 IBIDEM, Pág. 59

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 32

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Pertenecen a este grupo el H20 (M18) y el H15 (M13.5) cuyos pesos son respectivamente de 20 y 15 toneladas inglesas, que en unidades del sistema internacional los pesos de los ejes son los que se detallan a continuación:

Camión

Eje delantero

Eje trasero

Tipo H

0,2 W

0,8 W

H20(M18)

36kN

144Kn

H15(M13,5)

27kN

108kN

H10(M9)

18kN

72kN

37

Donde : “ W ” es el peso total del camión.

Los camiones HS o MS están formados por un camión simple H (M) y su acoplado S, es decir que el H es el detallado anteriormente y su acoplado corresponde a la adición de un eje trasero cuya separación es variable entre 4,3 a 9,0 m. Pertenecen a este grupo38 el HS20 (MS18) y el HS15 (MS13.5) con pesos en toneladas inglesas de 36 y 27 respectivamente. Este tipo de camiones será el empleado en el diseño, tomando como camión tipo al HS 20 , el cual se detalla claramente en la siguiente figura :

37 38

IBIDEM, Pág. 60 Ing. Hugo Belmonte G., Ob. Cit., Pág. 61

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 33

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

F IG U R A N ° 3 -1 C A M IO N T IP O H S 2 0 = M S 1 8

J S Z

4 .3

4 .3 a 9 .0

0 .6

1 .8

0 .6

3 .0

0 .2 W

0 .8 W

0 .8 W

36 kN

144 kN

14 4 k N

0 .1 W

A n c h o d e F a ja

0 .4 W

0 .4 W

C A M IO N T IP O HS o MS

1 .8

0 .1 W

0 .4 W

0 .4 W 4 .3

4 .3 a 9 .0

FIGURA N° 3.1 – Camión Tipo HS 20 (MS 18).

En todos los casos incluidos la carga equivalente, el ancho mínimo de cada faja de tráfico39 para el diseño es de 3 m. pudiendo alcanzar un máximo de 4,5 m. Como se dijo anteriormente el camión empleado en el presente trabajo es el H20 (M18) cuyo peso al igual que el del H15 (M13.5) en unidades del sistema internacional se detallan a continuación:

39

Ing. Hugo Belmonte G., Ob. Cit., Pág. 59

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 34

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Eje trasero

Eje Acoplado

Tipo HS

Camión

Eje delantero 0,2 W

0,8 W

0,8 W

HS20(MS18)

36kN

144Kn

144Kn

HS15(MS13,5)

27kN

108kN

108kN

40

Donde : “ W ” es el peso total del camión.

13.2

Carga Equivalente. La carga equivalente tiene la misma nomenclatura que los camiones

tipo, cubriendo a su vez a los camiones con acoplado. Debido a que el camión tipo a ser empleado en el presente trabajo es el HS20, se empleará para este mismo trabajo la correspondiente carga equivalente, la cual es detallada en la siguiente figura con la denominación de HS20 (MS18).

40

IBIDEM, Pág. 61

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 35

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

F IG U R A N ° 3 -2 C A R G A E Q U IV A L E N T E

H 2 0 (M 1 8 ) y H S 2 0 (M S 1 8 ) 80 kN ( 116 kN (

) )

p a ra e l m o m e n t o p a ra e l c o r t a n t e

9 .3 5 k N /m

H 1 5 (M 1 3 .5 ) y H S 1 5 ( M S 1 3 .5 ) 60 kN ( 87 kN (

)

p a ra e l m o m e n to p a ra e l c o r t a n t e

) 7 k N /m

H 1 0 (M 9 ) 40 kN ( 58 kN (

)

p a ra e l m o m e n to p a ra e l c o rta n te

) 4 .6 8 k N /m

FIGURA N° 3.2 – Carga Equivalente.

13.3

Ancho de Fa ja. En el caso general de puentes carreteros, el ancho de faja esta definido

por el número de vías, estimándose como ancho de vía una valor comprendido entre 3 y 4,5 m. Para nuestro caso como se explicó anteriormente 41 estos puentes tendrán solo una vía, adoptando un ancho de faja de 3,2 m , valor en el cual 41

Ver sección 1.1.1 , Pág. 1 - 1

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 36

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

el sistema de piso resulta económico como se verá en el siguiente capítulo. 14

Combinaciones de Carga.

Los siguientes grupos representan varias combinaciones de carga y fuerzas a las que la estructura de un puente puede estar sometida. Cada componente de la estructura o la fundación a la que ésta corresponda, debe ser diseñada para resistir sin peligro todos los grupos de combinaciones de estas fuerzas elegidos en función de su aplicabilidad a cada caso. Estos grupos de combinaciones de carga, están dados por:42 Grupo # = µ(ßDD+ßI(L+I)+ßCCF+ßeE+ßbB+ßsSF+ßwW+ßWLWL+ßLFLF+ßR(R+S+T)+ßeqEQ+ßiceICE)

El presente trabajo, se lo realizará en el estado de servicio solamente, debido a que en todos los puentes el material empleado es la madera. Por este carácter general y por tratarse de un estudio con influencia de la economía de la superestructura, varias cargas que influyen en la infraestructura serán dejadas de lado, tales cargas como presión de la corriente de agua, empuje de tierras, subpresión, etc. A continuación se muestran las combinaciones para puentes en estado de servicio:43 Grupo 1 = D+(L+I)+CF+ßeE+B+SF Grupo 2 = D+E+B+SF+W Grupo 3 = D+(L+I)+CF+ßeE+B+SF+0.3W+WL+LF Grupo 4 = D+(L+I)+CF+ßeE+B+SF+(R+S+T) Grupo 5 = D+E+B+SF+W+(R+S+T) 42 43

