Viga La viga es un elemento estructural, fundamental 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.
DEFINICIÓN Las vigas son elementos estructurales estructurales que pueden ser 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. La viga soporta cargas de compresión, que son absorbidas por el concreto, y las fuerzas de flexión son contrarrestadas por las varillas de acero corrugado, las vigas también soportan esfuerzos cortantes hacia los extremos por tanto es conveniente, reforzar los tercios de extremos de la viga. Para lograr que este elemento se dimensiones cabe tener en cuenta la resistencia por flexión, una viga con mayor peralte (altura) es adecuada para soportar estas cargas, pero de acuerdo a la disposición del proyecto y su alto costo hacen que estas no se convenientes. Para lograr peraltes adecuados y no incrementar sus dimensiones, es conveniente incrementar el área del acero de refuerzo para compensar la resistencia a la flexión.
FUNCION DE UNA VIGA Las vigas son las piezas extensas que, unidas a las columnas, soportan las estructuras y las cargas en las obras, permitiendo flexibilidad. De hecho, estos elementos elementos se utilizan u tilizan para soportar los techos y las aberturas, y también como elemento estructural estructural de puentes. Por tal motivo, a la hora de elaborarlos o armarlos se debe comprobar que soporten a la perfección los esfuerzos de tracción y de compresión de modo simultáneo, como sucede al doblarse la pieza.
MATERIALES Y COMPOSICIÓN DE LAS VIGAS Pueden ser realizadas en madera, en hormigón o también en hierros soldados, con cuatro tiras angulares y piezas que se entrecruzan para dar soporte y unión. Los materiales de elaboración deben ser flexibles, duraderos y resistentes a la vez, por lo que no se utiliza elementos cerámicos, pétreos u otros en su formación. – Vigas de madera La madera de las vigas se comporta de un modo ortotrópico con diversidad en su resistencia y rigidez, soportando así diferentes sentidos en los esfuerzos (paralelo o transversal a la fibra de la madera). La madera es capaz de soportar exigencias con menos deformación que otros materiales.
– Vigas de acero o hierro El acero en las vigas presenta un comportamiento isotrópico, con más resistencia y menor peso que el hormigón. Con ello, logran soportar mayores esfuerzos de compresión y también mayores tracciones, lo que las hace las grandes favoritas para obras residenciales y urbanas.
– Vigas de Concreto u hormigón armado Para elaborar vigas se utiliza el concreto pretensado y el postensado, p ostensado, a diferencia de su antecesor (el concreto armado), por su adecuación a las exigencias de las obras y esfuerzos. Son resistentes, presentan buena flexibilidad y adaptación a las exigencias y tensiones del terreno, aunque son de mayor peso que las de hierro, h ierro, normalmente usadas en construcción de viviendas.
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 premoldeados 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.
Tipos de vigas
Viguetas: Se trata de las vigas que se colocan una cerca de la otra con el fin de aguantar el piso y techo en una edificación. Estas en ciertas ocasiones son colocadas en todo los largo del exterior del edificio. Estas vigas se llegan a apreciar aun cuando una construcción en posición horizontal no está terminada. Su función principal es de servir de cimiento para pisos superiores y de soporte del techo. Estas vigas varían en cuanto a grosor y se colocan mas cerca o más lejos acorde al peso que deben de aguantar. Son elaboradas en base a acero, madera y concreto.
Largueros: Tipos de vigas que son colocadas en todo el largo y en posición paralela del camino de un puente. Estas actúan como cimientos en aquellas obras que están suspendidas en el aire, como es el caso de los pasaderos, de los acueductos, de los viaductos y de los soterramientos. Se colocan de lado a lado por todo el camino, para así poder soportar el peso de los que transitan por el camino.
Dinteles: Estas vigas son colocadas sobre las aberturas de una pared de mampostería, donde su función principal es soportar el vacío producido por las ventanas y las puertas. Estas vigas quedan a la vista de las personas, notándose principalmente en construcciones coloniales, donde se emplean dinteles elaborados en base a madera.
Vigas de tímpano: Estas vigas son construidas para ser usadas como sostén del peso y para mantener lineadas las paredes del exterior de una edificación.
Pilares: Estas vigas se parecen mucho a las armaduras, la cual queda a la vista aun estando por el interior de la construcción, puesto a que estos se transforman en columnas. Tienen como función principal sostener todo el peso superior de la estructura y al mismo tiempo actúa como cimiento del extremo inferior.
Vigas L o vigas H: Estan formadas por dos bridas planas en dirección horizontal, que encierra una viga vertical que es conocida como red. La combinación de estas vigas logran distribuir perfectamente el peso de forma equitativa. Estas se elaboran en base a acero y son empleadas en construcciones comerciales y residenciales.
Vigas maestras: Son empleadas para aguantar las cabezas de maderos o maderas que se ubican de manera horizontal; la misma suele colocarse sobre columnas y pilares. Tambien es empleada como soporte de los cuerpos superiores del edificio
Vigas de caja: Estas vigas se crean con una pieza de madera enchapada, la cual se adhiere una a la otra con clavos o a través del uso de trozos de 2 por 6 centímetros, creando una estructura muy larga a modo de caja.
Vigas de soporte: Son las vigas empleadas en puentes, en ventanales y en balcones. Estas logran aguantar el peso de las estructuras, sea de una casa o de un edificio.
Cargas aplicadas En la ingeniería, las cargas vivas y muertas son dos tipos de fuerzas que actúan sobre un objeto. La “carga es cualquier tipo de fuerza ejercida sobre un objeto, que puede encontrarse en forma de un “peso no revelado”(fuerza de gravedad).
