LAS VIGAS

Es 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 lineal, que trabaja principalmente a flexión , 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. 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.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS
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. La madera es un material de tipo ortotrópico que presenta, según de qué se obtenga, diferentes niveles de rigidez. 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.
Esta mayor o menor rigidez es la que dará a la viga su fortaleza. A partir de la revolución industrial y con los avances tecnológicos, las vigas pasaron a elaborarse de hierro y luego acero, de. 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. 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. Una aplicación histórica y fundamental de la viga, particularmente de madera, ha sido en minería. El uso de vigas de diferente calibre para el sostén de los túneles cavados en la tierra es sin dudar uno de los fines más identificados a las vigas.

TEORIA DE VIGAS

TEORIA DE VIGAS

La teoría de vigas es una parte de la resistencia de materiales que permite el cálculo de esfuerzos y deformaciones en vigas. Si bien las vigas reales son sólidos deformables, en teoría de vigas se hacen ciertas simplificaciones gracias a las que se pueden calcular aproximadamente las tensiones, desplazamientos y esfuerzos en las vigas como si fueran elementos unidimensionales.
Los inicios de la teoría de vigas se remontan al siglo XVIII, trabajos que fueron iniciados por Leonhard Euler y Daniel Bernoulli. Para el estudio de vigas se considera un sistema de coordenadas en que el eje X es siempre tangente al eje baricéntrico de la viga, y los ejes Y y Z coincidan con los ejes principales de inercia. Los supuestos básicos de la teoría de vigas para la flexión simple de una viga que flecte en el plano XY son:
Hipótesis de comportamiento elástico. El material de la viga es elástico lineal, con módulo de Young E y coeficiente de Poisson despreciable.
Hipótesis de la flecha vertical. En cada punto el desplazamiento vertical sólo depende de x: uy(x, y) = w(x).
Hipótesis de la fibra neutra. Los puntos de la fibra neutra sólo sufren desplazamiento vertical y giro: ux(x, 0) = 0.
La tensión perpendicular a la fibra neutra se anula: σyy= 0.
Hipótesis de Bernouilli. Las secciones planas inicialmente perpendiculares al eje de la viga, siguen siendo perpendiculares al eje de la viga una vez curvado.

Teoría de vigas de Euler-Bernoulli

Ecuaciones de equilibrio
Las ecuaciones de equilibrio para una viga son la aplicación de las ecuaciones de la estática a un tramo de viga en equilibrio. Las fuerzas que intervienen sobre el tramo serían la carga exterior aplicada sobre la viga y las fuerzas cortantes actuantes sobre las secciones extremas que delimitan el tramo. Si el tramo está en equilibrio eso implica que la suma de fuerzas verticales debe ser cero, y además la suma de momentos de fuerza a la fibra neutra debe ser cero en la dirección tangente a la fibra neutra.

Cálculo de tensiones en vigas
El cálculo de tensiones en vigas generalmente requiere conocer la variación de los esfuerzos internos y a partir de ellos aplicar la fórmula adecuada según la viga esté sometida a flexión , torsión, esfuerzo normal o esfuerzo cortante.

