COMPARACIÓN TÉCNICA ECONÓMICA DE PUENTE DE LOSA …

COMPARACIÓN TÉCNICA ECONÓMICA DE PUENTE DE LOSA VERSUS PUENTE DE VIGAS

MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL

ESTEBAN ANDRES PAVANI BAÑADOS

PROFESOR GUIA: DAVID CAMPUSANO BROWN

MIEMBROS DE LA COMISIÓN:

PEDRO ASTABURUAGA GUTIERREZ JUAN CARLOS LARENAS ROJAS

SANTIAGO DE CHILE MAYO 2008

UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

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RESUMEN El uso de puentes de losas en Chile se ha iniciado en obras urbanas de sólo dos autopistas concesionadas, el resto se constituyen en general de puentes de vigas, esto influye en la actualidad en distintas obras viales en sectores urbanos, donde a pesar de ser ambas soluciones físicamente factibles, el desconocimiento de los factores influyentes y costos comparativos discrimina a los puentes de losas. Este estudio se basará en el caso del Puente Lazo de Salida del Enlace San Francisco, en Costanera Norte, donde se modificó el diseño inicial basado en una estructura de vigas a una estructura de losa aligerada, para mejorar el diseño con un radio de curvatura más amplio acordado con el MOP. Se estudiaron los costos de la obra realizada y de una nueva solución en base a una estructura de vigas cumpliendo con la curvatura exigida, determinando la relación de costos. En este caso los factores influyentes más significativos, corresponden a la facilidad en sortear las restricciones geométricas y la entrega de un producto estético menos invasivo al entorno y a la ciudad. Tras el estudio de costos de la obra mencionada y la comprensión de las características principales de las tipologías analizadas junto a su sistema constructivo, se logra concluir que no existe una diferencia considerable en los costos comparativos entre tipologías que fundamente la discriminación actual en el uso de puentes de losa. Más aún, en obras caracterizadas por trazados complejos, especialmente curvos, existe una alta posibilidad de una factibilidad económica en el uso de la tipología de losa.

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AGRADECIMIENTOS Gracias…. A mi querida familia, A mis amigos, A mi polola, A los profesores por su paciencia y enseñanza, A los ingenieros y ejecutivos por su tiempo, Y a todo aquel que me regaló una palabra de apoyo.

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INDICE 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 4

2. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 6

3. ESTUDIO PUENTE LAZO SALIDA SAN FRANCISCO ....................................................... 7

3.1 Descripción Obra Realizada................................................................................... 8 3.2 Descripción Diseño Alternativo con Vigas........................................................ 13

4. ANÁLISIS Y COMPARACIÓN .......................................................................................... 21

4.1 Análisis Económico de Obra Lazo Salida San Francisco.............................. 21 4.2 Características de las Tipologías ......................................................................... 23 4.3 Estudio de Factores Influyentes en los Sistemas Constructivos ................... 25

5. DISCUSIÓN .......................................................................................................................... 29

6. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 31

7. BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................... 33

ANEXO A. Diseño de Viga y Verificaciones...................................................................... 34

ANEXO B. Detalles Cubicación y Costos........................................................................... 53

ANEXO C. Planos de Disposición General y Alzaprimado. .......................................... 61

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1. INTRODUCCIÓN En el diseño de estructuras de puentes el factor determinante para la tipología es la luz del tramo que, en conjunto con otros factores del emplazamiento, determina la tipología a utilizar. Para rangos de luces medias y bajas las estructuraciones dominantes son de puentes simplemente apoyados o continuos soportados mediante estructuras de pilares o muros. Dentro de estos rangos la materialidad de las estructuras puede variar desde enrejados de acero, vigas de acero, vigas de hormigón precomprimido, vigas de hormigón armado y estructuras de losa. Para tramos entre 15 y 40 metros aproximadamente se ha utilizado una estructuración de vigas de hormigón, con precompresión inicial (sea pretensada o postensada), permitiendo menores secciones de vigas para luces mayores. Para luces bajas, de 10 a 20 metros aproximadamente, el uso general de estructuras de vigas ha sido dominante en el territorio nacional. Sin embargo, la definición de complejos trazados viales urbanos y la reducción de los costos en la construcción asociados a las estructuras auxiliares, han modificado esta tendencia, y obligan en algunos casos, el estudio de la factibilidad de la tipología de puentes de losa. Para luces menores a 10 metros, la solución tradicional ha sido el uso de losa de hormigón armado de sección llena y en algunos casos de losa aligerada mediante tubos interiores. Alrededor del mundo ha aumentado el uso de puentes de losa, basándose principalmente en el factor estético que permite disminuir el impacto visual, fomentado por el incremento de las autopistas urbanas, de tal manera que en países europeos se exige la aplicación de esta tipología. En nuestro país ha habido un auge en la construcción de autopistas urbanas, pero el conocimiento y utilización de puentes de losa aun es insuficiente. Para esto la recopilación de información y la comparación con la tipología de puentes de losas es necesaria, de manera de fundamentar las decisiones de la tipología a utilizar. La constructora Tecsa – Fe Grande construyó un puente de losa aligerada para la Autopista Costanera Norte en el sector del Enlace San Francisco en el Tramo 1 Oriente. Este puente fue inicialmente diseñado con vigas, pero luego de modificaciones viales exigidas por el MOP, el diseño debió ampliar sus curvas, de manera de aumentar la velocidad máxima permitida en el ramal, lo que derivó en un nuevo diseño que se propuso con losa aligerada. Esta propuesta no incluyó un estudio económico minucioso y la comparación

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de costos basada en las cubicaciones y precios unitarios en la solución tradicional de vigas, resultó deficiente para la solución del puente de losa. Esta obra fue un buen ejemplo, por tanto para realizar una comparación económica adecuada y definir los factores más influyentes para obtener criterios reales de comparación entre estos dos tipos de puentes. La información que se pueda recopilar en esta memoria podrá ser antecedente para los nuevos proyectos que son ligados a autopistas urbanas, cuyo diseño inicial es en base a una tipología de losas, permitiendo una estimación anticipada de costos y factores influyentes en su construcción, que correspondan al momento de concebir los proyectos, ofrecer alternativas en licitaciones, o negociar el contrato de construcción.

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2. OBJETIVOS La presente memoria tiene como objetivo principal aportar información de los costos y de los factores influyentes en la construcción de estructuras de tipología de losa aligerada. Para estimar los rangos de costos y obtener la comparación con la tipología de vigas, sistema cuyo uso es el más masivo en Chile, corresponderá exponer las características diferenciales de la tipología de losas. Este estudio consiste en utilizar como base una obra ya realizada con la tipología de losa y formular el diseño alternativo con la tipología de vigas. La manera de igualar las condiciones en la comparación, fue asumiendo que el diseño realizado de losas aligeradas por un ingeniero de gran experiencia, cuenta ya con una alta optimización relativa al perfil utilizado, con un diseño mediante vigas que se presentará lo más óptimo posible, sin obviar los procedimientos constructivos dado que es una variable muy significativa en el presupuesto de la obra. Realizada la comparación podrá estimarse la diferencia en costos que se presentan entre estas tipologias. Esta diferencia puede asumirse como el costo asociado al factor estético que aporta la tipología de losas. Como los costos están ligados a la obra en estudio, se realizará un análisis a las características básicas de ambas tipologías para determinar los factores que afectan a los costos. La determinación de los factores con más influencia en el estudio de costos, puede ligar las tipologías a obras específicas bajo requisitos y condiciones físicas que permitan una disminución de costos con el uso de puentes de losas, por lo tanto, una factibilidad económica de esta tipología.

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3. ESTUDIO PUENTE LAZO SALIDA SAN FRANCISCO La obra en estudio se encuentra en la comuna de Vitacura y Lo Barnechea perteneciente a la Autopista Urbana Costanera Norte, en el enlace denominado San Francisco, ya que en ese sector la Autopista intersecta al camino San Francisco de Asís. Este enlace se forma por un paso superior de la costanera sobre el puente San Francisco y dos ramales de salida hacia el puente San Francisco. Específicamente el enlace a estudiar corresponde al ramal F cuya función es realizar el movimiento de flujo entre la Costanera Norte (desde el poniente) hacia el norte, sirviendo a los usuarios que se dirigen a la Comuna de Lo Barnechea. Iniciándose en la rasante correspondiente a la autopista y Paso Superior San Francisco, y se empalma con el puente construido.

Figura N° 1.- Planta General Lazo de Salida San Francisco

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3.1 Descripción Obra Realizada

3.1.1 Estructura La superestructura se compone de 6 tramos, de curvatura horizontal radial y clotoidal en solo un tramo (tramo 5). En elevación, la estructura debe descender aproximadamente 6.3 metros para empalmar al puente San Francisco. Los tramos centrales se encuentran sobre el río Mapocho. Las características de cada tramo se pueden resumir en la siguiente tabla:

Longitud [m] Radio

[m] Cota Final

[m] Peralte Tramo 1 20 50 -1.056 5% Tramo 2 23 50 -2.377 5% Tramo 3 23 50 -3.699 5% Tramo 4 23 50 -5.020 5% Tramo 5 20 50 - 17 -6.098 5% - 4.5% Tramo 6 20 17 -6.271 4.5%

La infraestructura consta de un sistema de soporte tipo pilote-pilar circular con una profundidad de pilote de 12 metros aproximadamente. Los pilotes son de hormigón armado de diámetro 1.5 m. La armadura consta de enfierradura vertical de alto diámetro y estribaje circular cada 20 cm. El encuentro de pilar con el superestructura se realiza directamente donde el perfil no presenta aligeramiento, formando una unión sólida y continua de bajo impacto estético.

