diseño tableros tensados

DISEÑO DE TABLEROS DE MADERA TENSADA

Mario Giuliano M.Peter Dechent A.

Rodrigo Silva M.

Laminaciones de madera colocadas de canto sobre los apoyos son tensadas transversalmente

Barras de acero de alta resistencia

ASTM A722

Anclaje de las barras

Uniones de tope

TABLEROS DE MADERA TENSADA

TABLEROS DE MADERA TENSADA

METODOLOGIA

• Recopilación de información disponible de análisis, diseño y

resultados experimentales de tableros tensados

construidos en Chile.

• Estudio y comparación de Normas de Brasil

(NBR7190,1997) y Estados Unidos (AASHTO, 1991).

• Definición de criterios de diseño.

� Estados límites

Rotura de la maderaRotura de la maderaRotura de la maderaRotura de la maderaDeflexión excesivaDeflexión excesivaDeflexión excesivaDeflexión excesiva

Abertura de las Abertura de las Abertura de las Abertura de las laminacioneslaminacioneslaminacioneslaminaciones

Deslizamiento Deslizamiento Deslizamiento Deslizamiento interlaminarinterlaminarinterlaminarinterlaminar

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

� Cargas de diseño

� Diseño del tablero

� Diseño de sistema tensado

� Diseño de vigas transversales, longitudinales y elementos

de sujeción

Cargas de diseño

� Carga muerta

Cargas Muertas(kN/m2)

Carpeta de rodado asfáltica (80 mm espesor) 1,85

2 Sistema de baranda-guardarruedas 0,48

2 Pasillos 0,14

Madera tratada químicamente (Pino Radiata) 1,73

Elementos estructurales y no estructurales del tablero

Cargas de diseño

� Carga viva

H15-44

HS15-44

H20-44 HS20-44

Facto de sobreuso MOP 20%

Factor de impacto 33%

Cargas de diseño

� Carga viva

Camión de diseñoRueda simple (m) Rueda Doble (m)

a b a b

HS20-44 ó H20-44 0,10 0,26 0,20 0,51

HS15-44 ó H15-44 0,09 0,22 0,18 0,44

P0,00363b ⋅=

2,5

P0,00363a

⋅=

Cargas de diseño

� Cargas sísmicas

Coeficiente Sísmico, Manual de carreteras S3.1004.309(1)

0,10g2

ASKK 0

1h ≥⋅

⋅⋅=

Carga sísmica

PpKRC hS ⋅⋅=

Diseño del tablero

� Diseño de las laminaciones de madera

t)(b1,3D +⋅=

2

BD t=

D = min

Diseño del tablero

� Requerimientos de diseño

� El tablero es construido de tablones de madera aserrada cepillada clasificada estructuralmente

� El ancho y espesor del tablero es constante.

� Se permiten uniones de tope entre los tablones de acuerdo al

patrón tipo utilizado

Diseño del tablero

� Selección de especie y grado de la madera

Propiedades Mecánicas (MPa)

Tensión admisibles a flexión Ff

9,3

Tensión admisible a compresión normal a la fibra Fcn

2,5

Módulo de elasticidad paralelo a la fibra Ef

10200

Pino Radiata aserrada cepillada de clase estructural C24 certificada

fFcnFfE

Diseño del tablero

� Cálculo de las propiedades de diseño para laminaciones

TKHKcnF'

cnF

hfK

TK

HK

fE'

fE

QKTKhfKCKDKHKfF'

fF

⋅⋅=

⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

Khf = factor de modificación por altura.KH = factor de modificación por humedad.KD = factor de modificación por duración de la carga.KC = factor de modificación por trabajo conjunto.KT = factor de modificación por temperatura.KQ = factor de modificación por tratamiento químico.

Diseño del tablero

� Factor de modificación por humedad

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

FM

Hu

med

ad K

H

Variación del contenido de humedad de servicio c/r al 12% ∆H

Flexión, Tracción Paral.

