Los refuerzos son placas o secciones secundarias que se unen a bandas de vigas o bridas para endurecerlas contra deformaciones fuera del plano.

Casi todas las vigas del puente principal tendrán refuerzos. Sin embargo, la mayoría solo tendrá refuerzos transversales de banda, es decir, refuerzos verticales unidos a la banda. Las vigas profundas a veces también tienen refuerzos longitudinales de banda. Los refuerzos de brida se pueden usar en puentes de vigas de caja de gran envergadura, pero es poco probable que se encuentren en otros lugares.

A continuación y en las Notas de orientación GN 2 se ofrece orientación sobre el diseño de los refuerzos.04 y GN 2.05.

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Tipos de rigidizadores

Hay dos tipos principales de rigidizadores:

refuerzos longitudinales de banda, que están alineados en la dirección del tramo

• Types of stiffeners
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  Stiffeners on I-section girders

• 

  Stiffeners on box girders

• 

  Longitudinal y rigidizadores transversales de una viga de caja
  (Imagen cortesía de Atkins)

Transversal web rigidizadores son prestados normalmente a las posiciones del rodamiento y estos son conocidos como portadores de rigidizadores. Para el mantenimiento futuro, es una buena práctica proporcionar refuerzos de rodamientos en los puntos de elevación (para cuando las vigas tengan que elevarse a rodamientos libres para reemplazarlas). Otros rigidizadores transversales se denominan rigidizadores transversales intermedios.

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Una variedad de secciones se han utilizado históricamente como refuerzos, sin embargo, el refuerzo plano simple es el tipo casi siempre utilizado en diseños modernos. Los refuerzos se pueden colocar en un lado de la placa (de un solo lado) o en ambos lados (de doble cara). Por lo general, los refuerzos de cojinetes son de doble cara, mientras que los refuerzos de banda intermedios son de un solo lado. Los refuerzos también se pueden doblar, o incluso triplicar, para formar refuerzos de múltiples patas.

¿Para qué sirven los refuerzos?

Los refuerzos tienen una o ambas de las siguientes funciones:

• Control de pandeo local
• Refuerzo de conexión o vigas transversales

Control de pandeo local

El pandeo local se produce cuando una sección transversal es lo suficientemente delgada como para que se pandee dentro de la sección transversal, debido a la compresión o al corte. Las redes de las vigas de los puentes suelen ser vulnerables al pandeo local, pero las bridas suelen ser mucho más gruesas e inherentemente más resistentes al pandeo.

El pandeo local puede producirse debido a la carga de compresión transversal, por ejemplo, una banda sometida a una reacción de rodamiento, a la carga de compresión longitudinal, por ejemplo, por flexión o por cizallamiento.

En todos los casos, la adición de un refuerzo relativamente pequeño a una placa delgada puede aumentar sustancialmente la resistencia al pandeo local.

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En los soportes de extremo, si se deben proporcionar refuerzos de rodamientos, se debe tomar una decisión sobre si se debe proporcionar un «poste de extremo rígido», como se muestra en EN 1993-1-5, Figuras 5.1 y 9.6. Un poste de extremo rígido beneficiará a la resistencia al cizallamiento calculada por la norma EN 1993-1-5, cláusula 5.3. Aunque las vigas remachadas más antiguas en el Reino Unido pueden tener un detalle de extremo de poste rígido, la práctica más reciente del Reino Unido no ha sido proporcionar postes de extremo rígidos, sino proporcionar un «poste de extremo no rígido». Si se requiere un poste de extremo rígido, los requisitos mínimos de refuerzo se indican en la cláusula 9.3.1 de la norma EN 1993-1-5.

Una vez decidido que se deben proporcionar refuerzos de rodamientos, para verificar el diseño de los refuerzos de rodamientos, determine la sección efectiva del refuerzo de acuerdo con la cláusula 9.1 (2) de la norma EN 1993-1-5. Tenga en cuenta que los refuerzos de patas múltiples deben dividirse en secciones transversales efectivas separadas y las cargas divididas entre ellas. En la sección 8.3.2 del SCI P356 se ofrece orientación sobre el diseño de los refuerzos de rodamientos.

Las cargas que deben considerarse para el diseño de los refuerzos de rodamientos se indican en la cláusula 16 de la norma PD 6695-2. La mayor parte de la carga en el refuerzo será la carga vertical de la reacción del rodamiento. Habrá carga horizontal a considerar para resistir las fuerzas FS como se indica en la cláusula 10 de PD 6695-2, también puede haber carga horizontal desde el rodamiento si es fijo. Estas cargas pueden generar momentos de flexión en la sección de refuerzo.

Una vez determinada la carga, verifique el tamaño del refuerzo elegido comprobando la adecuación de la sección efectiva del refuerzo para actuar como columna para la carga axial combinada y el momento de flexión, según lo requerido por la norma EN 1993-1-5, cláusula 9.4.

