Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica

Unidad Temática 7 Lección 25

BLOQUE TEMÁTICO 2 UNIDAD TEMÁTICA 7

LECCIÓN 25 H. A. VIGAS. FORMAS DE TRABAJO. ARMADURA.

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ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN. GENERALIDADES. 2.- FORMA DE TRABAJO. 2.1.- flexión 2.2.- cortante 2.3.- torsión 3.- DISPOSICIÓN DE ARMADURAS. 3.1.- armadura longitudinal 3.2.- armadura transversal 3.3.- armadura de piel o de montaje. 4.- TIPOLOGIA DE VIGAS. 4.1.- vigas planas 4.2.- vigas de cuelgue 4.3.- vigas de gran canto

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1.- INTRODUCCIÓN. GENERALIDADES. Las vigas son elementos estructurales, lineales, sustentadas en pilares o muros portantes y que trabajan principalmente a flexión. 2.- FORMA DE TRABAJO. 2.1.- flexión En una viga sometida a flexión se producen tensiones de tracción y compresión. En la zona de tracción las fibras se alargan y en la de compresión las fibras se acortan. Los valores máximos de las tensiones se localizan en los bordes. DIBUJO DE FLEXIÓN DE VIGA

2.2.- cortante Una viga estará sometida a esfuerzo cortante siempre que lo esté a flexión. Se antepondrá en el cálculo el esfuerzo a cortante antes que a flexión. Los esfuerzos cortantes producen tensiones de tracción inclinadas (fig. 1) que dan lugar a fisuraciones y roturas en sentido contrario (fig 2).

Fig. 1.

Fig. 2.

El esfuerzo cortante, aunque existe en toda la pieza, es mayor en los apoyos. 2.3.- torsión Es una deformación que se produce en las vigas con mayor frecuencia que en cualquier otra pieza lineal por la posibilidad de cargas descentradas y sobre todo descentradas puntuales. En la torsión pura o simple, las tensiones principales en un punto cualesquiera de la pieza se encuentran inclinadas respecto a su eje un ángulo igual a 45o.

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Al aproximarse al estado límite último de agotamiento la pieza se fisurará. Las fisuras serán normales a las tensiones principales de tracción, es decir seguirán las isostáticas de compresión contorneando la pieza en forma helicoidal.

3.- DISPOSICIÓN DE ARMADURAS. 3.1.- armadura longitudinal o de flexión La flexión origina tracciones que el hormigón no es capaz de soportar, por lo que deberá ser auxiliado, en la zona traccionada, por barras de acero. En zonas comprimidas puede suceder que el hormigón sea capaz de absorber las compresiones que se producen, en tal caso en esta zona solo dispondremos una armadura de montaje o perchas; otras veces es necesario disponer armadura de compresión que colabore con el hormigón. SUSTITUIR POR DIBUJO DE ARMADURA DONDE INDICAR LOS DISTINTOS TIPOS DE ARMADURA POR COLORES. De esta manera las vigas siempre estarán formadas por unas barras que recorren toda la longitud de la pieza y que serán como mínimo cuatro barras dispuestas en las esquinas de la sección, además de la armadura de montaje (véase apartado). Además, se deberá continuar hasta los apoyos al menos un tercio de la armadura necesaria para resistir el máximo momento positivo, en el caso de apoyos extremos; y al menos un cuarto en los intermedios. Se contempla también dentro de la armadura longitudinal las armaduras de refuerzo de momento positivo, situadas en la cara inferior, en los vanos; y armaduras de refuerzo de momento negativo, situadas en la cara superior, en los apoyos.

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3.2.- armadura transversal o de cortante En principio, hay dos formas de disponer las armaduras de una viga: • Levantando las barras longitudinales en tracción conforme dejan de ser necesarias, para que colaboren con los estribos a resistir el cortante. • Anclándolas en tracción, confiando toda la resistencia al cortante a los estribos.

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Las barras levantadas se preferían antiguamente porque proporcionaban un buen anclaje para las barras de la armadura principal, importante en los casos frecuentes de tener que emplear redondos lisos de gran diámetro, ya que no existían barras corrugadas de alto límite elástico.