Ing. Hugo Belmonte G., Ob. Cit., Pág. 91 IBIDEM, Pág. 92

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 37

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Grupo 6 = D+(L+I)+CF+ßeE+B+SF+0.3W+WL+LF+(R+S+T) Grupo 7 = D+E+B+SF+EQ Grupo 8 = D+(L+I)+CF+E+B+SF+ICE Grupo 9 = D+E+B+SF+W+ICE Grupo 10 = D+(L+I)+ßeE

Donde:44 - D : Carga muerta - L : Carga viva - I : Impacto por carga viva - CF : Fuerza centrífuga - E : Empuje de tierras - B : Subpresión - SF : Presión de la corriente de agua - W : Carga de viento en la estructura - WL : Viento en la carga viva - LF : Fuerza longitudinal de frenado - R : Acortamiento de bielas - S : Retracción - T : Temperatura 4

CAPITULO 4. DISEÑO DE LOS PUENTES TIPO.

44

Ing. Hugo Belmonte G., Ob. Cit., Pág. 93

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 38

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

En el siguiente detalle se muestra el sistema de piso mas eficiente bajo los aspectos técnicos, económicos y ambientales: Es necesario aclarar que para la determinación de las escuadrías en estos elementos se siguieron las recomendaciones de la PADT-REFORT. 4.38 4.2

0.53

3.2

0.53

1.45

1.1

Pasamanos 2 x 4 plg

Aceras 10 x 1 plg

1.8

Superficie de Desgaste Esp. 1 plg

Postes 4 x 4 plg cada 1 m 0.5 0.21

Huelleras 2 x 12 x 4 plg

Vigas de Apoyo

Vigas Transversales 6 x 6 plg cada 0,5 m

2 x 8 plg

Vigas Longitudinales

Riostras

FIGURA N° 4.13 - Acera, Barandado y Vigas Transversales.

Por lo tanto la carga permanente que se da por la baranda, la acera y el sistema de piso es CM = 420 kg/m y las siguientes cantidades de material: -

Madera : 167 ft²/m

-

Clavos : 140 L=4 ½” cada metro

-

Pernos : 4 Ø=3/4” L=12” cada metro

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 39

CEMLA 15

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Tipos de puentes considerados.

Se deberá evaluar estructuralmente una gran variedad de puentes para determinar luego entre todos ellos a los puentes de menor costo, para tal propósito se analizarán los siguientes tipos de puentes: -

Puentes con vigas simples

-

Puentes con vigas compuestas con clavijas o tacos.

-

Puentes con vigas armadas inferiormente a tope

-

Puentes con vigas armadas inferiormente con sopanda.

-

Puentes con vigas formadas por reticulares tipo Warren.

-

Puentes con vigas formadas por reticulares tipo Howe.

-

Puentes con vigas formadas por reticulares tipo King.

Considerando las posibles variaciones en cuanto a la geometría y número de elementos, observando el gran espectro de posibilidades, se podrá determinar el tipo mas recomendable para cada tipo de puentes. Considerando el aspecto ambiental, se considera las estructuras con mejor rendimiento, obteniendo mayores luces con menor material. 16

Terminología a ser Empleada Para la Descripción de Cada Puente.

A continuación se muestra de forma resumida y esquemática la terminología empleada para describir cada variación en cada grupo de puentes considerados. Esta terminología se hace necesaria debido a la gran

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 40

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

cantidad de variables a ser analizadas en el momento de diseñar los puentes.

N ú m e r o q u e i d e n t i f i c a a la lu z d e c á l c u lo N ú m e r o q u e id e n t if ic a a l a c a n t i d a d d e v i g a s

5: V S - 2 - C T ip o d e v i g a s l o n g i t u d i n a le s : R ( a s e r r a d a ) o C ( r o l li z a ) T i p o d e p u e n t e : V S ( v ig a s s i m p le s ) o V C ( v i g a s c o m p u e s t a s )

T ip o d e p u e n t e : T ( a r m a d a a t o p e ) A lt u r a d e l a v i g a a r m a d a

1 3 : T - 6 - 1 ,5 - C T i p o d e s e c c i ó n p a r a la v i g a lo n g . : R ( a s e r r a d a ) o C ( r o ll iz a ) N ú m e r o d e v ig a s a r m a d a s N ú m e r o q u e id e n t if i c a la L u z

T ip o d e p u e n t e : S ( a r m a d a c o n s o p a n d a ) A l t u r a d e la v ig a a r m a d a L o n g i t u d d e la S o p a n d a

1 3 : S - 6 - 1 ,5 - C

- 4 T i p o d e s e c c ió n p a r a la v ig a lo n g . : R ( a s e r r a d a ) o C ( r o ll i z a ) N ú m e r o d e v ig a s a r m a d a s N ú m e r o q u e id e n t if ic a la L u z

N ú m e r o q u e id e n t if ic a a l a l u z N ú m e r o d e v ig a s r e t ic u l a r e s A lt u r a d e l a v i g a r e t i c u la r

20: W

- 4 - 8 -

2 N ú m e r o d e v a n o s e n la s v i g a s r e t i c u la r e s L e t r a q u e i d e n t i f i c a e l t ip o d e v i g a r e t i c u l a r : W ( w a r r e n ) , H ( h o w e ) y K ( k in g )

FIGURA N° 5.1 – Terminología a emplearse para la descripción de los Puentes.

17

Puentes a ser considerados.

A continuación se muestra una tabla que resume todo lo dicho anteriormente y muestra claramente las variaciones consideradas para las diferentes clases de puentes y las diferentes luces.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 41

CEMLA

N°

Nombre

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Descrip.