Refuerzos de banda transversales intermedios

Por lo general, es necesario proporcionar refuerzos intermedios en las bandas de las vigas principales con el propósito práctico de conectar refuerzos torsionales entre las vigas. Si es así, las posiciones de arriostramiento elegidas determinarán las posiciones de al menos algunos de los refuerzos. Sin embargo , para vigas sin arriostramiento, como vigas transversales en un puente de cubierta de escalera, o si se está utilizando arriostramiento plano, puede que no haya necesidad práctica de refuerzos intermedios en absoluto. El requisito de los refuerzos de banda transversales intermedios se determina mediante la verificación de la resistencia al cizallamiento, lo que indicará dónde se necesitan refuerzos y dónde se necesitan refuerzos adicionales a los para el refuerzo.

La verificación de la resistencia al cizallamiento de la viga se lleva a cabo de acuerdo con la norma EN 1993-1-5, cláusula 5.2 (1) y 5.3 (1). Tenga en cuenta que la contribución de resistencia de la banda que proviene de la cláusula 5.3 (3) de la norma EN 1993-1-5 y del Anexo A. 3 de la norma EN 1993-1-5 depende de la existencia y la separación de los refuerzos intermedios, y de si estos refuerzos intermedios se clasifican como rígidos. Como primer paso en el diseño, se sugiere que inicialmente se asume que no hay refuerzos intermedios en absoluto; si esto demuestra que la viga es adecuada en la cizalla, el beneficio de cualquier refuerzo intermedio para el accesorio de arriostramiento será una ventaja.

Si el procedimiento anterior determina que se requieren refuerzos intermedios, el diseñador tendrá que elegir las posiciones y el espaciado de estos refuerzos, y decidir si deben ser rígidos. La verificación del tamaño del refuerzo es similar a la de los refuerzos de rodamientos, comenzando por determinar la sección efectiva del refuerzo de acuerdo con la cláusula 9.1 (2) de la norma EN 1993-1-5. Para comprobar si el refuerzo es rígido, compruebe que se cumple el requisito establecido en la norma EN 1993-1-5, cláusula 9.3.3, apartado 3.

Las cargas que deben considerarse para el diseño de los refuerzos de rodamientos se indican en la cláusula 15 de la norma PD 6695-2. Las cargas en los refuerzos intermedios suelen ser mucho menores que las de los refuerzos de rodamientos, pero los refuerzos pueden estar sujetos a fuerzas y momentos debido a la interacción con vigas transversales o arriostramientos. Por ejemplo, en un puente de cubierta de escalera, la cizalla en las vigas transversales causará una fuerza axial en el refuerzo de la viga principal. También puede haber una carga horizontal a considerar desde el arriostramiento que puede generar momentos de flexión en la sección de refuerzo. Una vez determinada la carga, verifique el tamaño del refuerzo elegido comprobando la adecuación de la sección efectiva del refuerzo para que actúe como columna para la fuerza axial combinada y el momento de flexión (en su caso), como exige la norma EN 1993-1-5, cláusula 9.4.

Si no hay carga directa en el refuerzo por cualquiera de los elementos anteriores, solo es necesario asegurarse de que la sección efectiva del refuerzo cumple el criterio de rigidez establecido en la norma EN 1993-1-5, cláusula 9.2.1 (5). En la sección 8.3.1 del SCI P356 se ofrecen más orientaciones sobre el diseño de los refuerzos intermedios.

Refuerzos longitudinales

Como se señaló anteriormente, la mayoría de los puentes no tienen refuerzos longitudinales. No deben ser necesarios refuerzos longitudinales en ninguna parte de una sección que nunca esté en compresión ni en ninguna parte de la sección clasificada como clase 1, 2 o 3 de conformidad con la norma EN 1993-1-1, cláusula 5.2.2, punto 8. Incluso si la parte de la sección está clasificada como clase 4, es posible que no se requieran refuerzos longitudinales. Para determinar si las vigas tienen suficiente resistencia a la flexión sin refuerzos longitudinales, el procedimiento es seguir la cláusula 4.4 de la norma EN 1993-1-5. Para determinar si se requieren refuerzos longitudinales en la banda para dar a las vigas principales una resistencia al cizallamiento suficiente, el procedimiento es el de los refuerzos intermedios, es decir, para verificar la resistencia al cizallamiento de la viga según las cláusulas 5.2(1) y 5.3(1) de la norma EN 1993-1-5.

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Por intermedio transversal web rigidizadores, el rigidizador probablemente no necesita ser muy grande. Por lo general, una placa de 150×15 mm de un solo lado tiene una resistencia y rigidez adecuadas. A veces, el tamaño del refuerzo tendrá que aumentarse para acomodar las conexiones. Esto se puede hacer aumentando el tamaño de la placa a 200×20 mm o quizás 250x 5 mm. Alternativamente, el ancho del refuerzo se puede aumentar localmente para proporcionar un área de conexión, como se muestra.

