Luz y dimensiones estructurales en vigas. La relación ideal.

relación entre luces y dimensiones estructurales

La relación entre luz y dimensiones estructurales: una clave para diseñar elementos estructurales sometidos a flexión.

En este artículo analizamos la relación entre luz y dimensiones estructurales de un elemento sometido a flexión, y cuál es la distancia óptima entre apoyos.

Autora: Ana Fernández-Cuartero Paramio

Si bien la construcción de una losa puede resolver una geometría irregular, lo más frecuente son estructuras porticadas. En ellas planteamos pilares y vigas como estructura principal, y forjados como estructuras secundarias. La retícula puede ser más o menos regular, ajustada a la distribución de los espacios.

¿Cuál es la luz ideal de una viga?

Esta es la pregunta que nos hacemos al idear espacios en arquitectura con previsión de la estructura. La colocación de apoyos, ya sean muros o pilares, depende de las posibilidades de la estructura horizontal. Llamamos luz ideal a la que hace que nuestra estructura sea eficiente. Ésta será, dentro de todas las posibles, la que lleve menor gasto de materiales y mano de obra.

relación entre luces y dimensiones estructurales

Sin embargo la distancia entre los pilares puede establecerse, por conveniencia de diseño, por debajo de lo óptimo o por encima de lo recomendable. La distancia entre apoyos resultará:

1.- Escasa. En este tipo de estructuras el coste de los apoyos y su cimentación eleva el de la estructura. Los elementos son pequeños y sencillos, pero su número hace que la eficiencia disminuya.

2.- Excesiva. En estas estructuras la posición de pilares es de tal modo que las vigas han de sobredimensionarse. A veces estamos fuera del rango admisible, por exceso de canto. O bien tenemos demasiado cuelgue y no podemos compatibilizar el paso de instalaciones, entre otros problemas. En ambas circunstancias se ha de acudir a estructuras mixtas hormigón-acero o soluciones más complejas.

En el medio está la virtud, como tantas veces. 

Te lo mostramos en este vídeo y a continuación mediante un ejemplo  explicado:

Un ejemplo para ilustrarnos

Nos valdremos de un ejemplo con tres soluciones para ver la relación entre luces y dimensiones estructurales en vigas.

Supongamos un pórtico de 13 m de longitud total. Este puede ser un caso frecuente en pórticos de edificios pequeños o viviendas unifamiliares.

Plantearemos tres posibilidades: cuatro vanos, tres vanos y dos vanos.

Primer caso: 4 vanos

Repartiremos la luz total, 13 m, en cuatro vanos similares, según el esquema.

relación entre luz y dimensiones estructurales

Calculamos la vigas con la aplicación e-struc, Vigas de acero, para un forjado de chapa colaborante de 15 cm, acabado de tarima flotante y uso residencial vivienda.

El resultado es un perfil IPE 220:

relación entre luz y dimensiones estructurales

Este perfil tiene un canto de 220 mm y un peso de 26,20 kg/m.

Segundo caso: 3 vanos

Reducimos el número de apoyos. Repartimos los 13 metros en tres tramos entre 4 y 5 m, según el esquema:

relación entre luz y dimensiones estructurales

Al realizar el cálculo con e-struc el resultado es un perfil IPE 270:

relación entre luz y dimensiones estructurales

El IPE 270 tiene un canto de 270 mm y un peso de 36,10 kg/m

Si calculásemos los pilares, en el primer caso necesitaríamos 5 pilares, y 4 en el segundo. Además una zapata por pilar. Hay poca diferencia entre el peso y el canto del perfil en ambas opciones.

Tercer caso: 2 vanos

Veamos la tercera opción, con solo dos vanos de 6,5 m cada uno y las mismas cargas y condiciones que en los casos anteriores. Aún tenemos un pilar menos.

relación entre luz y dimensiones estructurales

El cálculo con e-struc indica un perfil IPE 400:

relación entre luz y dimensiones estructurales

El IPE 400 tiene un canto de 400 mm y un peso de 66,3 kg/m.

