MANUAL DE DISEÑO, CONSTRUCCIÓN, MANTENCIÓN Y MONITOREO DE TABLEROS DE MADERA TENSADO
Diseño Tableros Tensados
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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