¿Qué son las vigas cajón y las vigas de placa de acero?
A viga cajón de aceroes una viga hueca de sección cerrada-fabricada soldando placas de acero en una sección transversal- rectangular, cuadrada o trapezoidal. Debido a que la sección está cerrada, desarrolla un flujo de corte continuo bajo torsión y ofrece una rigidez torsional muy alta. Las vigas cajón se utilizan ampliamente en puentes curvos, puentes atirantados y colgantes-de tramos largos-, autopistas elevadas urbanas y vigas de grúa-de servicio pesado.
A viga de placa de aceroes una viga construida-en forma de I-(o de H-) ensamblada soldando o atornillando placas individuales - una placa de alma y placas de ala superior/inferior - junto con refuerzos. Es una sección abierta que es altamente eficiente para resistir la flexión vertical a lo largo de su eje fuerte, y se usa comúnmente en puentes de carreteras continuos y simplemente apoyados, pistas de grúas industriales y vigas de transferencia.
Ambos tipos son miembros estructurales fabricados-a medida en lugar de secciones estándar laminadas. La elección entre ellos se rige por la longitud del tramo, la trayectoria de carga, la curvatura, el acceso a la construcción y el costo del ciclo de vida-. Esta guía explica las diferencias técnicas y ofrece una ruta de selección práctica para proyectos de puentes y edificios.
Diferencias clave de un vistazo
| Artículo de comparación | Viga de caja de acero | Viga de placa de acero |
|---|---|---|
| Sección transversal- | Rectángulo cerrado, cuadrado o trapezoide | Abierto en forma de I o H |
| Rigidez torsional | Alto (flujo de corte cerrado) | Bajo (sección abierta, necesita refuerzo) |
| Comportamiento a flexión | Excelente en todas direcciones | Excelente solo sobre eje fuerte |
| Resistencia al corte | Compartido por dos o más webs | Llevado por una sola red |
| Estabilidad global | Alta resistencia al pandeo{0}}torsional lateral | Requiere refuerzos laterales y refuerzos. |
| Complejidad de fabricación | Alto (celdas cerradas, muchos refuerzos, soldaduras de penetración total) | Moderado (montaje plano, líneas automatizadas posibles) |
| Montaje del sitio | Principalmente segmentos soldados, soldadura a gran-altura | A menudo, empalmes atornillados de alta-resistencia |
| Aplicación típica | Rampas curvas, luces largas, cubiertas anchas | Luces medias rectas, vigas de grúa, vigas de transferencia |
| Mantenimiento | Espacio cerrado, se necesita deshumidificación, área expuesta pequeña | Mayor superficie expuesta, inspección más fácil |
Comparación del desempeño estructural
Rigidez torsional
La sección transversal-de caja cerrada desarrolla un flujo de corte cerrado cuando se tuerce, lo que frena la deformación y proporciona una resistencia a la torsión mucho mayor que una sección I-abierta de peso similar. Esto hace que las vigas cajón sean la opción estándar para puentes curvados horizontalmente y para tableros cargados excéntricamente por vehículos pesados.
Capacidad de flexión
En una viga cajón, las placas del ala superior e inferior son anchas y contribuyen con un gran momento de inercia, lo que proporciona una alta capacidad de flexión global en ambas direcciones. Una viga de placa concentra el material en dos alas separadas por una única alma profunda; es muy eficiente para cargas de gravedad que actúan verticalmente, pero su rigidez lateral (eje - débil) es limitada.
Resistencia al corte y estabilidad
El corte en una viga cajón es compartido por dos o más almas, y los diafragmas internos restringen las almas contra el pandeo por cortante, por lo que se pueden usar almas delgadas de manera económica. Una viga de placas se apoya en un alma; Las almas profundas y esbeltas requieren refuerzos transversales y longitudinales para evitar el pandeo por cortante diagonal. Por la misma razón, las vigas de placa son más susceptibles al pandeo-torsional lateral y necesitan un sistema de arriostramiento para tramos largos sin arriostrar.
