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LAS VIGAS
Según los expertos en construcción, la viga es un elemento que funciona a flexión,
cuya resistencia provoca tensiones de tracción y compresión. Cuando las vigas se
ubican en el perímetro exterior de un forjado, es posible que también se adviertan
tensiones por torsión.
En la jerga de los arquitectos y de los ingenieros que la palabra viga tiene un lugar
central. La viga es un elemento fundamental en la construcción, sea ésta de la
índole que fuera. Será el tipo, calidad y fin de la construcción lo que determinará
medidas, materiales de la viga, y sobre todo, su capacidad de sostener y contener
pesos y tensiones.
El material históricamente en la elaboración de vigas ha sido “la madera” dado que
puede soportar todo tipo de tracción, incluso hasta esfuerzos muy intensos sin
sufrir demasiadas alteraciones, y como no ocurre con otros materiales, como
cerámico o ladrillos próximos a quebrarse ante determinadas presiones qué sí
soporta la viga de madera.
La madera es un material que presenta, según de qué se obtenga, diferentes
niveles de rigidez. Esta mayor o menor rigidez es la que dará a la viga su
fortaleza.
Con los avances tecnológicos y el desarrollo industrial, las vigas pasaron a
elaborarse de hierro y luego, de acero y pueden resistir tanto tracción como
compresión.
El hormigón como material de llenado y conformación de vigas, se comenzó a
utilizar en el siglo XIX antes del uso del acero y casi paralelamente a la
implementación del hierro como material de elaboración de las vigas.
Las primeras intuiciones sobre el mecanismo de la flexión en una viga surgen en
el Renacimiento con Leonardo da Vinci, aunque fue Galileo el primero que intentó
dar una explicación científica al comportamiento de una viga. Sin embargo,
fue Coulomb (1736-1806) el primero que propuso las condiciones de equilibrio de
las secciones de la viga y Navier (1785-1836) el que resolvió en 1824
completamente el problema basándose en la proporcionalidad de tensiones y
deformaciones (ley de Hooke) y en la hipótesis de la conservación de las
secciones planas. Continuadores de Navier fueron Saint-Venant y Bresse que
hicieron importantes aportaciones a la resistencia de materiales y al cálculo de las
estructuras hiperestáticas. Sin embargo, no fue hasta 1954 el año en que Livesley
inició el método matricial del cálculo de estructuras empleado hoy masivamente
con el empleo de los ordenadores personales.
Diversos son los materiales que se utilizan a la hora de elaborar las vigas y entre
todos ellos ha destacado la madera ya que tiene la ventaja de que cuenta con una
gran capacidad de tracción. No obstante, además de ella, y centrándonos más en
la actualidad, tenemos que subrayar que lo más habitual es que dichas estructuras
sean realizadas con hormigón, ya sea pretensado, pos tensado o armado.
La ingeniería y la arquitectura utilizan diversas fórmulas para calcular las
pendientes y las deformaciones de las vigas a la hora de ser sometidas a distintos
tipos de cargos. Estos datos son imprescindibles para el desarrollo de las
construcciones.
En el ámbito de la arquitectura también tenemos que subrayar la existencia de una
construcción que recibe el nombre de puente viga. En concreto este puede
definirse como aquel puente que se caracteriza porque sus distintos vanos son
sustentados por vigas. Esta sencillez es la propicia que sea uno de los tipos de
puentes más utilizados, destacando especialmente el hecho de que con frecuencia
es empleado en la construcción de los pasos de peatones en las distintas
autovías.
La viga es el elemento estructural utilizado para cubrir espacios, capaz de soportar
el peso colocado de forma perpendicular al elemento y transportarlo lateralmente a
lo largo del mismo, mediante la resistencia a las fuerzas internas de flexión y corte.
En tal sentido el pre dimensionado de las vigas consiste en determinar las
dimensiones necesarias para que el elemento sea capaz de resistir la flexión y el
corte, así como también debe tener dimensiones tales que la flecha no sea
excesiva. Así, el esquema para cumplir con los requisitos de una viga consiste en:
Determinar las cargas
Cuantificar las fuerzas de diseño
Pre dimensionar mediante criterio de resistencia
Comprobar las dimensiones por rigidez
Los aspectos fundamentales deben considerarse en el diseño de vigas:
a) Su resistencia para soportar los momentos flectores y los esfuerzos de corte.
b) Su estabilidad, frente al pandeo lateral torsional o local, debido a las cargas
transversales a su eje longitudinal.
Las vigas se pueden clasificar:
- Simples.
- Continuas.
Las Vigas Simples: Son las doblemente articuladas en simplemente apoyadas, sin
momento de empotramiento o continuidad.