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Figura N° 2.- Planta Estructura de Losa Aligerada

Figura N° 3.- Elevación Estructura de Losa Aligerada

3.1.2 Perfil El perfil utilizado corresponde a una estructura de losa aligerada de un ancho de 7.30 metros a 7.90 metros en el tramo final, donde el incremento de ancho se produce sólo en el tramo 5. Conocido como perfil de alas de gaviota, consta de un sector central de 3.8 metros de fondo y de 1.3 metros de espesor con 3 aligeramientos circulares de 90 cm. de diámetro. En ambos laterales posee voladizos de 40 cm. de espesor en el arranque. El perfil es simétrico según el eje central y cuenta con un peralte hacia el interior de la curvatura del puente.

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El aligeramiento se realiza con ductos cilíndricos de fibra de madera de alta densidad y forrados con polietileno al momento de instalarse. Este tipo de aligeramiento se conoce como aligeramiento perdido, ya que tras el hormigonado no es posible reutilizar los ductos. La principal función del aligeramiento es reducir el peso propio de la superestructura, debido a que las características dimensionales del perfil producen una carga considerable a la estructura sin estos aligeramientos. Alrededor de los ductos cilíndricos es necesario reforzar con acero para proteger las áreas donde disminuye el espesor debido al aligeramiento.

Figura N° 4.- Perfil Estructura Losa Aligerada

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3.1.3 Sistema Constructivo La construcción de la superestructura de losa aligerada se realizó completamente in situ, debiendo superar distintos problemas causados por las características físicas del terreno y de la estructura. La infraestructura de apoyos se realizó mediante pilotes-pilar, que se refiere a una estructura continua de 1.5 metros de diámetro de hormigón armado desde el sello de fundación hasta el empalme directo con la superestructura de losa aligerada. El pilotaje se realiza mediante pilotes preexcavados con una maquina Bauer tipo BG-40 que permite llegar al sello de fundación a una profundidad promedio de 12 metros. Tras la colocación de la armadura se hormigona directamente desde el Mixer retirando paulatinamente las tubos metálicos de preexcavación. Tras finalizada la construcción del pilote se demuele un metro aproximado de la parte superior del pilote de manera de evitar la lechada contaminada que flota durante el proceso de hormigonado. Sobre estos pilotes continua la construcción del pilar con el mismo diámetro. La construcción de la superestructura se realizó en dos etapas, primero desde el inicio del tramo 1 (sector aledaño a la autopista) hasta el primer tercio del tramo 3, la segunda etapa continuó hasta el empalme con el puente San Francisco. La altura sobre el nivel del suelo de la estructura de aproximadamente 12 metros es poco usual para la utilización del andamiaje, para lo cual debió instalarse verdaderas estructuras resistentes formadas por sistemas de la empresa EFCO denominados EZ- Deck. Estos sistemas consisten en estructuras modulares de aluminio con sus vigas primarias y secundarias de acero. Su instalación es de gran rapidez y puede ser completamente manual. El arriendo del sistema de andamiaje fue previsto para distintas obras correspondientes al enlace estudiado, donde la reutilización fue fundamental, considerando las características duraderas del sistema que permiten un alto número de usos. Para el moldaje se utilizó madera y paneles de fibra de madera. Tras esto se procede con la enfierradura e instalación de los ductos de aligeramiento. El hormigonado debió realizarse con rapidez y completamente mediante bomba, lo que obligó a utilizar hormigón con características para ser bombeado, o sea de alta fluidez y bajo diámetro máximo del árido grueso. El procedimiento se repite para la segunda fase de construcción.

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3.1.4 Cubicación y Costos Para el estudio de costos se obtuvo información desde la empresa constructora y de los proveedores, como cubicaciones de los materiales y contratos suscritos. Dentro del estudio económico es importante comprender que existen costos asociados a las características propias de la obra y su planificación en estudio que no se expresan al momento de estudiar los costos directos. Luego, se estudiaran los costos asociados a las actividades necesarias en la construcción de la obra y su relación con el costo total, de manera de idealizar los factores influyentes en la obra con respecto a los insumos utilizados. Utilizando la información otorgada por los proveedores, sean estos contratos para el caso de hormigón, acero y arriendo de alzaprimado; y cubicaciones de material arrendado respecto al alzaprimado y moldaje utilizado. Además utilizando las cubicaciones propias basadas en los planos de construcción para el hormigón y acero utilizado es posible determinar los costos asociados. Considerando la información sobre mano de obra entregada, se puede realizar una cuadrilla de 16 personas más capataz y supervisor, que realice la superestructura, considerando los sueldos líquidos según su actividad y la duración de la obra, información facilitada por la constructora, se puede estimar el costo de la cuadrilla a lo largo de la obra en estudio. Las cubicaciones y costos asociados se resumen en la siguiente tabla.

Actividades Costo Costo Unitario Cubicación Observaciones Alzaprimado UF 1447 UF 429/mes 3,37 meses Información de

Proveedores Moldaje Terciado UF 195 UF 0.15 /m2 1299 m2 Información de

Proveedores

Acero A63-42H UF 2670 UF 0.0271/kg 98520 kg Información de Proveedores

Hormigón UF 1857 UF 2.87 /m3 647 m3 Información de Proveedores

Tubos Aligeramiento UF 1174 --- 360 ml Información de

Constructora

Asfalto UF 223 --- 44 m3 Información de Constructora

Mano de Obra UF 968 UF 287.2 /mes 3,37 meses Información de Constructora

*Detalles de los costos en Anexo B.

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Por consiguiente se logra determinar un costo total de la superestructura de losa aligerada en UF 8534.

3.2 Descripción Diseño Alternativo con Vigas

3.2.1 Estructura Para cumplir con las características geométricas de la superestructura debió realizarse modificaciones para que la estructura basada en vigas pudiera ser físicamente posible, esto se debe que a diferencia de las estructuras de losa, que permiten una planta continúa y curva, las vigas están restringidas a su linealidad. Por lo tanto la posición de las vigas en un tramo con respecto a las vigas de los tramos aledaños es objetivo de estudio para controlar, primero, el encuentro sobre las cepas de las vigas y otorgar cierta continuidad a la estructura. Segundo, lograr el mayor equilibrio entre áreas tributarias para cada viga en el tramo. Como solución se modificaron los tramos, agregando obligatoriamente una cepa mas, luego en total la estructura cuenta con 7 tramos de ellos los 5 primeros de 20 metros y los últimos dos de 16 metros, la estructura mantiene su curvatura y peraltes originales. Con esta nueva configuración, el sector donde se produce el ensanche y la variación del radio de curvatura y del peralte se encuentra entre el final del tramo 5 y el inicio del tramo 6. La construcción de la nueva cepa y la reubicación de las cepas restantes producen, en consecuencia, variaciones en las defensas fluviales realizadas en el río. Además un punto conflictivo de la variación de tipología fue el empalme al puente San Francisco, que al no contar con las propiedades de continuidad de la estructura de losa se obliga a construir un modelo de consola que permita soportar el tramo final y permitir un empalme manteniendo las características del diseño original. La nueva configuracion se puede observar en las siguientes figuras.

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Figura Nº 5.- Planta Estructura de Vigas

Figura Nº 6.- Elevación Estructura de Vigas

3.2.2 Perfil El perfil correspondiente a la tipología seleccionada es de dos vigas pretensadas con una losa de 20 centímetros de espesor. Las vigas se dividen en exterior e interior para cada tramo según su posición con respecto a la curvatura del puente, por lo tanto la viga exterior será de mayor longitud salvo en el caso del tramo final donde la viga interior se extiende para soportar el empalme al puente San Francisco. Las vigas se estructuran como simplemente apoyadas y deberán coincidir sus ejes centrales con las vigas adyacentes sobre las cepas, de manera de mantener la continuidad y no producir excentricidades innecesarias. Las longitudes de las vigas para cada tramo se resumen a continuación.

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Largo Vigas Interior Exterior

Largo Central

Tramo 1 19 20.5 20 Tramo 2 19.5 21 20 Tramo 3 19.5 21 20 Tramo 4 19.5 21 20 Tramo 5 19.5 21 20 Tramo 6 15.5 18 16 Tramo 7 16.5 15 16

La viga se diseñó según las condiciones y exigencias establecidas según el AASHTO del año 1996, resultando una viga pretensada con las siguientes características.

Alto 145 cm Ancho Ala Superior 140 cm Ancho Ala Inferior 80 cm Ancho Alma 20 cm Área 6725 cm2 N° Cables Pretensados 22

Figura Nº 7.- Dimensiones Viga El perfil consta de una estructura resistente de dos vigas separadas entre si a 3.5 metros, la distancia entre el centro de la viga y el borde correspondiente de la losa varia en toda la extensión de cada tramo debido a la curvatura horizontal de la estructura. La losa se diseña con un espesor constante de 20 centímetros, pero con cartelas de manera de mejorar la integración del ala superior de la viga con la losa aumentando su colaboración.