Luz Vigas Rola/aserr

Alt.

Vanos Sopn. Alt/luz Sop/Luz

Van/luz

Puentes de vigas simples 1

5: VS-2-C

simple

5

2

C

-

-

-

-

-

-

2

5: VS-4-C

simple

5

4

C

-

-

-

-

-

-

3

5: VS-6-C

simple

5

6

C

-

-

-

-

-

-

4

6: VS-2-C

simple

6

2

C

-

-

-

-

-

-

5

6: VS-4-C

simple

6

4

C

-

-

-

-

-

-

6

6: VS-6-C

simple

6

6

C

-

-

-

-

-

-

7

6: VS-8-C

simple

6

8

C

-

-

-

-

-

-

8

9: VS-4-C

simple

9

4

C

-

-

-

-

-

-

9

9: VS-6-C

simple

9

6

C

-

-

-

-

-

-

10

9: VS-8-C

simple

9

8

C

-

-

-

-

-

-

11

10: VS-4-C

simple

10

4

C

-

-

-

-

-

-

12

10: VS-6-C

simple

10

6

C

-

-

-

-

-

-

13

10: VS-8-C

simple

10

8

C

-

-

-

-

-

-

14

5: VS-6-R

simple

5

6

R

-

-

-

-

-

-

15

6: VS-6-R

simple

6

6

R

-

-

-

-

-

-

16

6: VS-8-R

simple

6

8

R

-

-

-

-

-

-

Puentes de vigas compuestas 17

5: VC-2-R

compuesta

5

2

R

-

-

-

-

-

-

18

5: VC-4-R

compuesta

5

4

R

-

-

-

-

-

-

19

5: VC-6-R

compuesta

5

6

R

-

-

-

-

-

-

20

10: VC-6-R

compuesta

10

6

R

-

-

-

-

-

-

21

10: VC-8-R

compuesta

10

8

R

-

-

-

-

-

-

22

15: VC-6-R

compuesta

15

6

R

-

-

-

-

-

-

23

15: VC-8-R

compuesta

15

8

R

-

-

-

-

-

-

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 42

CEMLA N°

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Nombre

Descrip.

Luz Vigas Rola/aserr

Alt.