Sólo sería necesario colocar tres pilares y sus tres zapatas correspondientes. Sin embargo el canto aumenta en más de 10 cm y el peso es casi el doble. Deberíamos ir a un perfil HEB, porque probablemente el canto no entraría en nuestra altura máxima de forjado. Si calculamos un HEB con estas mismas condiciones, resulta un HEB 260.

relación entre luz y dimensiones estructurales

El canto del HEB 260 es de 250 mm, con lo que mejoramos la altura libre, pero el peso es de 68,2 kg/m, con lo que nos aproximamos a la solución IPE 400.

Por lo tanto, entre la solución óptima -luces entre 4 y 5 m- y la tercera opción, el incremento en cantidad de acero por m2 de estructura horizontal es del 188,9%, casi el doble.

¿Por qué se incrementa tanto el canto al aumentar la luz?

La razón es que las dimensiones vienen marcadas por las solicitaciones y la deformación. Las solicitaciones en flexión son principalmente el cortante y el momento flector. El cortante es proporcional a la luz y el momento flector es proporcional al cuadrado de la luz. La deformación, que en vigas llamamos flecha, es proporcional al cubo de la luz.

relación entre luz y dimensiones estructurales

Luz y dimensiones estructurales en vigas guardan por lo tanto una proporción exponencial. Es por ello que, llegados a un límite de luz, las secciones son desproporcionadas.

Por esta razón, a veces es necesario acudir a estructuras mixtas o poco convencionales y más costosas. La estructuras mixtas aprovechan las cualidades de materiales aquilatando dimensiones. También podemos ir a la colocación de apoyos intermedios, apeados sobre las vigas inferiores. Esta solución penaliza la estructura. Otras soluciones pasan por estructuras de tipo espacial o tridimensionales, losas o cerchas. Todas ellas precisan mayor mano de obra para su ejecución.

Esta cuestión podría plantearse igual con hormigón armado o con madera, puesto que se trata de un asunto de solicitaciones, no de materiales.

relación entre luces y dimensiones estructurales

Como conclusión, las luces pequeñas generan estructuras poco ajustadas, por el exceso de puntos de apoyo. Sin embargo las estructuras de grandes luces son poco eficientes y a veces requieren estructuras no convencionales. Una buena coordinación entre estructura y diseño tiene como resultado mayor eficiencia estructural y constructiva.

La aplicación e-STRUC te ayuda a calcular tus elementos estructurales de forma sencilla y segura, conforme al CTE.

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51 comentarios en “Luz y dimensiones estructurales en vigas. La relación ideal.

  1. Muy interesante . YO UTILIZO ESTRUCTURAS MIXTAS PARA GRANDES LUCES. SEGUIMOS APRENDIENDO

    1. Es agradable conocer de sus buenos criterios estructurales

      1. Muchas gracias por la buena crítica, nos alegra mucho una valoración tan positiva. Saludos!

    2. Muchas gracias por su colaboración. Me gustó mucho este ejemplo soy de Colombia y me gustaría recibir via wasat sus recomendaciones

      1. Mi wastah es+057 3217730045

  2. ME INTERERSA ESA INFORMACION

    1. Gracias, Oswaldo, te hemos enviado información vía e-mail. Saludos

  3. El cálculo estructural siempre es interesante y vuestro articulo hace que ademas parezca sencillo.

  4. Si necesito la informacion

    1. La aplicación e-STRUC es una app online para calcular elementos estructurales sencillos. Para información sobre e-STRUC puedes consultar en el enlace https://e-struc.com. Saludos

      1. Me gustaría saber mas sobre la luz máximas en perfiles de acero y viga o perfil a utilizar
        Ws-+584249367962

        1. Hola Erixon,
          Vamos a seguir introduciendo artículos en nuestro blog que puedan servirte de ayuda.

          Un saludo!