VIGAS Y CONSTRUCCIÓN

VIGAS Y CONSTRUCCIÓN

Las vigas de una cubierta son miembros estructurales intermedios, transfieren las cargas muertas de las viguetas (sí es utilizado) y la cubierta y las cargas vivas al poste o embarcadero. Pueden ser madera de construcción sólida, 4X6 o 4X8, o como la columna, Construida de material 2X. Clavar los tableros cara a cara, un error común, promueve decaimiento material prematuro. En la fabricación de una viga de construcción, los espaciadores hechos de madera de construcción tratada o Plywood se colocan entre dos o más pedazos de material 2X en los espaciamientos de 12 a 18 pulgadas dependiendo de la profundidad del material. Los espaciadores se pegan y/o se sujetan a los miembros de la viga permitiendo la circulación de aire y creando un vacío para que el agua pase a través de ella.
El mejor método para apoyar la viga es reclinarla encima del poste. Esto permite que el poste proporcione la mejor resistencia compresiva. Este método levanta el perfil de la cubierta, y si éste es estéticamente inaceptable, las vigas se pueden empernar al lado de la columna. Una variedad de conectadores galvanizados del metal puede formar una conexión mecánica entre la viga y el poste. Los conectadores se diseñan para ser montados encima de un poste de madera o para ser encajados en la tapa de un embarcadero concreto si se elimina el poste de madera.Al usar un poste de madera, es importante que la anchura de la viga sea igual o mayor que el poste así el agua no fluye debajo de la cara de la viga y en el grano del extremo del poste. Si se corta el poste, el grano expuesto del extremo se debe tratar con un preservativo antes de que la viga se fije en el lugar. Los conectadores de madera del poste son en forma de H o de una H torcida, donde están perpendiculares la dirección de U en la tapa y el fondo el uno al otro, permitiendo que los pernos sean perpendiculares en los postes y la viga respectivas. Cada forma ha pretaladrado los agujeros que proporcionan las localizaciones para los pernos del carro o de la máquina. Están también las correas de U que extienden para arriba de los lados del poste y del excedente la tapa de la viga. Algunos diseñadores utilizan la barra del plano de acero con los agujeros pretaladrados como correas y conectan uno con cada lado de la viga y del poste. La forma de la viga depende de donde está el punto del contacto entre los postes y la viga. Los siguientes son vigas comunes en la construcción de la cubierta:1: Viga simple, un solo palmo apoyado en cada extremo. 2: Viga voladiza, apoyada solamente en un extremo. 3: Viga sobresaliente, extendiendo más allá de uno o más soportes. 4: Viga continua, apoyada por tres o más miembros estructurales. 5: Viga fija, fijada para soportar en cada extremo.

Otras vigas menos comunes que tienen diferentes usos,algunas de ellas son :
Viga de Acero de Alma Abierta
Viga de Alma Doble
Viga Biempotrada
Viga Centradora
Viga Maestra
Viga Ensamblada
Viga de Borde
Viga de Caballete
Viga de Caja
Viga de Cimentación
Viga de Cumbrera
Viga de Riostra
Viga en Voladizo
Viga Jabalconada
Viga de Canto
Viga Plana
Viga Especial
Viga Vierendeel

PRINCIPALES USOS DE LAS VIGAS DE MADERA, HIERRO Y ACERO



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.

VIGAS EN EVOLUCION

LAS VIGAS EN LA ANTIGUEDAD Y ACTUALIDAD

El Partenón. Situado en la Acrópolis y terminado en el 438 A.C. Ejemplo perfecto de la arquitectura griega y de la construcción temprana con vigas y columnas. El templo tiene 70 metros de largo, 32 de ancho y 21 metros de alto. (Atenas, Grecia)


Templo de Zeus. Terminado por el emperador romano Adriano (76-138 A.C.) 700 años después del comienzo de su construcción. Las columnas son de 1.8 metros de diámetro y de 17 metros de alto. Cabe destacar que la distancia entre columnas está perfectamente calculada para soportar el peso del arquitrabe que tiene sobre ellas, y para que la piedra no rompa por su propio peso. (Atenas, Grecia)



Construcción de una biblioteca en el condado de Contra Costa. Cuatro vigas idénticas de unos 20 metros de largo soportan el techo. Cada viga está soportada en uno de sus extremos por la pared exterior de la construcción y en el otro extremo por la siguiente viga. (Pinole, California)

Construcción moderno en el "Bay Area Rapid Transit System" (BART). Las vigas están separadas unos 20 metros y están soportadas por pilares de hormigón pretensado cuya sección es cuadrada. (Oakland, California)

Detalle de los pilares de la fotografía anterior. Detalles sobre la fabricación de estos pilares se encuentran en la página de "vigas en construcción". (Oakland, California)


Edificio de las Naciones Unidas en Suiza. Las vigas son perfiles IPN de sección variable. La carga que deberán soportar dichos perfiles es, principalmente, la presión del viento sobre las ventanas (Suiza)