Una viga cajón o viga tubular (o viga cajón ) es una viga que forma un tubo cerrado con múltiples paredes, a diferencia de una viga en I o en H. Originariamente construidas con hierro forjado unido mediante remachados , actualmente se fabrican con 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 redes 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 en la denominación entre una viga cajón y una viga tubular es imprecisa. Generalmente se utiliza el término viga cajón , especialmente si es de sección rectangular. Cuando la viga lleva su "contenido" dentro de la "caja", como en el puente Britannia , se denomina viga tubular . La viga tubular también se utiliza si la viga tiene una sección transversal redonda u ovalada, como en el Puente Royal Albert .
Cuando una viga cajón grande contiene más de dos paredes, es decir, con múltiples cajones, se la denomina viga celular .
La base teórica de la viga cajón fue en gran parte obra del ingeniero Sir William Fairbairn , con la ayuda del matemático Eaton Hodgkinson , alrededor de 1830. Intentaron diseñar la viga más eficiente posible con el nuevo material de placas de hierro forjado remachadas .
La mayoría de las vigas están cargadas estáticamente de modo que un alma está comprimida y la otra en tensión. Las grúas originales de Fairbairn utilizaban una construcción celular para la cara de compresión de su brazo, a fin de resistir el pandeo. Este foque era curvado, ahusado y formado por placas 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 el alma 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 conservada del Puente Britannia muestra que tanto el ala superior como la inferior eran de construcción celular, pero (según Fairbairn) se adoptó la construcción celular del ala inferior, no por la naturaleza de las fuerzas que tenía que soportar, [2 ] : 206 sino 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
En cierto modo, esta no es una "viga celular" como tal (en comparación con una estructura espacial o una construcción geodésica ), ya que las celdas 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 anteriores a la época de Fairbairn.
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La viga teórica de Fairbairn apareció en el momento justo para la creciente demanda de puentes ferroviarios largos. Robert Stephenson contrató a él y a Hodgkinson como consultores para que lo ayudaran con sus puentes Britannia y Conwy , los cuales contenían la vía del ferrocarril dentro de una gran viga tubular. Poco después, Brunel también optó por utilizar un par de vigas circulares de pequeño diámetro como parte de una armadura más grande en Chepstow . Sin embargo, aunque muchos de los puentes ferroviarios de luces más largas utilizados en la década de 1860 utilizaban vigas tubulares o cajón [3], Benjamin Baker en su Long-Span Railway Bridges ya descartaba la "viga cajón con placas de alma" como "el tipo más desfavorable". para puentes ferroviarios de gran luz que será necesario que investiguemos». [4] El puente de la Bahía de Coronado tiene la viga cajón más alta.
Los puentes de vigas cajón de sección transversal rectangular poco profunda y características de perfil aerodinámico se utilizaron ampliamente en puentes de carreteras a partir de la década de 1960, como el puente Severn , siendo mucho más livianos que la construcción de vigas tipo armadura más profunda utilizada en puentes anteriores como el puente Golden Gate. .
A principios de la década de 1970, varios puentes de vigas cajón colapsaron durante su construcción: el puente Cleddau en Gales, el puente West Gate en Australia y el puente Koblenz en Alemania. Esto generó serias preocupaciones sobre el uso continuo de vigas cajón y estudios extensos sobre 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 .
caldera fairbairn.