Cargas muertas: Las cargas muertas son los componentes con un mismo peso, que se aplican a la estructura como el yeso y al material de la propia estructura. Por lo general son relativamente constantes durante toda la vida de la estructura, por lo que también se conocen como cargas permanentes.
Cargas vivas: Las cargas vivas, denominadas también cargas probables, incluyen todas las fuerzas que son variables dentro de un mismo ciclo. La presión de los pies en la escalera de peldaños (variable en función del uso y tamaño). Carga del viento( si la escalera llega a estar fuera).
Cargas Accidentales: son aquellas cargas que podrían aparecer en ciertos momentos causando la aplicación de fuerzas y esfuerzos en la estructura. ejemplo: temblores, viento, lluvia.
Esfuerzo Cortante El esfuerzo cortante, de corte, de cizalla o de cortadura es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar.
Momento flexionante Es el comportamiento de los materiales sometidos a la flexión. Si las fuerzas actúan sobre una pieza de material de tal manera que tienda a inducir esfuerzos compresivos sobre una parte de una sección transversal de la pieza y los esfuerzos tensivos sobre la parte restante, se dice que la pieza esta en flexión.
ACERO Hasta 1.960 los aceros que se usaron en la construcción de estructuras metálicas se clasificaron siempre como aceros al carbón, designados por la ASTM como A7, el cual tenía un mínimo de resistencia de 33 ksi Y quienes lo utilizaban siempre se referían a este material como el "acero", sin ninguna identificación adicional. Y aún cuando otros aceros como el de alta resistencia a la corrosión era de consecución normal en el mercado, la verdad es que rara vez fueron utilizados en edificios y más bien su utilización se ubicó en la ejecución de puentes. De 1960 hasta 1.990 otros tipos de acero fueron desarrollados por procesos de enfriamiento, templado y aleación con otros metales, incrementando con ello la resistencia; lo que permitió a Diseñadores y Constructores con tal incremento, rebajar el número y tamaño de elementos estructurales. El Diseñador de esa época podía escoger entre máxima rigidez y menos peso, como el atributo óptimo en la estructura, para lo cual encontraba aceros de variadas resistencias para usar en su proyecto de acuerdo a sus criterios de diseño. A partir de 1990 surgieron aceros que fueron desarrollados con base en los existentes, que permitieron mejores resistencias, mejor respuesta a las condiciones climáticas y una mejor adaptación y comportamiento a la soldadura, como parte definitiva en el diseño del sistema completo. Hoy se ha desarrollado y se consigue en el mercado una amplia gama de aceros de resistencia a la compresión, con límites de fluencia entre 24 ksi y 100 ksi y en un número apreciable de aleaciones que permiten cualquier tipo de solución, que dan validez a la frase del profesor F. Hart, experto diseñador y constructor alemán de edificios en estructura metálica, quién dice que: "cualquier tipo de problema es solucionable en la edificación de estructura metálica". * F. Hart El acero estructural que se consigue hoy en el mercado, laminado en caliente ó en frío, puede ser de tres clases diferentes: Acero-carbono, Acero de alta resistencia y baja aleación y Acero alta aleación, todos ellos clasificados por las normas ANSI, ASTM A6, DIN Y BS, utilizados en distintos tipos de estructuras. 6.2 ACERO ESTRUCTURAL Los aceros que comúnmente se consiguen para construcción de estructuras metálicas se consideran de tres clases: • Acero laminado: producido por un proceso de laminación horizontal ó vertical, en frío ó en
caliente, según la pieza. • Acero colado: producido por un proceso de colado vertical del material en caliente para
piezas individuales especiales. • Acero forjado: producido por el dobla do ó moldeado en frío de láminas para producir cierto
tipo de elementos. Para hablar del acero estructural utilizado en construcciones de estructura metálica, antes que nada hay que referirse a las propiedades que posee el material.
Propiedades físicas: Densidad: d =7.85 kg/dm3 Coef. expansión: e = Temp. o Celsius Módulo elasticidad: E = 2.1 X 106 kg/cm2 Propiedades mecánicas: Las propiedades mecánicas del acero se determinan por medio de ensayos, de acuerdo a las normas ICONTEC ó ASTM donde los valores límites encontrados y la temperatura, caracterizan su soldabilidad, cualidad en la cual intervienen el tipo de acero, el proceso y los insumas utilizados, el diseño y los componentes estructurales del sistema. Estas propiedades mecánicas a las que se hace referencia son: Rango elástico Rango plástico Diseño plástico Fuerza permisible Tensión de rotura Propiedades químicas ó de composición Los aceros también se caracterizan por sus componentes, contenidos de carbono y contenidos de otros minerales en las posibles aleaciones con el material base que es el acero carbono. CLASES DE ACERO Aún cuando existen en la actualidad muchas clases de acero estructural vamos a ocuparnos de los aceros que se utilizan en la construcción de estructuras para edificios y descartaremos los aceros utilizados en puentes, conducciones de acueducto y alcantarillado, plataformas de exploración, construcción de barcos, etc. ACERO CARBONO Los aceros al carbón están clasificados en cuatro categorías, basados en el porcentaje de carbono que contienen: • Bajo en carbono, con un contenido de menos del 0.15% • Rebajado en carbono, con un contenido entre el 0.15% y 0.29% • Medio en carbono, con un contenido entre el 0.29% y 0.59% • Alto en carbono, con un contenido entre 0.59% y 1.70%
