¿Para qué sirven las vigas y qué tipos hay?

Las vigas son uno de los elementos estructurales lineales más importantes de cualquier construcción. Su función principal es soportar cargas y transmitirlas a los pilares y la cimentación, lo que garantiza la estabilidad de edificios, puentes, naves industriales y viviendas. No hace falta ser arquitecto ni ingeniero estructural para reconocer su importancia: forman parte del esqueleto de prácticamente cualquier obra y son las responsables de que esta resista el paso del tiempo sin deformarse.

También conocidas como trabes en algunos países hispanohablantes, las vigas trabajan principalmente a flexión, generando en su sección esfuerzos de tracción y compresión que se reparten desde la fibra inferior hasta la superior. Su diseño y elección depende de muchos factores: el material, la luz a salvar, las cargas previstas y el tipo de apoyo. Por eso, en este artículo vamos a profundizar en qué son las vigas, para qué sirven exactamente, qué tipos existen según su forma, función y apoyo, qué materiales se emplean en su fabricación y qué normativa regula su uso en España y Europa.

En Initube somos una empresa especializada en el corte y mecanizado de tubos y perfiles metálicos con más de 40 años de experiencia en el sector metalúrgico. Por eso, además de la visión general, dedicaremos un espacio especial a las vigas de acero —los perfiles que pasan por nuestras manos a diario—, viendo sus principales aplicaciones, ventajas y cuándo conviene elegirlas frente a otros materiales como la madera, el hormigón armado o el aluminio.

¿Qué son las vigas?

Como acabamos de comentar, las vigas son elementos estructurales presentes en casi cualquier tipo de construcción. Están diseñadas para soportar cargas transversales, es decir, fuerzas que actúan perpendicularmente al eje longitudinal de la pieza. Su función principal es transmitir el peso de la estructura hacia los puntos de apoyo (pilares, muros o columnas), evitando que esta se deforme, agriete o colapse. Internamente, este trabajo genera tensiones de tracción en la zona inferior y de compresión en la superior, separadas por una línea imaginaria conocida como fibra neutra. 

De ahí que no paremos de comentar su importancia, ya que son parte del ‘esqueleto’ de edificios, puentes, techos y muchos otros tipos de construcciones o de parte de ellas. Sin ellas sería muy difícil prometer que un edificio podría mantenerse; desempeñan un papel crítico en la integridad y estabilidad de las estructuras. Son los pilares invisibles que sostienen el peso de edificios, puentes y otras construcciones, distribuyendo eficientemente las cargas y evitando deformaciones o colapsos. 

Es fundamental saber escoger los materiales y el tipo de vigas que se va a utilizar dependiendo de lo que se esté construyendo, las necesidades que tenga y el entorno que le vaya a rodear. No nos podemos fijar únicamente en su estética, sino en su practicidad.

¿Para qué sirven?

Ya hemos dado alguna pista, pero la verdad es que, tanto en ingeniería como en construcción, la utilidad de las vigas es multifacética. Entre ellas también podemos encontrar que sirven para:

• Soportar cargas. La función principal de las vigas es resistir y distribuir cargas, tanto cargas muertas (peso propio de la estructura, cubiertas, forjados) como cargas vivas (personas, vehículos, equipos, mobiliario). Se encargan de repartir ese peso a lo largo de su luz —la distancia entre apoyos— y transferirlo a pilares, muros o columnas, generando en su sección esfuerzos de flexión y cortante.

• Previenen deformaciones. Las vigas evitan que una estructura se deforme o se hunda por culpa de la carga. Al distribuirlas de manera uniforme y equilibrar, mantienen la integridad de la construcción.

• Reducen la aparición de luces. Las vigas permiten la construcción de estructuras con grandes luces, es decir, con mucha distancia entre apoyos. Sin ellas no podríamos disfrutar de espacios amplios y abiertos en edificios o estancia.

• Resisten cargas sísmicas y viento. Estos elementos contribuyen a la estabilidad y resistencia de una estructura frente a condiciones ambientales adversas, como terremotos o vientos fuertes e incluso huracanados. Lo consiguen distribuyendo las fuerzas que ejercen la presión de manera equilibrada, haciendo que sea más difícil encontrar un punto débil en el que comenzar a abrir grieta.

