Una caja o viga tubular es una viga que forma un tubo cerrado con paredes múltiples, en oposición a una I - o H -beam . Originalmente construidos con hierro forjado remachado , ahora están hechos de acero laminado o soldado, extrusiones de aluminio u hormigón pretensado .
En comparación con una viga en I , la ventaja de una viga cajón es que resiste mejor la torsión . Al tener múltiples almas verticales, también puede transportar más carga que una viga en I de igual altura (aunque utilizará más material que una viga en I más alta de capacidad equivalente).
La distinción al nombrar una viga cajón y una viga tubular es imprecisa. Generalmente se usa el término viga de caja , especialmente si es de sección rectangular. Cuando la viga lleva su "contenido" dentro de la caja, como el puente Britannia , se denomina viga tubular . La viga tubular también se utiliza si la viga es redonda u ovalada en sección transversal, como el Royal Albert Bridge .
Cuando una viga de caja grande contiene más de dos paredes, es decir, con varias cajas, se denomina viga celular .
Desarrollo
La base teórica de la viga de caja fue en gran parte obra del ingeniero Sir William Fairbairn , con la ayuda del matemático Eaton Hodgkinson , alrededor de 1830. Buscaron diseñar para la viga más eficiente posible en el nuevo material de placas de hierro forjado remachadas .
Construcción celular
La mayoría de las vigas están cargadas estáticamente, de modo que una red está en compresión y la otra en tensión. Las grúas originales de Fairbairn usaban una construcción celular para la cara de compresión de su brazo, para resistir el pandeo. Este foque era curvo, ahusado y formado por planchas de hierro forjado remachadas. Se formaron tres celdas dentro de la cara cóncava (inferior) de esta viga, nuevamente de placas remachadas. [1]
Cuando se utiliza una viga tubular como tramo de puente (es decir, cargada en el centro en lugar de en un extremo, como una grúa), la fuerza de compresión está en la red superior de la viga y, por lo tanto, las celdas se colocan en la parte superior. Las fuerzas dinámicas (cargas en movimiento, viento) también pueden requerir que ambas caras sean celulares. (La sección preservada del puente Britannia muestra que las bridas superior e inferior eran de construcción celular, pero (según Fairbairn) se adoptó la construcción celular de la brida inferior, no debido a la naturaleza de las fuerzas que tenía que soportar, [2] : 206 pero debido a su magnitud y las consiguientes "dificultades prácticas que se habrían encontrado si se hubiera intentado lograr el área de sección requerida en una masa sólida") [2] : 183
De alguna manera, esto no es una "viga celular" como tal (en comparación con un marco espacial o construcción geodésica ) ya que las células no comparten cargas de toda la viga, sino que simplemente actúan para endurecer una placa de forma aislada. El diseño de estructuras integradas tan complejas requiere técnicas de modelado matemático antes de la época de Fairbairn.
En puentes
La viga teórica de Fairbairn apareció en el momento justo para la creciente demanda de puentes ferroviarios largos. Robert Stephenson lo contrató a él y a Hodgkinson como consultores para ayudar con sus puentes Britannia y Conwy , los cuales contenían la vía del tren dentro de una gran viga tubular. Poco después, Brunel también decidió utilizar un par de vigas redondas de pequeño diámetro como parte de una armadura más grande en Chepstow . Sin embargo, aunque muchos de los puentes de más larga duración de ferrocarril en uso en la década de 1860 utilizado vigas tubulares o de caja [3] Benjamin Baker, en sus útil larga ferroviarias Bridges ya se desestima el 'viga cajón con chapas de alma' como 'el tipo más desfavorable para puentes ferroviarios de grandes luces que será necesario que investiguemos ». [4] El Puente de la Bahía de Coronado tiene la viga de caja más alta.
Los puentes de vigas de caja de sección transversal rectangular poco profunda y características de perfil aerodinámico se utilizaron ampliamente en puentes de carretera desde la década de 1960 en adelante, como el Puente Severn , siendo mucho más livianos que la construcción de vigas tipo truss más profunda utilizada en puentes anteriores como el Puente Golden Gate. .
Preocupaciones de seguridad sobre los puentes de vigas de caja
A principios de la década de 1970, varios puentes de vigas de caja se derrumbaron durante la construcción: el puente Cleddau en Gales, el puente West Gate en Australia y el puente Koblenz en Alemania. Eso generó serias preocupaciones sobre el uso continuo de vigas de caja y estudios extensos de su seguridad, lo que implicó un uso temprano de modelos por computadora y fue un estímulo para el desarrollo del análisis de elementos finitos en la ingeniería civil .
Ver también
- Sección estructural hueca
- Acero estructural
Puentes
- Puentes tubulares
- Puente Britannia
- Puente ferroviario de Conwy
- Puentes de vigas cajón
- Puente de Severn
- Puente de Cleddau
- Puente West Gate
- Puente de Koblenz
- Puente Gateway , Brisbane , Queensland , Australia
Referencias
- ↑ Fairbairn, William (1856). Información útil para ingenieros . Londres: Longmans. pag. 283 .
caldera fairbairn.
- ^ a b Fairbairn, William (1849). Un relato de la construcción de los puentes tubulares Britannia y Conway . Londres: John Weale.
- ^ William Humber (1870). Un tratado completo sobre la construcción de puentes de hierro forjado y fundido, incluidos los cimientos de hierro: texto . I (3ª ed.). Lockwood and Company. págs. 90–91. -reproducción de una tabla de la primera edición del 'pequeño tratado conocido de Benjamin Baker sobre puentes largos'
- ^ Baker, Benjamín (1873). Puentes ferroviarios de tramo largo (2ª ed.). Londres: EF Spon. pag. 8 .