ACEROS DE BAJO CARBONO Estos aceros, aunque existen en el mercado no se usan en estructuras metálicas de edificios y su utilización ha sido ubicada en otro tipo de estructuras como puentes, plataformas submarinas, etc. ACEROS DE CARBONO REBAJADO Los aceros al carbón que están en la categoría de los aceros de carbono rebajado, tienen un contenido de carbono entre 0.15% y 0.29%, dependiendo del espesor del elemento estructural y son los que comúnmente se utilizan en la construcción de estructuras metálicas para edificios. Estos aceros se caracterizan especialmente por su alta soldabilidad. TIPOS DE ACERO CARBONO REBAJADO • Acero A 36 Acero laminado en caliente que se usa para estructuras metálicas pernadas ó
soldadas, es el de más amplia utilización, con límites de fluencia, 32 Ksi y 36 Ksi. 6.2.4 TIPOS DE ACERO MEDIO EN CARBONO • Acero A 325 Acero laminado en caliente que se usa en la fabricación de tornillos y tuercas,
con límite de fluencia, 50 Ksi. • Acero A 500 Acero laminado en frío de uso general en estructuras pernadas y soldadas, con
límites de fluencia, 33 KSi, 42 Ksi y 46 Ksi para presentación en barras y 39 Ksi, 46 Ksi Y 50 Ksi para perfilería. • Acero A 501 Acero laminado en caliente de uso general en estructuras pernadas y soldadas,
con límite de fluencia, 36 Ksi. • Acero A 529 Acero laminado en caliente para platinas y barras de menos de 112 pulgada de
espesor ó diámetro, para uso general en estructuras y armaduras pernadas ó soldadas, con límite de f1uencia, 42 Ksi. ACEROS DE ALTO CARBONO Y BAJA ALEACIÓN Los aceros de esta categoría son considerados de alta resistencia, con contenidos de carbono entre .59% y 1. 70% Y aleaciones de columbio y vanadio para incrementar su resistencia, utilizados para algunas partes de las estructuras como, pernos, tuercas y remaches. TIPOS DE ACERO ALTO CARBONO Y BAJA ALEACIÓN • Acero A 572 Acero para perfilería en general, platinas y barras para estructuras pernadas ó
soldadas, con límites de fluencia, 42 KSi, 50 KSi, 60 Ksi y 65 Ksi. • Acero A 607 Acero laminado en frío ó en caliente, tiene aleación de columbia ó vanadio y se
usa para estructuras donde grandes luces y economías en el peso son importantes, con límite de f1uencia entre 45 Ksi y 70 Ksi.
Adicionando cobre como aleación, su resistencia a la corrosión se incrementa hasta el doble con respecto al acero carbono rebajado normal A 36. ACEROS ALEADOS Aceros aleados con otros minerales, que se han templado por el proceso de subir y bajar la temperatura a la cual han sido laminados, para conseguir con ello límites de f1uencia entre 80 Ksi Y 100 Ksi. TIPOS DE ACEROS ALEADOS • Acero A 490 Acero aleado de alta resistencia, laminad o en caliente, usado para tuercas y
tornillos de alta resistencia con límites de f1uencia, 90 Ksi. • Acero A 514 Acero templado para la figuración de pletinas, usado en estructuras soldadas
para puentes y algunas partes de estructuras de edificios, con un límite de f1uencia entre 90 Ksi y 100 Ksi. • Acero A 709 Acero templado para la figuración de pletinas y barras, usado en puentes y
partes de estructuras de edificios, con límites de fluencia entre 36 Ksi y 100 Ksi. ACEROS ESPECIALES • Aceros de intemperie. Los aceros al carbono convencionales que no sean protegidos con
pintura u otros medios, se corroen, a menos que contengan pequeñas cantidades de manganeso y silicona que evitan la corrosión por la humedad, aumentando además su volumen. Cuando además se agregan pequeñas cantidades de cromo, cobre, níquel y vanadio, las superficies expuestas a los rigores del clima desarrollan una capa gruesa de óxido ó pátina cuyo efecto es proteger el acero de la corrosión en el tiempo. Estos aceros se conocen como aceros de intemperie, los cuales curados por la intemperie misma cambian inclusive de aspecto exterior al introducir coloraciones que varían entre café y púrpura. Dependiendo del clima al cual esté expuesto el acero, el proceso de curado dura entre uno y tres años, tiempo en el cual el proceso alternado del paso de la humedad a material seco en la cara exterior del acero, estimula la oxidación, que sin embargo para que tenga un aspecto uniforme debe haber tenido un tratamiento previo de la superficie, consistente en la limpieza con un chorro de arena o lijado durante el proceso de manufactura. A pesar de su comportamiento y excelente aspecto este tipo de acero no debe usarse en ambientes demasiado agresivos, tales como las zonas aledañas al mar y ciertas zonas industriales de alta concentración de gases en la atmósfera. Aunque en Japón existen experiencias en este sentido donde este tipo de aceros en el tipo de atmósfera mencionado ha tenido resultados positivos como producto de un cuidadoso y periódico mantenimiento con base en pinturas, situación que va en contra de los costos en la vida útil de la edificación.
