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Trabajo de Investigación Tema: Vigas Integrantes: Vera Mendieta Winter Antonio

1.1 

INTRODUCCION

VIGAS

Las vigas son elementos estructurales muy usados en la construcción para soportar cargas o darle estabilidad a las mismas, para diseñarlas es necesario conocer los esfuerzos que producen las cargas a lo largo de su longitud, estos vienen dados por los valores de corte y momentos flectores en cada sección en estudio; los cuales se representan en sus respectivos diagramas.

Que es una viga 

En ingeniería y arquitectura las vigas son elementos estructurales de sección transversal recta y homogénea, cuya longitud es varias veces mayor que su sección transversal y sobre las cuales actúan cargas perpendiculares a los ejes centroidales (x e y) longitudinales.



Una viga es un miembro estructural donde las cargas aplicadas son principalmente perpendiculares al eje, por lo que el diseño predominante es a flexión y corte



El esfuerzo de flexión provoca tensiones de tracción y compresión, produciéndose las máximas en el cordón inferior y en el cordón superior respectivamente, las cuales se calculan relacionando el momento flector y el segundo momento de inercia. En las zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes o punzonamiento.

Consideraciones. 

Es importante conocer la flexión y cortante en vigas porque son esfuerzos predominantes al momento de diseñar o revisar una sección de cualquier material utilizado en la construcción.



Analizar los efectos que las cargas provocan internamente en el material que constituye una viga o vigueta, correa en una cubierta o hasta una columna que soporten simultáneamente compresión y flexión.



La magnitud del esfuerzo que desarrolla un elemento estructural depende del momento de inercia de la sección, dado que el esfuerzo flexionante genera esfuerzos en sus fibras que provoca que este se flexione EJE NEUTRO

EJE NEUTRO

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CLASIFICACION DE VIGAS POR LA FORMA

ALMA LLENA

CELOSIA

CONDICION ESTATICA

ISOSTATICA

HIPERESTATICA

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CLASIFICACION DE VIGAS POR LA FORMA Vigas de alma llena: cuando la sección de la viga se mantiene constante en toda su longitud. 

Pueden ser horizontales o inclinados que pueden ser de cualquier forma pero prefieren de estructuras regulares por su facilidad de construcción y diseño, en el caso particular de concreto armado, las proporciones entre la base y la altura pueden ser de 1:2 hasta 1:4, aunque no se descartan las secciones cuadradas trapezoidales y circulares.

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Viga Peraltada.

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Viga De Amarre.

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Viga Chata.

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Vigueta.

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Viga Peraltada inversa.

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CLASIFICACION DE VIGAS POR LA FORMA 

Vigas de celosía: cuando la viga esta formada por un sistema reticulado, no teniendo sección constante en toda su longitud.

CLASIFICACION DE VIGAS CONDICIÓN ESTÁTICA Isostáticas o simples: 

vigas en las cuales él número de reacciones en los apoyos puede ser determinadas con las ecuaciones de equilibrio disponibles Fy, Fx, M ; esto implica que el número de reacciones en la viga sea igual a tres. Esta condición es necesaria pero no suficiente para que la viga este completamente inmovilizada; por ello antes de resolver una viga isostática se debe analizar la estabilidad, entre estas tenemos: vigas simplemente apoyadas, vigas con extremos en voladizo, vigas en voladizo, vigas articuladas



Tipos de vigas según los apoyos y la ubicación además las formas típicas que toma al deformarse .

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CLASIFICACION DE VIGAS CONDICIÓN ESTÁTICA Hiperestáticas o continuas: 

Las vigas hiperestáticas tienen más reacciones de las necesarias para que el cuerpo esté en equilibrio, por lo cual queda restringida la posibilidad de movimiento (tiene más de tres reacciones) (Beer y Johnston, 1979; Das, Kassimali y Sami, 1999).



Poseen más de dos apoyos a lo largo de su longitud.

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CLASIFICACION DE VIGAS CONDICIÓN ESTÁTICA Hiperestáticas o continuas:

Tipos de vigas según los apoyos y la ubicación además las formas típicas que toma al deformarse

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Efectos de las cargas sobre las vigas 

Las cargas al actuar sobre las vigas producen reacciones internas en las secciones transversales, de suma importancia para el diseño, llamados esfuerzos de corte y esfuerzos de flexión.

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EFECTOS DE FLEXIÓN Y CORTANTE EN VIGAS DE CONCRETO REFORZADO 

Las cargas que actúan en una estructura, ya sean cargas vivas, de gravedad o de otros tipos, tales como cargas horizontales de viento o las debidas a contracción y temperatura, generan flexión y deformación de los elementos estructurales que la constituyen. La flexión del elemento viga es el resultado de la deformación causada por los esfuerzos de flexión debida a la carga externa. Conforme se aumenta la carga, la viga soporta deformación adicional, propiciando el desarrollo de las grietas por flexión a lo largo del claro de la viga. Incrementos continuos en el nivel de la carga conducen a la falla del elemento estructural cuando la carga externa alcanza la capacidad del elemento. A dicho nivel de carga se le llama estado límite de falla en flexión.