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Figura Nº 8.- Perfil Estructura de Vigas La infraestructura mantendrá las mismas características que para la estructuración de losa aligerada siendo un sistema pilote-pilar circular de 1.5 metros de diámetro. Sin embargo se debe modificar la transición entre pilar y la superestructura formando un sistema de cabezal que permita soportar las vigas, considerando las distintas direcciones de la viga de llegada y la viga de salida del cabezal. Además el cabezal permite la instalación de los apoyos elastoméricos que aseguren un comportamiento planificado bajo las solicitaciones sísmicas. La ubicación del pilar se modifica centradolo según la posición de las vigas, para esto se formulará una solución condicionada por el borde de la viga exterior según la curvatura del puente, que en el sector de las cepas se encuentra a 35 cm. del borde de la losa. La solución se presenta en la siguiente figura.

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Figura Nº9.- Perfil Cabezal de Vigas

La estructura se verificó utilizando la cuantía de acero aplicada en el diseño del pilar, de manera de facilitar la cubicación y el estudio de costos. Cabe destacar que para la realización de los cabezales será necesario el uso de una estructura auxiliar con fijaciones provisorias al pilar.

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3.2.3 Sistema Constructivo Como se ha mencionado anteriormente, para el uso de la tipología de vigas deberá ser precedido por modificaciones en la infraestructura. Estas modificaciones corresponden inicialmente a una reubicación de los sistemas pilote-pilar de manera de formular los nuevos tramos de 20 metros de luz, como es el caso de los primeros 5 tramos y de 16 metros para los últimos 2 tramos. Junto a esto se debe realizar la construcción de un nuevo pilote-pilar que permite la nueva configuración de los tramos. Estos nuevos sistemas de soporte deberán incluir la construcción de cabezales en su extremo superior. Esto debe ser soportado por una estructura auxiliar y moldaje de características singulares. Tras la enfierradura, hormigonado y retiro de moldaje y del soporte provisorio. Se puede comenzar con la instalación de las vigas prefabricadas. Las 14 vigas pretensadas deberán ser encargadas con anticipación de manera de controlar la fecha de instalación sobre los cabezales apenas la estructura de soporte tenga la resistencia necesaria y se hayan instalado los morteros nivelantes (existe una diferencia de 14 cm de altura entre las vigas) y la instalación de los soportes elastoméricos. Las características de las vigas, como el tensado y la sección, deben ser iguales, de manera de facilitar la producción y disminuir los costos, sólo variarán las longitudes de cada una. Esto se considera realizando verificaciones en los tramos más exigidos con la viga diseñada. El montaje de las vigas, teniendo en cuenta la gran altura de la superestructura, deberá considerar una grúa de tonelaje adecuado y un estudio para la ubicación de la grúa para cada tramo. La instalación de las vigas se analizará en los capítulos siguientes. Posterior al montaje de las vigas se procede a la colocación del moldaje requerido para los travesaños extremos y centrales colgado a las vigas, las cuales se han encargado con ductos para colgar moldaje. El moldaje de losa considera las cartelas al patín superior de la viga hasta el extremo de la losa y los vértices de la losa para el sector entre vigas. La primera estapa son el anclaje de los insertos y el armado de los travesaños extremos y central, con lo cual se conectan las vigas y se disponen las pasadas de las barras de anclaje en los apoyos.

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Luego se procede con la enfierradura y hormigonado de la losa. En este caso se estima la construcción discontinua de manera de aprovechar el moldaje para realizar la superestructura trabajando por etapas, disminuyendo el costo de construcción. Finalmente, cuando el hormigón alcanza la resistencia requerida, se instalan los moldes de barreras, para su ejecucion y luego los pasamanos y la confeccion del pavimento y juntas, concluyendo la construcción de la obra con la superestructura.

3.2.4 Cubicación y Costos El estudio de costos para la construcción de la superestructura basada en sistema de vigas se puede dividir en tres partes: la estructura de los sistemas pilote-pilar, donde se debe confeccionar un cabezal de soporte de las vigas, la confección, transporte y montaje de vigas y la ejecución de travesaños y losas. El análisis de costo de las vigas se basará en el uso de un valor promedio utilizado comúnmente en los variados proyectos de puentes de tipología de vigas, se estima en 25 UF/m3 de hormigon, incluyendo el acero activo y pasivo, el transporte y montaje de las vigas. La losa presenta un espesor promedio de 23.4 cm. incluyendo las cartelas según la figura presentada en el punto 3.2.2. El hormigón de losa se estima de las mismas características de la tipología de losa aligerada ya que debido a la altura de la superestructura deberá ser bombeado completamente. La cuantía de acero se estimó para un sector de voladizo sobre el eje de la viga exterior en 125 kgs/m3 promedio. La cantidad de moldaje de losa arrendado depende de la planificación en etapas de la obra. Particularmente la planificación de la obra en estudio se presenta en el anexo B.

Actividades Costo Costo Unitario Cubicación Observaciones Vigas

Pretensadas UF 4,481 UF 25 /m3 179 m3 Considera Material,

Preparación, Transporte e Instalación

Losa y Travesaños

Hormigón UF 729 UF 2.87 /m3 254 m3 Acero A63-42H UF 841 UF 0.0271 /kg 31027 kg

Moldaje UF 263 -- 964 m2

Asfalto UF 223 -- 44 m3 Según planificación de obra

Mano de Obra UF 1151 UF 287.2 /mes 4 meses Según planificación de obra

*Detalles de los costos en Anexo B.

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Considerando solo la superestructura de vigas el costo directo total de UF 7686. Sobre la modificación de la infraestructura correspondiente a la realización de cabezales que soporten las vigas y la nueva cepa a construir, los costos se presentan a continuación.

Actividades Costo Cubicación Observaciones Cabezales Hormigón UF 143 50 m3

Acero A63-42H UF 135 4987 kg

Alzaprimado UF 84 3 meses Considerando 2 juegos de alzaprimado de cabezal

colgado a pilar Moldaje UF 16 105 m2

Pilar UF 633

Basado en costo de cepas existentes

*Detalles de los costos en Anexo B. Por lo tanto las variaciones de la infraestructura incrementarían el valor de la solución de vigas en UF 1011.

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4. ANÁLISIS Y COMPARACIÓN

4.1 Análisis Económico de Obra Lazo Salida San Francisco En el capítulo anterior se presentaron las características geométricas y de costos de dos soluciones para la realización de la obra Lazo de Salida Puente San Francisco. Ambas soluciones resuelven el flujo vehicular proveniente del poniente por la Costanera Norte e ingresarlo al puente San Francisco con dirección norte. Se mantuvo el diseño vial del lazo en ambas tipologías tanto en el trazado horizontal como vertical y el ancho para las dos pistas vehiculares. Además se mantienen las condiciones de diseño exigida por la normativa. La posición centrada del pilar según la losa aligerada se modificó al variar los largos de los tramos para la solución centrada entre vigas. Se estudiará la influencia de las actividades en el costo total de la obra específica estudiada y la comparación de costos finales entre tipologías.

Puente Losa Aligerada

17%2%

31%

22%14%3%

11%

Alzaprimado Moldaje TerciadoAcero A63-42HHormigón Tubos AligeramientoAsfaltoMano de Obra

Gráfico N°1.- Participación de Actividades – Losa Aligerada

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Puente de Vigas

59%

9%11%3%

3%

15%

Vigas PretensadasHormigónAcero A63-42HMoldajeAsfaltoMano de Obra

Gráfico N°2.- Participación de Actividades – Vigas

Se observa directamente que para cada tipología existe una actividad dominante. Para la tipología de losa aligerada el acero controla el 31% del costo total. La solución de vigas se ve controlada por la actividad “Vigas Pretensadas”. Esta actividad reúne los materiales y construcción de las vigas, el uso de las canchas de pretensado, el transporte, el montaje y la mano de obra correspondiente hasta la instalación. Lo anterior se deberá analizar por su variación según el sistema constructivo y características propias de cada obra. El estudio de costos de la solución mediante de vigas de la obra específica presentó los costos asociados a las modificaciones necesarias en la infraestructura. Luego, para la comparación económica entre tipologías, se considera el costo de la variación de infraestructura determinado en el capítulo anterior. Se debe asumir que la distinta posición de los sistemas pilote-pilar y la variación de cargas muertas no modifica el resto de la infraestructura.

4.1.1 Comparación considerando variación de infraestructura Considerando los costos correspondientes, en el diseño de la solución de vigas, a las modificaciones de las cepas (adición de estructuras de cabezales) y de la nueva cepa agregada (sistema pilote-pilar). Se obtienen los costos finales para la estructura de losa aligerada de UF 8534 y para la tipología en base a vigas de UF 8697, luego comparativamente la solución de losa aligerada es levemente más económica que al usar una tipología de vigas, presentando una diferencia porcentual de costos de 2%.

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4.1.2 Comparación considerando solo superestructura Al no incluir los costos agregados de la infraestructura, los valores para cada tipología son los presentados en el capítulo 3, donde la tipología de losa aligerada alcanza un costo total de UF 8534 y la tipología de vigas tiene un costo total de UF 7686, porcentualmente la tipología de losa aligerada supera en costos en un 11% a la solución de vigas.