"El tratamiento y aleación con otros metales lo hacen más costoso que los aceros convencionales, conservando las mismas propiedades mecánicas, pero su economía se refleja al necesitar poco ó ningún mantenimiento en el tiempo"* ( Weathering steel in steel structures. Lorenz Wetterfester Stahl.) • Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables utilizados en construcción, son aceros aleados,
que contienen por lo menos un 12% de cromo y usualmente 1 % de silicona y 1% de manganeso por volumen. Algunos de ellos de más calidad llegan a tener otras aleaciones de molibdeno y níquel, constituyéndose estos y los anteriores, en aceros resistentes a los agentes químicos agresivos como la corrosión. Por su excesivo costo, este tipo de aceros es usado solo en algunas partes de la edificación, tales como puntos inaccesibles para la inspección ubicados muchas veces en los ensambles de muros cortina ó fachadas flotantes, en partes de lámina doblada para estos mismos muros, en ventanas, puertas, rieles y rodamientos. • Aceros de alta tensión. Para casos y propósitos específicos se consiguen aceros de baja
aleación y alta tensión, con garantía de resistencia hasta de 70 kg/mm2, cuya característica principal es el tener una estructura interior de grano muy fino, que por su bajo contenido de carbono tiene una gran soldabilidad. Estos aceros son usados por lo general en los primeros pisos de las columnas de los edificios de altura mientras en las columnas de los pisos superiores se usan los aceros corrientes. Hay un concepto general alrededor del tipo de acero usado en la construcción de estructuras metálicas expresado por el profesor Charles G. Salmon que dice: “. • el uso de aceros que tienen resistencias mayores al acero corriente A36, que no hayan sido
tratados al calor, han resultado con problemas relacionados con la falta de ductilidad y por rotura del material; el uso de estos tipos de acero requiere al menos una actitud muy consciente por parte del diseñador con respecto al comportamiento del material"* *Steel structures design and behavior. C.G.5almon. PERFILES Los perfiles son los elementos ya manufacturados a partir de los diferentes tipos de acero carbono, que de acuerdo a su posición en la estructura hacen trabajo para esfuerzos de compresión, tensión, pandeo, arriostramiento; utilizados como columnas, vigas, perlines y amarres. Pueden ser laminados en caliente o frío, fabricados con base de pletinas y láminas planas con uniones de soldadura. Vienen en una amplia gama de secciones y en longitudes de 20 y 30 metros (60 y 90 pies), dependiendo del laminador y bajo ciertas condiciones se pueden conseguir longitudes hasta de 40 metros (120 pies).
Esto trae consigo un problema para el fabricante y el constructor al tener que transportar longitudes, alturas y pesos fuera de lo común que conducen al estudio del equipo de transporte adecuado, alturas y capacidades de carga de puentes, localización de líneas de trasmisión y permisos especiales con las autoridades de tránsito municipales. Existen varias denominaciones de perfiles según el código del país que se adopte, dentro de los cuales podemos identificar el DlN de Alemania, las BS de Gran Bretaña y las Alse de Estados Unidos que son las más comunes y por las cuales se rigen la mayoría de las edificaciones. Sin embargo, la denominación americana difiere de la denominación europea, aunque las características morfológicas de los perfiles sean muy parecidas ó en algunos casos, iguales. La comunidad europea como consecuencia de la unificación de los países ha transformando todos los códigos existentes en uno solo que ya ha salido al mercado como "Euronorms" ó Eurocódigo y junta básicamente los códigos británicos, alemanes y franceses, que son los má s importantes y utilizados en el diseño y fabricación de perfiles en esa parte del mundo. TIPOS DE PERFILES SENCILLOS • Perfil I PN (Europeo ) I S (Americano) Perfil en forma de 1, con patines ó caras exteriores
perpendiculares al alma e interiores con inclinación hasta del 14% con respecto a las exteriores, la unión entre los costados y las caras del alma son redondeadas, el borde de los mismos tiene arista viva exterior y la interior redondeada. Su denominación Americana es viga en doble T. • Perfil I PE (Europeo) W (Americano) Perfil en forma de I, sus patines ó caras exteriores e
interiores son perpendiculares y paralelas al alma, la unión entre las caras interiores y el alma son redondeadas, y el borde tiene arista interior y exterior viva. Su relación entre el ancho de los patines y la altura se mantiene inferior a .66. Con denominación Americana de viga en H. • Perfil HE (Europeo) H (Ame ricano) Perfil en forma de H, con caras exteriores é interiores
perpendiculares y paralelas al alma, con uniones redondeadas y borde interior y exterior con aristas vivas. Con denominación Americana de viga en H • Perfil UPN (Europeo) Me (Americano) Perfil en forma de U, las caras exteriores de los patines
son perpendiculares al alma, las interiores tienen una inclinación del 8% con respecto a las exteriores, la unión entre la cara interior del alma y las de los patines son redondeadas, los patines tienen el borde con arista interior redondeada y exterior viva. Con equivalencia Americana de canal en U. • Perfil L (Europeo) Angle L (Americano) Su sección es en ángulo recto, los patines son de igual
longitud, la unión entre las caras interiores es redondeada y las caras de los patines son paralelas, con patines de borde interior redondeado y exterior vivo. Con denominación Americana de ángulos. • Perfil LO (Europeo) Angle L (Americano) La sección es en ángulo recto y patines de distinta
longitud. La unión interior de sus caras es redondeada con las caras de los patines paralelas, de borde interior redondeado y exterior vivo. Con denominación Americana de ángulos.
• Perfil T (Europeo) S Y M (Americano) La sección es en forma de T, con uniones, aristas
interiores y extremo del patín redondeado, las caras interiores del patín tienen una inclinación del 2% respecto a las exteriores y la del alma un 2% respecto al eje. Con denominación Americana de viga T. TIPOS DE PERFILES TUBULARES Los perfiles tubulares son producidos en sección cuadrada, rectangular y circular, laminados sin costura, con costura longitudinal a lo largo de toda la pieza ó con una costura en forma de espiral para las circulares. • Perfil tubular de sección cuadrada Es de sección cuadrada, con va riación del lado entre 6mm
y 330mm. • Perfil tubular de sección redonda Es de sección circular con diámetro que varía entre 6mm y
390mm. • Perfil tubular de sección rectangular De sección rectangular, hasta de 622 mm.