Las vigas Continuas: Son las que tienen apoyos intermedios, o están perfecta o
elásticamente empotradas en sus extremos, de modo que existen momentos
positivos en la luz de las vigas, y negativos sobre los apoyos.
En este orden de ideas, primero se establece la forma en que se obtienen las
fuerzas de diseño, luego se indican los criterios para el pre dimensionado por
resistencia de vigas de madera, acero y concreto armado. A continuación se indica
los principios para obtener las deflexiones en viga y la forma de comprobación en
las vigas con los materiales mencionados. En último lugar se realiza tres ejemplos
de pre dimensionado de vigas.
La viga de hormigón armado como integrante de un conjunto estructural, presenta
diferencias notables con las vigas ejecutadas con otros materiales (madera o
hierro). Y la conceptualización de las desemejanzas debe resultar clara y precisa.
En construcciones de madera o hierro, se distingue fácilmente la separación
existente entre los diferentes elementos componentes de la estructura.
En esta construcción se visualiza el apoyo. No existe continuidad en ese punto. En
la mayoría de los casos son elementos previamente fabricados para luego
ensamblarlos en obra. Mientras que las obras de hormigón armado “insitu”, todos
los elementos están monolíticamente Una viga constituye una pieza lineal
apoyada que resiste fundamentalmente a flexión. Estas estructuras presentan un
canto e inercia crecientes con luz, puesto que la flexión es directamente
proporcional al cuadrado de la luz. Los puentes viga, por tanto, se basan en
secciones de máxima inercia y de mínimo peso (secciones en doble T, cajones,
etc.).
Las vigas pueden estar simplemente apoyadas en sus extremos, o bien ser vigas
continuas, es decir, apoyadas en varios puntos.
Una viga está pensada para soportar no sólo presión y peso, sino también flexión
y tensión, según cuál finalidad predomine será el concepto de viga para ingeniería
o arquitectura, que predomine. En principio, es importante definir que en la teoría
de vigas se contempla aquello que es denominado ‘resistencia de los materiales’.
Así, es posible calcular la resistencia del material con que está hecha la viga, y
además analizar la tensión de una viga, sus desplazamientos y el esfuerzo que
puede soportar. A lo largo de la historia de la construcción se han utilizado vigas
para innumerables fines y de diferentes materiales. El material por antonomasia en
la elaboración de vigas ha sido la madera dado que puede soportar todo tipo de
tracción, incluso hasta esfuerzos muy intensos sin sufrir demasiadas alteraciones,
y como no ocurre con otros materiales, como cerámico o ladrillos próximos a
quebrarse ante determinadas presiones qué sí soporta la viga de madera.
Principales usos de las vigas de madera, hierro y acero
La viga es una estructura horizontal que puede sostener carga entre dos apoyos
sin crear empuje lateral en éstos. El uso más imponente de una viga, tal vez sea el
que aplica a la estructura de puentes. Su diseño de ingeniería descansa
justamente sobre vigas de calidades y tamaños acordes al tipo y uso de puente
que se desea construir. Esta estructura desarrolla compresión en la parte de arriba
y tensión en la de abajo. Pensemos que los primeros puentes de la humanidad
fueron construidos con vigas de madera: primitivos troncos o vigas que unían dos
orillas. Con vigas de ese material se siguió por siglos. Uno de los más famosos en
la antigüedad es el del persa Jerjes en 481ac construido a través del Helesponto
hecho con vigas de tronco y ramas.
Es en 1840 que se construye en Inglaterra el primer puente de vigas de hierro
forjado.
Luego los puentes llegaron a adquirir dimensiones fastuosas: como tal vez dos de
los más impresionantes hasta ahora diseñados, el de Brooklyn en Nueva York y el
Golden Gate de San Francisco, construidos con vigas de acero. Y también
recordemos los puentes levadizos, como el que está en Río de Janeiro con un
vano hecho con una viga cajón que trabaja como viga continua, que alzada deja
pasar la navegación del río Guanabara. Finalmente, uno de los usos artísticos de
las vigas es desde hace poco más de una década el de las vigas alveolares. Las
vigas alveolares permiten acceder a nuevas formas de arte, un aligeramiento en
las líneas y vanos de mayores dimensiones, uniendo con más armonía los
espacios. Nuevas inspiraciones arquitectónicas parten de la elección de estas
vigas alveolares, que como lo indica su nombre, se fabrican a partir de perfiles en
H laminados en caliente que se cortan según un patrón predeterminado y se
sueldan reconformando una pieza en forma de T. Estas vigas poseen alvéolos
circulares, hexagonales u octogonales, siendo de especial aplicación en las
estructuras de cubiertas en construcciones artísticas. A su vez, la explotación de
minas minerales ha sido asistida desde sus principios por el soporte de las vigas
generalmente ajustadas con gruesas cuerdas a los tirantes de los techos en los
socavones de los túneles.