Materiales

Las vigas pueden estar hechas muchos y diversos materiales y, como hemos dicho, su elección dependerá de factores como su aplicación, el presupuesto con el que cuenta el proyecto y las condiciones ambientales. Los materiales más comunes para la creación de vigas suelen ser:

• Madera. Es económica, fácil de trabajar y adecuada para aplicaciones de carga moderada. Sin embargo, su resistencia y durabilidad son inferiores a otros materiales.

• Acero. Es uno de los materiales más utilizados en la fabricación de vigas, especialmente en estructuras de gran envergadura. Las vigas de acero estructural se obtienen mediante laminación en caliente y se comercializan en distintas calidades —las más habituales son S275 JR y S355 J2, reguladas por la norma UNE-EN 10025—. Su alta relación resistencia/peso, su soldabilidad y la posibilidad de aplicar tratamientos protectores (galvanizado, granallado o pintado) lo convierten en la opción preferida para naves industriales, puentes y edificación en altura.

• Hormigón. El hormigón armado combina la resistencia a compresión del hormigón con la resistencia a tracción del acero corrugado de su interior. Es una opción robusta, duradera y con excelente comportamiento frente al fuego. En su variante de hormigón pretensado o postensado, las armaduras se tensan antes o después del fraguado para aumentar aún más la capacidad portante de la pieza, lo que permite cubrir mayores luces con vigas más esbeltas. Esta tecnología requiere un cálculo más complejo que el de la teoría clásica de Euler-Bernoulli.

• Aluminio. El aluminio es un material liviano y resistente a la corrosión, lo que lo hace perfecto para aplicaciones en entornos donde la humedad es un factor clave. Las vigas de aluminio se utilizan mucho en estructuras marítimas y aeroespaciales.

• Hormigón pretensado. Variante del hormigón armado, las vigas de hormigón pretensado cuentan con barras de refuerzo, que se tensan antes de verter el hormigón. Así aumentamos su resistencia, ademas de ofrecer la posibilidad de crear vigas más delgadas y livianas.

Tipos

Como en casi todos los elementos de construcción, existen tipos de vigas, cada uno de ellos diseñado para satisfacer unas necesidades específicas. Algunos de los tipos más comunes son:

• Vigas en I y vigas en H. Estos perfiles estructurales se identifican por la forma de su sección transversal, compuesta por dos elementos diferenciados: el alma (parte central vertical) y las alas (placas horizontales superior e inferior). Dentro de las vigas en I encontramos los perfiles IPE e IPN; dentro de las vigas en H, los HEA, HEB y HEM. También existen los perfiles en U (UPN y UPE), muy utilizados como vigas secundarias y refuerzos. Esta geometría concentra el material lejos de la fibra neutra, lo que maximiza el momento de inercia y permite soportar cargas elevadas con el mínimo peso. Son la elección habitual en puentes, naves industriales y edificios en altura.

• Vigas en cajón (vigas de caja). Son una variante de los perfiles estructurales metálicos con sección transversal cerrada en forma rectangular o cuadrada. Esta geometría tubular les confiere una resistencia excepcional tanto a flexión como a torsión, y por eso se eligen en estructuras sometidas a esfuerzos combinados, como tableros de puente, largueros de grandes voladizos o vigas perimetrales de forjados.

• Vigas de celosía. Las vigas de celosía están formadas por elementos triangulares entrelazados. Son ligeras y perfectas para soportar cargas verticales y horizontales.

• Vigas de hormigón prefabricado. Estas vigas se fabrican con anterioridad a la construcción y se transportan al lugar en el que se está realizando el proyecto arquitectónico.

• Vigas de hormigón postensado. Al igual que las vigas de hormigón pretensado, estas vigas se tensan después de verter el hormigón. 

• Vigas Continuas. Este tipo de vigas se extienden sobre más de dos apoyos, distribuyendo las cargas de manera uniforme a lo largo de su longitud. Se crean para proyectos de gran envergadura, como puentes muy largos.

Vigas de acero

Lo prometido es deuda, así que ahora queremos centrarnos en un tipo de vigas concretas: las de acero, de las más usadas en la construcción de todo tipo de proyectos y estructuras. Estas piezas se encargan de soportar las cargas constructivas y transmitirlas a los elementos verticales que sostienen el edificio, como columnas o muros. Su excepcional resistencia, durabilidad y soldabilidad las hacen increíblemente populares en el sector, especialmente por su variedad de aplicaciones (vigas de entrepiso, columnas, armazones, tijeras estructurales, correas para techos y pisos, rieles, techos, puentes y losas…).