TIPOS DE PERFILES DOBLADOS EN FRÍO • Canales en U y C Perfiles obtenidos de doblar en frío láminas ó cintas de acero con las que se
producen gran variedad de formas y dimensiones para distintos trabajos en la estructura. TIPOS DE LAMINAS Y PLETINAS Son piezas de laminado plano, su ancho es superior a 500 mm, de acuerdo a su espesor se clasifican en: pletina delgada, inferior a 3 mm, pletina media, de 3 mm hasta 4.75 mm y pletina gruesa, superior a 4.75 mm. Son la base para los perfiles doblados en frío con los que se producen canales y columnas armadas. ALAMBRE Producto circular delgado de diferentes espesores, producido después de varios procesos de laminado.
CONEXIONES Hay diferentes tipos de conexiones entre elementos en estructura metálica que deben cumplir algunos requerimientos básicos entre ellos: • Que garanticen una unión eficiente durante el izaje • Que permitan ajustarse • Que puedan ejecutarse de una manera simple sin permitir bamboleos Las conexiones son
muy importantes en el sentido de que del tratamiento que se les dé durante su fabricación e izaje de la estructura, depende en parte la economía del sistema. CONEXIÓN COLUMNA - VIGA En las conexiones columna-viga encontramos diferentes formas de conectar: • Conexión soldada. Consiste en conectar la viga a la columna por medio de un cordón de
soldadura en el alma y los patines, reforzando con rigidizadores colocados en la columna. Fig. 16c • Conexión simple . Consiste en una pletina en forma de ángulo que hace la función de camisa,
soldada a la columna, sobre la cual se atornilla la viga. En este caso la conexión es excéntrica. Fig. 16ª • Conexión doble. Consiste en una doble pletina en forma de ángulo que h ace la función de
camisa, atornillada a la columna, sobre la cual se atornilla la viga. Fig. 16a • Conexión tipo culata. Consiste en una pletina plana soldada en forma de culata en el extremo
de la viga y ésta a su vez soldada a la columna, reforzada con rigidizadores para dar continuidad. Fig. 16d • Conexión compuesta. Consiste en una conexión do ble complementada con una repisa en
ángulo, atornillada, sobre la cual se apoya la viga que se atornilla también a las piezas anteriores. Fig. 16b • Conexión ménsula. La conexión columna -viga mediante una ménsula es un procedimiento
utilizable en edificaciones de una planta, generalmente de uso industrial. Esta utilización específica es debida a que este tipo de uniones no puede resistir empujes horizontales. Fig. 16e
CONEXIÓN VIGA - VIGA En las conexiones viga-viga, con continuidad, se pueden usar básicamente los mismos sistemas usados para el empalme de columnas, así: • Tapajuntas. En este caso se usan láminas planas por las alas exteriores ó por el alma de los
perfiles, las cuales se pueden unir por medio de soldadura ó atornillando la lámina tapajuntas a los perfiles. Fig. 17a •
Placa de tapa. En este caso, sean ó no de igual tamaño los perfiles a conectar, las tapas se unen mediante soldadura en el taller a cada uno de los elementos y posteriormente en obra si los perfiles son de igual dimensión se colocan tornillos de fijación, en caso de que no sean del mismo tamaño se colocan rigidizadores prolongando las alas del perfil de sección menor como un elemento de transición. Fig. 17c • Soldadura al tope. Este tipo de conexión se usa cuando los perfiles son de igual dimensión y
en este caso se utilizará una soldadura de cordón corrido en todo el perímetro de los perfiles que se van a empalmar. Fig. 17b En las conexiones viga-viga, sin continuidad, solo las fuerzas de cortante de la viga secundaria deben trasmitirse a la viga primaria. • Conexión sencilla. Consiste en una pletina vertical soldada a la viga principal y la secund aria
atornillada a la pletina. Fig. 18b • Conexión doble: Consiste en dos pletinas verticales atornilladas a la viga principal en las
cuales va atornillada el alma de la viga secundaria. Fig. 18b • Conexión culata soldada. Consiste en una pletina plana s oldada sobre la viga principal sobre
la cual va soldada la viga secundaria. Fig. 18c • Conexión membrana soldada. Consiste en soldar la membrana de la viga secundaria al alma
de la viga principal; caso en el cual la soldadura debe hacerse alrededor de toda la zona de tensión. Fig. 18c •
Conexión superpuesta. (Solo para cortante). Las vigas secundarias se apoyan directamente sobre la viga principal y se conectan allí. En este caso se deben colocar rigidizadores soldados en las almas de los perfiles en los puntos de apoyo. Fig. 18e VIGA PROFUNDA - VIGA • Conexión viga secundaria de menor sección que viga principal. En este caso se usa una
conexión básica de pletina doble donde el alma de la viga secundaria va atornillada a la de la viga principal. Fig. 18d • Conexión paredes de sección igual. En este caso se usa una conexión de pletina sencilla y la
viga secundaria se cajea en los dos patines superior ó inferior, dependiendo de su colocación. Fig. 18b
VIGA - VIGA, PARA CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR • Conexión viga secundaria continua sobre viga principal. En este caso solo se deben usar
pernos para ligar una pletina sobrepuesta sobre la viga secundaria y colocar rigidizadores soldados en el plano vertical de las almas de las vigas. Fig . 18e También puede usarse un cordón de soldadura en toda la extensión de la pletina sobrepuesta. Fig. 18f • Vigas de igual sección, enrasadas al mismo nivel. Deben cajearse los dos patines superior e
inferior y reforzarse con pletinas atornilladas en los dos costados cajeados. Fig. 18d • Conexión soldada para vigas de diferente sección. Se ejecutan soldando todas las paredes en