Compresión Paralela

Compresión Normal

Cizalle

Módulo de elasticidad en flexión

� Cálculo de las propiedades de diseño para laminaciones

Diseño del tablero

� Factor de modificación por alturaPara piezas de Pino radiata de altura mayor que 90 mm:

� Cálculo de las propiedades de diseño para laminaciones

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

1.05

90 140 190 240 290 340 390 440 490 540

FM

po

r a

ltu

ra K

hlf

Altura del tablón (h) en mm

Diseño del tablero

� Factor de modificación por temperatura

� Cálculo de las propiedades de diseño para laminaciones

Propiedad CH de servicio T≤38°C 38°C<T≤52°C 52°C<T≤66°C

Ft,E,Ek Seco o verde 1 0,9 0,9

Ff,Fciz,Fcp y Fcn Seco (H≤19%) 1 0,8 0,7

Verde (H>19%) 1 0,7 0,5

Diseño del tablero

� Factor de modificación por duración de carga

Para cargas vivas correspondiente a un periodo de 2 meses

KD=1,15

� Factor de modificación por tratamiento químico

Si se sigue el procedimiento de preservación recomendado

KQ=1

� Factor de modificación por trabajo conjunto

Para Pino Radiata clase estructural C24

KC=1,3

� Cálculo de las propiedades de diseño para laminaciones

Diseño del tablero

� Estimación del espesor del tablero

� Tablones de escuadría 45x220 mm NCh174 Of.1985

� Este espesor corresponde

L<4m tableros continuos

L<3,5m tableros simplemente apoyados

Diseño del tablero

� Cálculo de momentos de diseño

Para comprobar la resistencia del tablero a la flexión, se deben

obtener las máximas tensiones solicitantes provenientes tanto del

momento positivo como negativo.

La magnitud de estos momentos depende principalmente de cinco

variables: magnitud de la carga, luz del tablero, ancho del tablero,

rigidez longitudinal del tablero y rigidez transversal del tablero.

Diseño del tablero

� Análisis estructural

Diseño del tablero

� Cálculo de tensión a flexión

La tensión de trabajo a flexión debe ser menor que el valor

de diseño a flexión.

Factor de modificación por

uniones de tope:

Cbj = 0,8

'

f

máxT

f FW

MF ≤=

6

tD)(CW

2

bj ⋅⋅=

Diseño del tablero

� Verificación de deflexión por carga viva

La deflexión debe ser menor que el límite de deflexión

permitido por la AASHTO

360

L∆máx ≤

Diseño del tablero

� Verificación de aplastamiento en los apoyos y bajo la rueda de camión de diseño

cn

'

cn

s1

máxTa

cn KFlD

RF ⋅≤

⋅=

cn

'

cn

br

cn KFba

PF ⋅≤

⋅=

t)2(bD1 ⋅+=

Diseño del sistema tensado

� Determinación del nivel de tensado

� Momentos flectores transversales

� Tensión requerida

−

⋅

⋅

⋅=

m

mkN

L

B

C1000

M60,63M

0,25

bj

xT

2

TM

t

M6p

⋅=

Diseño del sistema tensado

� Determinación del nivel de tensado

� Corte transversal

� Tensión requerida

−⋅

⋅=

m

kN

L

B10,4

1000

P39,37VT

tµ

V1,5p T

V⋅

⋅=

Diseño del sistema tensado

� Nivel de tensado requerido

Se debe mantener durante la vida útil del tablero como

mínimo el mayor valor entre las tensiones calculadas

)p,máx(pp VM=

p2p i ⋅=

Diseño del sistema tensado

� Espaciamiento de los elementos de tensado

Area mínima de las barras

Control de pérdida de tensado

Fuerza a aplicar a la barra

( )

s

imin

sf

tspA

⋅=

ss

máx

psips AfFtspF ⋅=≤⋅⋅=

0,0016ts

A s ≤⋅

Diseño del sistema tensado

� Espaciamiento de los elementos de tensado

Para tableros de madera tensada de Pino Radiata, de

espesor 220mm

Barras de 5/8’’ de diámetro

Espaciamientos de 50cm

Diseño del sistema tensado

� Dimensionamiento de la placa de apoyo y de anclaje

Área mínima de la placa de apoyo:

cn

psmin

pF'

FA =

p

p

pW

AL = 2,0

W

L1,0

p

p≤≤

Diseño del sistema tensado

� Dimensionamiento de la placa de apoyo y de anclaje

El esfuerzo de compresión aplicado en las laminaciones del borde extremo

del tablero no debe exceder a la tensiones de diseño de compresión

normal a la fibra.