Fabricación, Montaje y Mantenimiento
| Aspecto | Viga de caja de acero | Viga de placa de acero |
|---|---|---|
| Demanda de soldadura | Soldaduras de-penetración total, soldadura interior restringida de múltiples-celdas, END exigentes | Principalmente soldaduras de filete o de penetración-parcial; distorsión más fácil de controlar |
| Prefabricación de tienda | Segmentos (una-celda o varias-celda) creados en la tienda y transportados al sitio | Vigas enteras o segmentadas; Piezas más ligeras, menor demanda de transporte. |
| Montaje del sitio | Segmentos unidos por soldadura; El control de alineación es fundamental. | A menudo, empalmes atornillados de alta-resistencia; instalación más rápida |
| Levantamiento | Se requieren grúas de gran-peso propio y-tonelaje | Pesos moderados, menos exigentes con la capacidad de la grúa |
| Protección contra la corrosión | La cavidad cerrada necesita revestimiento interno o deshumidificación; el área externa es pequeña | Todas las superficies expuestas; El granallado, el recubrimiento y la inspección son simples |
Para las vigas cajón, el control de calidad se basa en especificaciones de procedimientos de soldadura (WPS) calificadas, pruebas no-destructivas de juntas críticas y ensamblajes de prueba en taller de segmentos coincidentes. Para vigas de chapa, normalmente son suficientes líneas de soldadura automatizadas y comprobaciones dimensionales estándar. Ambos tipos se suministran con certificados de fábrica de materiales y tratamiento de superficie, como granallado a Sa 2,5 con imprimación y capas de acabado ricas en zinc-, de acuerdo con la norma ISO 12944 para la categoría de corrosividad del proyecto.
Cómo elegir entre vigas tipo cajón y de placa
Seleccione unviga de placa de acerocuando la alineación es recta, la trayectoria de carga es principalmente vertical y el presupuesto es ajustado: puede producirse en masa-en líneas automatizadas, es más liviano de transportar y levantar, y se conecta rápidamente con pernos de alta-resistencia. Es una solución probada para luces simplemente apoyadas y continuas de rango medio, vigas de grúa y vigas de transferencia de edificios.
Seleccione unviga cajón de acerocuando el puente es curvo o torcido, cuando las cargas vivas son excéntricas, cuando los tramos largos o los tableros anchos requieren menos pilares, o cuando una apariencia suave y moderna y una superficie de bajo mantenimiento son prioridades. Las vigas cajón también se prefieren para puentes en regiones con fuertes vientos porque el perfil cerrado puede tener una forma aerodinámica y para esquemas de lanzamiento incremental.
Ambos tipos deben diseñarse según el código aplicable de la región del proyecto -, por ejemplo, AASHTO LRFD en Norteamérica, Eurocódigo 3 (EN 1993) en Europa o las series GB 50017/GB 50010 en China - utilizando grados de acero estructural como ASTM A709 Grado 50, EN 10025 S355 o GB/T 1591 Q355/Q420. con los correspondientes requisitos de soldabilidad y tenacidad.
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Preguntas frecuentes
¿Cuáles son los principales tipos de vigas cajón?
Las vigas cajón se clasifican según la forma de la sección transversal-en rectangular, trapezoidal o circular, y según la disposición de las celdas, como vigas de una sola-celda, de varias-celdas o de varias-. La caja de acero trapezoidal (de fondo-triangular) es común en puentes colgantes y atirantados-de tramos largos- debido a su eficiencia aerodinámica.
¿Por qué se prefieren las vigas cajón para puentes curvos?
El tablero de un puente curvo se carga tanto vertical como torsionalmente. La sección de caja cerrada resiste la torsión con un flujo de corte cerrado y no necesita refuerzo externo, lo que mantiene la plataforma compacta y permite radios horizontales estrechos sin distorsión excesiva.
¿Son las vigas de placa más baratas que las vigas cajón?
Generalmente sí para tramos simples y rectos. La fabricación de vigas de placa es plana y más fácil de automatizar, el material se utiliza cerca del eje neutro sólo cuando es necesario y el montaje es más rápido con empalmes atornillados. La comparación depende de la luz, el ancho de la plataforma, la calidad del acero y las condiciones del sitio, por lo que se necesita una estimación de ingeniería para cada proyecto.
¿Qué requisitos de soldadura e inspección se aplican a las vigas cajón?
Las uniones principales suelen ser soldaduras de penetración total-realizadas según especificaciones de procedimientos de soldadura calificados (WPS) e inspeccionadas mediante pruebas ultrasónicas (UT), radiográficas (RT) o de partículas magnéticas (MT). Los documentos de referencia incluyen AWS D1.5 para soldadura de puentes y EN 1090 para ejecución de estructuras de acero.
¿Se puede utilizar una viga de placa para luces largas?
Sí, con un alma más profunda y un sistema de arriostramiento, las vigas de placa pueden abarcar distancias considerables, pero más allá de cierta luz, el acero adicional para refuerzos y arriostramientos hace que la viga cajón sea más económica, especialmente cuando hay torsión o curvatura.
¿Qué grados de acero se utilizan normalmente para las vigas de puentes?
Los grados comunes incluyen ASTM A709 Grado 36/50/50W para proyectos de EE. UU., EN 10025 S355J2 y S355NL en Europa, y grados GB/T 714 o GB/T 1591 como Q355 y Q420 en China. La calidad final depende del límite elástico, la tenacidad a la temperatura de diseño y los requisitos de soldabilidad del proyecto.