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EFECTOS DE FLEXIÓN Y CORTANTE EN VIGAS DE CONCRETO REFORZADO 

El comportamiento de las vigas en el instante de la falla por cortante es muy diferente a su comportamiento por flexión. La falla es repentina sin suficiente aviso previo y las grietas diagonales que se desarrollan son más amplias que las de flexión.



Ejemplos de falla por cortante en vigas de concreto reforzado.

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Efectos de las cargas sobre las vigas EFECTO DE CORTE



Se produce por el antagonismo entre las cargas que actúan hacia abajo y las reacciones que actúan hacia arriba, produciendo esfuerzos cortantes en la sección transversal de la viga.

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Efectos de las cargas sobre las vigas EFECTO DE CORTE 

El esfuerzo es máximo en los apoyos y disminuye a medida que se aleja de los mismos, hasta llegar al punto donde se hace nulo, considerado como la sección más peligrosa de la viga, ya que es donde se produce el mayor desplazamiento vertical del eje longitudinal de la viga (flexión máxima)

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Efectos de las cargas sobre las vigas EFECTO DE FLEXIÓN 

Se produce por el desplazamiento vertical (flecha) del eje centroidal longitudinal de la viga. Es directamente proporcional a la magnitud de la carga y a la longitud de la viga. Los valores de la flexión en cualquier sitio de la viga se conocen como Momentos flectores. (Mf).

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comportamiento de vigas Funcionamiento, resistencia y seguridad estructural 

Una estructura debe ser segura contra el colapso y funcional en su uso para que cumpla con sus propósitos. El funcionamiento requiere que las deflexiones sean suficientemente pequeñas, las vibraciones se minimicen etc. La seguridad requiere que la resistencia sea adecuada para todas las cargas previsibles, si las cargas y la resistencia pudieran predecirse con precisión, la seguridad se garantizaría proporcionando una capacidad ligeramente superior a las cargas que se aplican (Melchers, 1999; Nilson y Winter, 1994). Viga sin grietas

Viga con grietas

GANCHO ESTANDAR 

El término gancho estándar se emplea en esta Norma para designar:

a) En barras longitudinales: 

- Doblez de 180º más una extensión mínima de 4 db, pero no menor de 6.5 cm, al extremo libre de la barra.



- Doblez de 90º más una extensión mínima de 12 db al extremo libre de la barra.

b) En estribos : 

- Doblez de 135º más una extensión mínima de 10 db al extremo libre de la barra. En elementos que no resisten acciones sísmicas, cuando los estribos no se requieran por confinamiento, el doblez podrá ser de 90º ó 135º más una extensión de 6db.

DIAMETROS MINIMOS DE DOBLADO a) En barras longitudinales: 

El diámetro del doblez medido a la cara interior de la barra no deberá ser menor a: 

Barras 3/8" a 1" : 6db



Barras 1 1/8" a 1 3/8" : 8db

b) En estribos: 

El diámetro del doblez medido a la cara interior de la barra no deberá ser menor a: 

Estribos 3/8" a 5/8 : 4db



Estribos 3/4" y mayores: 6db

c) En estribos de malla soldada (corrugada o lisa) : 

El diámetro interior de los dobleces no deberá ser menor a: 

Para alambre corrugado 6mm o mayor: 4db

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Para el resto: 2db

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A menos de 4 db de una intersección soldada: 8db

LIMITES PARA EL ESPACIAMIENTO DEL REFUERZO PARA VIGAS 

El espaciamiento libre entre barras paralelas de una misma capa deberá ser mayor o igual a su diámetro, a 2,5 cm y a 1,3 veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso.

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En caso que se tengan varias capas paralelas de refuerzo, las barras de las capas superiores deberán alinearse en lo posible con las inferiores, de manera de facilitar el vaciado. La separación libre entre capa y capa de refuerzo será mayor o igual a 2,5 cm.

TIPOS DE REFUERZO TRANSVERSAL PARA VIGAS 

Estribos perpendiculares al refuerzo principal.

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Estribos inclinados 45º o más respecto al refuerzo longitudinal, los cuales han entrado en desuso.

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Espirales de poco paso, usadas mayormente en columnas o en vigas sometidas a solicitaciones considerables de torsión.

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Combinaciones de barras dobladas y estribos.



