Descifrando la jerga: Fundación, equilibrio y arriostre, ¿en qué se diferencian las vigas?

Entendiendo las vigas: Claves para diferenciar fundación, equilibrio y arriostre

Descifrando la jerga: Fundación, equilibrio y arriostre, ¿en qué se diferencian las vigas?

¿Te confunden los términos “viga de fundación“, “viga de equilibrio” y “viga de arriostre”?  tranquilo, ¡esta guía te ayudará!, aquí desentrañaremos las diferencias entre estos elementos y sus funciones específicas en la construcción.

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Si estás involucrado en la industria de la construcción de algún modo, sea porque estudias ingeniería, arquitectura, estructura o, simplemente quieres incursionar en este fascinante campo, puede que te asalte la duda sobre qué es una viga de fundación, de equilibrio o de arriostre, especialmente en proyectos de concreto o acero estructural.

Para aclarar este panorama, desciframos la jerga para entender las vigas con algunos datos claves para diferenciar fundación, equilibrio y arriostre

El objetivo es saber diferenciar las distintas vigas y sus aplicaciones en la construcción, según su comportamiento en cada caso.

Quédate con nosotros y conoce en esta guía todas las claves para diferenciar una viga de fundación, de equilibrio y de arriostre, y verás que una vez se entienda la función, comportamiento y características de estas vigas será más fácil diferenciar unas de otras.  

Claves para diferenciar conceptos de ingeniería en la construcción

Al momento de abordar un proyecto constructivo de cualquier índole, es conveniente que las soluciones arquitectónicas planteadas estén avaladas por conceptos de ingeniería sólidos, para elegir los materiales más adecuados a la construcción

¿Por qué?, porque a simple vista, las vigas son muy similares, pero en la realidad práctica tienen características estructurales que las diferencian en gran medida.    

Dentro de tales característica más notorias, se pueden mencionar las dimensiones, por ejemplo, una viga de cimentación o vigas de equilibrio como se le conoce también  tienen una sección superior (más peralte) que la de conexión, porque aporta mayor rigidez a la estructura que soportará grandes momentos transmitidos hacia las columnas y zapatas (cimientos). 

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Algunos datos iniciales a saber sobre los tipos de vigas de fundación, equilibrio y arriostre

Con la finalidad de contextualizar estos conceptos, a continuación desentrañaremos las diferencias entre una viga de fundación, de equilibrio y de arriostre para saber con exactitud cuál elegir para construir una estructura más sólida y segura. 

En construcción, concretamente en las fundaciones, se construyen vigas a distintas alturas y propósitos, donde según la posición de estas y la forma cómo se construyan tendrán diferentes funciones, de lo cual dependerá su denominación. 

Esta aclaratoria es necesaria toda vez que en la comunidad de ingenieros civiles y constructores en general se evidencia una notable confusión de esta terminología.

Es decir, suelen confundirse los conceptos de vigas de arriostre, de fundación o de equilibrio, siendo necesario establecer con mayor detalle sus diferencias a través de algunos análisis didácticos en 3D.

Clasificación de vigas de fundación, equilibrio y arriostre mediante el análisis de una maqueta virtual 

Para ilustrar al lector, procederemos a analizar una maqueta de hormigón en 3D, donde se evidencia una estructura con los 3 tipos básicos de vigas: de fundación, de equilibrio y de arriostre

Las dimensiones de la armazón cuenta con zapatas típicas para resistir las cargas estructurales de 6 losas.

Vigas de fundación

La estructura de ejemplo carece de fundaciones expuestas, están bajo la superficie del suelo a nivel de las vigas. Cuando el terreno sobre el cual se construye una estructura es de baja calidad, como en este caso, o bien si hay un incremento en la cantidad de losas, necesariamente se debe aumentar o reforzar el tamaño de sus zapatas.

