Vigas de hormigón: estructura, resistencia y refuerzo

En ingeniería estructural, una viga de hormigón es un elemento portante que puede soportar cargas horizontales y verticales. Conocidas como vigas de hormigón armado u hormigón armado (RCC), se fabrican encapsulando barras, chapas o fibras de acero dentro del hormigón. Este refuerzo aumenta la resistencia de la viga, permitiéndole afrontar tensiones de tracción y resistir la flexión. Sin el refuerzo de acero, la viga sería frágil y se rompería bajo las cargas.

El coeficiente de expansión térmica del hormigón y el acero es similar. Esta similitud asegura que haya pocos o ningún esfuerzo interno causado por diferencias de expansión y contracción térmica entre ambos materiales. Tales diferencias habrían debilitado la viga. Otro factor que permite una transmisión de esfuerzos más eficiente entre acero y hormigón es que cuando el cemento fresco aplicado al acero seca, su superficie corresponde exactamente a la del acero. Para mejorar el agarre, el acero suele corrugarse o rugosificarse.

Encapsular el acero en hormigón lo protege de la intemperie y evita la corrosión. Si el acero oxidara, se expandiría, agrietaría y se separaría del hormigón, debilitando de nuevo la viga.

Las vigas de hormigón se usan ampliamente en construcción contemporánea y puentes de carreteras. Es común usar vigas de hormigón pretensado para puentes. Estas se fabrican estirando tirantes de acero de alta resistencia, fundiendo el hormigón alrededor y liberando los tirantes cuando el hormigón empieza a fraguar. Secciones transversales rectangulares y de viga universal (IPN) son comunes en construcción con estructura de acero. La viga universal también se conoce como viga I, viga de ala ancha o columna universal.

Diversos métodos matemáticos, calculados con programas de cálculo de vigas, determinan fuerzas internas y externas y flechas de la viga. Las fuerzas se determinan por método de rigidez directa o desplazamientos, método de distribución de momentos y método de flexibilidad. Las flechas se determinan por método de pendiente-deflexión y método de trabajo virtual. La ecuación de viga de Euler-Bernoulli se usa comúnmente para análisis de estructuras de vigas.

Para una construcción estructuralmente sana, es importante que los ingenieros calculen cuánta carga puede soportar una viga de hormigón con seguridad y qué fuerzas se impondrán. Las flechas también se buscan por seguridad estructural, reduciendo contacto con materiales frágiles. También pueden calcularse para dar una apariencia arquitectónica más estética; por ejemplo, evitar flechas en las vigas.