4.2 Características de las Tipologías Tras el estudio de la obra presentada y el conocimiento de las tipologías en general, es importante presentar características benéficas de cada tipología que en conjunto con el estudio de costos y el análisis de los sistemas constructivos que se presenta más adelante, permita realizar decisiones con una mayor información.

4.2.1 Tipología de Losa

4.2.1.1 Ajuste a Trazados Curvos La tipología de losas permite una estructuración continua donde el perfil no sufre variaciones en el transcurso del trazado. Esta propiedad permite un exacto ajuste bajo diseños con curvatura horizontal permitiendo a la estructura resistente recibir directamente las solicitaciones de la carga vehicular. En otras palabras, el perfil completo trabaja bajo las solicitaciones de carga muerta o viva. Luego el diseño contempla al perfil como una sola estructura y no un sistema resistente como es el caso de la tipología de vigas. Así como esta tipología tiene un excelente comportamiento bajo curvaturas en el plano horizontal, su modelamiento en terreno permite adecuarse de igual manera a curvaturas verticales ya que no tiene restricciones de linealidad como es el caso de las vigas. Este ajuste vertical permite aplicar un espesor constante de pavimento para el diseño vial exigido.

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4.2.1.2 Impacto Visual Una nueva vinculación vial implica una eventual modificación del paisaje, siendo necesario analizar al momento del diseño las repercusiones que se podrían plantear. El análisis involucrará no sólo el grado en que la estructura a implantar incidirá sobre los valores estéticos y paisajísticos del ambiente afectado, sino también las oportunidades que la obra puede brindar. Luego, comparativamente, las estructuraciones de losa como las presentadas en esta memoria disminuyen el impacto visual, especialmente en obras viales de trazados complejos permitiendo ejecutar proyectos con curvatura continua, al contrario de la tipología de vigas, que su trazado se restringe a tramos rectos. Además el sector de empalme de la infraestructura con la superestructura de la tipología de losas se observa más estética ya que prescinde de estructuras de cabezales. Por lo tanto, la tipología de losas se presenta como una alternativa visualmente menos agresiva para su entorno.

4.2.2 Tipología de Vigas

4.2.2.1 Experiencia y Proveedores El uso de la tipología de vigas se remonta a principios del siglo pasado. Su uso masivo en puentes carreteros ha permitido una gran especialización en su diseño y construcción. Permitiendo, tras el nuevo aumento de carreteras en sectores urbanos, optimizar el sistema constructivo respecto a tiempos de ejecución y costos. De igual manera, el incremento de empresas especializadas en los distintos procesos o actividades que conlleva la construcción de obras viales aporta gran confianza al momento de subcontratar. Esto se refleja en el alto uso de elementos prefabricados y el ingreso al mercado de nuevas empresas constructoras de capacidad moderada.

4.2.2.2 Menor Densidad de Acero El uso de la tipología de vigas presenta, comparativamente, una densidad de acero menor a la tipología de losas. Se observa en la obra estudiada que, considerando la superestructura completa, la densidad de acero de la tipología de vigas es de 113 kg/m3, bastante menor a los 152 kg/m3 de la tipología de losas. Este punto actualmente es de alta importancia debido a la gran demanda de acero del sector constructivo nacional, lo que ha sobre exigido a las empresas siderúrgicas.

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4.3 Estudio de Factores Influyentes en los Sistemas Constructivos El estudio de los sistemas constructivos utilizados para cada tipología tiene como objetivo presentar los factores influyentes dependientes de las variadas condiciones de la obra que modifican los costos y la importancia que deberá concederse al estudio del sistema a utilizar al momento de analizar el proyecto.

4.3.1 Tipología de Losa La tipología de losas se ha descrito como un sistema con construcción en terreno, aunque de igual manera existen alternativas de construcción con elementos prefabricados que podrían ser complejos por la condición curva del trazado. De manera de destacar ciertos puntos del sistema constructivo de esta tipología se concentrará el estudio en el sistema de construcción in situ. Dentro del estudio de las tipologías, las actividades que conforman la construcción del proyecto dependerán de condiciones de obra, siendo el tiempo de realización una de las condiciones de mayor importancia. Por lo tanto podrían establecerse ciertas actividades variables y estimar las consecuencias que presentarán al momento de ejecución del proyecto. La siguiente tabla presenta un resumen de los factores y consecuencias de mayor importancia y frecuencia determinadas mediante el estudio de la obra presentada en esta memoria y de información aportada por profesionales con vasta experiencia en el tema.

Actividad Factor Influyente Consecuencia

Construcción por Etapas

Posible aumento de costos de esta actividad*. Dificultad en juntas constructivas*. Alzaprimado

y Moldaje Altura de Superestructura

Necesidad de procedimientos de control de deformaciones de la estructura auxiliar. Frecuente subestimación de costos en estudio de propuesta.

Enfierradura Complejidad del Perfil y Trazado

Alta precisión en su preparación y colocación. Control riguroso para cumplir diseño y recubrimientos

Hormigonado Altura de Superestructura Necesidad de bombear el hormigón.

*Puntos detallados más adelante

26

La gran mayoría de las complicaciones en la ejecución de la obra debido a la influencia del lugar físico de la obra o factores del diseño como tal, se logran prevenir mediante procedimientos de control que, aunque produzcan cierta demora en la las actividades, garantizan un producto final con la calidad deseada. Como ejemplo, en la obra estudiada, fue necesario controlar la deformación de las estructuras auxiliares y un estricto control a la preparación y colocación de la enfierradura. La actividad de alzaprimado y moldaje se presenta como el punto de mayor conflicto ya que, debido a su importante incidencia en los costos de esta tipología y dependencia según la planificación de la obra, puede ser el punto desequilibrante al momento de estudiar la factibilidad del proyecto bajo esta tipología. La modalidad de contrato para el alzaprimado utilizado en este tipo de obras consiste en inicialmente determinar la cantidad total de elementos a utilizar en el transcurso de toda la obra, se acuerda un valor porcentual del costo de reposición de los elementos correspondiente al arriendo diario de cada uno de estos. Este porcentaje puede variar bajo descuentos para cada empresa debido a la cantidad de elementos a arrendar o la relación con la empresa proveedora. Los cobros mensuales por parte de la empresa proveedora dependen de los despachos y devoluciones dentro del mes, cobrando solamente el arriendo de los elementos por los dias fuera de la bodega de la empresa. Todos los costos correspondientes al transporte de los elementos, en el retiro y devolución, deben ser asumidos por la empresa constructora. La construcción del puente en etapas se debe, en la gran mayoría de las obras, a razones relacionadas a la intervención del sector bajo el puente. Como ejemplo, la obra del Lazo de Salida San Francisco, debió trabajarse en dos etapas de manera de encauzar el río Mapocho en el sector no intervenido. Esto también podría pasar en sectores donde bajo el puente existe flujo vehicular y se deberá redirigir por vías alternativas o disminuir las vías de avance. También una de las causas del trabajo por etapas podrá deberse a restricciones de la misma constructora para trabajos de gran envergadura. La variación económica debido a la construcción por etapas se debe al aumento de costos en el transporte de los elementos del alzaprimado y a posibles descoordinaciones en la devolución del material, produciendo cobros por material ocioso en la obra.

27

El tipo de contrato con la empresa de alzaprimados concede cierta flexibilidad en caso de necesitar extensiones del contrato, en lo referido a cantidad de material, anexando al contrato original los elementos adicionales necesarios. Además manteniene todas las condiciones económicas del contrato original. El único riesgo posible recae en una posible falta de stock de la empresa proveedora produciendo un retraso en la construcción con su respectiva influencia en los costos. Otro punto conflictivo de la construcción por etapas es el manejo de las juntas constructivas que suelen presentar alta dificultad en el momento de su diseño y más aún al ejecutarlas en la obra, de manera de mantener una estructuración continua y no producir puntos irregulares en la superestructura.

4.3.2 Tipología de Vigas El sistema constructivo de la tipología de vigas se estudiará mediante el uso de elementos prefabricados pretensados en fábrica y la confección en terreno de la losa. El uso de prefabricados permite un alto control del curado del hormigón y una gran calidad de terminación de las vigas, además económicamente la prefabricación compite en los costos, respecto de su construcción en terreno. La estructuración mediante vigas pretensadas, postensada o de hormigón armado no modifica el sistema constructivo, ya que al momento de ejecutar la obra varían actividades de baja dificultad, como el pretensado en el banco de vigas en fábrica o el postensado en la obra previo al desplazamiento de las vigas. La siguiente tabla resume los puntos principales de estudio para el sistema constructivo de la tipología de vigas.

Actividad Factor Influyente Consecuencia

Características de Vigas

Problemas de transporte por longitud y peso de vigas*. Instalación según capacidad de grúa*

Transporte e Instalación de Vigas Accesibilidad a

Obra Costos adicionales para ubicación de vigas. Problemas de posicionamiento de grúa.

Hormigonado (Losa)

Altura de Superestructura Necesidad de bombear el hormigón.