contacto, colocando rigidizadores entre la viga de menor sección y la principal. Fig. 18d
Fig. N° 18
VIGA PREFABRICADA DEFINICION Y ALCANCE Se definen como vigas prefabricadas de hormigón pretensado las que constituyen productos standard ejecutados en instalaciones fijas y que, por tanto, no son realizadas en obra. Esta unidad incluye: - El suministro de todos los materiales necesarios para la fabricación de las vigas. - La fabricación de las vigas en una planta especializada, comprendiendo encofrados, armaduras activas y pasivas, hormigonado, vibrado y curado de las mismas. - El control de la producción, incluyendo todos los procesos de control de calidad. - El almacenamiento en planta, la carga en los medios de transporte precisos, el transporte a obra y la descarga. - El montaje y colocación de las vigas, así como todas las uniones co n el resto de los elementos, de acuerdo con lo indicado en los planos, cuando las luces sean iguales o inferiores a dieciocho metros. - Todos los medios auxiliares, personal y maquinaria necesarios para la ejecución de los trabajos. EJECUCION DE LAS OBRAS TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO El Contratista someterá a la aprobación de la Dirección de Obra, con una antelación mínima de 30 días, el comienzo de la fabricación de las piezas, un plan de carga y transporte en el cual se indiquen los medios y enganches a utilizar en el itinerario previsto, y establecerá las tensiones más desfavorables a soportar por la viga durante todo el proceso. En todas las operaciones de manipulación, transporte, acopio y colocación en obra, los elementos prefabricados no estarán sometidos en ningún punto a tensiones más desfavorables que las referidas. Las vigas se almacenarán en obra en su posición normal de trabajo, sobre apoyos de suficiente extensión y evitando el contacto con el terreno o con cualquier producto que la pueda manchar o deteriorar. Las operaciones de manejo y transporte de vigas prefabricadas, ya sea en taller o en obra, deberán realizarse con el máximo cuidado posible, manteniendo el alma de las vigas en posición vertical. En ningún caso se producirán impactos ni solicitaciones de torsión. En general, las vigas se transportarán y almacenarán de forma que los puntos de apoyo y la dirección de los esfuerzos sean aproximadamente los mismos que los que tendrán en su posición final. Si el Contratista estimara necesario transportar o almacenar tales elementos en posiciones distintas a la descrita, deberá presentar un informe justificativo de que la situación de la estructura es mejor que la indicada en los cálculos del proyecto y requerir la aprobación previa de la Dirección de Obra. Se tomarán toda clase de precauciones para evitar cualquier agrietamiento o rotura de los elementos prefabricados.
RECEPCION Las piezas acopiadas a pie de obra y dispuestas para el montaje serán examinadas una por una, rechazándose todas aquellas que, por haber sufrido malos tratos en el transporte, presenten fisuras, desconchones o resquebrajamientos que, a juicio del Director de Obra, afecten a su resistencia, durabilidad o estética. Las vigas no deberán presentar rebabas que sean indicio de pérdidas graves de lechada, ni más de tres (3) coqueras en una superficie de diez decímetros cuadrados (10 dm2), ni coquera alguna que deje vistas las armaduras. Tampoco presentarán superficies deslavadas o aristas descantilladas, señales de discontinuidad en el hormigonado o armaduras visibles. Salvo autorización de la Dirección de Obra, no se aceptarán vigas con fisuras de más de una décima de milímetro (0,1 mm) de ancho, o con fisuras de retracción de más de dos centímetros (2 cm) de longitud. La comba lateral máxima, medida en forma de flecha horizontal, no será superior a un quinientosavo (1/500) de la longitud de la viga. La flecha, bajo la acción del peso propio, medida en la viga en condiciones normales de apoyo, no será superior al (1/300) de la luz para vigas de longitudes inferiores a diez metros (10 m) y al (1/500) para luces mayores. MONTAJE El Contratista someterá a la aprobación de la Dirección de Obra un plan de montaje en el que se indique el método, la maquinaria y los medios auxiliares previstos, detallando el desarrollo de estos trabajos y concentrando su duración y las medidas de señalización y seguridad adoptadas. Si el montaje afecta al tráfico de peatones o vehículos, se ejecutarán desvíos. En caso de no ser posible estos desvíos, se reducirá al mínimo la duración de los posibles cortes o restricciones del tráfico, siempre de acuerdo con lo que el Director de Obra ordene, y manteniéndose en conocimiento con la antelación suficiente para la comunicación a los organismos interesados o información a los usuarios. Si a propuesta del Contratista, el Director de Obra autoriza a prefabricar elementos no previstos como tales en el proyecto, el Contratista presentará al Director para su aprobación un documento en el que consten los detalles concretos del procedimiento de montaje, tratamiento de juntas, tolerancias de colocación, detalles de acabado, plan de trabajo y montaje, etc. En ningún caso este cambio supondrá un incremento económico sobre el costo de la obra si esta hubiera sido ejecutada según proyecto. Las vigas deben elevarse de las anillas de suspensión que llevan en los extremos. Los elementos que están en contacto con las anillas deben garantizar que éstas mantienen un radio interior mínimo de 40 mm para lo cual el elemento de tiro deberá tener 80 mm como diámetro mínimo interior. En las vigas que llevan doble juego de anillas se deberán utilizar los dispositivos necesarios para garantizar un tiro uniforme en todas las anillas.
