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Cómo calcular diafragmas en puentes metálicos

En este post vamos a plantear el esquema de dimensionado de los diafragmas necesarios para evitar la distorsión de una sección (usualmente cajón metálico) ante cargas no simétricas y considerar así que las almas y el ala inferior trabajan únicamente con tensiones contenidas en su plano.

Esta acción distorsora se dá sobre todo en puentes, donde la luz suele ser relativamente elevada, y la sección transversal presenta una anchura suficiente para que la carga variable (tráfico, peatones…) se pueda desplazar transversalmente y concentrarse asimétricamente respecto a su eje.

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Para calcular los esfuerzos que sufre el diafragma, que se puede materializar mediante barras o planchas metálicas, se considerará el estado en el cual las cargas producen la máxima distorsión, que en la práctica son las de tráfico concentradas transversalmente en medio tablero. Esto ocurrirá según el siguiente esquema ejemplo, en el que el diafragma se resuelve según una celosía en V invertida:

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(Nótese que se ha eliminado la carga de 200 kN debido a que compensa la excentricidad en 200·0.5 kN·m por superar la línea de simetría. Aunque esto en la práctica no sea posible, queda del lado de la seguridad).

El primer paso será reducir el sistema a una carga que, situada sobre el alma, genera la torsión equivalente a las anteriores:

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Esta carga se descompone en un estado simétrico más uno antimétrico.

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Para este último estado de cargas no simétrico, se seguirá el siguiente esquema de cálculo, desdoblándose en otros dos subestados:

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El estado 2a se resuelve aplicando la formulación de flujo de torsión uniforme (pared delgada para que se cumpla la hipótesis de uniformidad en el espesor de la chapa) y el 2b haciendo el equilibrio con el flujo de tensiones que produce la distorsión.

Superponiendo los estados anteriores 1+2a+2b, se obtienen los esfuerzos que sufre el diafragma, es decir, calcularíamos el diafragma “a resistencia”.

La siguiente comprobación es verificar que se mantiene el supuesto de poder considerar la sección transversal indeformable. Para ello hay que cumplir unas separaciones mínimas entre los diafragmas y una rigidez “mínima”, que viene dada por:

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con los términos geométricos indicados en RPX-95 (descargable aquí)

La rigidez que propone la RPX-95 resulta claramente desmedida, llegando a esa misma conclusión en el propio Manual de aplicación de las recomendaciones RPM-RPX 95, descargable aquí, el cual, al resolver el último problema propuesto y obtener un área necesaria de acero con la friolera de 28900 mm2 (vamos, que un HEA-700 tiene 26050 mm2 y todavía se queda corto), concluye textualmente:

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Es decir, como la fórmula arroja valores incomibles, me permito falsear los valores del espesor de la platabanda superior del cajón para que en lugar de ser de 25 mm, sea de 15 mm como las almas (aunque esto no sea verdad), obteniendo así un valor aproximadamente la mitad que el anterior (pero que sigue siendo infumable).

Si acudimos a la interesante tesis doctoral de D. Javier Pascual Santos, “Criterios de dimensionamiento de los diafragmas interiores en secciones cajón de puentes mixtos” descargable aquí.

Hace la misma indicación, exponiendo que aunque es muy frecuente encontrar en la bibliografía trabajos que proponen determinar la rigidez de los diafragmas para garantizar un valor prefijado de la sobretensión, ninguno sirve como herramienta válida para su aplicación directa al proyecto.

Puntualiza además la inconsistencia del criterio de la RPX-95.

Demuestra también que para cumplir con los criterios de rigidez que plantean las normativas actuales es preciso en muchas ocasiones aumentar drásticamente el dimensionado inicial obtenido por resistencia (lo que coincide con el ejemplo citado anteriormente).

En su estudio pone de manifiesto algo tan importante como que para reducir las deformaciones distorsoras, no es necesario ir a diafragmas con tanta cuantía de acero tal y como indican las fórmulas de rigidez, sino que planteando un esquema de 4 diafragmas por vano dimensionados por resistencia, los valores de distorsión serían plenamente admisibles.

De hecho en el problema expuesto anteriormente en el Manual de aplicación de las recomendaciones RPM-RPX 95, por resistencia se obtenía un axil sobre las diagonales de 222 kN. Esto es, sin tener en cuenta efectos de pandeo, haciendo un número gordo, por ejemplo para un acero S355, se tendría un área necesaria de A=222000·1.05/355=657 mm2; una minucia respecto a los 28900 mm2 necesarios por la rigidez recogida en la norma.


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Ingeniero Industrial. Consultor de estructuras.

6 Responses to Cómo calcular diafragmas en puentes metálicos

  1. Lucas dice:

    Excelente post David! Excelente resumen pra tener los conceptos básicos claros

  2. jaumeguardia dice:

    Muchas gracias per el artículo. Yo también he tenido problemas aplicando las ‘reglas’ de diafragmas de la RPX.

    ¡Hay que comentar más estás cosas!

  3. […] Cómo calcular diafragmas en puentes metálicos […]

  4. Braulio Brindis dice:

    Excelente aportación muy claro y eficientemente explicado Gracias.

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