Una viga en I es cualquiera de varios miembros estructurales con una sección transversal en forma de I o H. Los términos técnicos para artículos similares incluyen viga en H (para columna universal , UC ), viga en W (para "brida ancha"), viga universal ( UB ), viga de acero laminado ( RSJ ) o doble T (especialmente en polaco , búlgaro , español , italiano y alemán ). Las vigas en I suelen estar hechas de acero estructural y sirven para una amplia variedad de usos en la construcción.
Los elementos horizontales de la I se denominan pestañas , y el elemento vertical se conoce como "alma". El alma resiste fuerzas cortantes , mientras que las alas resisten la mayor parte del momento flector experimentado por la viga. La ecuación de viga de Euler-Bernoulli muestra que la sección en forma de I es una forma muy eficiente para soportar cargas de flexión y corte en el plano del alma. Por otro lado, la sección transversal tiene una capacidad reducida en la dirección transversal, y además es ineficiente para soportar la torsión , para lo cual a menudo se prefieren las secciones estructurales huecas .
En 1849, el método para producir una viga en I, laminada a partir de una sola pieza de hierro forjado, [1] fue patentado por Alphonse Halbou de Forges de la Providence en Marchienne-au-Pont , Bélgica. [2]
Bethlehem Steel , con sede en Bethlehem, Pensilvania , era un proveedor líder de acero estructural laminado de diversas secciones transversales en puentes y rascacielos estadounidenses de mediados del siglo XX. [3] Actualmente, en este tipo de trabajos, las secciones transversales laminadas han sido parcialmente desplazadas por secciones transversales fabricadas .
Hay dos formas estándar de vigas en I:
Las vigas en I suelen estar hechas de acero estructural , pero también pueden estar hechas de aluminio u otros materiales. Un tipo común de viga en I es la viga de acero laminado (RSJ), que a veces se presenta incorrectamente como una viga de acero reforzado. Los estándares británicos y europeos también especifican vigas universales (UB) y columnas universales (UC). Estas secciones tienen bridas paralelas, que se muestran como "Sección W" en la ilustración adjunta, a diferencia del espesor variable de las bridas RSJ, ilustradas como "Sección S", que ahora rara vez se laminan en el Reino Unido . Las bridas paralelas son más fáciles de conectar y eliminan la necesidad de arandelas cónicas. Los UC tienen igual o casi igual ancho y profundidad y son más adecuados para estar orientados verticalmente para soportar cargas axiales, como columnas en construcciones de varios pisos, mientras que los UB son significativamente más profundos que anchos y son más adecuados para soportar cargas de flexión, como vigas. Elementos en pisos.
Las vigas en I , vigas en I diseñadas a partir de madera con tableros de fibra o madera enchapada , o ambas, también se están volviendo cada vez más populares en la construcción, especialmente residencial, ya que son más livianas y menos propensas a deformarse que las vigas de madera maciza . Sin embargo, ha habido cierta preocupación por su rápida pérdida de fuerza en un incendio si están desprotegidos.
Las vigas en I se utilizan ampliamente en la industria de la construcción y están disponibles en una variedad de tamaños estándar. Hay tablas disponibles para permitir una fácil selección de un tamaño de viga en I de acero adecuado para una carga aplicada determinada. Las vigas en I se pueden utilizar tanto como vigas como columnas .
Las vigas en I se pueden utilizar solas o actuando de forma compuesta con otro material, normalmente hormigón . El diseño podrá regirse por cualquiera de los siguientes criterios:
Una viga sometida a flexión sufre altas tensiones a lo largo de las fibras axiales que están más alejadas del eje neutro . Para evitar fallas, la mayor parte del material de la viga debe ubicarse en estas regiones. En la zona cercana al eje neutro se necesita comparativamente poco material. Esta observación es la base de la sección transversal de la viga I; el eje neutro corre a lo largo del centro del alma, que puede ser relativamente delgada y la mayor parte del material puede concentrarse en las alas.
La viga ideal es la que tiene la menor área de sección transversal (y por lo tanto requiere la menor cantidad de material) necesaria para lograr un módulo de sección determinado . Dado que el módulo de sección depende del valor del momento de inercia , una viga eficiente debe tener la mayor parte de su material ubicado lo más lejos posible del eje neutro. Cuanto más lejos esté una cantidad determinada de material del eje neutro, mayor será el módulo de sección y, por tanto, se podrá resistir un momento flector mayor.
Al diseñar una viga en I simétrica para resistir tensiones debidas a la flexión, el punto de partida habitual es el módulo de sección requerido. Si la tensión permitida es σ max y el momento flector máximo esperado es M max , entonces el módulo de sección requerido viene dado por [4]
donde I es el momento de inercia de la sección transversal de la viga y c es la distancia entre la parte superior de la viga y el eje neutro (consulte la teoría de la viga para obtener más detalles).
