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El acero es también adecuado para esta forma estructural,
aunque los problemas de pandeo suelen regir su diseño, por lo cual las secciones
abiertas de gran momento de inercia son las más adecuadas en este caso. Una
barra sujeta a cargas normales a su eje es una viga, aunque este nombre se le
asigna comúnmente sólo cuando la barra es horizontal. Una viga resiste y
transmite a sus apoyos la carga por medio de flexión y cortante. La variación de
esfuerzos normales a lo largo de la sección define una resultante de compresión
y una de tensión que deben ser iguales, ya que la carga axial externa es nula.
La magnitud del momento máximo que puede resistir la sección está definida por a
magnitud de las resultantes de los esfuerzos internos de tensión y compresión
que pueden desarrollarse y del brazo de palanca de dichas fuerzas. En una
sección rectangular cuando se alcanza el esfuerzo máximo en la fibra extrema,
más de la mitad de la sección esta sujeta a menos de la mitad de dicho esfuerzo
máximo, por lo tanto la sección es poco eficiente, al contrario de lo que ocurre
para la carga axial de tensión o de compresión en que toda la sección está
sujeta a un esfuerzo máximo constante. Para aumentar la eficiencia de una
sección conviene concentrar más área cerca de los extremos. En acero las
secciones I son ideales para esta función; en el concreto reforzado la sección T
proporciona una mayor área de concreto en la parte superior para equilibrar en
compresión la fuerza de tensión que puede desarrollar el acero en la parte
inferior de la sección. Además de la flexión principal, otros estados límite
rigen el dimensionamiento de una viga: la falla por cortante, el pandeo lateral
del patín de compresión y el pandeo local de la zona en compresión suelen
resultar críticos para definir las dimensiones del alma de la viga, de su
momento de alrededor del eje débil y de los espesores de las diferentes partes
de la sección, respectivamente. Ocasionalmente, las vigas deben resistir, además
momentos flexionantes en dirección normal al plano de las cargas principales,
así como momentos torsionantes. Todo ello hace la sección que puede resultar
óptima para fines de resistir la flexión principal no es necesariamente la más
adecuada al considerar los otros estados límite. Un aspecto importante en las
vigas es la revisión del estado limite de deflexiones. En elementos sujetos a
compresión o a tensión axial las deformaciones son muy pequeñas y no suelen
regir el dimensionamiento. En vigas con mucha frecuencia el momento de inercia
necesario esta regido por el comportamiento de los requisitos de las flechas
máximas admisibles y no por el de resistencia. Otra diferencia
de la viga con respecto al tirante y al poste es que, mientras que en estos
últimos los esfuerzos son prácticamente constantes en todo el elemento, en vigas
los diafragmas de momentos y de cortantes varían de una a otra sección según la
forma de apoyo y el tipo de carga. En materiales como la madera y el acero, las
formas disponibles obligan casi siempre a proporcionar en todas las secciones de
un elemento, propiedades uniformes e iguales a las que se requieren únicamente
en las secciones críticas, por lo que en la mayoría de las secciones la
resistencia será superior a la necesaria. En el concreto reforzado se tiene
mucho más facilidad para variar la resistencia de una sección a otra, cambiando
la cantidad y posición del refuerzo de manera de tener la resistencia
distribuida en forma similar a la requerida por el diafragma de momentos debido
a las cargas actuantes. Para un funcionamiento eficiente como viga es esencial
contar con materiales con apreciable resistencia en tensión; de allí que el
acero solo o como refuerzo del concreto, y la madera sean los materiales más
empleados para formar estos elementos estructurales. El uso de la madera como se
ha dicho, esta restringido a claros relativamente pequeños por las limitaciones
de dimensiones disponibles de los elementos, aunque este inconveniente puede ser
superado en la madera laminada pegada. En el acero se cuenta con una amplia gama
de perfiles laminados y además con la posibilidad de obtener secciones de formas
más adecuadas al uso específico, armándolas a partir de placas y perfiles
soldados. Los problemas de pandeo lateral, de pandeo local y de flexiones rigen
frecuentemente el diseño de vigas de este material. Para vigas de tamaño
pequeño, las secciones más eficientes son las que se forman doblando en frío
laminas delgadas de acero de alta resistencia; esto da lugar a secciones muy
eficientes, no solo en flexión principal, sino también para pandeo lateral y
local y para flexión sobre el eje débil.
Secciones muy eficientes son también las de alma abierta en
las que la fuerza cortante no se resiste a través de un medio continuo, sino de
elementos diagonales, dando lugar a un funcionamiento como armadura. Es en la
viga donde el concreto reforzado, y especialmente el presforzado, encuentra su
aplicación más eficiente al integrar un material compuesto que aprovecha las
ventajas de sus dos materiales componentes. En el concreto reforzado elaborado
en sitio la búsqueda de secciones más eficientes que la rectangular, o la T, no
se justifique en general por el mayor costo de la cimbra. Por el contrario, en
los elementos prefabricados, generalmente presforzados, es usual emplear
secciones de formas más elaboradas en las que se obtiene un mayor
aprovechamiento del material con menor área, lo que redunda en un ahorro no solo
por menor costo de material, sino principalmente por menor peso propio de la
viga. Existe un gran número de secciones compuestas en que se trata
esencialmente de combinar una parte prefabricada con alta resistencia en tensión
con otra buena resistencia en compresión, de menor costo y generalmente que
pueda formar sistemas de piso. Para que se garantice el trabajo conjunto de la
sección compuesta es necesario que se cuente con capacidad para transmitir
esfuerzos tangenciales en la superficie de contacto, lo que puede lograrse por
fricción, adhesión o por anclaje mecánico. (Articulo enviado por:
Raul E. Mercedez M. Pais:
España, Email: Prefiere anonimato) |