Vanos Sopn. Alt/luz Sop/Luz Van/luz

Puentes de vigas armadas con jabalcones a tope 24

5: T-4-0,55-C

tope

5

4

C

0,55

-

-

0,110

-

-

25

7: T-4-0,8-C

tope

7

4

C

0,8

-

-

0,114

-

-

26

10: T-4-1,15-C

tope

10

4

C

1,15

-

-

0,115

-

-

27

10: T-6-1,15-C

tope

10

6

C

1,15

-

-

0,115

-

-

28

10: T-4-1,5-C

tope

10

4

C

1,5

-

-

0,150

-

-

29

10: T-6-1,5-C

tope

10

6

C

1,5

-

-

0,150

-

-

30

10: T-4-2-C

tope

10

4

C

2

-

-

0,200

-

-

31

10: T-6-2-C

tope

10

6

C

2

-

-

0,200

-

-

32

12: T-6-3-C

tope

12

6

C

3

-

-

0,250

-

-

33

13: T-4-1,5-C

tope

13

4

C

1,5

-

-

0,115

-

-

34

13: T-6-1,5-C

tope

13

6

C

1,5

-

-

0,115

-

-

35

13: T-4-1,95-C

tope

13

4

C

1,95

-

-

0,150

-

-

36

13: T-6-1,95-C

tope

13

6

C

1,95

-

-

0,150

-

-

37

13: T-4-2,6-C

tope

13

4

C

2,6

-

-

0,200

-

-

38

13: T-6-2,6-C

tope

13

6

C

2,6

-

-

0,200

-

-

39

14: T-8-3-C

tope

14

8

C

3

-

-

0,214

-

-

40

14: T-8-1,6-C

tope

14

8

C

1,6

-

-

0,114

-

-

41

5: T-2-1-R

tope

5

2

R

1

-

-

0,200

-

-

42

7: T-4-2-R

tope

7

4

R

2

-

-

0,286

-

-

43

10: T-6-1,15-R

tope

10

6

R

1,15

-

-

0,115

-

-

44

10: T-4-3-R

tope

10

4

R

3

-

-

0,300

-

-

45

12: T-6-3-R

tope

12

6

R

3

-

-

0,250

-

-

46

13: T-6-1,5-R

tope

13

6

R

1,5

-

-

0,115

-

-

Puentes de vigas armadas con sopanda 47

10: S-4-1-C-3

sopanda

10

4

C

1

-

3

0,100

0,300

-

48

10: S-4-1-C-4

sopanda

10

4

C

1

-

4

0,100

0,400

-

49

10: S-4-1,5-C-3

sopanda

10

4

C

1,5

-

3

0,150

0,300

-

50

10: S-4-1,5-C-4

sopanda

10

4

C

1,5

-

4

0,150

0,400

-

51

10: S-4-2-C-3

sopanda

10

4

C

2

-

3

0,200

0,300

-

52

10: S-4-2-C-4

sopanda

10

4

C

2

-

4

0,200

0,400

-

53

15: S-6-3-C-4

sopanda

15

6

C

3

-

4

0,200

0,267

-

54

15: S-6-1,5-C-4,5

sopanda

15

6

C

1,5

-

4,5

0,100

0,300

-

55

15: S-6-1,5-C-6

sopanda

15

6

C

1,5

-

6

0,100

0,400

-

56 15: S-6-2,25-C-4,5

sopanda

15

6

C

2,25

-

4,5

0,150

0,300

-

57

15: S-6-2,25-C-6

sopanda

15

6

C

2,25

-

6

0,150

0,400

-

58

15: S-6-3-C-4,5

sopanda

15

6

C

3

-

4,5

0,200

0,300

-

59

15: S-6-3-C-6

sopanda

15

6

C

3

-

6

0,200

0,400

-

60

17: S-6-1,7-C-5,1

sopanda

17

6

C

1,7

-

5,1

0,100

0,300

-

61

17: S-6-3-C-5

sopanda

17

6

C

3,4

-

5,1

0,200

0,300

-

62

18: S-8-3-C-6

sopanda

18

8

C

3

-

6

0,167

0,333

-

63

10: S-4-2-R-3

sopanda

10

4

R

2

-

3

0,200

0,300

-

64

15: S-6-3-R-4

sopanda

15

6

R

3

-

4

0,200

0,267

-

65

17: S-6-3-R-5

sopanda

17

6

R

3

-

5

0,176

0,294

-

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 43

CEMLA N°

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Nombre

Descrip.

Luz Vigas Rola/aserr

Alt.

Vanos Sopn. Alt/luz Sop/Luz Van/luz

Puentes de vigas reticulares tipo W arren 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81

10: W -2-8-1 10: W -4-8-1 15: W -4-8-1,5 20: W -4-8-1,6 20: W -4-10-1,6 20: W -4-12-1,6 20: W -4-8-2 20: W -4-10-2 20: W -4-12-2 25: W -4-10-1,5 25: W -4-8-2 25: W -4-10-2 25: W -4-12-2 25: W -4-8-2,5 25: W -4-10-2,5 25: W -4-12-2,5

warren warren warren warren warren warren warren warren warren warren warren warren warren warren warren warren

10 10 15 20 20 20 20 20 20 25 25 25 25 25 25 25

2 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

-

1 1 1,5 1,6 1,6 1,6 2 2 2 1,5 2 2 2 2,5 2,5 2,5

8 8 8 8 10 12 8 10 12 10 8 10 12 8 10 12

-

0,100 0,100 0,100 0,080 0,080 0,080 0,100 0,100 0,100 0,060 0,080 0,080 0,080 0,100 0,100 0,100

-

0,125 0,125 0,125 0,125 0,100 0,083 0,125 0,100 0,083 0,100 0,125 0,100 0,083 0,125 0,100 0,083

-

0,080 0,080 0,080 0,100 0,100 0,100 0,060 0,080 0,080 0,080 0,100 0,100 0,100

-

0,125 0,100 0,083 0,125 0,100 0,083 0,100 0,125 0,100 0,083 0,125 0,100 0,083

-

0,080 0,080 0,080 0,100 0,100 0,100 0,125 0,080 0,080 0,080 0,100 0,100 0,100 0,120

-

0,125 0,100 0,083 0,125 0,100 0,083 0,125 0,125 0,100 0,083 0,125 0,100 0,083 0,100

Puentes de vigas reticulares tipo Howe 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

20: H-4-8-1,6 20 : H-4-10-1,6 20 : H-4-12-1,6 20: H-4-8-2 20 : H-4-10-2 20 : H-4-12-2 25: H-4-10-1,5 25: H-4-8-2 25: H-4-10-2 25: H-4-12-2 25: H-4-8-2,5 25: H-4-10-2,5 25: H-4-12-2,5

howe howe howe howe howe howe howe howe howe howe howe howe howe

20 20 20 20 20 20 25 25 25 25 25 25 25

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

-

1,6 1,6 1,6 2 2 2 1,5 2 2 2 2,5 2,5 2,5

8 10 12 8 10 12 10 8 10 12 8 10 12

Puentes de vigas reticulares tipo King 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108

20: K-4-8-1,6 20: K-4-10-1,6 20: K-4-12-1,6 20: K-4-8-2 20: K-4-10-2 20: K-4-12-2 20: K-4-8-2,5 25: K-4-8-2 25: K-4-10-2 25: K-4-12-2 25: K-4-8-2,5 25: K-4-10-2,5 25: K-4-12-2,5 25: K-4-10-3

king king king king king king king king king king king king king king

20 20 20 20 20 20 20 25 25 25 25 25 25 25

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

-

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1,6 1,6 1,6 2 2 2 2,5 2 2 2 2,5 2,5 2,5 3

8 10 12 8 10 12 8 8 10 12 8 10 12 10

1 - 44

CEMLA 18

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Modelos Empleados.

A continuación se resumen las principales características de los diferentes modelos a ser empleados en la determinación de los esfuerzos de cada puente. En cuanto a las propiedades de los materiales y las cargas actuantes, éstas fueron descritas a detalle en los capítulos 2 y 3 respectivamente, pero a manera de recordatorio se hará un resumen de éstas más adelante. Puentes de Vigas Simples o Compuestas.

18.1

BARANDADO ACERAS

VIGA SIMPLE

HUELLERAS VIGAS TRANSV.

VIGA COMPUESTA

VIGAS LONGITUDINALES

VIGAS LONGITUDINALES

VIGAS TRANSVERSALES

FIGURA N° 5.2 - Puentes con Vigas Simples o Compuestas. 1

1

2

2

3

FIGURA N° 5.3 – Elementos del Modelo.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 45

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Puentes de Vigas Armadas con Jabalcones a Tope.

18.2

Viga Longitudinal Vigas Transversales Viga Jabalcón

Viga Jabalcón

Barandado Acera Huellera

Viga Longitudinal Vigas Transversales

FIGURA N° 5.4 – Puente con Vigas Armadas a Tope.