*Puntos detallados más adelante

28

La variabilidad en el sistema constructivo de esta tipología se presenta según las condiciones de transporte y montaje de las vigas prefabricadas. Estos factores son los que pueden producir la variación del costo de las vigas, estimando como constante el valor puesto en fábrica. La variación del costo estimado de las vigas produce una alta variación en el costo total de la obra, considerando que el costo de las vigas es el de mayor participación en el costo directo total. En la superestructura de la obra específica analizada en esta memoria, el costo de las vigas representa un 67% del costo total. El transporte dependerá, por un lado, de las características de las vigas, en particular el peso y largo, propiedades que determinan el camión a utilizar. Para las vigas presentadas como solución alternativa para la obra estudiada el peso de la mayor viga de 21 metros de largo corresponde a 35 toneladas, valores entre los rangos normales que no necesitarán sistemas especiales de transporte. Otra variable que determina posibles variaciones al costo del transporte es la accesibilidad a la obra, ya que de manera de ubicar la viga en la mejor posición, según su método de instalación, podrá producir gastos adicionales como preparación de caminos o movimiento de vigas con grúa. Finalmente el montaje es el punto más variable en el costo unitario de las vigas, dependerá de las características de las vigas, condiciones físicas y de accesibilidad de la obra. Existen tres métodos principales de montaje de vigas que son mediante grúa, izaje o lanzamiento. Habitualmente la instalación es posible mediante grúas, pero en casos de vigas de alto tonelaje o de dificultad en posicionar la grúa cercana a la obra, se debe realizar la instalación por otros métodos. El método de izaje de las vigas es común en estructuras de gran altura, donde es posible levantar las vigas mediante sistemas de gatos hidráulicos y cables de alta resistencia y lograr posicionarla sobre la infraestructura. Además existen métodos de lanzamientos de vigas poco comunes para obras urbanas, pero de gran uso en puentes carreteros. Considerando el rango de estructuras que analiza la presente memoria, se enfocará el estudio en el método más común de instalación por grúa, presentando las variaciones de costos dentro de este método. Por lo tanto ahora dentro de la instalación de las vigas será primordial manejar la posición de la grúa y la carga a transportar, de manera de utilizar la grúa adecuada. La posición de la grúa dependerá del radio permitido por la máquina, si las condiciones de obra no permíten un debido acercamiento a la estructura, se deberá optar por grúas de mayor radio (normalmente para tonelaje mayor que el necesario), aumentando los costos.

29

5. DISCUSIÓN Tras la exposición de los estudios realizados, para la obra específica y de las características principales de cada tipología, es necesario plantear el objetivo de la presente memoria que busca determinar las condiciones y precauciones para permitir una factibilidad económica de la tipología de losa. Inicialmente es necesario restringir los rangos de puentes donde la tipología de losa pueda competir con las estructuraciones de vigas. Como ya se ha mencionado, la comparación deberá centrarse en puentes de luces bajas, entre 15 a 25 metros, sobre este rango la tipología de vigas con precompresión o vigas de acero es preferente. Además dentro de este rango, aquéllos puentes con curvatura o esviaje tiene mayor posibilidad de ser económicamente factible bajo la tipología de losa. En el periodo de estudio de un proyecto será esencial realizar las estimaciones adecuadas en base al conocimiento de los factores influyentes de la obra. Lo anterior significará ajustar las estimaciones acotando el número de imprevistos al momento de la ejecución. Considerando la actividad con mayor variación posible de costos correspondiente al alzaprimado y moldaje, se recomienda que la estimación de costos no deberá realizarse según el método convencional en base al metro cuadrado de superficie. En lo posible cotizar con la empresa proveedora directamente o utilizar algún método basado en el volumen bajo la estructura considerando la alta influencia en los costos de la altura de la superestructura. Se debe tener presente que los software que utilizan las empresas proveedoras suelen mantener un factor propio de seguridad que aumenta la cantidad de material, difiriendo de posibles cálculos realizados bajo condiciones de deformación máxima. Según la información de la empresa proveedora en el Lazo de Salida San Francisco el costo de alzaprimado para el metro cuadrado de superestructura es de 1.5 UF/m2, un valor considerablemente alto en comparación a estimaciones recurrentes en la actualidad. En el periodo de construcción se deberá mantener un adecuado control sobre los despacho y devoluciones de los elementos de alzaprimado, especialmente en obras realizadas en etapas, disminuyendo el material ocioso en obra. Además se debe considerar la distancia entre la obra y las bodegas de la empresa proveedora debido al costo de transporte de estos elementos asumidos por la empresa constructora.

30

Además, considerando las características de la tipología de losas, en especial su alta densidad de acero y considerando la mayor participación dentro de los costos, se deberá formular un buen contrato con las empresas proveedoras de acero, logrando, en lo posible, disminuir los costos. También se sugiere subcontratar la preparación y colocación del acero a empresas especializadas debido a su alta dificultad, disminuyendo el riesgo de imprevistos en la enfierradura. Por otro lado se deberá realizar un estudio detallado de la solución alternativa, que si es basado en la tipología de vigas, se estudiarán los factores influyentes de la obra, realizando estimaciones realistas según posibles dificultades en el transporte e instalación de las vigas, de manera de incluir en el costo inicial la gran mayoría de costos adicionales que se presentan en la ejecución de la obra. Finalmente es importante discutir sobre la precisión del estudio de costos, considerando factores dificilmente cuantificables como el nivel de complejidad de la estructura y la experiencia de la mano de obra. Sobre las tipologías en estudio, la estructuración de losa presenta una complejidad mayor en comparación a la de vigas, principalmente debido al bajo número de obras realizadas con la tipologia de losa. Esta falta de experiencia se observa en la mayoria de las actividades de la construcción de ésta, produciendo retrasos según la planificación de la obra y exigiendo reprogramaciones de actividades. La alteración producida en los costos podría modificar la factibilidad económica establecida por las estimaciones iniciales.

31

6. CONCLUSIONES La presente memoria expone un análisis a dos tipologías de puentes utilizadas en nuestro país. Se estudió económicamente una obra realizada en base a estructuración de losa y se presentó la solución alternativa mediante el uso de vigas, permitiendo la comparación de costos entre ambas soluciones. Además se estudió las características principales de cada tipología y su sistema constructivo. Concretamente, para la obra analizada, se determinó que la tipología de losas presenta costos levemente menor con respecto a la tipología de vigas, considerando los costos para adaptar la infraestructura al utilizar una estructuración con vigas. Analizando solo la superestructura de cada tipología, el uso de vigas permite un ahorro cercano al 10% respecto al uso de losa aligerada. Según el estudio de las características de la tipología de losa, sus mayores beneficios se logran en estructuras de luces bajas y con trazados complejos, lo que coincide con la obra especifica estudiada. A continuación se presentan fundamentos que confirman lo declarado.

- La tipología de losa permite una estructuración continua, disminuyendo los momentos solicitantes en comparación a la condición de simplemente apoyada de las vigas para trazados curvos.

- La curvatura del trazado produce voladizos de grandes dimensiones al

utilizar una tipología de vigas, incrementando los costos debido a la necesidad de travesaños centrales y extremos y el aumento de la cuantía de acero de la losa.

- Para luces bajas, los aligeramientos aplicados a la superestructura de

losa permiten controlar las solicitaciones producidas por el peso propio.

Basado en el estudio del sistema constructivo de la tipología de losa, se sugiere, para una mayor precisión de la estimación de costos iniciales en el estudio del proyecto, concentrar el análisis en el sistema de alzaprimado y moldaje necesario y mantener un adecuado control de los despachos y devoluciones del material en el transcurso de la obra.

32

Tras el estudio presentado se puede concluir, que bajo ciertas características de la obra, la solución mediante tipología de losa puede ser económicamente factible. Si bien el análisis realizado no considera factores asociados a la inexperiencia de las empresas constructoras en la ejecución de obras con estructuras de losa, con el aumento de su uso existirá una disminución natural de imprevistos, permitiendo descartar estos factores. Puntualmente la obra analizada presenta una factibilidad económica bajo el uso de estructuras de losa aligerada. Más aún, considerando las características geométricas de las obras relacionadas con salidas y entradas a carreteras urbanas, la tipología de losas podría considerarse económicamente factible para la mayoría de este tipo de obras. Finalmente es posible observar que sobre las situaciones planteadas en la presente memoria, la necesidad de disminuir el impacto visual y favorecer la estética de las obras civiles dentro de un paisaje urbano, el posible aumento de costos directos e indirectos asociados a la tipología de losas no es de una magnitud que restrinja su uso. Además con el aumento actual de diseños basados en esta tipología, la especialización de proveedores, la creciente pericia y mejoras en planificación por parte de la constructora y la iniciativa de los agentes licitadores, permitirá una masificación en el uso de la tipología de losa y su correspondiente disminución de costos.