Pero estas no rodean al núcleo formado por el hormigón y las barras longitudinales, para cortantes elevados dan lugar a fuertes concentraciones de tensiones que pueden fisurar el hormigón e incluso producir su rotura prematura.

El uso exclusivo de cercos presupone el empleo de aceros de adherencia mejorada, y tiene las ventajas de mayor sencillez y comodidad en la preparación de la ferralla. Permite distribuir más uniformemente las armaduras transversales y que éstas sean de menor diámetro (entre 6 y 10 mm.), lo que favorece las condiciones de adherencia y fisuración. La separación máxima entre planos de estribos, según la Instrucción Española, viene dada por las limitaciones: s ≤ 30 cm. s ≤ 0.85d s ≤ 3b Siendo d el canto útil de la pieza y b el ancho de la sección. Estas distancias pueden emplearse si los estribos no son necesarios por cálculo.

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Si en la pieza hay armaduras comprimidas necesarias por el cálculo, la armadura trasversal debe evitar su pandeo, por lo que además de las limitaciones antes indicadas se contemplan las siguientes: Cercos cerrados s ≤ 15 ∅min ∅t≥ ¼ ∅max Si resultan muy juntos, no es aconsejable que su separación sea inferior a 10 cm.; es preferible aparearlos, colocando dos en contacto, a disponer uno sólo de sección doble. En las vigas normales, conviene disponer los estribos con una, o si no es posible con dos separaciones constantes, con objeto de facilitar la labor en obra. Para anchos b superiores a 40 cm., resulta conveniente pasar a estribos de más de dos ramas. (Ver figuras)

Si las vigas están sometidas a flexión transversal, esta disposición impide utilizar las ramas horizontales de los estribos para dicha misión. En este caso, es preferible adoptar la disposición de la figura. Análogamente, si la pieza puede estar sometida a momentos torsores, conviene siempre un estribo exterior.

Los estribos se disponen casi siempre formando un ángulo de 90o con el eje de la viga, sin embargo, resulta a veces conveniente inclinarlos un ángulo entre 45o y 70o, para aumentar su eficacia. Tal es el caso de piezas con esfuerzos cortantes muy elevados.

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3.3.- armadura de piel o de montaje. Son armaduras intermedias de pequeño diámetro (8-10mm), que se colocan en las caras inferior y superior (las de montaje) y en las laterales (las de piel) de las vigas cuando la separación entre sus armaduras es mayor de 30cm. Esta armadura habrá de quedar distribuida convenientemente para evitar que queden zonas de hormigón sin armaduras, de forma que la distancia entre dos barras longitudinales consecutivas cumpla: • s ≤ 30cm • s ≤ 3 veces el espesor bruto de la parte de la sección de la viga en la que vayan situadas.

La armadura de piel nunca se estriba, excepto en vigas planas muy anchas que necesitan ser estribadas. 4.- TIPOLOGIA DE VIGAS Por su forma con respecto al forjado, pueden ser: ¾ Vigas planas ¾ Vigas de cuelgue. Siendo el espesor importante son Vigas de Gran Canto. 4.1.- vigas planas Quedan embebidas en el canto del forjado. Ventajas: • Requieren menos encofrado y éste es más sencillo que el de las vigas de cuelgue. • Carecen de filos, lo que permite un rápido y más barato revestido. • Facilitan la distribución interior del edificio. Desventajas: • Estructuralmente, estas vigas trabajan peor que las vigas de cuelgue, ya que a igual sección tienen menor resistencia. • A partir de cierta distancia entre apoyos, pueden dar lugar a flechas no admisibles; esta distancia, para espesores normales de forjado (20+4), está entre los 6 m aproximadamente.

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4.2.- vigas de cuelgue En ellas el canto de la viga es superior al del forjado, quedando por encima o por debajo del mismo. Se subdividen en vigas rectangulares o en T. Se consideran incluidas en este apartado aquellas vigas cuya relación L/h es mayor que 2, en vigas simplemente apoyadas, o a 2,5 en vigas continuas. Es el tipo más tradicional, en las que su forma con el lado mayor en la dirección de la carga, le proporciona gran inercia, convirtiéndolo en un elemento de gran rigidez. Ventajas: Salvan grandes luces. Desventajas: • Exceso de encofrado • Inconveniente de sus filos • Elemento caro.

