Posted by : andres ceballos lunes, 11 de agosto de 2014

Hablamos mucho de vigas, de columnas, de concreto y acero, y podríamos seguir haciendo eso todo el tiempo que quiera, pero el objetivo de este blog es ilustrar a los no tan ingenieros que hay detrás del piso sobre el que se encuentran parados, que hay mas allá de los muros y sobretodo, mostrar que la ingeniería civil no es una supervivencia ni tampoco es pura matemática como algunos se imaginan. Por ello, pienso lograr, a través de esta entrada, explicar como funciona uno de los elementos mas importantes en cualquier estructura, para que hasta el menos simpatizante de las matemáticas lo pueda entender.

Figura 2
fuente: wikiversity.org
Figura 1
fuente: aquinodiazmoises.blogspot.com
Iniciare teniendo fe en que los que leen esto ya saben que es una viga (si no es así, pueden leer que es aquí), ahora, existen dos formas de ver una viga:

  1. Como en la figura 1: hecha en concreto o en acero, ya posesionada y funcionando, podemos verla en el mundo real pero no por ello podemos entender claramente como funciona
  2. Como en la figura 2: un esquema prácticamente simple, donde neutra viga esta representada por la barra gris, que se encuentra apoyada en dos puntos (aunque pueden ser mas), que en el mundo real podrían ser otros elementos (generalmente columnas). En este esquema podemos describir el funcionamiento de una columna y su comportamiento.
Antes de construir un edificio, hay que diseñarlo, y los ingenieros civiles debemos hacer uso de ilustraciones como el de la figura 2 para plasmar los casos a los que los elementos estructurales se están enfrentando.

Si observamos la segunda viga en la figura 2, vemos unas flechas y también vemos que esta viga esta curvada ¿no?, en realidad, esas flechas representan la fuerza que la viga esta soportando sobre ella (si lo comparamos con la figura 1, esta carga seria de la losa que se apoya sobre la viga), y el curtimiento representa, de forma un poco exagerada, el curtimiento que la viga sufre por el mismo efecto de la carga. por supuesto, en la vida real no se podría ver algo tan pronunciado, ya que eso es lo que queremos evitar.

Sigamos mirando mas allá, que es lo que siente la viga en el interior??, lo que siente es en realidad es un conjunto de 2 fuerzas: las fuerzas cortantes y las fuerzas a flexión, las cuales podemos ver ilustradas a continuación:

figura 3: diagramas de cortante (V), y Flexion (M)
fuente: webdelprofesor.ula.ve
  • Cortante: esta fuerza es aquella que causa cizallamiento o corte directo sobre la viga, estas fuerzas se concentran mayormente en los puntos en los cuales esta apoyada la viga ya que en estos puntos las vigas no se deforman (es decir, no se doblan o se flexionan), por lo que es mas fácil fallar por corte. en la figura 1, esto se ilustra en el diagrama triangular.
  • Flexión: también conocido como momento, es la "fuerza" (en realidad es fuerza por longitud) que causa que la viga se flexiones o se doble por acción de las cargas. en la figura 3 su diagrama es el parabólico, que irónicamente ilustra de forma aproximada como se doblara la viga por acción de las cargas que resiste.
Podría explicar como nacen estos diagramas, sin embargo, su explicación si requeriría algo de matemática y física, por lo que me ahorrare la explicación para otra oportunidad.

Antes de terminar, tal ves te preguntes ¿cual es la importancia de esos diagramas?. La respuesta es simple, ACERO, o REFUERZO. ambos diagramas (cortante y flexión), nos dicen que tanto refuerzo es necesario administrar a nuestra viga en concreto para que pueda soportar la carga que le esta llegando. Sin el acero, la viga en concreto no resistiría la flexión y fallaría, así mismo, no soportaría las fuerzas de corte y podría agrietarse cerca de los puntos de apoyo (las columnas) y caer con todo y losa.

Así como existen dos tipos de esfuerzos que soporta la viga, es necesario dos tipos de refuerzo que deben ser administrados para soportar las solicitaciones:
  • Flejes: los flejes en acero garantizan que la viga soporte los esfuerzos por cortante que se comentaron anteriormente, estos se encuentran mas agrupados en las zonas donde el cortante es mayor
  • Barras: las barras en acero permiten que la viga sea capaz de resistir las flexiones por acción de las cargas, recuerden que el acero puede deformare mucho mas que el concreto.
Barras y flejes de de una columna
fuente: stalineder.blogspot.com
Si te diste cuenta, vimos los aspectos básicos a tener en cuenta en el diseño de una viga:
  1. Ilustramos la situación de una viga, plasmando sus apoyos y las cargas que resisten
  2. estudiamos las fuerzas cortantes y de flexión que sufre una viga
  3. definimos el refuerzo que tendrá la viga para que soporte dichas solicitaciones
Por supuesto, existen otros aspectos a tener en cuenta al diseñar una viga, o una columna, o un muro, etc. 

Espero que con esto aquellos que no son ingenieros o que hasta ahora están empezando se hagan una idea clara de que es lo que el ingeniero debe hacer para diseñar un elemento estructural.

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