Vigas Expandidas
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Vigas Expandidas (Castellated and Cellular Beam)

Viga estructural de alma expandida prefabricada que resulta de la expansión de una viga IPR (IMCA: IR) con un sistema de alma aligerada siguiendo un patrón de corte con geometría determinada (hexagonal, octogonal, circular, etc.); sobresale por ser más eficiente y con menor peso que una viga IPR normal con el mismo tamaño de alma. Empleadas en fabricas, bodegas de almacenamiento y centros comerciales.

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1. Viga expandida

Es un miembro estructural con un sistema de alma aligerada diseñado como elemento de apoyo más eficiente, económico y fácil de montar.

Permiten mayores alturas libres de entrepiso en el caso de edificios, disminuyen de forma significativa las superficies de pintura y favorecen el paso de ductos de instalaciones sin intervenir en el elemento ni requerir esfuerzos adicionales en los bordes.

A este tipo de vigas también se les denomina: vigas casteladas, alveoladas, vigas void, en panal de abeja, aligerada, etc.

Tiene la ventaja de tener el mismo peso por metro lineal que una viga normal pero con un mayor peralte, esto aumenta la capacidad de resistencia en un 75% y los momentos de inercia se incrementan en un 300% respecto de la viga original, a la vez que se tiene un mejor aprovechamiento del material.

Las vigas expandidas y los pilares utilizados como sistema de apoyo son de menor peso que cualquier otro tipo de viga metálica sobre todo en apoyos muy distantes, lo que permite además una disminución de volumen en hormigón, excavaciones y rellenos.

2. Fabricación de una viga expandida

La fabricación de esas vigas no es muy costosa si se realiza en serie. Se utilizan vigas laminadas en caliente ASTM A-529-G50 y ASTM A-36 normalmente. El diseño y procedimientos están de acuerdo al AISC (American Institute of Steel Construction) y los métodos descritos en “The Design of Welded Structures”.

El proceso de expansión consiste en dar mayor altura a vigas dobles T con un corte a través del alma para posteriormente traslapar ambas piezas y se unen por soldadura formando una viga más alta con aberturas con geometría determinada (hexagonal, octogonal, circular, etc.).

A diferencia de una viga IPR normal, donde se tiene dos elementos principales que la componen (alma y patines), la viga expandida se compone de alma abierta (perforaciones), patines, poste, y una sección más reducida.

El patrón de corte en zigzag, determina la geometría del alma y las propiedades que tendrá la sección, se puede aplicar un ángulo de inclinación dentro del rango entre 45° y 60°.

3. Tipos de vigas

De acuerdo al patrón de corte, se clasifican en:

Vigas expandidas estándar. Son vigas simplemente apoyadas, de patines paralelos cuyas secciones parten de un mismo perfil y que soportan cargas uniformes de cubierta o entrepiso.

Fig. Geometría hexagonal.
Fig. Geometría octagonal.

Vigas expandidas compuestas. Vigas que se adaptan al funcionamiento en modo mixto en combinación con la losa (en ocasiones pueden ser diferentes perfiles). Las secciones trabajan en conjunto, absorbiendo el concreto los esfuerzos de compresión y el área de acero inferior los esfuerzos de tensión. Al diseño de la propio de la viga se agregan conectores que trasladan el cortante del concreto al acero, logrando con esto una sola sección con capacidad de soportar grandes esfuerzos de compresión y tensión.

Vigas expandidas asimétricas. Este tipo de vigas ofrecen propiedades geométricas que permiten optimizar el peso de la sección de acero, satisfaciendo al mismo tiempo, las exigencias de capacidad y eficiencia. Se subdividen en dos por su:

Material. Se obtienen volviendo a ensamblar los elementos T provenientes de diferentes perfiles o de acero de diferente grado.

Peralte. Por medio del corte en zigzag a lo largo de un eje con un ligero ángulo de inclinación, se obtienen dos cortes de peralte desigual, estos cortes a su vez se giran y se unen para formar una sección de peralte variable.

4. Aplicaciones

Las construcciones modernas exigen cada vez más el acondicionamiento de instalaciones (calefacción, ventilación, aire acondicionado, etc.) en los interiores.

El uso de vigas expandidas es una alternativa eficaz para las exigencias de los propietarios de edificios. Muy eficientes cuando se trata de estructuras de entrepiso con claros de alrededor de 18 m como son en la construcción de múltiples niveles, estructuras para estacionamientos, uso industrial, escuelas, iglesias, centros de convenciones, arcos y formas cónicas, interiores y exteriores, entre otros. Además se pueden emplear en cubiertas o entrepisos, en los que soportan por lo general el peso de una metalosa.