La dirección de tiro que efectúa el cable en la suspensión debe formar un ángulo mayor de 60º con la horizontal. Si las vigas no se colocan directamente desde el camión a su emplazamiento definitivo deberán dejarse en una zona suficientemente firme para soportar su peso y apoyadas sobre dos riostras de madera situadas a 0,25 m de cada extremo, sin ningún punto de apoyo intermedio, salvo indicación contraria. Al descender la viga para su apoyo debe hacerse una maniobra muy lenta en las proximidades de apoyo para evitar el impacto. Las vigas deben arriostrarse provisionalmente a elementos fijos o entre sí, una vez apoyadas, para evitar su vuelco lateral. Las vigas se apoyarán sobre las placas de neopreno previamente niveladas y replanteadas de tal forma que mantengan la distancia al extremo de la viga indicada en los planos. Siempre que se tira de varias anillas de suspensión se deberán utilizar los dispositivos necesarios para asegurar (mediante soportes isostáticos) que la carga se soporta por igual entre todas y cada una de las anillas. Cuando la pendiente longitudinal del viaducto sea superior al tres por ciento (3%) se deberá colocar un elemento de transición metálico, anclado a la viga en la zona de apoyo, que permita situar el aparato de apoyo perfectamente. horizontal. El precio de estos elementos no supondrá abono aparte, formando parte del precio de la unidad. CONTROL DE CALIDAD El Contratista presentará certificados de los laboratorios correspondientes, señalando el cumplimiento de lo allí indicado. Las vigas dispuestas para el montaje no deberán presentar superficies deslavadas, aristas descantadas, discontinuidades en el hormigón o armaduras visibles. En todo momento se deberán cumplir las limitaciones establecidas en el apartado anterior (Ejecución de las Obras) para las distintas etapas señaladas. La viga estará colocada en la posición y nivel previstos en la Documentación Técnica, siendo las tolerancias de ejecución las siguientes: - Replanteo en planta ± 30 mm - Replanteo en alzado ± 10 mm - Nivel ± 20 mm - Aplomado ± 3 mm 5. MEDICION Y ABONO Las vigas prefabricadas de hormigón pretensado para puentes se medirán según los diferentes criterios detallados a continuación. Las losas aligeradas se medirán por metro cuadrado (m2), definiéndose diferentes unidades en función de su canto y de su luz de cálculo. En esta unidad de obra están incluidos todos los gastos de suministro, fabricación, control de producción, carga, transporte a obra, descarga, almacenamiento, colocación en su ubicación
definitiva y acoplamiento o unión a otros elementos o a la obra ejecutada "in situ", así como todos los medios auxiliares, personal y maquinaria necesarios para la ejecución de los trabajos. Las vigas prefabricadas en I se medirán por metro lineal (m), definiéndose diferentes unidades según se trate de vigas enteras o de vigas a media madera y, a su vez, dentro de cada uno de estos grupos, en función de su canto y de su luz de cálculo. En esta unidad de obra están incluidos todos los gastos de suministro, fabricación, control de producción, carga, transporte a obra, descarga, almacenamiento, y cuando se trate de vigas de longitud igual o inferior a dieciocho metros (18 m), también se consideran incluidos la colocación en su ubicación definitiva y el acoplamiento o unión a otros elementos o a la obra ejecutada "in situ", así como en todos los casos, los medios auxiliares, personal y maquinaria necesarios para la ejecución de los trabajos. Las vigas en artesa se medirán por metro lineal (m), definiéndose diferentes unidades según se trate de vigas enteras o de vigas a media madera, dentro de éstas ya sean sin voladizo o con voladizo; dentro de las últimas en base a la longitud de dicho voladizo y, a su vez, dentro de cada uno de estos grupos, en función de su canto y de su luz de cálculo. En esta unidad de obra están incluidos todos los gastos de suministro, fabricación, control de producción, carga, transporte a obra, descarga y almacenamiento, y cuando se trate de vigas de longitud igual o inferior a dieciocho metros (18 m), también se consideran incluidos la colocación en su ubicación definitiva y el acoplamiento o unión a otros elementos o a la obra ejecutada "in situ", así como en todos los casos, los medios auxiliares, personal y maquinaria necesarios para la ejecución de los trabajos. En las vigas que conforman los puentes losa estarán incluidos en el precio de la viga, los geotextiles y dispositivos auxiliares a colocar en la parte inferior de las vigas cuando la colocación sea radial, de manera que se garantice la no perdida del hormigón y lechada del tablero. De los valores de alcance y aplicación indicados en la descripción de las diferentes unidades de obra, se considerará siempre excluido el límite inferior, e incluido el superior.
VIGAS PREFABRICADAS Son vigas que constituyen productos estándar ejecutados en instalaciones industriales fijas y que, por tanto, no son realizadas en obra. El empleo principal dado a estos elementos es de ser portadores de las losas prefabricadas, dependiendo de la forma de la viga, será un aporte directo o indirecto.
Vigas Delta: son la solución perfecta área las construcciones industriales con cubierta a dos aguas y grandes luces. Se trata de elementos estructurales de canto variable. Son producidas con longitudes variables entre los 12 y los 30 m de longitud máxima.
Las vigas tiene una pendiente del 10%, un canto minimo en los extremos de la viga de 50 cm y un canto variable entre los 110 cm y 250 cm en la zona central de la misma, en función de la longitud de la viga. Cuentan con una seccion transversal tipo en “doble T” con una anchura la
cual varia según el modelo entre 40 cm y 50 cm. En las alas y entre 9 y 12 cm, en el alma.