Este incremento en las dimensiones de las zapatas como nuestro ejemplo, se evidencia que estas buscarán encontrarse entre ellas, lo cual no representa una solución eficaz en términos económicos, siendo necesario entonces recurrir a otra propuesta igual de segura pero más rentable, siendo allí donde entran en juego estratégico las vigas de fundación.

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  • Definición

Las vigas de fundación es ese elemento estructural responsable de repartir o distribuir la carga estructural de forma diferente a las zapatas aisladas referidas en el punto anterior. Es decir, son un tipo de zapatas continuas o corridas, que reciben la carga desde la superestructura de manera diferente a las corridas.

Reciben en nombre de vigas de fundación, porque son mucho más grandes que el resto; estas soportan todos los esfuerzos (cargas) desde las columnas, por lo tanto, son cargas puntuales en diferentes puntos de la viga

Lo que difiere de una fundación corrida, cuya carga es longitudinal con una repartición de esfuerzo uniforme a lo largo de toda la viga.

  • Modelación de vigas de fundación

En virtud de que las vigas de fundación reciben cargas puntuales desde la superestructura y se distribuyen en el suelo de manera uniforme, su formulación puede ser más compleja

Por ello se toma como referencia un modelo matemático de elementos finitos a partir de la interacción estructural con una base de resortes.

La fórmula matemática consiste en tomar una viga de elementos de barra o de pórtico y las columnas provenientes de la superestructura apoyadas en una base similar a unos resortes. 

Este apoyo es lo que aporta mayor complejidad a los cálculos que el de las zapatas por ejemplo.

Pese a ello, este tipo de vigas de fundación resultan una alternativa a las zapatas aisladas tradicionales que van creciendo progresivamente. 

Sin embargo, cuando este tipo de vigas no son suficientes para resistir las cargas en una construcción, se plantean dos (2) opciones: 

  • Construir una losa de fundación, aunque puede ser ligeramente más costosa.
  • Proyectar vigas de fundación en ambas direcciones en lugar de una sola dirección.
  • Vigas de fundación bidireccionales

Este tipo de viga tiene la misma función y concepto que la viga de fundación en una sola dirección; no obstante, la carga se reparte hacia el suelo en ambas direcciones. Aunque puede ser más laboriosa, este tipo de entramado suele ser una opción previa al planteamiento de una losa de fundación que es más costosa.

Adicionalmente, este modelaje de vigas ahorra material, específicamente concreto y acero. En general, lo ideal es considerar esta alternativa antes de plantearse la construcción de una losa de fundación en caso de que las zapatas aisladas no sean suficientes para resistir la carga de la estructura hacia el suelo.

  • Vigas de fundación en una dirección

Las vigas de fundación de una sola dirección es más favorable para una construcción, en caso de longitudes entre columnas de una dirección es más grande que las de la otra dirección.

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Vigas de equilibrio 

Para abordar las vigas de equilibrio, es necesario retomar las zapatas aisladas, en nuestro ejemplo, es una construcción simulada al lado de otra edificación a su izquierda; esto significa que las zapatas deberán ser medianeras

Es un tipo de zapata que no se extiende en 4 direcciones sino en 3 de ellas, con una cara al frente truncada o cortada.

Esta particularidad permite un comportamiento ligeramente diferente a las zapatas centrales de la estructura. 

Funcionan de la siguiente manera: cuando se cuenta con una zapata central, la carga de la columna se transfiere hacia dicha zapata, y la reacción del suelo se alínea con dicha carga, siendo lo ideal en este tipo de fundaciones.

  • ¿Qué pasa si hay una zapata de medianera?

Cuando hay una zapata de medianera, la carga de la columna se desalinea de la reacción del suelo hacia la zapata; en cuyo caso siempre estará hacia el centro de la base de dicho elemento. El hecho de que la reacción del suelo hacia la estructura esté excéntrico con relación a la carga, conlleva a momentos flectores tanto en la zapata como en la columna.