Para una viga de área de sección transversal a y altura h , la sección transversal ideal tendría la mitad del área a una distanciah/2por encima de la sección transversal y la otra mitad a una distanciah/2debajo de la sección transversal. [4] Para esta sección transversal
Sin embargo, estas condiciones ideales nunca se pueden lograr porque se necesita material en la red por razones físicas, incluso para resistir el pandeo. Para vigas de ala ancha, el módulo de sección es aproximadamente
lo cual es superior al logrado por vigas rectangulares y vigas circulares.
Aunque las vigas en I son excelentes para el doblado unidireccional en un plano paralelo al alma, no funcionan tan bien en el doblado bidireccional. Estas vigas también muestran poca resistencia a la torsión y sufren deformaciones seccionales bajo cargas de torsión. Para problemas dominados por torsión, se utilizan vigas cajón y otros tipos de secciones rígidas con preferencia a las vigas en I.
En los Estados Unidos , la viga en I más comúnmente mencionada tiene forma de ala ancha (W). Estas vigas tienen alas cuyas superficies interiores son paralelas en la mayor parte de su área. Otras vigas en I incluyen formas de estándar americano (designadas S), en las que las superficies de las alas internas no son paralelas, y pilotes en H (designados HP), que generalmente se usan como cimientos de pilotes. Las formas de brida ancha están disponibles en el grado ASTM A992, [5] que generalmente ha reemplazado a los antiguos grados ASTM A572 y A36. Rangos de límite elástico:
Como la mayoría de los productos de acero, las vigas en I suelen contener algo de contenido reciclado.
Las siguientes normas definen la forma y las tolerancias de las secciones de acero de vigas en I:
El Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC) publica el Manual de construcción en acero para diseñar estructuras de diversas formas. Documenta los enfoques comunes, diseño de resistencia permitida (ASD) y diseño de factor de carga y resistencia (LRFD), (a partir de la 13.ª edición) para crear dichos diseños.
En los Estados Unidos , las vigas en I de acero se especifican comúnmente utilizando la profundidad y el peso de la viga. Por ejemplo, una viga "W10x22" tiene aproximadamente 10 pulgadas (254 mm) de profundidad con una altura nominal de la viga en I desde la cara exterior de un ala hasta la cara exterior de la otra ala, y pesa 22 lb/pie ( 33 kg/m). Las vigas de sección de ala ancha a menudo varían con respecto a su canto nominal. En el caso de la serie W14, pueden tener una profundidad de hasta 580 mm (22,84 pulgadas). [7] '
En Canadá , las vigas en I de acero ahora se especifican comúnmente utilizando la profundidad y el peso de la viga en términos métricos. Por ejemplo, una viga "W250x33" tiene aproximadamente 250 milímetros (9,8 pulgadas) de profundidad (altura de la viga en I desde la cara exterior de un ala hasta la cara exterior de la otra ala) y pesa aproximadamente 33 kg/m (22 lb/pie; 67 lb/yd). [8] Las vigas en I todavía están disponibles en tamaños estadounidenses de muchos fabricantes canadienses.
En México , las vigas en I de acero se denominan IR y comúnmente se especifican utilizando el canto y el peso de la viga en términos métricos. Por ejemplo, una viga "IR250x33" tiene aproximadamente 250 mm (9,8 pulgadas) de profundidad (altura de la viga en I desde la cara exterior de una brida hasta la cara exterior de la otra brida) y pesa aproximadamente 33 kg/m (22 libras/pie). [9]
En India , las vigas en I se designan como ISMB, ISJB, ISLB, ISWB. ISMB: viga de peso medio estándar de la India, ISJB: vigas junior estándar de la India, ISLB: vigas livianas estándar de la India e ISWB: vigas de ala ancha estándar de la India. Las vigas se designan según la referencia abreviada respectiva seguida del canto de la sección, como por ejemplo ISMB 450 , donde 450 es el canto de la sección en milímetros (mm). Las dimensiones de estas vigas se clasifican según IS:808 (según BIS ). [ cita necesaria ]
En el Reino Unido , estas secciones de acero se especifican comúnmente con un código que consta de la dimensión principal, generalmente la profundidad, -x-la dimensión menor-x-la masa por metro y termina con el tipo de sección, siendo todas las medidas métricas. Por lo tanto, un 152x152x23UC sería una sección de columna (UC = columna universal) de aproximadamente 152 mm (6,0 in) de profundidad, 152 mm de ancho y un peso de 23 kg/m (46 lb/yd) de largo. [10]
En Australia , estas secciones de acero se denominan comúnmente vigas universales (UB) o columnas (UC). La designación de cada uno se proporciona como la altura aproximada de la viga, el tipo (viga o columna) y luego la unidad de metro (por ejemplo, una 460UB67.1 es una viga universal de aproximadamente 460 mm (18,1 pulgadas) de profundidad que pesa 67,1 kg. /m (135 lb/yd)). [6]
Las vigas alveolares son la versión moderna de la viga almenada tradicional , lo que da como resultado una viga aproximadamente entre un 40% y un 60% más profunda que su sección principal. La profundidad exacta del acabado, el diámetro de las celdas y el espaciado de las celdas son flexibles. Una viga celular es hasta 1,5 veces más resistente que su sección principal y, por lo tanto, se utiliza para crear construcciones eficientes de grandes luces. [11]