33

7. BIBLIOGRAFÍA

1.- American Association of State Highway an Transportation Officials. (AASHTO).1996 “Standard Specifications for Highway Bridges”. Washington, D.C. 2.- Dr.-Ing. Fritz Leonhardt., Traducción por Alberto Corral. Madrid 1967 “Hormigón Pretensado”. 2da Edición. 3.- Pedro Astaburuaga. “Proyecto y Construcción de Vigas Postensadas para Puentes Carreteros”. Tesis para optar a Ingeniería Civil. 2001. 4.- Patricio Cordero. “Comparación Técnica y Económica de Losas Aligeradas con Losas Macizas de Hormigón Armado para Puentes Carreteros”. Tesis para optar a Ingeniería Civil. 2004. 5.- J. R. Gonzáles de Gangas, D. R. Lorenzo Esperante, J. A. Crespo Martinez. “El Viaducto de Raos: Una aplicación de la tipología losa aligerada en tableros de puentes de luces medias”. Articulo Revista de Obras Públicas. España 1999. 6.- Rogelio Daniel Percivati Franco. “Métodos y Sistemas de Puentes de Hormigón de Reciente Utilización en la Republica Argentina”. Artículo. II Simpósio Íbero-Americano sobre Concreto Estructural. Rio de Janerio 2006

34

ANEXO A. Diseño de Viga y Verificaciones

DISEÑO VIGA SEGUN TRAMOS 1, 2, 3, 4 Y 5

1.- Propiedades Viga

Sección Llena+ 22 cables 0.6"+ losa colaborante

Seccion LLena Sección LLena + 22 cables 0.6"

Area 6725cm2

:= Area1 6973.6cm2

:= Area2 12665.6cm2

:=

Inercia1 20246681cm4

:=Inercia 19107365cm

4:= Inercia2 38569856cm

4:=

ws1 293231cm3

:=ws 286904cm

3:= ws2 1107591cm

3:=

wi1 266568cm3

:=wi 243712cm

3:= wi2 350072cm

3:=

yn1 75.95cm:=yn 78.4cm:= wlosa 703532cm

3:=

yacero 9.727cm:=yn2 110.18cm:=

Aacero 40.13cm2

:=

2.- Propiedades Puente

La 21m 2 76⋅ cm−:=gh 2.5

ton

m3

:= VolBar 0.25m

3

m:= fc 400

kg

cm2

:=Ancho 7.3m:=

hlosa 0.2m:=fci 350

kg

cm2

:= Es 1970ton

cm2

:=gp 2.4

ton

m3

⋅:=hpavprom 6cm:=

nv 2:=fcilosa 300

kg

cm2

:=Eci 318

ton

cm2

:=

sepfija 2.8m:= sepvarmax 1m:=

hviga 145cm:=M x( ) x

La2

8⋅:= Ec 340

ton

cm2

:=

bviga 140cm:=

AreaCart 373cm2

875cm2

+:=

Anexo A - Diseño - Página 1

3.- Cargas y Flectores Maximos

P.P. Vigas PPV Area gh⋅:=

PPV 1.681ton

m= M PPV( ) 79.748 ton m⋅=

P.P. Sobrelosa PPSLfija sepfija hlosa⋅ gh⋅ AreaCart gh⋅+:=

PPSLfija 1.712ton

m=

M PPSLfija( ) 81.207 ton m⋅=

PPSLvar sepvarmax hlosa⋅ gh⋅5

6⋅:=

M PPSLvar( ) 19.764 ton m⋅=

PPSL PPSLfija PPSLvar+:=

MSSL M PPSLfija( ) M PPSLvar( )+:= MSSL 100.971 ton m⋅=

P.P Baranda y Pavimento

PPBP2VolBar gh⋅ Ancho hpavprom⋅ gp⋅+

nv:=

PPBP 1.151ton

m= M PPBP( ) 54.577 ton m⋅=

Carga Vehicular Camion HS20-44 +20%

KGInercia2

fcilosa

fci

0.5:= Pr 7.258ton:=

CI 115.24m

La 38m++:=

CI 1.265=

Pcamion 1.2 CI⋅ Pr⋅:= Pcamion 11.019 ton=

Reacción en viga cuando pasa camión en la ubicación mas desfavorable

d1 109cm:= d2 74cm:= Sep 3.5m:=

PdPcamion

Sep2 Sep⋅ d1+ d2−( )⋅:=

Pd 23.14 ton=

Nota d1=distancia desde el eje de la viga hasta la rueda exterior d2=distancia desde el eje de la viga hasta la rueda interior(hacia el centro del puente)


a28 14+

2.2514−

0.3048⋅ m:= a 1.422 m=Posicion según Winkler

xLa a−

2:= x 9.029 m=

Msc Pd 2.25x

La⋅

x⋅14

40.3048⋅ m−

⋅:=

Msc 193.19 ton m⋅=

4.- Tensiones y Pretensado.

Estimacion de Perdidas

Pt 22 20.0⋅ ton:= Pt 440 ton=

4.1.-Perdidas Instantaneas

i) Asentamiento de Cuñas y Asentamiento de Banco

Caracteristicas del Banco

Lb 13200cm:=

Ab 9600cm2

:= deltaC 0.6cm Es⋅Aacero

Lb⋅:= deltaC 3.593 ton=

Ecb 226.1ton

cm2

:=deltaB 0.5 Pt deltaC−( )⋅

Es Aacero⋅

Ecb Ab⋅⋅:=

deltaB 7.947 ton=

Po Pt deltaB− deltaC−:= Po 428.459 ton=

ii) Acortamiento Elastico de la Viga (Calculado por iteraciones)

exc yn1 yacero−( ):=

1fcir

M PPV( )− exc⋅

Inercia1Po( )

1

Area1

exc2

Inercia1+

⋅+:= fcir 116.266kg

cm2

=

ES fcir Aacero⋅Es

Eci⋅:= ES 31.861 ton=

deltaPins deltaC deltaB+ ES+:= deltaPins 43.402 ton=

Po Pt deltaPins−:= Po 396.598 ton=


2fcir

M PPV( )− exc⋅

Inercia1Po( )

1

Area1

exc2

Inercia1+

⋅+:= fcir 105.861kg

cm2

=

ES fcir Aacero⋅Es

Eci⋅:= ES 29.01 ton=



3

fcirM PPV( )− exc⋅

Inercia1Po( )

1

Area1

exc2

Inercia1+

⋅+:= fcir 106.792kg

cm2

=

ES fcir Aacero⋅Es

Eci⋅:= ES 29.265 ton=



4

fcirM PPV( )− exc⋅

Inercia1Po( )

1

Area1

exc2

Inercia1+

⋅+:= fcir 106.709kg

cm2

=

ES fcir Aacero⋅Es

Eci⋅:= ES 29.242 ton=




4.2.- Perdidas Diferidas

i) RetraccionRH 75%:=

SH 1.2 1.06 RH⋅−( ) Aacero⋅ton

cm2

⋅:= SH 16.253 ton=

ii) Creep del Hormigon

exc2 yn2 yacero−:=

fcds MSSL( )−exc

wi1 yn1⋅⋅ M PPBP( )−

exc2

wi2 yn2⋅⋅+:= fcds 42.856

kg

cm2

=

CRc 12 fcir⋅ 7 fcds⋅−( ) Aacero⋅:=CRc 43.374 ton=

iii) Creep del Acero

CRs 0.352 Aacero⋅ton

cm2

⋅ 0.1 ES⋅− 0.05 CRc SH+( )⋅−:= CRs 8.22 ton=

deltaPdif SH CRc+ CRs+:= deltaPdif 67.846 ton=

Pse Po deltaPdif−:=Pse 331.37 ton=

Chequeo Tracion inferior en Servicio

ftinM PPV( )−

wi1Pse

1

Area1

exc

wi1+

⋅+MSSL

wi1−

M PPBP( )

wi2−

Msc

wi2−:=

ftin 7.921−kg

cm2

=

Pse

2215.062 ton=

Luego, Pretensado de 22 cables de 0.6" @ 15.1 ton


5.- Diagrama de Tensiones

Peso PropioM PPV( )

ws125

kg

cm2

=M PPV( )−

wi127−

kg

cm2

=

Pretensado 1 .- Po

1

Area1

exc

ws1−

⋅ 30−kg

cm2

= Po1

Area1

exc

wi1+

⋅ 142kg

cm2

=

2 .-Pse

1

Area1

exc

ws1−

⋅ 25−kg

cm2

= Pse1

Area1

exc

wi1+

⋅ 118kg

cm2

=

Sobrelosa MSSL

ws131

kg

cm2

=MSSL−

wi134−

kg

cm2

=

B + PM PPBP( )

wlosa7

kg

cm2

=M PPBP( )−

wi214−

kg

cm2

=

M PPBP( )

ws24

kg

cm2

=

SobreCarga Msc

wlosa25

kg

cm2

=Msc−

wi250−

kg

cm2

=

Msc

ws216

kg

cm2

=


6.- Verificacion de Capacidad

1 .-Mu 1.3 M PPV( ) MSSL+ M PPBP( )+

Msc

0.6+

⋅:=

Mu 724.464 ton m⋅=

2 .- fpe Pse1

Area

exc

wi+

⋅:= fpe 126.386kg

cm2

=

fdM PPV( )

wi

MSSL

wi1+

M PPBP( )

wi2+:= fd 78.191

kg

cm2

=

fr 2 fc0.5

⋅kg

0.5

cm:= fr 40

kg

cm2

=

Mcr fr fpe+ fd−( ) wi2⋅:=

1.2Mcr 408.401 ton m⋅=

Calculo Mn

d hviga hlosa+ yacero−:= b 12 hlosa⋅:=

d 1.553 m= b 2.4 m=

roAacero

b d⋅:= ro 1.077 10

3−×= beta 0.85:=

gamma 0.28:=fs1 18.983

ton

cm2

:=

fsu fs1 1gamma

beta

ro⋅fs1

fc⋅+

⋅:= fsu 19.273ton

cm2

=

a1Aacero fsu⋅

0.85 fc⋅ b⋅:= a1 0.086 m= el area a compresion permanece en el

sector de la losa

Mn Aacero fsu⋅ da1

2−

⋅:= Mn 1167.664 ton m⋅=

phi 1:=


7.- Deformaciones y Contraflecha

defPPV5 PPV⋅ La

4⋅

384 Eci⋅ Inercia1⋅:= defPPV 4.896mm=

defPoPo− exc⋅ La

2⋅

8 Eci⋅ Inercia1⋅:= defPo 19.477− mm=

defSL5 PPSL⋅ La

4⋅

384 Ec⋅ Inercia1⋅:= defSL 5.798mm=

defBP5 PPBP⋅ La

4⋅

384 Ec⋅ Inercia2⋅:= defBP 1.645mm=

deltaIns defPPV defPo+:= deltaIns 14.581− mm=

deltaDif defSL defBP+:= deltaDif 7.443mm=

Remanente Maxima

CDRmax 2.714 deltaIns⋅ deltaDif+:= CDRmax 32.13− mm=

Remanente Estimada

CDR 2.26 deltaIns⋅ deltaDif+:= CDR 25.51− mm=


Verificacion Viga Externa Tramo 6


Seccion Llena

+ 22 cables 0.6"