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5. VIGAS DE GRAN CANTO: 5.1 definición. Aplicaciones. • DEFINICIÓN. — Vigas rectas generalmente de sección constante y cuya relación entre la luz de vano, l, y el canto total, h, es inferior a 2, en vigas simplemente apoyadas, ó a 2,5 en vigas continuas. Se considera luz de vano: ‰ La distancia entre ejes de apoyos, si esta distancia no sobrepasa en más de un 15 % a la distancia libre entre paramentos de apoyo. ‰ 1,15 veces la luz libre en caso contrario.

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La anchura mínima está limitada por el valor máximo de la compresión de los nudos y bielas según los criterios expresados en el artículo 40º de la EHE07. El posible pandeo fuera de su plano de los campos de compresiones deberá analizarse, cuando sea necesario, según el artículo 43º. 5.2 forma de trabajo Se pueden diferenciar según esté simplemente apoyada o viga continua. ‰

SIMPLEMENTE APOYADA: Si sometemos una viga de gran canto simplemente apoyada a una carga uniformemente repartida, podremos observar, en el diagrama de esfuerzos cortantes, que debido a su gran canto, aparecen grandes esfuerzos de tracción, en la zona inferior, que obligará a disponer de mayor cuantía de acero, para absorber todo el esfuerzo.

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VIGA CONTÍNUA: Aplicando la misma carga sobre una viga continua, ocurrirá exactamente lo mismo que en el caso anterior; debemos de incorporar más armado en la zona superior de la viga, en el encuentro con soportes intermedios, para ayudar a absorber los momentos negativos. Los esfuerzos cortantes en los apoyos debemos tenerlos en cuenta.

Aplicaciones: Las vigas de gran canto son utilizadas en la construcción de puentes, y aparecen en las paredes de fábrica de gran resistencia, denominándose jácenas de pared. Son útiles en general para soportar grandes cargas con pocos apoyos como vigas ménsula, teniendo en cuenta la importancia del anclaje en estos casos.

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5.3 disposición de armaduras. Tipología: Podremos encontrar cuatro tipos de barras en toda viga de gran canto: ‰

Armadura longitudinal inferior de flexión: Para resisten los momentos flectores positivos de la viga, será sin reducción y continua. Estará constituida por un número par de barras, en una banda situada en la parte inferior de la jácena con una altura de 0,125H. El centro de gravedad del conjunto de barras quedará a 0.062H de la cara inferior.

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Armadura longitudinal superior: Para resistir los momentos flectores negativos sobre los apoyos. Diferenciamos dos grupos de barras del mismo diámetro y número: o Banda situada en la parte superior de la jácena, que tendrá una altura de 0.2H. El centro de gravedad de este grupo quedará a 0.1H, de la cara superior de la jácena. o Banda adyacente a la anterior con una altura de 0.6H. El centro de gravedad de este grupo quedará a 0.5H, de la cara superior de la jácena. La mitad de las barras que forman esta armadura superior, en ambos grupos, se mantendrá sin reducción de sección de un extremo a otro, el resto se podrán interrumpir a partir de una distancia del paramento o apoyo de 0.4H.

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Armadura de Alma: Para resistir los esfuerzos cortantes. Formada por un jaula de malla cuadrada, continua en toda su longitud. Los diámetros serán constantes y la separación entre barras será de 20cm. Esta armadura, en los extremos superior e inferior de la jaula, estará sustituida por dos barras del armado longitudinal principal superior y por dos barras del armado longitudinal principal inferior.

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Armadura complementaria en zonas de apoyo o carga: Para resistir la concentración de esfuerzos cortantes. Tendrán una superficie delimitada por 0,5H en altura y 0,3H en longitud, centrada respecto a los ejes de los soportes y de las cargas puntuales. Esta armadura estará formada por un mallazo ortogonal de igual diámetro y con separaciones de 20 cm en ambos sentidos, se colocarán en ambas caras, ajustándose en las zonas de apoyo definidas.

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Superponiendo todas las ilustraciones anteriores conseguimos una vista en alzado de la armadura completa de una viga de gran canto.

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