Los principales elementos empleados en el modelo estructural pueden ser apreciados en la siguiente figura: LIBERACION DE MOMENTOS EN EL NUDO

1

2

1

2

3

5

4

3

4

5

6

6

7 8

7 8

9

FIGURA N° 5.5 – Elementos del Modelo.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 46

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Puentes de Vigas Armadas con Sopanda.

18.3

Viga Longitudinal Vigas Transversales

Viga Sopanda

Viga Transversal

Viga Jabalcón

Viga Jabalcón

Barandado Huellera

Acera

Viga Longitudinal Vigas Transversales

FIGURA N° 5.6 – Puentes de Vigas Armadas con Sopanda.

La geometría y condiciones del modelo se describen mediante la siguiente figura: LIBERACION DE MOMENTOS EN LOS NUDOS

1

1

2

3

2 7 11

3

4

8 8

4

5

6

7

10

9 9

6

5

10

11

12 12 14

13 13

14

FIGURA N° 5.7 – Elementos del Modelo.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 47

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Puentes de Vigas Reticulares Tipo Warren.

18.4

Barandado

Acera

Huellera

Vigas Transversales

Reticulares

Riostras

Cordón Superior Cordón Inferior Diagonales

Diagonales

FIGURA N° 5.8 – Puente con Vigas Reticulares Tipo Warren.

En cuanto al modelo estructural se refiere, los elementos empleados en el mismo pueden ser apreciados en la siguiente figura, la cual muestra los nudos, las vigas, la numeración, los apoyos y la liberación de momentos:

1

31

2

1

32

101

2

33

101

34

102

3

3

35

102

36

103

4

5

4

37

103

38

104

39

104

5

6

6

40

41

105

105

42

SE LIBERA DE MOMENTOS TODOS LOS NUDOS DE LA VIGA

FIGURA N° 5.9 – Elementos del Modelo.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 48

CEMLA 18.5

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Puentes de Vigas Reticulares Tipo Howe. Barandado

Acera

Huellera

Vigas Transversales

Reticulares

Riostras

Cordón Inferior

Cordón Superior

Diagonales

Montantes

FIGURA N° 5.10 – Puentes con Vigas Reticulares Tipo Howe.

1

1

2

2

3 34

32

101

4

35

101

4

102

102

5

5

38

36

33

31

3

103

6

7

40

37

103

6

42

39 104

104

41 105

105

106

SE LIBERA DE MOMENTOS TODOS LOS NUDOS DE LA VIGA

FIGURA N° 5.11 – Elementos del Modelo.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 49

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Puente de Vigas Reticulares Tipo King.

18.6

Barandado

Acera

Huellera

Vigas Transversales

Reticulares

Riostras

Montantes

Cordón Superior

Cordón Inferior

Diagonales

FIGURA N° 5.12 – Puente de Vigas Reticulares Tipo King.

Al igual que en los anteriores casos, la siguiente figura muestra claramente a los principales elementos que entran en el modelo estructural:

1

2

1 33

31

3

2 35

32

31 72

5

39

38

5

33

34

35

76

78

80

102

77

103

103

6 41

40

74 75 102

4

32 73 101

4

37

36

34

71

3

104

105

42

36 82

79 104

6

105

106

106

101 SE LIBERA DE MOMENTOS TODOS LOS NUDOS DE LA VIGA

FIGURA N° 5.13 – Elementos del Modelo.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 50

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Propiedades de los Materiales (Madera).

18.7

A continuación se muestran las principales propiedades que se emplean en los modelos estructurales, para los diferentes puentes considerados: Grupo

Propiedad Modúlo Elástico Esfuerzo Admisible enFlexión Esfuerzo Admisible enCortante Esfuerzo Admisible enTracción Esf. Adm. CompresiónParalela Esf. Adm. CompresiónPerpendicular Peso Propio Módulo de Poissón = 0,325

19

19.1

B 100000 150 12 105 110 28 1000

C 90000 100 8 75 80 15 900

45

Unidad Kg/cm² Kg/cm² Kg/cm² Kg/cm² Kg/cm² Kg/cm² Kg/m³

46

Volumen, Peso y Costo de los materiales. Costo de la Madera

El costo de la madera toma los siguientes valores medios, extractados de la Superintendencia Forestal. A continuación se presenta una lista con las principales especies de maderas con las que cuenta el país, mostrando el grupo al que pertenecen y su precio:

47

45

Grupo Andino (PADT-REFORT), Ob. Cit., Pág. 13-3 IBIDEM, Pág. 1-27 47 Superintendencia Forestal, Resolución N° 011/08 , Pág. 23 46

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 51

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Especie Ayo - Ayo Almendrillo Bibosi Blanquillo Coquino Curupau Guayabochi Kaki Mapajo Murure Negrillo Ochoó Pacay Palo Maria Sangre de Toro Plumero Serebó Tachore Verdolago Yesquero

Tens. Adm. Flexión [ Kg/cm² ] 97 151 72 164 125 192 161 109 107 117 150 98 113 130 125 115 86 137 135 106

Grupo C B C B C B B C C C B C C C C C C C C C

Precio [ $US/m³ ] Rollizo Rectangular 57,07 103,80 142,80 259,60 78,20 142,13 75,22 138,29 105,33 191,53 105,33 191,53 105,33 191,53 105,33 191,53 69,47 126,27 49,07 89,27 65,60 119,27 65,60 119,27 65,60 119,27 142,80 259,60 105,33 191,53 105,33 191,53 65,60 119,27 49,07 89,27 126,20 229,40 122,07 221,87

Por lo tanto el precio adoptado para la madera es el siguiente: Costo de la Madera Madera Rolliza Precio [ $US ] Grupo B 0,23 Grupo C 0,21 Madera Aserrada Precio [ $US ] Grupo B 0,41 Grupo C 0,38

Unidad ft ² ft ² Unidad ft ² ft ²

Se debe hacer notar que para el cálculo del volumen de madera se considera un 10% de perdidas.

