Deslizamiento

deslizamiento vigas boyd vigas celosia vigas madera propiedades materiales

Hemos visto que una viga es un elemento estructural que se coloca horizontalmente y sirve de soporte de carga de otros elementos estructurales, y las transmite hacia los elementos verticales de sustentación.

Procedemos a dividir el volumen o cuerpo de una viga de madera en una cantidad de tablas colocadas de plano una sobre otra, como vemos en al figura 1.

Si aplicamos una carga en el centro de este conjunto de tablas, comprobamos que resiste menos que una viga entera o maciza ( figura 2) de igual volumen, o lo que es lo mismo, el conjunto se flexiona con mayor facilidad.

Figura 1. Tablas apiladas unas sobre otras. A la izquierda vemos una viga maciza.

Esto es bastante lógico, porque al curvar o flexionar una viga maciza, obligamos a alargarse a su zona interior y a acortarse a su zona superior, lo que no es fácil que ocurra, puesto que hay oposición del cuerpo de la viga a tomar esta deformación.pero si separamos las distintas zonas, les damos facilidades para que puedan deslizarse unas sobre otras, sin dificultad pudiendo tomar el conjunto la forma curva con un esfuerzo mucho menor.

Si antes de cargar este conjunto de tablas, le hacemos una rayas verticales s los costados como se muestra a la izquierda en la figura 2.

Figura 2.

Después de curvado el conjunto por efecto de la carga, observamos que en el centro (marca 1) no se ha producido deslizamiento, ha ocurrido uno muy pequeño. En la marca 2 mayor que en la marca 1, mayor en la marca 3 y mayor aún en el extremo de la viga.

El conocimiento de este fenómeno, para el caso de necesitar una viga de madera compuesta de dos piezas, si su tamaño no hace posible usar una sola. En este caso es necesario unir las dos piezas de madera, precisamente para evitar el deslizamiento. Lo que se consigue colocando tacos de madera entre ellas, evitando su separación por medio de abrazaderas metálicas. Estos dispositivos se colocan más próximos hacia ambos extremos, donde es mayor la posibilidad de deslizamiento.

Un efecto contrario al descrito se persigue en lo que llamamos " paquete de resortes" de un vehiculo, su nombre correcto es muelle de ballesta (figura 3). Abundantemente utilizados en los vehículos de carga por su simplicidad y larga duración, los muelles de hojas o ballestas están construidos por la superposición de hojas de acero al manganeso templado de diferente longitud .

En este caso se desea que el conjunto posea la mayor flexibilidad posible. Para ello, se divide justamente el volumen del paquete en una serie de láminas que pueden deslizarse unas sobre otras. Nótese que las hojas del resorte están unidas en el centro por un perno, donde no hay deslizamiento, entre los extremos por abrazaderas, que dejan libre su posibilidad de movimiento longitudinal. Si en vez de estas abrazaderas, atravesaramos las hojas en su extremo con pernos, de inmediato dariamos rigidez al conjunto.

Figura 3.

Ya vimos la importancia de la altura de una viga, y de distancias al maximun, las dos zonas: la comprimida y la traccionada de su eje neutro.La viga de acero que vimos anteriormente, se llama "alma llena" para diferenciarla de la que estamos considerando.

Puede concebirse el perfil de una viga con un núcleo capaz de trabajar a la compresión arriba, con otro núcleo apto para resistir la tracción abajo, y con un simple elemento de separación entre ambos, que se llama alma. Este elemento de separación puede ser mucho más delgado y es frecuente que vaya perforado, como es el caso de las Vigas Boyd, obtenidas por mecanización de perfiles estandard ( figura 4).

Figura 4. Vigas alveolares.

La utilización de vigas alveolares posibilita una expresión nueva. Aligeran las estructuras y aumentan las luces, lo que permite garantizar la modularización de los espacios. Esa flexibilidad va ligada a la funcionalidad, al permitir el paso de equipamientos técnicos ( conductos, tuberias) a través de los alveolos. La ligereza de las vigas alveolares, combinada con su gran resistencia, no cesa de inspirar formas estructurales siempre nuevas.

