Vigas

Una viga es un elemento constructivo lineal, que trabaja sometido principalmente a esfuerzos de flexión, compuesto por tensiones de tracción y compresión. Estos elementos poseen una dimensión dominante frente a las demás. Las tensiones máximas se encuentran en la parte inferior y en la superior. En los sectores cercanos a los apoyos, se producen esfuerzos cortantes, y pueden también producirse torsiones. El material de las vigas, es elástico linealmente.

Materiales para las vigas

La construcción de vigas se ha realizado con diversos materiales a lo largo de la historia. La madera fue el material más adecuado que se empleó, pues soporta importantes esfuerzos de tracción, a diferencia de otros materiales tradicionales, como los pétreos, los cerámicos, y el ladrillo.

La madera se comporta de manera ortotrópica, presentando distinta resistencia y rigidez, de acuerdo al sentido del esfuerzo, si es paralelo a la fibra de la madera, o transversal. La madera puede soportar las exigencias con menor deformación que otros materiales constructivos. La madera presentará diferentes cualidades según el tipo de madera que sea.

Con la Revolución Industrial, comienza a utilizarse el acero, que tiene características isotrópicas, mayor resistencia que el hormigón con menor peso. Su relación resistencia-peso, es mayor que la del hormigón, y puede resistir mayores compresiones y tracciones. El hormigón armado se ha empleado a partir de la segunda mitad del siglo XIX. Y posteriormente, se emplearon variantes como el hormigón pretensado y postensado.

Para determinar las dimensiones, materiales y capacidad de las vigas, debemos basarnos en las características de la construcción y su finalidad. Una viga debe soportar el peso, los esfuerzos de compresión, la flexión y la tensión, de acuerdo a la finalidad constructiva.

Aplicaciones de las vigas:

La viga es un elemento estructural horizontal capaz de soportar una carga entre dos apoyos, sin crear empuje lateral en los mismos. Las vigas se emplean en las estructuras de edificios, para soportar los techos, aberturas, como elemento estructural de puentes. En los puentes, transportan las cargas de compresión en la parte superior del puente, y las de tracción en la parte inferior.

Las vigas alveolares permiten aligerar sus líneas y realizar los vanos más grandes. Se construyen con perfiles H, laminados en caliente. Los alvéolos pueden ser de forma circular, hexagonal u octogonal.

Tipos de Vigas

Vigas de Concreto: Las vigas de concreto son elementos estructurales de concreto armado, diseñado para sostener cargas lineales, concentradas o uniformes, en una sola dirección. Una viga puede actuar como elemento primario en marcos rígidos de vigas y columnas, aunque también pueden utilizarse para sostener losas macizas o nervadas.

Vigas de Madera: Las vigas de madera son algunos de los materiales más utilizados hoy día a nivel constructivo, ya que estas además de brindarle ornamentación a la construcción, también se integran muy fácilmente a ella. Estas vigas se elaboran a partir de tablones de abeto que al secarse son utilizadas en la construcción de madera. Estas a diferencias de las vigas tradicionales, ofrecen una mejor estabilidad del conjunto y una mayor resistencia, ya que la viga de madera no se seca tan rápido en el paso de los tiempos como lo hace la madera común y corriente. Por consiguiente, la viga no tiende de deformarse, no se tuerce y no se contrae. Estas no tienden a presentar grietas, por lo cual le garantiza una mayor durabilidad, ya que a través de estas imperfecciones se introduce el agua de la lluvia y la humedad provocando el deterioro del material.

Vigas de acero: Con los avances tecnológicos y el desarrollo industrial, las vigas pasaron a elaborarse de hierro y luego, de acero. El acero es un material isotrópico, y las vigas de acero tienen, por ejemplo, respecto del hormigón una mayor resistencia, pero menor peso, y puede resistir tanto tracciones como compresiones.

Tipos de Vigas según su Funciòn

Viga de acero de alma abierta o aligerada, con menor peso cuando hay una predominancia del esfuerzo de flexión sobre el cortante. El alma puede tener corte redondo, en zig-zag, soldado alternativamente al ala superior e inferior , o el formado por la unión de cuatro perfiles.

Viga de alma doble, Viga de acero que posee una sección hueca. También llamada viga tubular.

Viga Biempotrada, Viga con empotramiento en ambos extremos, lo cual le confiere mayor rigidez y reduce su flecha máxima.

Viga Centradora, Elemento de una Cimentación Superficial cuya función es reducir los efectos estructurales de la excentricidad de una cimentación respecto del pilar o pared que soporta, mediante la unión de la zapata excéntrica con otro elemento de la cimentación.

Viga Ensamblada, pueden ser de madera o acero, en caso de la Viga de madera, laminada verticalmente construida mediante la unión de distintos elementos menores por medio de clavos o pernos, formando en conjunto una viga de mayores dimensiones; y en el caso de vigas de acero, compuesta por diferentes planchas unidas por remaches o soldadas entre sí. Se la denomina también Viga Compuesta ó Viga de Alma Llena.

Viga de borde, Viga situada entre dos pilares estructurales y que sirve para soportar el borde de una cubierta o entramado.

