El estudio revela información clave sobre la estabilidad del soporte de acero del puente

Los puentes salvan montañas, ríos y valles, conectando ciudades y áreas rurales como nodos críticos en las modernas redes de transporte. Pero, ¿qué mantiene a estos gigantes de acero firmes contra el viento y el clima? La respuesta reside en sus sistemas de soporte, a menudo pasados por alto pero vitales: los guardianes silenciosos que garantizan la seguridad de cada viajero.

Como componentes auxiliares indispensables de las estructuras de los puentes, los sistemas de soporte cumplen múltiples roles cruciales:

• Estabilización de la construcción: Durante la construcción del puente, los sistemas de soporte actúan como marcos robustos, evitando que las vigas principales se pandeen lateralmente bajo su propio peso y la presión del hormigón húmedo.
• Distribución de la carga: Distribuyen inteligentemente las cargas entre las vigas principales, asegurando una transmisión equilibrada de la fuerza y evitando la sobrecarga localizada para extender la vida útil.
• Resistencia al pandeo: Para las alas de compresión o los miembros de la cuerda propensos al pandeo lateral, los sistemas de soporte proporcionan restricciones efectivas para mejorar la estabilidad estructural general.

Basados en la función y las características estructurales, los sistemas de soporte se dividen en tres categorías principales:

Principalmente para prevenir el pandeo lateral de las alas de compresión, el arriostramiento plano generalmente consiste en miembros diagonales que conectan el ala de compresión de una viga principal para formar estructuras de celosía planas. Esta configuración resiste eficazmente el movimiento lateral al reducir las longitudes de onda de pandeo a intervalos de arriostramiento.

En los puentes compuestos de acero y hormigón, el arriostramiento plano generalmente se instala por encima de las alas superiores y se integra con el encofrado de la plataforma. Si bien esto minimiza el mantenimiento y preserva una estética limpia, los diseños modernos evitan cada vez más este método debido a los conflictos con el encofrado permanente de la plataforma. Cuando no se funde con las plataformas, el arriostramiento plano requiere una validación del rendimiento a largo plazo.

Generalmente dispuesto entre pares de vigas, el arriostramiento torsional permite la prefabricación en fábrica para un montaje rápido en el sitio. A diferencia del arriostramiento plano, no restringe directamente el movimiento de las alas, sino que mejora la estabilidad al restringir la torsión general de la viga a través de conexiones rígidas a nivel de las alas.

Si bien es menos efectivo que el arriostramiento plano para maximizar la resistencia a la flexión, el arriostramiento torsional ofrece ventajas en la eficiencia de la construcción y una mejor distribución de las cargas de colisión/viento. La mayor parte del arriostramiento torsional permanece instalado permanentemente incluso después de cumplir propósitos temporales.

Cuando las alas de compresión carecen de restricción lateral directa (por ejemplo, distantes de las plataformas), el arriostramiento en marco en U, que comprende vigas transversales y rigidizadores, proporciona un soporte lateral flexible. Su rigidez resulta crítica contra el pandeo, particularmente en los puentes ferroviarios de medio paso y las regiones de momento negativo de las vigas compuestas.

La efectividad del marco en U depende de la presencia de la plataforma cerca de las alas de tracción. Sin plataformas, funciona como restricción torsional en lugar de soporte lateral.

Garantizar la seguridad del puente requiere un diseño meticuloso del sistema de soporte a través de estas fases:

1. Posicionamiento de los soportes intermedios: Determinación de las ubicaciones y la rigidez óptimas para evitar el pandeo en función de la mecánica de la viga.
2. Diseño de soportes intermedios: Detallado de las secciones transversales y las conexiones para soportar las cargas anticipadas.
3. Diseño de soportes de apoyo: Ingeniería de conexiones robustas que transfieren las cargas de la superestructura a los pilares/estribos.

El análisis de pandeo crítico elástico a través del modelado de elementos finitos ayuda a calcular la resistencia al pandeo de la viga. Los métodos simplificados que utilizan analogías viga-resorte determinan la resistencia a la flexión de diseño cuando los soportes son lo suficientemente rígidos para evitar la deflexión entre soportes.

Arriostramiento plano: Diseñado para condiciones solo de acero utilizando métodos PD 6695-2, lo que requiere la verificación de la rigidez a través del modelado 2D de las peores deflexiones laterales.

Arriostramiento torsional: También diseñado para etapas solo de acero utilizando métodos PD 6695-2 que incorporan conceptos de longitud de onda de pandeo, con parámetros derivados de modelos de cuadrícula que simulan varios escenarios de carga.

Arriostramiento en marco en U: Diseñado para estructuras completas según los métodos EN 1993-2, donde los cálculos de rigidez tienen en cuenta los efectos de la flexibilidad de la conexión en la efectividad de la restricción.

El arriostramiento torsional generalmente supera al arriostramiento lateral. El arriostramiento en K es adecuado para vigas profundas en puentes de múltiples vigas, mientras que las secciones de canal funcionan mejor para vigas poco profundas. Las vigas transversales de profundidad constante son preferibles en los puentes de plataforma trapezoidal.

El arriostramiento intermedio funciona mejor perpendicular a las vigas. Para sesgos ≤20°, los soportes de apoyo pueden alinearse con los estribos; más allá de esto, es necesaria la duplicación perpendicular.

La mayoría del arriostramiento sirve para necesidades temporales durante la colocación del hormigón, pero a menudo permanece permanentemente debido a las dificultades de extracción y los posibles requisitos de demolición futuros.

Las conexiones atornilladas resistentes al deslizamiento dominan para la conveniencia del montaje en el campo, aunque muchas vigas llegan pre-arriostradas en pares para su instalación inmediata.