  5. Q recomienda para una viga de carga simplemente apoyada con luz de 4.7 una viga de concreto de peralte 45 cm, ipn 200 , o conduben 220×90 para una losa alivianada

    1. El material depende mucho de la disponibilidad en la zona y el tipo de obra. Las dimensiones dependen del cálculo, y éste de las dimensiones y también de la carga sobre la viga. Gracias por el comentario!

  6. muy buena la informacion como recomendacion para una luz de 4.40 en columna sembrada desde la zapata y viga ip 160mm para segundo y tercer piso en placa facil que me aconceja gracias…

    1. Recomendamos calcular la estructura, pues las dimensiones no dependen exclusivamente de la luz, sino también de las cargas: su posición, alternancias debidas al tipo de uso, etc.

  7. Gracias por tan interesante artículo que me ha ayudado a resolver la construcción de una estructura metálica para losa alivianada con placa colaborante. La luz mayor a 5 m me tenía preocupado por la flecha que podía producirse pero he reforzado conforme al criterio y el cálculo de esfuerzos.

    1. Gracias por tu comentario, César, nos alegramos mucho de que te haya resultado interesante y útil. Saludos!

  8. interesante todas las recomendaciones y de mucho cuidado me gustaria mas material para leer email. metalarmstrongdrywall.com

    1. Le recomendamos suscribirse a nuestra web y así recibirá los artículos nuevos. Muchas gracias por el comentario y saludos!

  9. Pieso cotruir un apartamento en un espasio de 6 x4 i me gutaria que me ayudarancon ideas debajo del apatamento estaria un espasio abierto para trabajar

    1. Hola Gregorio te sugerimos consultar con un arquitecto o arquitecta, que seguro que puede hacerte un proyecto a la medida de tus necesidades. Saludos y gracias por el comentario!

  10. buenas, tengo un terreno de 9.30 m de ancho o frontis por 15m de fondo el cual se puede construir 13 m en la planta baja quiero hacerlo diáfano y en la planta alta construir la vivienda o zona residencial , podría por favor orientarme sobre el tema de las zapatas y estructura ya que usaría tanto para el cerramiento y losas placas alveolares de 15 cm . Gracias

    1. Le recomendamos encargar el proyecto a un técnico, que sabrá cómo resolver su estructura. Muchas gracias por el comentario

  11. Excelente comentario
    Tengo un cliente que no quería muchas columnas
    Tenia una luz de 6.40mts y aún sigo estudiando calculo estructural
    Gracias sigan publicando para aprender más

  12. Cuando hice IPE, es un perfil normal de hierro

    1. Los perfiles normalizados se clasifican por la forma de su sección transversal. Una de las más frecuentes es la sección en I, llamada IPE.

  13. Buenos días tengo la construcción de un techo liviano acerolit. Pero tengo una distancia de 10 mt y el cliente no quiere columna de apoyo por efecto de estética… le sugerimos hacer una cercha de 10 mt .la estructura del techo tiene 3.40 de ancho x 10mt de largo . La altura será de 3.20 mt a 3.0 mt osea una sola agua..20 cm de caída… me podrían ayudar que tipo de cercha rectangular necesitaría para evitar flexión..gracias

    1. Buenos días Leo, te recomendamos encargar el diseño y el cálculo a un especialista. Saludos!

  14. Necesito la informacion

    1. Hola Jhony, te hemos respondido a tu correo con la información sobre e-STRUC. Puedes verlo también en https://e-struc.com

  15. Que vigas necesito para hacer un porche de 7 metros de largo por 2,50 de ancho, la viga larga va colocada entre dos puntos y la otra va cruzada una punta va soldada en el centro de la larga y la otra punta en una pared, va soportar unos 30 kg por metro cuadrado,
    Y haciendo lo mismo si coloco un pilar de 100x100x4 mm, en el centro para cortar tiro, que vigas puedo colocar, muchas gracias.
    Un saludo de Robin.