Se observará entonces que la zapata intentará levantarse de su base o elevarse, evidenciándose que la punta de la zapata buscará elevarse, y obviamente este movimiento resulta perjudicial para la columna porque tenderá a doblarse

Para evitar esa flexión, se construye una viga de equilibrio, que al estar vaciada de una forma monolítica con ambas zapatas, no permite que se eleve la punta.

Cuando la reacción del suelo intente elevar la punta de la zapata, esta se apoyará en la viga gracias a su vaciado único, y aunque buscará flectar su alto peralte impedirá que flectee en exceso. Por lo tanto, la función central de la viga de equilibrio es aportar mayor rigidez y equilibrio a toda la estructura.

  • ¿Por qué la viga de equilibrio no funciona igual que la de fundación?

La razón primordial de que una viga de equilibrio funcione distinto a una de fundación, es debido a que la primera tiene o se procura que siempre tenga mayor altura para que no sufra deformaciones o fenómenos de excentricidad

Mientras que en términos de ancho, tampoco requieren ser tan anchas; es decir, son más altas y angostas.

El objetivo adicional de construir una viga de equilibrio, es no invertir tanto material (concreto y acero). 

Al ser tan angostas no tienen tanto apoyo en el piso, sino que básicamente cortan el suelo, lo que se traduce en la ausencia de interacción entre los esfuerzos del suelo y la estructura. Es decir, su función es evitar la elevación de la punta de la zapata.

Por consiguiente, este tipo de vigas de equilibrio no son adecuadas para resistir cargas desde su reacción al suelo hacia sí misma, puesto que su diseño cumple otra función distinta. Para resistir dichas cargas, se usan las zapatas excéntricas y las centrales, como elementos estructurales exclusivos para repartir las cargas.

Vigas de arriostre

Por su parte, las vigas de arriostre son aquellas interpuestas a media altura entre una viga de fundación o losa y la zapata; tal disposición es con la finalidad de disminuir la longitud efectiva de una columna

Por ejemplo, al vaciar una zapata, por lo general se encuentra a unos 2 ó 3 mts de profundidad del suelo (según la capacidad de resistencia o calidad del suelo).

Desde la zapata hasta la primera losa, la longitud disponible ronda los 5 ó 6mts, considerando además que en la primera planta suele diseñarse para locales comerciales que requieren altura. 

Todo ello conlleva a columnas muy altas, dando como resultado pandeos en este elemento, lo que se corrige con vigas de sostén a media altura de dichas columnas.

  • Consecuencias al construir una viga de arriostre a nivel de la fundación/cimiento o zapata

El objetivo de la viga de arriostre es disminuir la longitud de la columna, es decir, ejercer presión para que la columna no pandee

Por lo tanto, es un elemento estructural que puede contribuir con la fundación, pero en menor medida, ya que su función estratégica es a media altura para minimizar la longitud de columnas superiores a los 3mts.

De tal manera, que si se construye una viga de arriostre a nivel de la zapata, sólo se evita la rotación de la columna a nivel de dicha zapata, que es válido, aunque no disminuye en gran medida el pandeo como si lo hace a media altura de columnas de 6mts por ejemplo. 

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Diferencias entre vigas: tabla resumen

Antes de emprender cualquier proyecto arquitectónico es necesario redundar en la importancia que revisten las vigas en la estructura de una edificación

Aunque es común escuchar a las personas hablar de este elemento, realmente no tienen total conciencia de la importancia que tienen las vigas para la estabilidad y seguridad de las construcciones. 

Por ello, es esencial apostar por una buena planificación, considerando la calidad de los materiales, características del suelo, función que cumplirá cada viga en al armazón, a fin de determinar lo mejor posible dónde y cómo colocar una viga de fundación, de arriostre o de equilibrio

Un descuido puede originar graves consecuencias, tanto para el propio sistema estructural como para sus habitantes. Veamos un cuadro resumen para cotejar sus diferencias:

Vigas de fundación, equilibrio y arriostre: conoce sus diferencias básicas

Tipo de viga

Diferencias

Características

Viga de fundación/cimentación.