La utilización de vigas de este tipo, como elementos de cubierta permite salvar grandes luces. El diámetro de las aberturas puede alcanzar el 80% de la altura total de la viga con la posibilidad de dejar una distancia mínima - necesaria en la fabricación- entre los alvéolos. Se fabrican utilizando vigas laminadas en caliente. Mediante oxicorte, se practica un doble corte en el alma. Las dos T así cradas se sueldan de nuevo tras desplazarlas entre sí una semi- onda, lo que se traduce en el aumento del canto de la viga (figura 5).

Figura 5.

El producto estructural así obtenido presenta una relación inercia/peso mejorada.
Los programas de corte se realizan por control numérico con el fin de garantizar el ajuste perfecto de los alveolos. La fabricación de las vigas en paralelo permite reducir los costes de producción. Para mayor información sobre este tipo de vigas ver el siguiente enlace http://www.constructalia.com/es_ES/common/pop_externo.jsp?url2=/es/resources/Contenido/03256439Foto_Big.pdf

Otro tipo se conoce como viga de celosia, viga metálica cuyo plano vertical o alma está formado al menos parcialmente por elementos diagonales, barras de hierro redondo unidas por soldadura eléctrica, que se cruzan en forma de celosía. Son la solución más económica para la ejecución de grandes luces, es decir, de grandes separaciones entre los apoyos. Este tipo de viga es una clase de entramado, compuesta con barras de longitudes más pequeñas, ver figura 6 y figura 7.

Figura 6. Viga de celosia formada por barras de acero.

Figura 7. Detalle viga de celosia.

En la figura 8 podemos ver una viga triangulada de madera, en que se producen las mismas zonas de trabajo que hemos descrito. En los casos de la vigas de celosia y vigas trianguladas de madera, las barras oblicuas trabajan comprimidas y traccionadas, alternadamente.

Figura 8. Vigas trianguladas de madera.

En el caso de vigas de hormigón armado, la tracción esta soportada por el acero de su armadura y la compresión, particularmente, por el hormigón.

Es decir, las barras de acero que colocamos en su interior, permiten a esta piedra artificial que es el hormigón, trabajar a la tracción y, por lo tanto, a la flexión (recordemos que las piedras naturales sólo resisten bien la compresión)

Un caso interesante para ver mejor los fenómenos que estamos considerando, lo constituye una viga de hormigón armado sobre varios apoyos, que recibe el nombre de "viga continua", por estar constituida por un solo elemento, que no se corta en los apoyos, como las vigas de madera.
Ver figura 9.

Figura 9.

Si cargamos esta viga a lo largo de toda su longitud, va a tender a deformarse como se indica en la letra B, es decir, curvandose hacia abajo en las partes libres y hacia arriba, frente a cada apoyo. Es evidente que la parte traccionada, la parte que trata de alargarse, osea, la parte convexa o slaiente de su curvatura, cambia en el tramo de abajo hacia arriba y viceversa. Se muestra en la letra C como, por esta razón, las principales barras d acero de la viga siguen el mismo camino de la zona traccionada.

Ejemplo de viga continua de hormigón armado con varios apoyos. En la letra B se muestra su manera de deformarse por efecto de las cargas que soporta, notándose que las zonas traccionadas están abajo en los tramos libres (entre los apoyos), y arriba, frente a cada apoyo. En C vemos como las armaduras de acero principales siguen la trayectoria de la zona traccionada. En el extremo de la derecha de la viga, aparece una parte en voladizo o consola (un apoyo), con su parte traccionada hacia arriba.

En la figura, el extremo derecho de la viga aparece saliente más alla del último apoyo, lo que se conoce con el nombre de consola o voladizo, pudiendo decirse "viga en consola" o "viga en voladizo". Nótese en este caso la zoan traccionada permanece en la parte alta y la armadura de acero ocupa longitudinalmente ese lugar.