En zonas sísmicas como la nuestra, se emplean estribos cerrados:

DETALLES DEL DISEÑO DE VIGAS CON ESTRIBOS 

En vigas, se usarán estribos de 3/8" de diámetro, como mínimo, para el caso de barras longitudinales hasta de 1" y estribos de 1/2" de diámetro, como mínimo, para el caso de barras de diámetros mayores. Por el contrario, si el acero longitudinal es de diámetro mayor , los estribos serán de 1/2" o mayores.



El espaciamiento máximo entre estribos no deberá exceder ninguno de los siguientes valores:16 veces el diámetro de la barra longitudinal, la menor dimensión del elemento sujeto a compresión o 30 cm.

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El acero transversal estará constituido por estribos cerrados o zunchos con espaciamiento menor que d/4 ó 10 cm.

DETALLES DEL DISEÑO DE VIGAS CON ESTRIBOS 

Las varillas longitudinales deberán contar, alternadamente con estribos que doblen alrededor de ellas.

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El refuerzo lateral para elementos de pórticos en flexión sujetos a esfuerzos reversibles o a torsión en los apoyos, consistirá en estribos o espirales que se extiendan alrededor del refuerzo en flexión.

DISTRIBUCIÓN DEL REFUERZO TRANSVERSAL MÍNIMO EN ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN 

Definir la geometría de la armadura longitudinal.

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Mantener en su sitio al hierro longitudinal durante la construcción.

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Controlar el pandeo transversal de las varillas cuando están sometidas a tracción.

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Colaborar en la resistencia a las fuerzas cortantes .

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Desde el punto de vista constructivo , la colocación de estribos cerrados es complicada y por ello, es posible reemplazarlo por la unión de un estribo abierto y un bastón o crosstie.

DISTRIBUCIÓN DEL REFUERZO TRANSVERSAL MÍNIMO EN ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN 

La concentración de refuerzo en los extremos busca confinar el núcleo de concreto en caso que el recubrimiento se desprenda por lo que se denomina refuerzo de confinamiento.

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Los estribos se dispondrán a una longitud igual a 2h a ambos lados de la sección en consideración:

CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE VIGAS RECTANGULARES SIMPLEMENTE REFORZADAS En una viga es simplemente reforzada es exclusivamente el acero el que resiste los esfuerzos de tracción, mientas en hormigón los de compresión. Para obtener un diseño óptimo es necesario tener en cuenta varias consideraciones referentes a: • • •

La resistencia, adicionalmente Las condiciones arquitectónicas y, La relación de la estructura con el medio ambiente

En todo esto la experiencia y el criterio del diseñador juega un papel muy importante. Se acatan también las disposiciones de la NEC-11 y el ACI. 29

DISEÑO DE VIGAS RECTANGULARES  Usar dimensiones en cm sin fracciones y preferiblemente múltiplos de 5, a excepción de las losas macizas  Una sección rectangular económica es la que tiene una relación alto/base comprendida entre 1,5 y 2  Colocar varillas en una sola capa preferiblemente, observando los criterios de separación mínima  Requisitos dimensionales del refuerzo en puntos de cortes y anclajes  En general todas las normas del ACI y la NEC-11 que le apliquen

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DISEÑO DE VIGAS RECTANGULARES SIMPLEMENTE REFORZADAS El diseño a flexión puede plantearse de diferentes formas: Cuando no existe limitaciones el diseñador tiene la libertad de fijar las dimensiones de concreto y cantidad de acero. Es obvio que existirán una cantidad infinita de soluciones teóricamente correctas. La elección depende de consideraciones económicas, estéticas, constructivas que pueden variar dependiendo del caso. En la práctica hay dos tipos de casos: •

•

El caso típico es el que se conocen el momento flexionante y la resistencia de los materiales y se trata de determinar las dimensiones de la sección de concreto y el área del acero de refuerzo. El otro caso consiste en determinar la cantidad de acero requerido cuando están fijas las dimensiones de la sección. 31

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VIGAS “T”

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ANÁLISIS DE VIGAS “T”

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Las vigas de sección T son por lo general el resultado de la fundición monolítica de losas de pisos y de las vigas soportantes, o también puede darse el caso de vigas T aisladas.

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Por lo dicho se distinguen dos tipos de vigas T:

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• Vigas T aisladas

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• Vigas T inducidas

 

VIGAS “T” AISLADAS Aquellas que son construidas directamente con la forma de una T. Debe cumplir con las condiciones para su geometría dispuestas en el ACI-318.

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VIGAS “T” INDUCIDAS

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Aquellas que provienen de la función monolítica del sistema de piso. En este caso es necesario definir el ancho de las alas que tienen valores máximos limitados

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La viga de borde tiene forma de L invertida pero será tratada como viga T, el ancho del ala en este caso debe cumplir con las disposiciones del ACI-318:

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El ACI 318S-11 norma las dimensiones que deben cumplir las vigas T inducidas.