+sobrelosa

Seccion LLena

+ 22 cables 0.6"Seccion LLena

Area 6725cm2

:= Area1 6973.6cm2

:= Area2 12665.6cm2

:=



4:= Inercia2 38569856cm

4:=

ws1 293231cm3

:=ws 286904cm

3:= ws2 1107591cm

3:=

wi1 266568cm3

:=wi 243712cm

3:= wi2 350072cm

3:=


3:=


Aacero 40.13cm2

:=

exc yn1 yacero−:=


La 18m 2 76⋅ cm−:=gh 2.5

ton

m3

:= VolBar 0.25m3

m:= fc 400

kg

cm2

:=Ancho 7.3m:=

hlosa 0.2m:=fci 350

kg

cm2

:= Es 1970ton

cm2

:=gp 2.4

ton

m3

⋅:=hpavprom 6cm:=

nv 2:=fcilosa 300

kg

cm2

:=Eci 318

ton

cm2

:=

sepfija 2.8m:= sepvarmax 1.92m:=


La2

8⋅:= Ec 340

ton

cm2

:=

bviga 140cm:=

AreaCart 373cm2

1557cm2

+:=

Anexo A - Verificación 1- Página 1



PPV 1.681ton

m= M PPV( ) 57.076 ton m⋅=


PPSLfija 1.883ton

m=



6⋅:=






nv:=

PPBP 1.151ton

m= M PPBP( ) 39.061 ton m⋅=


KGInercia2

fcilosa

fci

0.5:= Pr 7.258ton:=

CI 115.24m

La 38m++:=

CI 1.28=


Reaccion en viga cuando pasa camion en la ubicacion mas desfavorable

d1 18cm:= d2 182.88cm:= Sep 3.5m:=

Ojo caso especial con camion con ambas

ruedas fuera del eje de la viga

PdPcamion

Sep2 Sep⋅ 2d1+ d2+( )⋅:=

Pd 29.262 ton=

Nota d1=distancia desde el eje de la viga hasta la primera rueda

d2=distancia entre ejes del camion (6 pies)


a28 14+

2.2514−

0.3048⋅ m:= a 1.422 m=

Posicion segun Winkler

xLa a−

2:= x 7.529 m=

Msc Pd 2.25x

La⋅

x⋅

14

40.3048⋅ m−

⋅:=

Msc 195.24 ton m⋅=


Po 399.437ton:= Pse 331.973ton:=


ftinM PPV( )−

wi1Pse

1

Area1

exc

wi1+

⋅+MSSL

wi1−

M PPBP( )

wi2−

Msc

wi2−:=

ftin 6.869kg

cm2

=




Msc

0.6+

⋅:=

Mu 666.387 ton m⋅=

2 .- fpe Pse1

Area1

exc

wi1+

⋅:= fpe 118.003kg

cm2

=

fdM PPV( )

wi1

MSSL

wi1+

M PPBP( )

wi2+:= fd 60.539

kg

cm2

=

fr 2 fc0.5

⋅kg0.5

cm:= fr 40

kg

cm2

=


1.2Mcr 451.322 ton m⋅=

Calculo Mn


d 1.553 m= b 2.4 m=

roAacero

b d⋅:= ro 1.077 10

3−×= beta 0.85:=

gamma 0.28:=fs1 18.983

ton

cm2

:=

fsu fs1 1gamma

beta

ro⋅fs1

fc⋅+

⋅:= fsu 19.273ton

cm2

=

a1Aacero fsu⋅


sector de la losa


2−

⋅:= Mn 1167.664 ton m⋅=

phi 1:=



defPPV5 PPV⋅ La

4⋅



2⋅


defSL5 PPSL⋅ La

4⋅


defBP5 PPBP⋅ La

4⋅




Remanente Maxima


Remanente Estimada



Verificacion Viga Externa Tramo 7


Seccion Llena

+ 22 cables 0.6"

+sobrelosa

Seccion LLena

+ 22 cables 0.6"Seccion LLena

Area 6725cm2

:= Area1 6973.6cm2

:= Area2 12665.6cm2

:=



4:= Inercia2 38569856cm

4:=

ws1 293231cm3

:=ws 286904cm

3:= ws2 1107591cm

3:=

wi1 266568cm3

:=wi 243712cm

3:= wi2 350072cm

3:=


3:=


Aacero 40.13cm2

:=

exc yn1 yacero−:=


La 15m 2 76⋅ cm−:=gh 2.5

ton

m3

:= VolBar 0.25m3

m:= fc 400

kg

cm2

:=Ancho 7.3m:=

hlosa 0.2m:=fci 350

kg

cm2

:= Es 1970ton

cm2

:=gp 2.4

ton

m3

⋅:=hpavprom 6cm:=

nv 2:=fcilosa 300

kg

cm2

:=Eci 318

ton

cm2

:=

sepfija 2.98m:= sepvarmax 1.91m:=


La2

8⋅:= Ec 340

ton

cm2

:=

bviga 140cm:=

AreaCart 373cm2

1557cm2

+:=

Anexo A - Verificación 2 - Página 1



PPV 1.681ton

m= M PPV( ) 38.188 ton m⋅=


PPSLfija 1.972ton

m=



6⋅:=






nv:=

PPBP 1.151ton

m= M PPBP( ) 26.134 ton m⋅=


KGInercia2

fcilosa

fci

0.5:= Pr 7.258ton:=

CI 115.24m

La 38m++:=

CI 1.296=


Reaccion en viga cuando pasa camion en la ubicacion mas desfavorable

d1 17cm:= d2 182.88cm:= Sep 3.5m:=

Ojo caso especial con camion con ambas

ruedas fuera del eje de la viga

PdPcamion

Sep2 Sep⋅ 2d1+ d2+( )⋅:=

Pd 29.571 ton=

Nota d1=distancia desde el eje de la viga hasta la primera rueda

d2=distancia entre ejes del camion (6 pies)


a28 14+

2.2514−

0.3048⋅ m:= a 1.422 m=

Posicion segun Winkler

xLa a−

2:= x 6.029 m=

Msc Pd 2.25x

La⋅

x⋅

14

40.3048⋅ m−

⋅:=

Msc 147.851 ton m⋅=


Po 399.437ton:= Pse 331.973ton:=


ftinM PPV( )−

wi1Pse

1

Area1

exc

wi1+

⋅+MSSL

wi1−

M PPBP( )

wi2−

Msc

wi2−:=

ftin 38.521kg

cm2

=




Msc

0.6+

⋅:=

Mu 485.705 ton m⋅=

2 .- fpe Pse1

Area1

exc

wi1+

⋅:= fpe 118.003kg

cm2

=

fdM PPV( )

wi1

MSSL

wi1+

M PPBP( )

wi2+:= fd 41.168

kg

cm2

=

fr 2 fc0.5

⋅kg0.5

cm:= fr 40

kg

cm2

=


1.2Mcr 541.023 ton m⋅=

Calculo Mn


d 1.553 m= b 2.4 m=

roAacero

b d⋅:= ro 1.077 10

3−×= beta 0.85:=

gamma 0.28:=fs1 18.983

ton

cm2

:=

fsu fs1 1gamma

beta

ro⋅fs1

fc⋅+

⋅:= fsu 19.273ton

cm2

=

a1Aacero fsu⋅


sector de la losa


2−

⋅:= Mn 1167.664 ton m⋅=

phi 1:=



defPPV5 PPV⋅ La

4⋅



2⋅


defSL5 PPSL⋅ La

4⋅


defBP5 PPBP⋅ La

4⋅




Remanente Maxima


Remanente Estimada



53

ANEXO B. Detalles Cubicación y Costos

54

B.1- TIPOLOGÍA LOSA ALIGERADA Alzaprimado Información facilitada por la empresa proveedora EFCOFORMS CHILE, donde se entrego la cubicación y planos del sistema de alzaprimado para el Lazo de Salida San Francisco. La información se corroboro con una cubicación propia de los planos. El contrato con la empresa sólo presenta el valor que pagara de arriendo de los materiales como un porcentaje del precio de reposición. Este porcentaje, por ser la empresa Tecsa-Fe Grande un cliente habitual y confiable, se otorgó con los descuentos máximos. Los valores de reposición se modifican para cada elemento, por lo tanto no es posible entregar un valor unitario general que represente el alzaprimado según un parámetro de medición (sea metro cuadrado o cúbico). Los periodos de arriendo para cada despacho se calculo desde la fecha del despacho hasta el retiro de alzaprimado según la programación de la obra, ya que no existen registros de devolución dentro del periodo de construcción. Además en toda la memoria se estima el dólar a $450 y la UF a $20000, de manera de presentar los costos en UF para todas las actividades.

