Centro de cortante

• En resistencia de materiales, el centro de cortante, también llamado centro de torsión, centro de cortadura o centro de esfuerzos cortantes (CEC), es un punto situado en el plano de la sección transversal de una pieza prismática como una viga o un pilar tal que cualquier esfuerzo cortante que pase por él no producirá momento torsor en la sección transversal de la pieza.

• Cuando existe un eje de simetría el centro de cortante está situado sobre él.

• En piezas con dos ejes de simetría el centro de cortante coincide con el centro de gravedad de la sección

Definición del centro de cortante

• Si usamos la coordenada x para medir distancias a lo largo del eje de una pieza prismática y las coordenadas (y, z) para las coordenadas de cualquier punto sobre una sección transversal. El centro de cortantes es el punto definido por las coordenadas (yC, zC) dadas por:

• Donde son los momentos de área y el producto de inercia. Y donde son los productos de inercia sectoriales

Coincidencia del centro de cortantes y el polo de torsión

• Cuando un prisma mecánico, viga o pilar con asimetrías en su sección transversal se somete a flexión aparece torsión girando toda la sección alrededor de un cierto punto llamado polo de torsión. Puede demostrarse que el polo de torsión y el centro de cortantes coinciden.

Viga• En ingeniería y arquitectura se denomina viga a

un elemento constructivo lineal que trabaja principalmente a flexión.

• En las vigas, la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal.

• El esfuerzo de flexión provoca tensiones de tracción y compresión, produciéndose las máximas en el cordón inferior y en el cordón superior respectivamente, las cuales se calculan relacionando el momento flector y el segundo momento de inercia.

• En las zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes o punzonamiento.

• Estructuralmente el comportamiento de una viga se estudia mediante un modelo de prisma mecánico.

Perfiles de sección de vigas

Perfil T

• Un perfil T es un prisma mecánico, frecuentemente fabricado en acero laminado cuya sección tiene forma de T. También pueden construirse vigas de hormigón con sección en T, con resistencia similar a las sección cuadrada maciza pero con ahorro de material.

Perfil doble T• Un perfil doble T (o perfil I o H) es un perfil

laminado o armado cuya sección transversal está formada por dos alas y un alma de unión entre ellas. Generalmente se usan como vigas de flexión, cuando los esfuerzos de torsión son pequeños.

• Todos los perfiles doble T presentan un buen comportamiento para la flexión provocada por un momento flector cuya dirección vectorial sea perpendicular al alma central. De hecho en esa situación los perfiles doble T constituyen una solución muy económica. Por esa razón los perfiles doble T se usan para vigas en flexión recta.

Perfil U• Un perfil UPN es un tipo de producto

laminado cuya sección tiene forma de U.

• Se usan como soportes y pilares, soldando dos perfiles por el extremo de las alas, formando una especie de tubo de sección casi cuadrada, con momento de inercia muy semejante en sus dos ejes principales. Adicionalmente, en algunos casos permite el uso del espacio interior para realizar conducciones.

Perfil L• El Perfil L es un tipo de producto

laminado cuya sección tiene forma de ángulo recto, con las alas de igual o distinta longitud. Las caras de éstas son paralelas entre sí, y la unión de las caras interiores está redondeada. Las alas tienen el borde exterior con aristas vivas, y el interior redondeado.

Sección Circular

• Con un esfuerzo de fluencia Fy=3.515 Kgf/cm² y una tensión a la flexión Fb=0.72xFy, la sección circular presenta valores de Inercia, radio de giro y torsión que le permiten soportar grandes cargas axiales, por lo que se recomienda su uso como columna.

Sección Cuadrada

• Al igual que la sección circular la compresión axial es muy eficiente, teniendo un Fy=3.515 Kgf/cm² y un Fb=0,69 xFy. Es recomendado su uso común como columna, para cargas axiales grandes, momentos moderados y (KL) grandes.

Sección Rectangular

• Los tubos de sección rectangular son muy resistentes a la flexión, permitiendo un mejor uso del material, con un esfuerzo de fluencia de Fy=3.515 Kgf/cm² y un Fb=0,72 x Fy. Igualmente, son muy eficientes a la compresión axial y son recomendados como vigas, para momentos grandes, cargas axiales moderadas y valores (KL) pequeños.

Diseño de vigas hechos de materiales compuestos

• Se entiende por material compuesto aquel formado a partir de dos o más materiales y que se caracteriza por poseer unas propiedades mejores que las de los materiales constituyentes por separado.

• se utiliza el término material compuesto para referirse a los polímeros armados con fibras (fibre reinforced polymers, FRP). Se trata de un material formado por dos fases: fibras y matriz.

ventajas• Los FRP han comenzado a utilizarse como materiales de construcción debido a que

poseen ciertas propiedades que hacen que su uso pueda resultar potencialmente ventajoso frente a materiales tradicionales como el hormigón o el acero. Entre estas propiedades pueden citarse:

• Gran ligereza y buenas características mecánicas, destacando sus elevadas resistencia y rigidez específicas y buena resistencia a la fatiga.

• Resistencia a la corrosión y al ataque de agentes ambientales.• Poseen una baja conductividad térmica y no producen interferencias con campos

electro-magnéticos, lo que les hace insustituibles en algunas aplicaciones. • Presentan gran libertad de formas y diseños, y existe la posibilidad de moldeo en

grandes piezas, por lo que en ocasiones de difícil ejecución con materiales tradicionales.

• Eligiendo el tipo de fibra y la matriz, el porcentaje de refuerzo y la orientación de las fibras, puede diseñarse el material con las características que requiera cada aplicación.

Desventajas• Pese a estas excelentes propiedades, su introducción en la

construcción se está produciendo lentamente debido a varias razones:

• Elevado precio, muy superior al del acero, al menos por unidad de

peso (la relación es menos desfavorable si se considera por unidad resistente).

• Degradación de sus propiedades a temperaturas no excesivamente elevadas, provocada por el deterioro de la matriz polimérica, aunque las fibras que se utilizan son más resistentes a los efectos térmicos.

• Inercia del sector, falta de conocimiento y experiencia por parte de los técnicos, y sobre todo falta de normativa y guías de diseño y construcción adecuadas, elaboradas sobre una base experimental firme.