  • Es un elemento estructural de gran importancia ya que toma toda la carga de los muros y transmite el esfuerzo hacia las zapatas aisladas y el suelo. 
  • Su diseño se usa ampliamente por ser más económico que una cimentación corrida. 
  • También se aplica para permitir que la carga de los muros repose sobre la zapata y colocar más carga horizontal para proveer balance a los momentos descompensados en la base de apoyo. 
  • Suele trabajar con una línea de carga puntual; no así la zapata que combina sólo 2 cargas.
  • Tiene mayor peralte, es decir, es más grande que una viga de conexión o arriostre. 
  • Se construye en suelos de baja y alta capacidad portante.
  • Aporta equilibrio a una inadecuada distribución de esfuerzos en zapatas. 
  • Posee un acero superior o mayor al inferior. 
  • Tiene una longitud mayor a la zapata. 
  • Se emplea en edificaciones superiores a 3 pisos.

Viga de equilibrio.

  • Generalmente es de más peralte, con un diseño capaz de resistir esfuerzos a momentos y cortantes; su diseño cuenta con una barra con extremos empotrados o conectados al elemento al cual se une.
  • Su función es equilibrar o aportar uniformidad a los eventuales esfuerzos producidos en el terreno. 
  • Dicho equilibrio es más usual en zapatas laterales, sin desestimar otros casos. 
  • Dichas zapatas laterales trasladan los esfuerzos hacia el suelo de forma distinta a las centrales, cuando la columna está alejada del centro, pudiendo conllevar a un notable aumento (hasta 10X) a los esfuerzos que pudieran ocurrir si la columna estuviera en el centro.
  • Su tarea es evitar que la zapata excéntrica se eleve del lado alejado de la columna, por tanto garantiza la uniformidad de los esfuerzos en el terreno.
  • Tiene unas dimensiones más pequeñas que una cimentación
  • Se suele colocar en suelos con escasa capacidad portante
  • Su acero superior es muy similar al inferior. 
  • Suele tener una altura igual a la zapata. 
  • Se ocupa para edificaciones menores a 3 pisos.

Viga de arriostre.

  • La función de esta viga de desplante es redistribuir de forma correcta la carga de los muros hacia el suelo. El arriostre indica un tipo de atadura a las columnas a nivel del suelo, cuya finalidad es reducir el tamaño de estas; es decir, es una medida constructiva anti pandeo de columnas muy altas. 
  • Generalmente se coloca entre todo el sistema de columnas, indistintamente que sean laterales o no, al igual que la viga de equilibrio.  
  • También se puede aplicar para aportar mayor rigidez ante fuerzas laterales (sismos/vientos), aunque no necesariamente se use para este fin.
  • Se encarga de reforzar y estabilizar la estructura
  • Es un elemento adicional a otras estructuras de vigas para las unir distintas partes y contribuir en la distribución de cargas más equilibrada.  
  • Se usa por lo general  en edificaciones altas o estructuras expuestas a cargas extremas, como vientos o sismos, como medio adicional para garantizar mayor resistencia y seguridad. 
  • También sirve para estabilizar el suelo en caso de existir baja característica mecánica del suelo.

¿Por qué elegir la viga adecuada?: consideraciones finales

En una construcción, independiente de su envergadura y uso que se le dará, cada elemento es importante y tiene una función específica en la edificación; sin embargo, algunos elementos cobran mayor relevancia al momento de abordar el proyecto. 

Dentro de estos las vigas de fundación, de equilibrio y arriostre son piezas esenciales en toda construcción.

Estas vigas en acero y concreto tienen un diseño pensado para soportar grandes cargas, flexión y tensión, en razón de la importancia que revisten en el campo de la arquitectura e ingeniería, sin ellas es casi imposible mantener una construcción lo suficientemente estable y segura. 

