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Vigas de hormigón armado: tipos y método de diseño

Las vigas de hormigón armado son elementos estructurales horizontales compuestos por una combinación de hormigón y acero. Descubre más sobre ellas en este artículo

Las vigas de hormigón armado son elementos estructurales de vital importancia en la construcción moderna. Se destacan por su capacidad de resistir las solicitaciones de tracción, gracias al uso de armaduras de acero incorporadas en el conglomerado de hormigón.

En este artículo exploraremos las diferentes tipologías de vigas de hormigón armado utilizadas en la industria de la construcción. Analizaremos las características de cada una de ellas, examinando sus aplicaciones específicas en diversos contextos estructurales.

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Ahora exploremos todos los beneficios de las vigas de hormigón armado y comprendamos cómo estos elementos estructurales pueden contribuir a la resistencia, seguridad y estabilidad de las construcciones.

Vigas de hormigón armado

Las vigas de hormigón armado son elementos estructurales utilizados en la construcción de edificios e infraestructuras. Constituyen, en particular, los componentes horizontales de las estructuras portantes «tipo pórtico» realizadas mediante el uso de hormigón armado.

Este tipo de material deriva de la combinación del hormigón, que proporciona resistencia a la compresión, con el acero, que ofrece una alta resistencia a la tracción. Por lo tanto, el uso del hormigón armado permite aprovechar las propiedades complementarias de ambos materiales, y crear estructuras muy resistentes, capaces de soportar esfuerzos de tracción y de compresión.

Sin embargo, en el contexto de la construcción, existen diferentes tipologías de vigas de hormigón armado. Cada tipo de viga se diseña para satisfacer necesidades específicas. Ahora exploraremos juntos algunas de las tipologías más comunes, con el objetivo de resaltar sus características distintivas.

Vigas de hormigón armado

Vigas de hormigón armado

Tipologías de vigas de hormigón armado

La versatilidad del hormigón armado permite la realización de vigas en diversas formas, tipologías y dimensiones, adaptables a las necesidades específicas de diseño. De todos modos, la elección del tipo de viga a adoptar depende de las necesidades estructurales y funcionales del proyecto. Es importante considerar cuidadosamente las características de la carga, la distribución de las solicitaciones y las deformaciones previstas, con el fin de determinar la configuración más adecuada para lograr una estructura estable y segura. Un ingeniero estructural evaluará cuidadosamente estas variables para identificar el tipo de viga más adecuado para el contexto específico.

Tipos de vigas según modalidades constructivas

Una primera clasificación de estos elementos puede hacerse en función de las modalidades constructivas, distinguiendo entre:

  1. Vigas de hormigón armado ordinario (CA): Se realizan mediante un vertido de hormigón en encofrados especiales, preparados para conferir a la viga la forma deseada, y dentro de los cuales se coloca previamente la armadura metálica. Esta última está constituida por barras de acero de adherencia mejorada que tienen como objetivo garantizar la máxima adherencia entre los dos materiales (hormigón y acero), evitando fenómenos de deslizamiento. Las vigas de hormigón armado ordinario se utilizan ampliamente en diversos contextos estructurales, como edificios residenciales, comerciales e industriales. Son adecuadas para forjados, cubiertas, vigas de soporte y vigas de borde. Su versatilidad y facilidad de realización las convierten en una elección común en la mayoría de las aplicaciones constructivas;
  2. Vigas de hormigón armado pretensado (CAP): Difieren de las ordinarias en el hecho de que la armadura se tensa antes del vertido de hormigón. Este proceso permite mejorar aún más la resistencia de la viga, ya que la tensión preexistente contrarresta las solicitaciones de tracción durante la carga en servicio. Las vigas pretensadas pueden, por lo tanto, soportar cargas más altas que las vigas de hormigón armado ordinario. La pretensión permite reducir la sección transversal de la viga, optimizando la eficiencia estructural y abriendo la posibilidad de crear luces más grandes sin necesidad de soportes intermedios. Las vigas de CAP se utilizan comúnmente en grandes estructuras, como puentes, viaductos, edificios industriales, etc. Son ideales para proyectos que requieren una mayor capacidad de carga y una reducción de las deformaciones.