19.2

Costo de las Uniones. A continuación se muestra el costo de las uniones con pernos, que serán

las empleadas en los diferentes puentes diseñados. Se toman en cuenta tres diámetros, Ø1plg , Ø1 1/8plg y Ø11/4plg, estos diámetros son los usados

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 52

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

en las diferentes uniones. La tabla siguiente muestra los diferentes pesos y precios de los pernos y las planchas:

Ø[ plg ] 1 1 1 1 1 1 11/8 11/8 11/8 11/8 11/8 11/8 11/4 11/4 11/4 11/4 11/4 11/4 Esp. [plg] 1/4 3/8 1/2

20

20.1

PE RNOS L [ plg ] Peso [ kg ] 4 0,72 6 0,93 8 1,13 10 1,33 12 1,53 14 1,73 4 0,98 6 1,23 8 1,49 10 1,75 12 2,00 14 2,25 4 1,26 6 1,58 8 1,89 10 2,21 12 2,52 14 2,83 PL ANCHA Pieza [m ²] Peso [kg/m ²] 2 49,53 2 74,29 2 99,06

Costo [ $US ] 0,7 0,9 1,4 1,8 2,1 2,4 2,2 2,7 3,3 3,9 4,6 5,3 3,8 4,4 5,3 6,1 7,0 7,9 Costo [$US/pza] 50 70 90

Tiempo Estimado y Costo de la Mano de Obra. Tiempo de Perforación.48

El tiempo estimado en el que se realiza cada perforación es de 1 minuto por cada orificio, se toma el valor más desfavorable, debido a que consideramos que la mano de obra que se empleará no es especializada, por lo tanto tomaremos el doble del anterior valor. 48

Ing. Rolando Valdivieso F., Proyecto de grado: “Puentes de Madera una solución Práctica”, Universidad Mayor de San Andrés, La Paz Bolivia, 1993, Pág. 89

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 53

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Tiempo de Ensamblaje.49

20.2

El tiempo necesario para el ensamblaje de las piezas de madera para los diferentes puentes es de 15 horas por 1000ft². Este valor de tiempo al igual que los otros es muy importante para determinar el costo de la mano de obra.

20.3

Tiempo de Lanzamiento.50 El tiempo de lanzamiento se estima en dos partes, la primera es un

tiempo fijo que representa el tiempo necesario para la construcción de las torres de lanzamiento, este tiempo es 13 hr. El segundo esta en base al volumen de lanzamiento de las vigas, este tiempo es el siguiente: 10 hr/1000ft². 20.4

Costo de la Mano de Obra. Para el costo total de la mano de obra se requiere saber el porcentaje de

beneficios sociales e incidencias, para lo cual se presenta el siguiente análisis:

49 50

Robert Peurifoy., “Estimación de los Costos de Construcción.”, Cap. 11 Robert Peurifoy., Ob. Cit., Cap. 11

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 54

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Descripción

Días Sin Producción

Pagados

Domingos

52

52

Feriados

11

11

Vacaciones

15

15

Enfermedad

6

6

Ausencias

8

8

Lluvias

8

8

Aguinaldo

-

30

Indeminización

-

30

Total

100

160

Días Efectivos

265

Días Pagados

425

Incidencia

1,6038

Como se puede apreciar se tiene un 60% de incidencia, a la cual se le debe sumar el 4% por subsidios, el 10% por aportes y el 1% para seguridad industrial, por lo tanto el total para beneficios sociales e incidencias es el 75 % del costo de la mano de obra. Con los anteriores valores podemos afirmar que el costo de la mano de obra toma los siguientes valores: Maestro = 13,9 $US/día Ayudante = 9.72 $US/día En los anteriores valores se encuentran incluidos los beneficios sociales e incidencias. 21

Costo Total Directo.

El costo total directo será la suma de los costos de los materiales, mas la mano de obra, mas el costo de las herramientas y equipos menores y

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 55

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

finalmente mas el costo del transporte. El costo de la mano de obra y los materiales fue estudiado anteriormente, el costo del transporte, los equipos y herramientas menores serán descritas a continuación: Costo del Transporte.

22

Para el costo del transporte se debe conocer la longitud, pero como este es un trabajo de carácter general no existe una longitud conocida, por tal motivo colocaremos una distancia media para todos los puentes igual a 100 km. Transporte

Transportes

Transportadora

Promedio

Pesado La Paz

Oriente

Jimenez S.R.L.

[ $BS/ton ]

La Paz - Cbba

150

150

140

146,7

La Paz - Sta. Cruz

240

250

260

250,0

RU T AS

Sta. Cruz

- La Paz

320

300

290

303,3

Sta. Cruz

- Cbba

210

200

210

206,7

Conociendo el kilometraje51 de las rutas podemos obtener los siguientes valores: RU T AS

22.1

Km

$Bs/Km/ton

$US/$Bs

$US/Km/ton

La Paz - Cbba

385

0,381

6,300

0,060

La Paz - Sta. Cruz

881

0,284

6,300

0,045 0,055

Sta. Cruz

- La Paz

881

0,344

6,300

Sta. Cruz

- Cbba

496

0,417

6,300

0,066

Promedio

0,057

Costo de Herramientas y Equipo. El costo de las herramientas y el equipo necesario generalmente varía de

5 a 7% sobre el costo de la mano de obra. Para nuestro caso tomaremos un 51

Servicio Nacional de Caminos., Departamento de Planificación Div. Estadística e Inv. Vial., “Puentes de La Red Vial Fundamental”.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 56

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

valor intermedio (6 %). 23

23.1

Costos Indirectos y Costo Total. Gastos Generales.

