Análisis y diseño de puentes colgantes peatonales en guadua

Abstract

Due to the geographical and social conditions in Colombia, many populations require structures such as bridges for access to basic services. An option for the construction of these bridges is with the use of guadua, for its economic and environmental benefits. However, its use is minimal, possibly due to deficits in its own regulations.

To promote this alternative and its regulation, three pedestrian suspension bridges were modeled based on the sizing of a module manufactured from Guadua angustifolia Kunth. This simple module has a length of 5 m, and when several modules are conected each other to form the bridge in the analysis lengths. The lengths of the bridges considered for structural modeling were 30, 40 and 50 meters. A characterization of the material considered for design was made based on current regulations and researchs. Then the description of the loads applied to the model was made, that is to say: dead, live and wind loads based on information given in the Bridge Code (CCP 14, by its acronym in Spanish) and the regulation NSR 10.

To study the service limit states of the structure's operation, that is, vibrations and deflections, the nature of the cables was taken into account due to their large deformations, so the analysis was of a non-linear type. The design of the guadua elements was carried out with the method of admissible stresses described in NSR 10.

Once the design was completed, a construction process of the modules was proposed and, based on an economic estimate, a comparison was made with metal bridges and others to determine the viability of the Project. Finally, the design of suspension bridges is established as a viable alternative, with some conditions according to their length.

Debido a las condiciones geográficas y sociales en Colombia, muchas poblaciones requieren estructuras como puentes para el acceso a servicios básicos. Una opción para la construcción de estos puentes es con el uso de guadua, debido a sus beneficios económicos y ambientales. Sin embargo, tienen poco uso debido posiblemente a déficit en su propia reglamentación.

Para el impulso de esta alternativa y promover su reglamentación, se realizó la modelación de tres puentes colgantes peatonales a partir del dimensionamiento de un módulo fabricado de Guadua angustifolia Kunth. Este módulo simple tiene una longitud de 5 m, y al conectar varios entre sí, forma el puente en las longitudes de análisis. Las longitudes de los puentes consideradas para la modelación estructural fueron de 30, 40 y 50 m. Se realizó una caracterización de la guadua para el diseño con base en la normatividad vigente e investigaciones realizadas. Posteriormente se describen las cargas aplicadas al modelo: cargas muertas, vivas y de viento con base en el Código de puentes (CCP 14) y el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR 10.

Para estudiar los estados límites de servicio del funcionamiento de la estructura, es decir, vibraciones y deflexiones, se tuvo en cuenta la naturaleza de los cables por sus grandes deformaciones, por lo cual el análisis fue de tipo no lineal. El diseño de los elementos en guadua se realizó con el método de los esfuerzos admisibles descrito en la NSR 10.

Una vez finalizado el diseño se planteó un proceso constructivo de los módulos estructurales y, a partir de una estimación económica del proyecto se realizó una comparación con puentes metálicos y otros para determinar la viabilidad del proyecto. Finalmente se establece el diseño de los puentes colgantes como una alternativa viable, con algunas condiciones de acuerdo a su longitud.