� Placa de apoyo

p

psTp

cnA

FF =

0,5

y

2

1

Tp

cnmin

pf0,6

kF3t

⋅

⋅⋅=

−−

=2

LL,

2

WWmáxk

apap

1

Diseño del sistema tensado

� Dimensionamiento de la placa de apoyo y de anclaje

� Placa de anclaje

0,5

y

2

2

Ta

min

af0,6

kF3t

⋅

⋅⋅=

−−

=2

DL,

2

DWmáxk tata

2

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de vigas transversales

Son las encargadas de recibir las cargas permanentes y móviles

provenientes del tablero y traspasarlas a las vigas longitudinales.

Cargas permanentes sobre la viga transversal

Carga por peso propio, QppCarga por peso del tablero, QptTCarga por peso de carpeta asfáltica, QpaTCarga por peso del pasillo y sistema baranda-guardarruedas, QpsT

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de vigas transversales

Longitudinalmente se debe encontrar la posición del camión de diseño

que produzca la mayor reacción sobre las vigas transversales

MomentoCorte deflexión

Valores máx

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de vigas longitudinales

Son las encargadas de recibir las cargas provenientes de las vigas

transversales y traspasar estas a la infraestructura.

Cargas permanentes sobre la viga longitudinal

Carga por peso del tablero, QptLCarga por peso de carpeta asfáltica, QpaLCarga por peso del pasillo y sistema baranda-guardarruedas, QpsLPeso vigas transversales, Pvt

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de vigas longitudinales

Encontrar la posición transversal más desfavorable

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Cálculo de cargas sísmicas

� La capacidad de cada conexión debe ser mayor a la

demanda en éstos,

sdisponibleconectoresdeN

sC

PT,D

PT,C

°=≥

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

yZ1)(nN LTL ⋅⋅−=°

yZ1)(nN TTT ⋅⋅−=°

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Resistencia

� Factores de modificación

KD= 1,6 Asociado a una duración de carga de 10 minutos

KH=1 Para Pino Radiata en estado seco

KS=1 Si se utilizan los espaciamientos establecidos

STQHDadmdis KKKKKPP ⋅⋅⋅⋅⋅=

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión taco-tablero

Factor de modificación por no cumplimiento de penetración mínima del

tirafondo en el tablero Kpet

tir

Te,

mín

Te,

petD11

P

P

PK

⋅==

)K(PP petadel,

'

adel, ⋅=

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión taco-tablero

a) Extracción lateral del tirafondo con cargas paralelas a la fibra del tablero.

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión taco-tablero

a) Extracción lateral del tirafondo con cargas paralelas a la fibra del tablero.

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión taco-tablero

b) Extracción lateral del tirafondo con cargas normales a la fibra del tablero.

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión taco-tablero

c) Extracción directa del tirafondo con cargas normales a la fibra del tablero.

(kN)10978

lDρP 3r

0,75

tir

1,5

0

aded,

−⋅

⋅⋅=

tircritr,r D10lPl ⋅=≤=

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión taco-tablero

c) Extracción directa del tirafondo con cargas normales a la fibra del tablero.

T

s

Z1)-(n

CP

⋅=

1

2

d

dPTC

⋅==

2

hhd tablerosolera

2

−=

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión taco-tablero

c) Extracción directa del tirafondo con cargas normales a la fibra del tablero.

Se verifica :

aded,disPT ≤

1directaextracciónC

directaextracciónD

lateralextracciónC

lateralextracciónD

T

T

T

T≤+

1

aded, disP

T

adel, disP

ynT

/Zs

C

≤+

⋅⋅

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión tacos centrales-solera

a) Cizalle doble del perno con cargas paralelas a la fibra de la solera

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión tacos centrales-solera

a) Cizalle simple del perno con cargas paralelas a la fibra de la solera

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Dimensionamiento geométrico de los tacos

Sp≥7DSbcp≥7DSbcn≥4D

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Diseño de la conexión solera-viga transversal

Cizalle simple del perno con cargas paralelas y normales a la fibra de la

solera

Diseño vigas transversales, longitudinales y elementos de sujeción

� Diseño de elementos de sujeción

� Dimensionamiento geométrico de la solera

Sp≥7DSn≥4D

Sbcp≥7DSbcn≥4D