¿Cómo calcular la capacidad de carga de una viga de acero?

Cálculo de la capacidad de carga de una viga en H

Conocer la capacidad de carga de las vigas de acero, especialmente las vigas en H, es crucial para garantizar la integridad estructural y la seguridad en los proyectos de construcción. Esta sección le guiará a través del proceso de cálculo de la capacidad de carga de las vigas y la selección del tamaño de viga H adecuado para sus requisitos específicos.

Cálculo de la capacidad de carga y selección de vigas:

Para determinar la capacidad de carga de una viga H de acero o seleccionar el tamaño adecuado para su proyecto de construcción, puede utilizar nuestra completa calculadora de capacidad de carga de vigas y consultar la tabla de capacidad de carga que la acompaña. Estas herramientas, como se ilustra en la siguiente captura de pantalla, proporcionan un método sólido y fácil de usar para tomar decisiones informadas sobre la selección de vigas.

Véase también:

• ¿Cómo calcular el esfuerzo cortante de flexión y el estado de resistencia de una viga?

Y está en formato Excel, que puede realizar automáticamente el cálculo una vez introducida la información necesaria.

Puede descargar la herramienta haciendo clic en el siguiente enlace. No olvide activar la función macro en Excel para garantizar un funcionamiento correcto.

• Calculadora de capacidad de carga de vigas de acero

Factores clave de la capacidad de carga de las vigas en H:

1. Tamaño y geometría de la viga: Las dimensiones de la viga en H, incluida la anchura del ala, el espesor del alma y la profundidad total, influyen significativamente en su capacidad de carga.
2. Propiedades del material: El grado de acero utilizado en la viga H afecta a su resistencia y, en consecuencia, a su capacidad de carga.
3. Longitud de la luz: La distancia entre apoyos influye directamente en la capacidad de la viga para soportar cargas.
4. Distribución de la carga: El hecho de que la carga se distribuya uniformemente o se concentre en puntos específicos afecta al rendimiento de la viga.
5. Factores de seguridad: Los ingenieros suelen incorporar factores de seguridad para tener en cuenta cargas imprevistas o variaciones de los materiales.

Cálculo de la capacidad de carga de la viga I

La fórmula de la capacidad portante en flexión es:

Mu=b’*h’*f*(0.5*h-0.5*h’)+(0.5*h-h’)*b*f*0.5*(0.5*h-h’)

F - valor de diseño de límite elástico
b - espesor de la banda
b '- anchura de la brida
h - alto
h '- espesor de la brida

En cuanto a la capacidad portante de tracción y compresión, creo que no es necesario que lo explique aquí. En cuanto a la tensión excéntrica y compresión, no es muy difícil de calcular por sí mismo.

Por ejemplo:

¿Cuánto puede soportar la viga I #25 cuando la luz es de 4 m y la carga está distribuida uniformemente?

Cálculo:

Para viga en I #25, W = 401,4cm³, [σ]=210N/mm2, coeficiente de estabilidad global φb=0,93

Fórmula del momento flector M = QL²/8
Fórmula de resistencia σ = M/W

Según la fórmula: q=8σW/L²=8*210*401400/4*4=42,1kN/m

Requisito de estabilidad global: 42,1 * 0,93 = 39,2kn/m

Requisito de factor parcial (factor de seguridad): 39,2 / 1,4 = 28kN/m

Uso seguro: 28kN/m

El cálculo anterior no tiene en cuenta el peso propio ni el cálculo de comprobación de la deformación de la viga en I.

¿Cuál de los dos tipos de acero soporta mejor la carga?

El acero para vigas en H demuestra una capacidad de carga superior a la del acero para vigas en I, debido a su diseño estructural optimizado y a sus propiedades mecánicas mejoradas.

La geometría de la sección transversal de la viga de acero en I, caracterizada por su perfil relativamente alto y estrecho, da lugar a disparidades significativas entre los momentos de inercia a lo largo de sus dos ejes principales. Esta asimetría limita su aplicación principalmente a situaciones que implican cargas de flexión dentro del plano de su alma o como componentes de estructuras portantes de celosía. Las vigas en I son menos adecuadas para la compresión axial o la flexión perpendicular al plano del alma, lo que limita su versatilidad en aplicaciones estructurales.

En cambio, el acero para vigas en H presenta un perfil más eficiente y económico gracias a su forma de sección transversal bien estudiada. Las principales ventajas de las vigas en H son:

1. Módulo de sección mejorado: Las alas más anchas y el espesor optimizado del alma dan como resultado un módulo de sección más alto, mejorando la resistencia de la viga a los momentos flectores.
2. Momento de inercia mejorado: la geometría de las vigas en H proporciona una distribución más equilibrada del material, lo que mejora los momentos de inercia en torno a ambos ejes principales.
3. Conectividad superior: Las superficies de las bridas interior y exterior paralelas o casi paralelas facilitan las conexiones con otros elementos estructurales, especialmente cuando se utilizan pernos de alta resistencia.
4. Amplia gama de tamaños: Las vigas en H ofrecen una serie bien diseñada de tamaños y modelos, lo que agiliza el proceso de diseño y selección para los ingenieros.
5. Mayor capacidad de carga: Cuando se someten a momentos de flexión, cargas de presión o cargas excéntricas, las vigas en H muestran un rendimiento superior en comparación con las vigas en I ordinarias de peso equivalente.
6. Eficiencia de materiales: El diseño optimizado de las vigas H puede suponer un ahorro de material de 10% a 40% en comparación con las vigas I estándar en aplicaciones similares.
7. Resistencia equilibrada: Las alas más anchas y el espesor optimizado del alma proporcionan características de resistencia más uniformes en múltiples direcciones, mejorando la estabilidad estructural general.

El diseño de ala paralela de las vigas H, también conocidas como vigas I de ala ancha, contribuye a mejorar su rendimiento. Esta configuración da lugar a una distribución más eficiente del material, lo que mejora las propiedades de la sección y aumenta la resistencia a diversas condiciones de carga.

En resumen, aunque tanto las vigas en H como las vigas en I tienen su lugar en la ingeniería estructural, las vigas en H suelen ofrecer una capacidad de carga superior, una mayor versatilidad y una mayor eficiencia de los materiales. Estas características hacen que las vigas en H sean la opción preferida para muchas aplicaciones de soporte de carga en el diseño estructural y la construcción modernos.