    1. Hola Robin, puedes calcularlo con e-STRUC y ver qué solución es más oportuna. Te hemos enviado enlaces a través de tu correo, pero el porche completo puedes ver cómo se calcula con e-STRUC en el vídeo https://youtu.be/0CU3uM6joGw de nuestro canal de YouTube. Saludos

  16. Tengo 1 tereno de 5 x 15 qiero hacer 3 pisos es necesario poner las vigas peraltadas q se ven feo en el techo considero q solo debe ser vigas chatas reforzadas xq la luz es de 5m

    1. Para luces de 5 m puedes calcular las vigas planas con e-STRUC, y así dejarlas integradas en el canto del forjado.

  17. No tengo mucha experiencia para los términos . Tengo una nave de 20 metros largo por 11 de ancho .
    Tiene 5 pórticos ipe 160 a 5 metros de distancia .
    Y las correas Z de 140 a 1,4o De separación .
    Los pórticos tienen vigas ipe 160 de apoyo .
    Con una pendiente de 13 %
    Como podría reforzarla para quitar chapa de cubierta y poner chapa colaborante ,una losa y teja arabe .

    1. Hola Jorge, Puedes comprobar los perfiles que tienes ahora para ver si serían válidos con el cambio de cubierta, o si es posible duplicarlos para que lleven menos carga, o sustituirlos. Tanto los pórticos como las viguetas y correas puedes comprobarlos con e-STRUC y estudiar la mejor solución, haciendo tantos cálculos como necesites para plantear las opciones posibles y elegir la mejor por coste y proceso constructivo. Puedes enviarnos las consultas a través del correo consultas@e-struc.com. Saludos

  18. Buenas tengo una distancia de 3.05 ancho × 380 largo ,,se pondrá placa fácil ,,mi pregunta ¿es necesario meter perfil estructural en en medio de 3.05 metros gracias.?

  19. Para poner placa fácil ,de medidas 3.metros ,de luz se necesita reforzar con perfil estructural gracias

  20. Practico inspirador con la elegancia de la sencillez de querer saber mas

  21. Hola. Tengo una nave de 11m de largo por 3,50 metros de ancho. Por consejo de un técnico no se hicieron vigas porque me dijo que tenía vigas internas. Para evitar que esta falta de vigas provoque consecuencias para la losa, decidí hacer soldar unos perfiles de hierro macizo donde deberían ir las vigas para evitar que el losa ceda o la estructura se resienta.
    La nave tiene muy buenas zapatas, columnas y cimientos pero no cuenta con estas vigas.
    Mi pregunta es si se puede levantar una construcción en seco encima de esta nave dado que necesito un dormitorio adicional.
    Gracias.

    1. Hola Lucrecia,
      Desde e-struc no podemos darle una solución a su pregunta sin conocer el proyecto. Su propuesta precisa de un estudio y cálculo de estructuras previo.
      Un saludo

  22. Muy interesante.
    Gracias

  23. tienen normas que te indiquen cual deberia ser la luz maxima permisible en estructuras de concreto armado

  24. Buenas ! Tengo que techar un techo que mide 12mtrs de largo por 5mtrs de ancho , que recomendaría ?

    1. Con vigas de ormigon y techo de loza

  25. estos ejemplos que nos explicaron, soportan losas o entrepisos o solo es para estructura finales (lamina ) ?

    1. Hola Fabio,
      Estos ejemplos son para elementos, vigas y pilares. En el caso de losas y forjados, es similar, pero no exactamente igual.

      Un saludo.

  26. Hola buenas tardes, estoy con un emprendimiento particular, queremos construir una cancha de futbol 5 de cesped sintetico. Las medidas de la cancha seran de 25mX35m contemplando la superficie de juego mas las distancias respecto de las paredes laterales y de fondo, la idea es que sea techada, y mi consulta es con respecto a las distancias que deberían tener las columnas unas de otras, teniendo en cuenta los 25m de ancho y la altura maxima de 6m.

    1. Hola Gonzalo,
      pues va a depender de del cerramiento de la cubierta y del tipo de piso de la gradas. Si puedes enviarnos mas datos de geometría y de acabados, intentaremos ayudarte.

      Gracias!

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