Tipos de vigas según condiciones de apoyo

Una subdivisión adicional de las vigas de hormigón armado concierne a las condiciones de apoyo. Esta clasificación tiene en cuenta las formas en que los extremos de las vigas están apoyados o restringidos. Aquí algunas de las principales categorías:

  1. vigas simplemente apoyadas: en este tipo de viga, los extremos descansan sobre soportes laterales que permiten la rotación. Se trata de un tipo de restricción que simplifica el análisis estructural, ya que la viga puede moverse libremente sin transmitir momentos flectores a los apoyos. Esta configuración se utiliza a menudo cuando se desea una distribución uniforme de la carga a lo largo de la viga, garantizando al mismo tiempo una solución estructural relativamente simple;
  2. vigas empotradas: están sujetas a restricciones rígidas en los extremos, que impiden tanto la traslación como la rotación. Este tipo de viga se utiliza en situaciones donde es necesario resistir cargas y solicitaciones particularmente altas, como en cimentaciones o estructuras sísmicas;
  3. vigas continuas: las vigas continuas son soportadas por varios puntos intermedios, como columnas o pilares. Estos puntos intermedios permiten una distribución más uniforme de las cargas a lo largo de la viga. Las vigas continuas se utilizan para cubrir luces mayores y reducir la deformación de la viga;
  4. vigas voladizas: se caracterizan por un extremo que sobresale más allá del punto de apoyo. Esta configuración permite crear espacios abiertos amplios sin necesidad de soportes intermedios. Las vigas voladizas son comunes en las fachadas de los edificios o en estructuras suspendidas como puentes.

Tipos de vigas según sus características formales

Considerando el aspecto geométrico, es posible realizar una clasificación adicional de las vigas de hormigón armado, distinguiéndolas por sus características formales entre:

  1. vigas de sección rectangular: son las formas más comunes de vigas de hormigón armado. Tienen una sección transversal rectangular, con un ancho generalmente menor que la altura. Esta forma es fácil de realizar y ofrece una buena resistencia a la flexión;
  2. vigas en T: tienen una sección transversal que recuerda a la letra «T». Están formadas por una parte central llamada «alma» y por dos partes laterales colocadas en la parte superior del extremo de la viga, llamadas «ala». Las vigas en T se utilizan a menudo en situaciones donde se necesita proporcionar una mayor resistencia al corte;
  3. vigas en doble T: son similares a las vigas en T, pero tienen alas tanto en la parte superior como en la inferior del alma. Esta configuración ofrece una mayor resistencia a la flexión y a la torsión que las vigas rectangulares o en T. Las vigas en doble T se utilizan comúnmente en puentes y estructuras de gran tamaño;
  4. vigas de sección compuesta: están formadas por dos o más materiales diferentes combinados para aprovechar las características ventajosas de cada material. Por ejemplo, una viga puede estar compuesta por partes de acero para estructuras metálicas y partes de hormigón armado, colaborando entre sí mediante un sistema de conexión especial. Este tipo de viga ofrece una mayor resistencia y rigidez que las vigas de hormigón armado tradicionales;
  5. vigas de sección variable: tienen una sección transversal que cambia a lo largo de su longitud. Esto se puede hacer para adaptarse a las diferentes solicitaciones y requisitos estructurales a lo largo de la viga. Las vigas de sección variable se utilizan a menudo en estructuras complejas o en situaciones donde se requiere una distribución no uniforme de las cargas.
Classification of reinforced concrete beams

Classification of reinforced concrete beams

Cómo diseñar las vigas de hormigón armado

El diseño y la verificación de las vigas de hormigón armado requieren una serie de pasos y evaluaciones que siguen los principios de la ingeniería estructural.

A continuación, se presentan los aspectos fundamentales que deberás considerar durante el diseño:

  • análisis estructural: realiza un análisis estructural del edificio para determinar las acciones (cargas) que actúan sobre las vigas;
  • análisis de las solicitaciones: determina las solicitaciones internas que actúan sobre la viga. Este análisis se puede realizar utilizando métodos analíticos o software de cálculo estructural;
  • verificación de la resistencia: compara las solicitaciones internas con las capacidades de resistencia del hormigón y del acero. Asegúrate de cumplir con los requisitos de resistencia, ductilidad y estabilidad definidos por la normativa;
  • dimensionamiento de las secciones transversales: determina las dimensiones de las secciones transversales de las vigas en función de las solicitaciones calculadas y los requisitos de resistencia. Considera también aspectos de durabilidad, evaluando el recubrimiento mínimo del hormigón (cubierta) para proteger la armadura de agentes agresivos;
  • cálculo de la armadura: diseña la armadura necesaria para resistir las solicitaciones de flexión, tracción, torsión y corte. Calcula la cantidad de armadura requerida, la disposición de las barras y el espesor del recubrimiento. Asegúrate de cumplir con los requisitos de distancia mínima entre barras y las condiciones de anclaje;
  • definición de los detalles constructivos: define los detalles constructivos de las vigas, como las conexiones entre las barras de armadura, los nudos con los pilares, etc. Asegúrate de que los detalles cumplan con los requisitos de resistencia, durabilidad y facilidad de construcción;
  • verificación de la deformabilidad: verifica la deformabilidad de la viga, controlando las fisuras y la deformación elástica.
  • verificación de la estabilidad: evalúa la estabilidad global de la viga, teniendo en cuenta los efectos de inestabilidad, como el pandeo lateral o el colapso. Asegúrate de que la viga esté adecuadamente anclada y que se prevengan o corrijan las condiciones de inestabilidad.

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