Construcciones evolucionadas 

Dada la importancia de las vigas de fundación, equilibrio, arriostre entre otros sistemas estructurales, los materiales usados en la industria de la construcción civil han evolucionado para ofrecer y garantizar mayor resistencia y estabilidad.   

Pasando de vigas de madera y otros materiales, a estructuras de acero y/o hierro, ultra resistentes y ligeras.

La razón de ello, es porque con el tiempo, el hombre comprobó que era posible construir edificaciones más grandes y resistentes. Dando lugar a construcciones verticales, lo que aumentó la demanda de las vigas para fundaciones, arriostre y de equilibrio, y progresivamente se fueron fabricando con materiales de mayor resistencia. 

Actualmente se comercializa acero de alta densidad y calidad, consolidando empresas como 3G Aceros distribuidores de perfiles de acero en todo México, siguiendo los estándares de fabricación más rigurosos del mundo, para comercializar acero certificado de alta gama.

Su objetivo es ofrecer materiales más versátiles y novedosos que tengan la capacidad de soportar grandes cargas y flexiones, comenzando una nueva era para los profesionales de la construcción y las edificaciones. Actualmente es posible optar por distintos tipos de vigas de fundación, equilibrio y arriostre conforme al modelo de análisis que se desee usar para la estructura de la edificación.

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3G Aceros: ¿Por qué nosotros?  

La respuesta a esta pregunta es muy elocuente, en 3G Aceros somos expertos en fabricar, distribuir y comercializar acero de la más alta calidad que encontrarás en México. Nos precede el reconocimiento por parte de nuestra distinguida plantilla de clientes que han desarrollado proyectos de distintos tipos y dimensiones con vigas de fundación, de equilibrio y arriostre procesadas en nuestros talleres.

Y eso no es todo, también conocen nuestros sistemas estructurales, perfiles de acero en diversos formatos, largos y cortos, paneles/láminas multitechos, multipaneles, accesorios, etc, que han usado en gran variedad de proyectos, cubiertas y superficies interiores y exteriores. 

Esto significa que 3G Aceros es parte de la historia detrás de cada proyecto que se ha desarrollado en este país a lo largo de sus más de 3 décadas.

Es un orgullo y una satisfacción, saber que somos parte tu hogar o entorno de trabajo; lo que impulsa a 3G Aceros a mejorar cada día nuestros procesos de producción de acero para continuar ofreciendo lo mejor en términos de calidad, flexibilidad, versatilidad y precio. 

No sólo en vigas de fundación, equilibrio y arriostre, sino también en piezas fabricadas a la medida de cada necesidad particular de nuestros clientes y cada proyecto constructivo.

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Conclusiones: descifrando la jerga de las vigas de fundación, equilibrio y arriostre 

Si bien la información y descripción aportada en esta guía sobre entendiendo las vigas: claves para diferenciar fundación, equilibrio y arriostre tiene un carácter informativo general, puede ser de gran utilidad para distintos tipos de construcciones, porque ofrece un panorama claro de su uso en proyectos o situaciones que se pueden presentar cotidianamente cuando se aborda una determinada construcción. 

Un aspecto que merece la pena reiterar es la importancia que tienen las vigas de fundación, equilibrio o arriostre en una construcción, indistintamente de su magnitud; puesto que son elementos estructurales responsables de soportar todo el peso de las estructuras  a construir.

Es decir, son componentes imprescindibles en cualquier construcción, pudiendo optar por una o todas, atendiendo a la magnitud del proyecto (altura, cantidad de pisos, tipo de terreno, etc). Ya que estas piezas horizontales deberán sostener los techos o losas, muros, mobiliario y personas en las edificaciones; son las vigas de fundación, de equilibrio o de arriostre que garantizarán la rigidez, solidez, seguridad e integridad general de toda la estructura.

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