Viga Boomerang y Viga Piñón de sección en “T”: se utiliza como elemento para
construcciones industriales con cubierta a una o dos aguas con el 10% de pendiente, permitiéndose vanos de 4 a 15 m, colocándose principalmente en los pórticos de fachada o hastiales.
Viga en H de hormigón pretensado(para tejados)
Otras secciones son úsales con sus medidas especificadas serán las siguientes:
Viga Doble T Sección ideal para cubrir grandes luces con cargas importantes de cubiertas y entrepisos. Debido a su excelente diseño se obtienen óptimos resultados con dimensiones relativamente pequeñas. En la siguiente tabla de predimensionamiento se pueden apreciar algunas alturas usuales para diferentes cargas y luces de apoyo.
A continuación, tenemos una tabla para la fabricación de estas vigas en doble T
La forma habitual de vinculación de las vigas con las columnas es mediante un macizado del extremo con rebaje a mitad de la altura. En el cabezal macizo de los extremos de las vigas, se dejará previsto un orificio para anclaje del perno previamente dejado en el apoyo de la columna. Dicho orificio deberá ser llenado in situ, con mortero fluido en el momento del montaje (fig 1). Es posible dejar, en el alma de las vigas, pases previstos en el proyecto para conductos de ventilación, aire acondicionado, etc. Las vigas de sección doble T, pueden utilizarse también como vigas portapanel (para apoyo de paneles de cerramiento). En estos casos, trabaja como viga de fundación apoyada en las paredes de los tinteros de las bases. Es necesario preveer en el premoldeado, una armadura adicional sobre una de las alas de la viga que servirá de estribos al hormigón de cierre que se debe ejecutar in situ (fig. 2).
Viga Canaleta Por la forma de su sección es ideal para conducir las aguas pluviales hasta los conductos de desagüe alojados en las columnas, evitando conductos a la vista. La vinculación a las columnas es mediante pernos de anclaje, similar al de la viga Doble “T”, y s e diferencia dos tipos de conductos de desagüe: a) Canaletas continuas (fig.3), b) Canaletas por tramos (fig.4).
Viga Carrilera Este tipo de viga es utilizado para trasmitir las cargas del puente grúa a las columnas, también sirve de apoyo a las vías por donde se desplaza. Se trata de una sección típica de cabeza maciza más ancha, para absorber los esfuerzos horizontales producidos por el frenado del puente grúa. El alma es más ancha que el de la viga doble T, y de espesor constante, debido a las cargas variables a las que es sometido. Es necesario, en los apoyos, relacionar la viga a la columna mediante pernos pasantes que absorben los esfuerzos laterales y el vuelco (fig.5). Sobre la cabeza se dejarán insertos metálicos donde se soldarán las vías.
Viga T Invertida Este tipo de sección permite reducir la altura del paquete estructural en caso de apoyos de entrepisos. Su geometría permite el apoyo de los elementos del entrepiso, minimizando la altura de la solución. Se puede diferenciar dos tipos según su ubicación en la estructura: de borde o intermedias (fig.6). En caso de necesidad, se puede mejorar el comportamiento estructural de la viga ejecutando in situ la cabeza comprimida mediante la utilización de los elementos que resuelven el solado, como encofrado (fig7). Una solución similar se obtiene con la viga T invertida. .
Debido a sus dimensiones y características se utiliza para apoyo de entrepisos de pequeñas luces y cargas livianas. Resuelve muchos casos en los que por requerimientos del proyecto se necesiten alturas reducidas por debajo de la viga. Permite el aprovechamiento de la capa de compresión de la losa de entrepiso, como cabeza comprimida de la viga (fig.8). Al igual que en el caso anterior se trata de un sistema mixto de construcción en donde se utiliza parte de premoldeado y parte de hormigonado in situ.
Viga Rectangular Son utilizadas para casos de luces reducidas y también como dinteles de portones. Pueden premoldearse con armaduras pasivas tradicionales o pretensadas.
Viga para Puentes Una aplicación particular e interesante de las vigas pretensadas se encuentra en la construcción de puentes. A tal efecto se utiliza una viga de geometría doble T especialmente calculada para recibir la calzada. La sección transversal típica de este tipo de puentes la podemos apreciar en la fig. 9. Las vigas premoldeadas longitudinales de 20m de largo actuan en conjunto con las vigas transversales y la losa de Hº Aº (ejecutadas in situ) para conformar un emparrillado tridimensional. Esta solución estructural es especialmente apta para soportar las cargas de tránsito inherentes al puente.
Vigas Hip Las vigas Hip proporcionan apoyo a otras vigas de carga en la construcción residencial. Las otras vigas se ramifican desde ésta en un mismo ángulo. Estas vigas se colocan en los puntos críticos de los techos de las casas.
Vigas Flitch Las vigas Flitch son híbridas de madera y metal, generalmente acero, echa con capas una encima de otra. Los perfiles de madera permiten que se claven en otras estructuras, mientras que las piezas de metal proporcionan una mayor fuerza y capacidad de soporte de peso. Otra ventaja de estas vigas es que son menos costosas que las vigas construidas totalmente en metal.
Vigas de madera laminada Las vigas de madera laminada se hacen con varias piezas de madera comprimidas una encima de la otro. Estas maderas son casi siempre de 2 pulgadas (5 cm) de espesor. Este tipo de vigas se utilizan a menudo en edificios públicos.
Vigas de madera laminada enchapada Estas vigas son similares a las vigas de madera laminada. Están hechas con piezas de madera enchapada de 1 3/4 pulgadas (4,4 cm). Se utilizan a veces para soportar las paredes exteriores de los edificios.