Viga de cumbrera, viga empleada para sostener los extremos superiores de los cabios en una armadura de cubierta. También llamada viga de caballete.

Viga secundaria, cualquier viga que transmite su carga a una viga principal.

Viga en T, viga de hormigón armado que se caracteriza por constar de una losa cuya porción central sobresale por debajo de dicha viga, que permite resistir los esfuerzos de flexión y cortadura.

Viga simple, viga que está soportada por apoyos simples en los extremos y que permiten el libre movimiento de sus extremos. También llamada viga simplemente apoyada.

Viga-tabique, viga de hormigón armado de borde o canto igual o mayor que la mitad de su luz, y de espesor relativamente pequeño. También llamada viga de gran canto, viga-pared.

Viga apoyada en el cabecero, Viga relativamente corta empleada para sostener la proyección de una viga inclinada.

Viga o Armadura Vierendeel, viga de alma abierta, que consta de una serie de barras verticales rígidas, a modo de celosía, que conecta los cordones superior e inferior, sin barras diagonales. También llamada viga Vierendeel.

Ecuación de Estática

La estática estudia las condiciones bajo las cuales los sistemas mecánicos están en equilibrio. Nos referiremos únicamente a equilibrio de tipo mecánico, situación que indica que el estado de movimiento del sistema debe de permanecer invariable si no hay acciones exteriores que lo modifiquen.

Una partícula material está en EQUILIBRIO, respecto a un sistema de referencia inercial, cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre ella es igual a cero (F=0). No se debe confundir el estado de equilibrio con el de reposo.

El método general de la Estática

Para resolver un problema de equilibrio del sólido rígido según el método general de la estática es necesario tener en cuenta tres etapas sucesivas

Representar gráficamente el diagrama de sólido libre.

Consiste en dibujar sobre el contorno del sólido el conjunto de las fuerzas y pares que actúan sobre él. Es conveniente proceder con orden, representando gráficamente:

a) el peso

b) las fuerzas y pares directamente aplicados

c) las fuerzas y pares de reacción

En el diagrama de sólido libre no deben dibujarse los otros sistemas que constituyen las ligaduras indicadas. Su efecto sobre el sólido queda representado por las reacciones

Plantear las ecuaciones de la estática.

Consiste en incluir, en las ecuaciones de equilibrio, todas las fuerzas y pares aplicados sobre el sólido y representados en el diagrama de sólido libre.

En un sistema cartesiano de ejes, la ecuación proporciona, como máximo tres ecuaciones escalares.

La ecuación de momentos, Solamente se puede aplicar a un punto y proporciona, como máximo otras tres ecuaciones escalares.

Resolver las ecuaciones de la estática

Las ecuaciones de la estática equivalen, en el caso más general, a seis ecuaciones escalares para cada sólido rígido en equilibrio y no permiten, por lo tanto, resolver más de seis incógnitas escalares. Si el número de incógnitas es igual al número de ecuaciones independientes el problema está resuelto (salvo dificultades matemáticas), pero si es mayor no tiene solución por el método indicado y decimos que es un problema estáticamente indeterminado.

En ocasiones, aunque un problema sea estáticamente indeterminado, su situación límite no lo es ya que nos proporciona una nueva condición. Por ejemplo:

Un apoyo con rozamiento: la ecuación adicional es el valor límite de la fuerza de rozamiento.

La condición límite de vuelco para un sólido que apoye mediante una cierta área de contacto.

La tensión máxima que puede soportar un hilo que sujeta al sólido.

Reacciones en Apoyo

Las reacciones en apoyos comúnmente utilizados en mecánica aplicada se suelen modelizar y sustituir por fuerzas y pares de reacción de interpretación simple.

En las figuras que siguen se representan algunos de los casos más habituales, correspondientes a los supuestos mono dimensional, bidimensional y tridimensional

Conclusión

Las vigas son piezas de madera, hierro u hormigón armado, que se colocan horizontalmente dentro de la estructura, se apoyan en dos puntos y están destinadas a soportar cargas. Las vigas están sometidas a esfuerzos de flexión, por lo tanto los materiales con los que se construyen tienen que soportar esfuerzos de tracción y de compresión al mismo tiempo. Como ningún material es totalmente rígido, las vigas tienden a doblarse, y así la mitad superior se comprime y la mitad inferior se tracciona.

La construcción de vigas se ha realizado con diversos materiales a lo largo de la historia. La madera fue el material más adecuado que se empleó, pues soporta importantes esfuerzos de tracción, a diferencia de otros materiales tradicionales, como los pétreos, los cerámicos, y el ladrillo.

Con la Revolución Industrial, comienza a utilizarse el acero, que tiene características isotrópicas, mayor resistencia que el hormigón con menor peso. Su relación resistencia-peso, es mayor que la del hormigón, y puede resistir mayores compresiones y tracciones.

La viga es un elemento estructural horizontal capaz de soportar una carga entre dos apoyos, sin crear empuje lateral en los mismos. Las vigas se emplean en las estructuras de edificios, para soportar los techos, aberturas, como elemento estructural de puentes. En estos, transportan las cargas de compresión en la parte superior del puente, y las de tracción en la parte inferior.

“Así vemos como las vigas constituyen elementos estructurales muy importante en una edificación”