Para la determinación de los posibles gastos generales que se puedan presentar en la construcción, tenemos el siguiente análisis: Descripción

Porcentaje

Movilización de Equipos

1,1

Movilización de Personal

1,5

Construcción de los campamentos

1,5

Mantenimiento y abastecimiento

1,5

Costo de Administración Local

2,5

Costo de Administración Central

1

Seguros de Mano de Obra

1

Seguros de Instalaciones

0,6

Gastos Imprevistos durante la ejecución

1

Eventuales Incrementos en los Precios

0,6

Incidencia de Impuestos de Orden General

0,6

Gastos Financieros Generales

2 Total

14,9

Por lo tanto tomaremos el 15 % de los gastos directos, es decir materiales, mano de obra, herramientas y transporte. 23.2

Costo del Mantenimiento. Se considera para el mantenimiento52 el 1,5 a 3,5 % anual de los gastos

de construcción, en el presente trabajo se considerará un valor medio: 2,5 %.

52

Ing. Rolando Valdivieso F., Ob. Cit., Pág. 90

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 57

CEMLA 24

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

Gráficas Comparativas.

Con todos estos factores mencionados anteriormente se realiza a continuación

la

evaluación

económica

ambiental

de

cada

puente

considerado, de tal forma de obtener con este análisis el puente tipo más recomendable para los distintos intervalos de luces (las gráficas se adjuntan al presente documento). 25

Resultados del Análisis.

Los resultados del análisis son claros, describen perfectamente el tipo de puente más apropiado y el intervalo de luz en el cual dicho puente es más económico. A continuación describiremos las conclusiones del análisis:

-

De 0 a 7 metros de luz se usarán puentes de vigas simples, con esta información se escogerán los puentes más representativos para este rango de luces,

como se aprecia claramente en el último

gráfico, se determinarán dos intervalos de luces: el primero de 0 a 6 metros donde se usarán puentes de dos vigas simples con madera en rola; el segundo intervalo de 6 a 7 metros donde se emplearan puentes de 4 vigas simples, también con madera rolliza. Para este rango de luces (de 0 a 7 m puentes de vigas simples) elegiremos como ejemplo un puente para 5 metros de dos vigas simples.

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 58

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

- De 7 a 14 metros se usarán puentes de vigas armadas inferiormente con jabalcones a tope, con una relación altura-luz de 0,115 como se puede apreciar en el gráfico anterior, también se observa que los puentes de vigas armadas con sopanda son menos económicos que esta solución, en este intervalo, por tal motivo la opción de emplear estas estructuras se desecha. Se debe hacer notar que en el gráfico individual de puentes de vigas armadas con jabalcones a tope, las relaciones altura-luz con valores pequeños resultan más económicos y que al incrementar el número de vigas el costo sube en gran manera.

-

De 14 a 25 metros se usarán puentes con vigas reticulares tipo Warren, como se puede apreciar en el gráfico general, éstas estructuras resultan más económicas en éste intervalo, siendo más baratas que los otros dos tipos de reticulares considerados y más baratas que las de vigas armadas con sopanda para estas luces. Además debemos recalcar el hecho de que relaciones altura-luz bajas y vano-luz altas resultan ser menos costosas. Considerando al gráfico individual de este grupo de puentes podemos afirmar que, para luces

comprendidas entre los 14 y 21,5 metros las relaciones más convenientes serian: altura-luz igual a 0,100 y vano-luz igual a 0,125 , esta situación cambia en el resto de las luces, es decir las comprendidas entre los 21,5 y los 25 metros, ya que la relación más económica de altura-luz será igual a 0,080 manteniendo la otra relación (vano-luz igual a 0,125).

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 59

CEMLA

5

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

CAPITULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Las conclusiones y recomendaciones obtenidas del presente trabajo son las mencionadas a continuación:

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 60

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

1 - Los puentes de madera son excelentes estructuras en cuanto a la economía, su construcción es práctica, rápida y sencilla, no requieren de equipo especial ni de mano de obra calificada; son especialmente recomendables para lugares donde se tienen gran cantidad de madera, como es el caso de algunas regiones de nuestro país, además tienen la gran ventaja de poder ser construidos en cortos periodos de tiempo y por lo tanto pueden ser armados y desarmados para ser reemplazados fácilmente; y si el caso lo requiere, se pueden volver a armar en otros sitios.

2 - En países como el nuestro, en vías de desarrollo donde aún existen grandes problemas económicos una solución para puentes de bajo costo representa una medida de gran impacto social, proporcionando a las comunidades beneficiadas un gran apoyo en su desarrollo y un aprovechamiento ambiental en utilizar recursos renovables.

3 - La solución de “puentes tipo” estudiada, tiene un gran campo de aplicación en nuestro territorio, donde los problemas ocasionados por fenómenos naturales tales como las inundaciones provocan la destrucción de este tipo de obras civiles (gestión de riesgos); en

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 61

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

estos casos los puentes de madera son una alternativa práctica, de bajo costo y poco daño ambiental, que no debe dejarse de lado. 4 - Existen en nuestro territorio varias zonas deprimidas económicamente, las cuales requieren este tipo de estructuras (puentes) para mejorar su desarrollo, en estos casos la solución aquí presentada, es una alternativa factible, donde los puentes estudiados y recomendados en el presente trabajo son la solución más óptima en esta clase de problemas.