Actualmente, y como una actualización tecnológica en la construcción existe un
tipo de viga reticulada electrosoldada de acero formada por un alambre
longitudinal superior, a todo el largo de la viga, y dos alambres de acero inferiores
de conformación nervurada, separados entre sí y unidos por dos estribos
continuos de alambre del mismo material a manera de zigzag unificados a ambos
lados de la estructura de la viga y soldados en cada encuentro. Este tipo de viga
tiene la posibilidad de absorber los esfuerzos de flexión que se presentan en los
pre moldeados y la convierte en una óptima solución para guardar el riesgo de la
viga de cualquier movimiento o izaje, evitar las marcas que dejan en los
cielorrasos las vigas comunes y mejorar el comportamiento de las vigas en las
estructuras de tipo sísmicas.
Cada viga tiene un propósito específico, y una etiqueta con la cual cargar. Los
siguientes son sólo un par de esos términos, y el propósito que describen.
Viguetas
Las viguetas son las vigas que están colocadas de forma cercana entre ellas para
soportar el techo y el piso de un edificio. Dado que frecuentemente corren a lo
largo del exterior de un edificio (junto con el interior, como es estructuralmente
necesario) son las vigas que la gente seguramente observa en un edificio sin
terminar.
Pueden ser armadas o pretensadas.
Vigueta armada: En su composición entra el hierro. Se utiliza en forjados planos.
Vigueta pretensada: También entra a formar parte de su composición el hierro,
pero éste se pretensa, y una vez seco y fraguado el hormigón se corta. Se
consiguen mejores resistencias. A su vez pueden ser:
- Autorresistentes: Vigueta capaz de resistir por sí sóla, en un forjado, sin la
colaboración del hormigón vertido en obra, la totalidad de los esfuerzos a los que
habrá de estar sometido el forjado.
- Semirresistentes: Para ejecutar el forjado es necesario el apuntalamiento. La
fabricación industrial de las viguetas producidas en serie se lleva a cabo con
hormigones de gran resistencia, dosificados en peso y controlados en laboratorios.
Las series de viguetas se diferencian entre sí por la cuantía de acero utilizado y
por la excentricidad de las cargas de pretensado, adecuándose cada una de ellas
a los diferentes requerimientos del cálculo estructural.
Dinteles
Los dinteles son las vigas que se pueden ver sobre las aberturas en una pared de
mampostería, tales como ventanas y puertas. Los dinteles se apoyan en sus
extremos para soportar las cargas superiores al espacio del hueco, y son
trasmitidas a las partes macizas laterales.
La carga del dintel se trasmite por efecto del arco parabólico de descarga, formado
en la pared sobre el hueco. Se considera la carga real como la suma del peso del
muro, situado a una altura 0,6 veces el ancho del hueco, sumando los forjados y
cargas aisladas, ubicadas a una altura igual al ancho del hueco. Si es muy
estrecho el muro a los costados del hueco, debe contrarrestarse la componente
horizontal producida por el arco de descarga.
Desde el punto de vista estructural, el dintel trabaja como viga ojácena, pues
soporta los esfuerzos de flexión que afectan a las tracciones y compresiones de
una misma sección.
Vigas de tímpano
Las vigas de tímpano soportan las paredes exteriores de un edificio y también
pueden soportar parte del techo en los pasillos. Por ejemplo, éstas son
las vigas que corren hacia arriba a través del núcleo hueco que hacen los ladrillos
en una pared, añadiendo soporte adicional y estabilidad al mortero y manteniendo
los ladrillos juntos.
Largueros
En los puentes, estas vigas corren paralelas a lo largo del camino. Viga horizontal
de madera o acero destinado a asegurar una estructura provisional o para
contener las tierras en el borde de un terraplén; también llamado carrera..
Cualquiera de los elementos verticales de un sistema de tableros de una puerta o
ventana; también llamado montante. Viga de acero, hormigón armado o madera
encargada de soportar cargas concentradas en puntos aislados a lo largo de su
longitud; también llamado travesaño.
Vigas de piso
Al contrario de los largueros, las vigas de piso corren perpendiculares al camino,
completando el patrón en forma de cruz que ves cuando observas debajo de un
puente. Las vigas de piso funcionan para transferir la tensión de los largueros a las
armaduras que soportan el puente.
Armaduras
Las armaduras, o puntales, se forman cuando los extremos de dos vigas se
encuentran y están unidas una a la otra. El ángulo puede variar, y el propósito de
estas estructuras es ayudar a soportar cargas.