Vigas cantilever – aspectos de projeto e construção

Vigas voladizas: aspectos de diseño y construcción.

6 de junio de 2024 Roberto Magalhães

Parece que no hay estructura sin voladizos. Los voladizos se pueden ver en la mayoría de los edificios, puentes y otras estructuras.

El diseño y construcción de los voladizos requirió mayor atención en comparación con el diseño de la viga normal que soporta en ambos extremos.

¿Qué es una viga en voladizo?

La viga en voladizo es un tipo de viga que se proyecta desde la estructura principal o cualquier límite. El límite puede ser otra viga, columna, muro o cualquier otro elemento.

Sólo un extremo de la viga está soportado, el otro extremo puede moverse libremente. La pluma puede estar limitada lateralmente por una placa, un tablero o una viga secundaria.

Donde necesitamos booms

Las proyecciones son proyecciones de la estructura principal. Se realizan proyecciones para agrandar la estructura desde el soporte. Por ejemplo, se podría considerar una placa en voladizo. Se utiliza para crear espacio adicional para el edificio. Además, se puede diseñar como panel de cubierta.

Además, el brazo compensa la rotación interna girando hacia afuera. Por tanto, la estructura no cambia significativamente cuando se añade un voladizo, si es de menor tamaño.

Los voladizos también se utilizan para conectar una estructura con otra. Esto sucede con los puentes. Las ampliaciones de la estructura también se realizan mediante estabilizadores.

Comportamiento estructural del brazo voladizo.

El comportamiento estructural de la viga en voladizo no es el mismo que el del tipo viga. Como la viga tiene un extremo libre en un borde, puede desviarse libremente.

Cuando se aplican cargas a la pluma, la mayor deflexión ocurre en el extremo libre y la mayor rotación ocurre en el extremo libre. Puede ocurrir cierta rotación del soporte del brazo. Esto depende de la rigidez del soporte o soporte del brazo.

Lo ideal es que no se produzca deformación del soporte si la viga se apoya sobre un soporte firme.

Desarrollo de fuerzas de flexión y corte en el brazo voladizo.

Una viga en voladizo se puede cargar con una carga uniformemente distribuida o con una carga puntual. Los cálculos de las fuerzas de flexión y cortante de la viga no son los mismos en ambos casos.

La siguiente figura muestra el brazo voladizo con una carga puntual aplicada al extremo.

Cálculo de fuerzas de flexión y corte para cargas puntuales en los extremos.

El momento flector máximo y las fuerzas cortantes se pueden calcular de la siguiente manera.

Momento flector = L x W

Fuerza cortante = W

Cálculo de fuerzas de flexión y corte con cargas uniformemente distribuidas.

Momento flector = (bxL) x L /2 = wL ² /2

Fuerza cortante = wL

Diseño de una viga en voladizo.

Después de evaluar las cargas que actúan sobre la viga, las fuerzas de flexión y corte se pueden calcular utilizando las ecuaciones dadas en las ecuaciones anteriores.

Una vez determinados el momento flector y las fuerzas cortantes, se puede calcular el refuerzo. Uno de los aspectos más importantes en el diseño de voladizos es el diseño de las deflexiones. Las deflexiones más altas del voladizo pueden provocar la formación de grietas en la estructura y afectar la durabilidad de la estructura.

Además, también puede afectar a otros componentes no estructurales. Una deflexión excesiva puede provocar daños en techos, grietas en paredes, daños en tabiques, fachadas de cristal, etc.

Algunos aspectos importantes del diseño son los siguientes.

Además de las cargas generales que actúan sobre la viga en voladizo, también se deben tener en cuenta las cargas estructurales.
Si es necesario, los estabilizadores pueden ayudar a aplicar cargas estructurales.
El cálculo de momentos flectores, fuerzas cortantes y deflexiones no es el mismo según las normas de construcción. Existen diferentes métodos de construcción.
Además, cabe señalar que los métodos para calcular la deflexión de vigas en voladizo de hormigón y de acero son diferentes.

¿Cuánto duran las barreras?

En teoría, no hay límites para un brazo voladizo. Podemos crear cualquier carga siempre que se pueda aumentar el canto de la viga. Al limitar la longitud del voladizo, se tienen en cuenta los siguientes factores.

La necesidad real de proyectar el chorro sobre la estructura.
Costos de construcción asequibles. Cuanto más largo sea el auge, mayores serán los costos de construcción.
Restricciones de exclusión. Si hay restricciones en las deflexiones, se puede limitar la longitud del voladizo o se puede aumentar la profundidad de la sección. Además, también se puede aumentar el refuerzo hasta un cierto nivel para reducir la deflexión.

Comportamiento de voladizos bajo cargas sísmicas

Los voladizos son particularmente críticos para estructuras en zonas sísmicas. Bajo cargas cíclicas, los voladizos pueden provocar excitaciones dinámicas.

A diferencia de otras vigas apoyadas en ambos extremos, un voladizo en una estructura no es adecuado desde el punto de vista de la resistencia a los terremotos. Sin embargo, en muchos casos no se pueden evitar los estabilizadores. Por ejemplo, en el alojamiento instalamos estabilizadores para crear más espacio y un espacio conectado con el mundo exterior.

Se requiere atención especial al diseñar voladizos.

Debido a la vibración vertical provocada por el terremoto, una barrera podría moverse tanto hacia arriba como hacia abajo.
Se produce un fuerte momento flector tanto en la parte superior como en la inferior de la viga.
Por lo tanto, se debe proporcionar suficiente refuerzo tanto en la parte superior como en la inferior de la viga.
Para contener los ingredientes necesarios, deben estar presentes suficientes conexiones de corte. Esto debe hacerse de acuerdo con las normas pertinentes y directrices detalladas.

Detalle de refuerzo de viga en voladizo

En general, el refuerzo transversal es crítico para vigas en voladizo a menos que se requiera refuerzo de compresión. Se deben proporcionar miembros de corte según las necesidades de diseño y se debe aumentar el espacio entre los miembros cerca del soporte en voladizo.

El refuerzo superior debe extenderse lo suficiente a lo largo de la viga para acomodar el momento flector del otro tramo. La necesidad típica de extender el refuerzo superior de una viga es 1,5 veces la longitud del voladizo.

La continuación de la armadura superior en el otro vano se podrá realizar de acuerdo con el diagrama de momento flector y de acuerdo con los requisitos del detalle de armadura.

Construcción de una viga en voladizo.

La construcción de vigas en voladizo no se diferencia mucho de otros tipos de vigas. Sin embargo, cuando el voladizo se construye encima de otro voladizo, debemos tener cuidado.

La viga de soporte debe soportar cargas estructurales. Si no hay refuerzo suficiente para soportar las cargas estructurales, se deberá apoyar la pluma con soportes.

Ventajas de la viga voladiza

Se puede utilizar para ampliar la estructura.
Se utilizan para conectar una estructura con otra.
El boom se utiliza para una mejor apariencia estética.

Desventajas de los voladizos

Se requiere especial atención en el diseño y construcción de barreras.
Se requiere atención especial al diseñar una viga en voladizo para cargas sísmicas.