5

–

Como

se

dijo

anteriormente,

Bolivia

es

un

país

eminentemente boscoso y no altiplánico donde el 51% de su territorio son tierras boscosas, Se calcula que los bosques de Bolivia contendrían alrededor de 1.412 millones de metros cúbicos de madera en pie y el volumen potencial aprovechable en función de bosque varia de 3 a 30 m³/ha, aunque escasamente este valor es aprovechado, por lo tanto la construcción de puentes con este basto recurso renovable es siempre aconsejable.

6 - Una de las principales ventajas que presenta la madera que existe en nuestro territorio, es aquella relacionada con la resistencia y

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 62

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

rigidez, debido a que las maderas latifoliadas muestran mayor resistencia que las maderas de coníferas, por este motivo, el uso de maderas para la construcción de puentes es una medida eficiente y muy aconsejable en nuestro país.

7 - Teniendo conocimiento de la abundante materia prima (madera=recurso renovable) que existe en Bolivia, la construcción debe ser, la manera de aprovechar este recurso natural y de esta forma incorporarlo a la actividad productiva, contribuyendo así al desarrollo de nuestras regiones.

8 - Para un país como el nuestro, las soluciones sostenibles a los problemas de ingeniería son necesarias para el crecimiento de sus diferentes regiones, tal como lo demuestra el trabajo realizado.

9 - En cuanto a las especies de madera con las que cuenta el país, vemos que la mayoría pertenecen al grupo de maderas intermedias, es por este motivo que los diversos puentes diseñados en el presente trabajo emplean este tipo de material. Se debe mencionar que para la construcción de estas estructuras, se deberá

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 63

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

tomar en cuenta las propiedades resistentes del grupo de maderas a emplear.

10 - En el trabajo realizado, se analizaron una gran variedad de puentes, de los cuales, los más convenientes fueron 3 tipos de puentes: de vigas simples, de vigas armadas con jabalcones a tope y de vigas reticulares tipo Warren. Estas estructuras presentan óptimos resultados en cuanto a costos, tiempo, simplicidad constructiva y menores efectos negativos sobre el medio ambiente para los diferentes intervalos de luces

11 - Según la bibliografía estudiada, los puentes de vigas armadas son recomendables hasta los 20 m y a partir de este límite son más aconsejables los puentes de vigas reticulares, pero como se demostró mediante este trabajo, los puentes de vigas armadas, aún cuando lleguen a estas luces se convierten en poco económicos a partir de los 14 m, donde los puentes de vigas reticulares presentan una solución con mejor desempeño. En los puentes de vigas armadas, aquellos que tienen sopanda presentan un costo mayor que los que son conformados con jabalcones a tope y en todos éstos se observó que incrementando el número de vigas o teniendo

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 64

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

relación altura-luz altas el costo de la estructura sube, por este motivo es conveniente utilizar el menor número de vigas posibles aunque esto signifique emplear secciones transversales grandes. En general podemos decir que en estos casos el usar solamente dos vigas armadas implica tener esfuerzos cortantes muy altos y por tanto soluciones antieconómicas, es por esto que se usan como mínimo cuatro vigas armadas inferiormente. En la gráfica general se puede observar que los puentes de vigas armadas con jabalcones a tope presentan un gran incremento en el costo del puente para una luz de 14 m, esto se debe a que, para esta luz se deben emplear un mínimo de 8 vigas lo cual incrementa el la cantidad de material y por ende el precio.

12 - Otra ventaja importante en la construcción con madera, es la referida a la

reparación; actividad que puede ser ejecutada de

manera fácil y en poco tiempo, debido a que: Se permite la simple sustitución de elementos y componentes eventualmente dañados y por ende una generación de empleo casi permanente.

18 – Por último se debe decir que el problema de puentes tipo, es un problema muy complejo esto se debe a la gran cantidad de

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 65

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

variables, ya sean éstas: el tipo de piso, el número de vigas, la altura, la ubicación de las vigas con respecto al eje del puente, el número de vanos, el tipo de vigas, la luz, aspectos que inciden en el medio etc. No existe para este problema una formula mágica que pueda ser aplicada a todos los casos, cada tipo de puente tiene distintos factores que influyen en la determinación del puente tipo.

6

CAPITULO 6 BIBLIOGRAFIA.

1 - Grupo Andino (PADT-REFORT), “Manual de Diseño para Maderas”, Junta del Acuerdo de Cartagena, Colombia, 1984

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 66

CEMLA

VENTAJAS AMBIENTALES EN LA UTLIZACION DE LA MADERA PARA SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES.

2 - Ing. Hugo Belmonte G., “Puentes”, Cuarta Edición, Editorial Ramirez, 1990 3 - Ing. Raúl Machicao, “Estructuras de Madera” 4 - Superintendencia Forestal., Plan de Acción Forestal para Bolivia PAFBOL 5 - Lic. Andrés Zapata P., “Tesis de Grado: Aplicación de la Ley Forestal”, U.C.B., 2000 6 - Servicio Nacional de Caminos., Departamento de Planificación Div. Estadística e Inv. Vial., “Puentes de La Red Vial Fundamental” 7 - Servicio Nacional de Caminos. Departamento de Planificación Div. Estadística e Inv. Vial., “Estadística Vial ”, 1996 8 - Ing. Rolando Valdivieso F., “Proyecto de Grado: Puentes de Madera una Solución Práctica”, Universidad Mayor de San Andrés, La Paz – Bolivia, 1993 9 - Superintendencia Forestal, Resolución N° 011/08 10 - ASSHTO 96 – Highway Bridges, 1996 11 - Robert Peurifoy., “Estimación de los Costos de Construcción.” 12 - Computers and Structures Inc., “Manuales SAP2000”, Berkeley, California, USA 1997

DIPLOMADO EN GESTION AMBIENTAL

1 - 67