Despacho 1 Despacho 2 Despacho 3 Valor Venta US$ 210115 290493 285485 Duración dias 84 82 80 Arriendo dia US$ 210 290 285 Arriendo Total US$ 17650 23820 22839 Arriendo Total UF 397 536 514 Total 1447 UF Moldaje Terciado Adicional al moldaje arrendado, se incluye un moldaje de placas de terciado para formar el perfil de losa y las curvaturas especificadas. Se cotizó placas de terciado de 12 mm. Perímetro Inferior = 9.84 m Largo Total = 132 m Valor Unitario = UF 0.15 /m2 Valor Total = UF 195

55

Acero A63-42H El contrato de acero se realizó con dos empresas, el material fue aportado por la empresa SERVICIO MAT LIMITADA y la preparación, colocación y flete con la empresa CONSTRUCTORA WEIBEL AZOCAR LIMITADA. La última empresa mencionada otorgo la cubicación propia del material utilizado en la obra estudiada. Pero se optó por una cubicación propia (de rangos similares) debido a inconsistencias encontradas en la cubicación de la empresa. Se utilizó la versión final de planos de construcción. Cubicación = 98529 kg Valor Unitario = UF 0.0271 /kg ($ 541.5 /kg) Valor Total = UF 2670 Hormigón Para el hormigón se realizó contrato con la empresa PREMIX S.A., el valor presentado refiere a un hormigón bombeable más el costo de camión y bomba. Cabe destacar que se debió utilizar un 100% de hormigón bombeable, previamente se había estimado solo un porcentaje de hormigón bombeable. Se considera en la cubicación los sectores con aligeramientos y aquéllos sectores de sección llenas (en cepas). Además se agrega el volumen adicional perteneciente al sector final de empalme con el puente San Francisco. Sección Perfil = 4.67 m3/m lineal (Sección Aligerada), 6.58 m3/ m lineal (Sección Llena) Largo Total = 120 m (Largo Aligerado) + 10.1 m (Largo Lleno) Volumen adicional = 20.16 m3 Valor Unitario = UF 2.87 /m3 Volumen Total = 647 m3 Valor Total = UF 1857 Tubos de Aligeramiento y Asfalto Para estas actividades se utilizó directamente el costo determinado por la empresa constructora. Estos costos involucran mano de obra, maquinaria y numerosos detalles, por lo tanto se optó por utilizarlos directamente, realizando solamente cálculos que comprueben las cubicaciones. Cubicación Tubos = 360 m lineales Valor Total Tubos = UF 1174 Cubicación Asfalto = 44 m3 Valor Total Asfalto = UF 223

56

Mano de Obra La información sobre la mano de obra fue facilitada por la empresa constructora donde especifican el tipo de cuadrilla utilizada (16 hombres, más capataz y supervisor), su ocupación y sueldo correspondiente. Se considera la duración de la obra como 3 meses y 11 días. Valor Mano de Obra = UF 287.6 /mes Valor Total Mano de Obra = UF 968 B.2- TIPOLOGÍA DE VIGAS Vigas Pretensadas Para el cálculo de costos asociados a la vigas pretensadas se basó en un valor promedio utilizado comúnmente para estimaciones de proyectos de viga en la actualidad, considerando UF 25 /m3 de hormigón. Las vigas corresponden a las presentadas en el informe. Cubicación = 179.2 m3 Valor Unitario = UF 25 /m3 Valor Total = UF 4480 Hormigón (Losa y Travesaño) El costo unitario del hormigón utilizado en las losas y travesaños fue el mismo que para la tipología de losa, considerando que en ambas soluciones el hormigón deberá ser bombeado. La cubicación del hormigón de losa utilizó el valor promedio de espesor de losa considerandoel área aportada por las cartelas. Losa Cubicación = 225.5 m3 Valor Unitario = UF 2.87 /m3 Valor Total = UF 648

57

Los travesaños presentan variaciones casi imperceptibles entre ellos, en toda la estructura existen 21 travesaños de un espesor de 25 centimetros. Cubicación Travesaño = 1.35 m3 Cubicación Total = 28 m3 Valor Unitario = UF 2.87 /m3 Valor Total = UF 81 Acero A63-42H (Losa y Travesaños) La cuantía de acero para losa se estimó en 125 kg/m3 de hormigón, se verificó mediante lo estabelcido por el codigo ACI- 318 para los momentos máximos producidos en el voladizo. Cubicación = 28187 kg Valor Unitario = UF 0.0271 /kg Valor Total = UF 764 Para la cuantía de los travesaños se opto por 100 kg/m3 de hormigón, valor utilizado comúnmente para estimaciones de cuantía en vigas. Cubicación = 2842 kg Valor Unitario = UF 0.0271 /kg Valor Total = UF 77 Planificación de Obra La ejecución de la obra se plantea en 3 etapas de manera de representar una planificación de características típicas en la construcción de puentes de viga. La elección de los tramos de cada etapa se basa en las características similares entre los primeros 5 tramos (1, 2, 3, 4 y 5) y entre los 2 finales (6 y 7), permitiendo una especialización de los trabajadores y el reuso completo del moldaje en las dos primeras etapas. Además se presenta una duración total similar a la tipología de losa.

Tramos Duración Etapa 1 1,2,7 6 semanas Etapa 2 3,4,6 6 semanas Etapa 3 5 4 semanas

58

Moldaje (Losa y Travesaños) Para el cálculo de material a arrendar de estructuras auxiliares que permitan el moldaje colgante se cotizó con valores promedios de la empresa EFCOFORMS S.A., considerando los denominados “juegos de estructuras” según las caracteristicas de los tramos, suponiendo que la variacion de estructura necesaria entre tramos similares es despreciable. Para esto se denominan dos tipos de “juegos”: para tramos de 20 metros y para tramos de 16 metros. La cantidad se puede resumir en la siguiente tabla.

Cantidad Duración 2 3 meses Juego de 20 metros 1 1 mes

Juego de 16 metros 1 3 meses El valor unitario para este tipo estructuras se aproxima a US$ 5/m2 mensualmente, además existe un costo debido a los colgadores perdidos que se estima en US$ 1 /m2 . Adicionalmente el moldaje de placas de terciado se asume sin reuso y se calcula para el area inferior de la superestructura sin considerar el área del patín superior de las vigas. Al igual que para la tipología de losas el costo unitario de las placas se cotizó en UF 0.15 /m2. Valor Total Estructura Auxiliar = UF 176 Cubicación Moldaje Terciado = 577 m2 Valor Total Moldaje Terciado = UF 87 Asfalto y Mano de Obra Se utilizó el valor facilitado por la empresa constructora, asumiendo condiciones idénticas a la tipología de losa. La mano de obra se asumió cuadrillas de las mismas características para un tiempo de 4 meses según la planificación de obra. Cubicación Asfalto = 44 m3 Valor Total Asfalto = UF 223 Valor Mano de Obra = UF 287.2 /mes Valor Total Mano de Obra = UF 1151

59

Infraestructura Cabezales Los cabezales según el diseño presentado en el informe tiene las siguientes características.

Área 5.5408 m2 Ancho 1.5 m Volumen 8.3112 m3 Cuantía Pilar 100 kg/m3 Acero Cabezal 831.12 kg Nº Pilares 6 Total Hormigón 50 m3 Total Acero 4987 kg

Considerando la altura de los cabezales se cotiza un hormigón bombeable, de igual características al utilizado en la superestructura. Valor Unitario Hormigón = UF 2.87 /m3 Valor Total Hormigón = UF 143 Valor Unitario Acero = UF 0.0271 /kg Valor Total Acero = UF 135. Se cotizó en EFCOFORMS S.A. sistemas de estructura auxiliar con soporte en el pilar que permita la instalación del moldaje. Se optó por el arriendo de dos juegos de estructuras aprovechando su reutilización. Se estima un arriendo por 3 meses aproximadamente para la construcción de los 6 cabezales. Además se considera un sobreancho de los cabezales necesario para este tipo de estructuras auxiliares.

Ancho 2 m Largo 7.8 m Area 15.6 m2

Costo Unitario 40 US$ m2/mes Costo Total Estructura Auxiliar = UF 84

60

Para el moldaje de terciado utilizado, las áreas a cubrir de los cabezales son las siguientes.

Area Lateral 5.5 m2 Area Inferior 6.4 m2 Total Area Cabezal 17.4 m2 Total 104.4 m2 Costo 0.15 UF /m2 Costo Total 15.7 UF

Pilote - Pilar El cálculo de costos del nuevo sistema pilota – pilar agregado a la infraestructura, se utiliza el valor entregado por la empresa constructora de costos de las cepas. El costo total es de UF 633.

61

ANEXO C. Planos de Disposición General y Alzaprimado.

Documents

COMPARACIÓN TÉCNICA ECONÓMICA DE PUENTE DE LOSA …