Tradicionalmente, la relación entre el grosor y el ancho del refuerzo se ha limitado a no más de 10 para evitar el pandeo local. Sin embargo, los Eurocódigos no tienen ninguna restricción en esta relación, y se permiten refuerzos más delgados, aunque es posible que sea necesario verificar que no corran riesgo de pandeo local. No importa si el refuerzo es más grueso que la banda, por lo que generalmente se recomiendan refuerzos más gruesos.

Para dar un aspecto limpio al puente, es normal diseñar las vigas exteriores de manera que los refuerzos transversales intermedios estén en la cara interior de la banda y, por lo tanto, no sean visibles en la elevación.

A menos que haya una fuerza axial sustancial en el refuerzo, un detalle de soldadura simple, como una soldadura de filete continuo de 6 mm de longitud de pierna en todos los lados del refuerzo, debe ser lo suficientemente fuerte y duradero.

En la Nota de orientación 2.03 se ofrecen más indicaciones sobre la conexión de los arriostramientos.

Conexiones de la brida

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Transversal web rigidizadores son a veces soldadas a la brida, y a veces se detuvo corto de una o de ambas bridas.

La necesidad de una conexión a una brida depende de si es necesario transferir fuerzas a las bridas. Si hay que transferir una fuerza axial significativa al refuerzo desde una de las bridas, será necesario soldar el refuerzo a esa brida. Por lo tanto, los refuerzos del rodamiento deben conectarse a la brida inferior si parte de la reacción del rodamiento se va a transferir al refuerzo. Si hay un refuerzo conectado al refuerzo, es probable que sea necesario soldar el refuerzo a la brida de compresión para transferir la fuerza de corte lateral. Una conexión a la brida superior también evita un problema de fatiga en la soldadura de la brida superior a la banda cuando la plataforma intenta girar sobre la viga debido a las cargas de tráfico. La ventaja de detener el refuerzo por debajo de la brida es que evita una posible trampa de agua en la superficie superior de la brida inferior. Esto es particularmente importante para evitar la intemperie de puentes de acero.

Cuando se va a soldar un refuerzo a una brida, las tolerancias de construcción normales resultarían en un pequeño espacio entre el refuerzo y la brida, a menos que el refuerzo esté instalado; por lo tanto, todas las fuerzas se transferirán a través de las soldaduras. Sin embargo, si se coloca un refuerzo en la brida, el fabricante molerá el extremo del refuerzo para hacer un buen ajuste con la brida en una proporción sustancial del área del refuerzo. Este ejercicio requiere trabajo adicional (y costo), por lo que los refuerzos solo deben instalarse cuando sea necesario, por ejemplo, para refuerzos de rodamientos y para refuerzos en un cambio de dirección de la brida. Además, no es prácticamente posible colocar un refuerzo en ambas bridas, por lo que el extremo ajustado estará en el extremo donde se transmitirá la mayor fuerza, generalmente la brida inferior.

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En la esquina de una transversal de la web de refuerzo donde el refuerzo de la placa cumple con la web de la brida de soldadura, será necesario para dar forma a la de refuerzo para evitar la soldadura. Hay dos opciones, ya sea cortar el refuerzo para adaptarse a la soldadura de la banda a la brida y soldar todas las interfaces, o proporcionar un orificio para hacer frente. Aunque la primera opción requiere soldar una soldadura encima de otra, este detalle puede ser más fácil de fabricar que la segunda, porque es difícil completar satisfactoriamente las soldaduras continuas alrededor de los orificios de revestimiento y aplicar pintura a todas las superficies.

Recursos

• Iles, D. C. (2010) Diseño de puentes de carreteras compuestos. (P356, incluida la corrección, 2014). SCI
• Hendy, C. R.; Iles, D. C. (2015) Steel Bridge Group: Guidance Notes on best practice in steel bridge construction (6th Issue). (P185). LIC
  • Nota de orientación 2.03 Arriostramientos y conexiones de viga transversal
  • Nota de orientación 2.04 Refuerzos de rodamientos
  • Nota de orientación 2.05 Refuerzos de banda transversales intermedios

Véase también

• Puentes compuestos de múltiples vigas
• Puentes compuestos de cubierta de escalera
• Puentes de vigas de caja
• Acero resistente a la intemperie
• Puentes-Diseño inicial
• Diseño de vigas en puentes compuestos
• Diseño de puentes li>
• Conexiones en puentes
• Especificación de articulación y rodamiento de puentes
• Diseño para la construcción de puentes de acero

• Highways England DMRB (Manual de diseño para carreteras y puentes)
• Highways England MCDHW (Manual de Documentos Contractuales para Obras de Carreteras)
• The Steel Bridge Group (SBG)