La robustez de las vigas de acero es innegable, pues esta aleación de hierro y carbono es capaz de soportar cargas significativas sin perder liviandad. Si se combina con hormigón da lugar al hormigón armado, una combinación que aporta aún más resistencia y estabilidad a la estructura.

En el ámbito europeo, las vigas de acero estructural se fabrican siguiendo la norma UNE-EN 10025 (calidades del acero) y la EN 10365:2017 (dimensiones y tolerancias de los perfiles). En proyectos de origen americano o influencia anglosajona, también es habitual encontrar referencias a los estándares ASTM A-572, ASTM A-6 y ASTM A-992, establecidos por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM Internacional). Además, el Eurocódigo 3 (EN 1993) y el CTE DB SE-A son las normas de cálculo que debe aplicar el proyectista al dimensionar la estructura.

Tipos de vigas de acero

Las vigas de acero tienen también diversas clases, las cuales se escogerán según las necesidades de la construcción. Veamos algunos de los tipos más comunes de vigas de acero junto a sus aplicaciones:

Vigas IPR

Se generan mediante el proceso de rolado en caliente y son conocidas por su excepcional resistencia. Se utilizan en la construcción de edificios, estacionamientos, naves industriales y muchas otras estructuras.

Vigas IPS

Fabricadas mediante laminado en caliente, las vigas IPS son altamente resistentes y se emplean para crear estructuras metálicas y salvar distancias considerables.

Vigas L

Son capaces de generar un soporte tanto horizontal como vertical. Se utilizan ampliamente en construcciones comerciales, urbanas y residenciales en las que se necesita su forma específica para soportar cargas.

Dinteles

Estos perfiles de acero están diseñados para soportar ventanas y puertas, aportando rigidez a la estructura sin representar una carga significativa para los muros.

Vigas Flitch

Este tipo es híbrido: está compuesto de acero y otros materiales (como madera), por lo que se le suman las propiedades de este nuevo añadido. Son capaces de generar adaptabilidad y fortaleza a diversas estructuras.

Largueros

Los largueros de acero se emplean como soporte adicional en construcciones, especialmente en viaductos, puentes colgantes y para soportar cargas en losas de piso o techo.

Viguetas

Estas vigas se utilizan como cimientos de pisos superiores y son esenciales en la construcción de estructuras de entrepisos.

Vigas laminadas

Existen diferentes presentaciones de vigas laminadas, como HE, IPE, HEA, UPN y UPE, que se utilizan en muchos tipos de estructuras.

Clasificación de las vigas según el tipo de apoyo

Más allá del material o de la forma, existe otra clasificación fundamental a la hora de proyectar una estructura: la que atiende a cómo se apoya la viga. El tipo de apoyo determina directamente cómo se distribuyen las cargas, qué esfuerzos soportará la pieza y, en consecuencia, qué dimensiones y material son los más adecuados. Vamos a verlo en detalle:

Vigas simplemente apoyadas

Son las más comunes y sencillas. La viga descansa sobre dos puntos de apoyo (uno en cada extremo) y trabaja principalmente a flexión cuando se le aplica una carga. Una permite el giro y la otra impide el desplazamiento horizontal. Las encontrarás en forjados de viviendas, naves industriales y prácticamente cualquier estructura básica.

Vigas empotradas

En este caso, los extremos de la viga están fijados rígidamente a otro elemento estructural (un muro, un pilar o una losa), de forma que no pueden girar ni desplazarse. Esto reduce las flechas (deformaciones) y permite cubrir luces mayores con la misma sección. Son habituales en estructuras de hormigón armado y en construcciones que requieren gran rigidez, como puentes o voladizos.

Vigas continuas

Son aquellas que se apoyan sobre tres o más puntos, atravesando varios vanos sin interrupción. Reparten mejor las cargas que las simplemente apoyadas, lo que permite usar secciones más reducidas y ahorrar material. Se utilizan mucho en puentes de varios tramos, viaductos y forjados de edificios con varias crujías.

Vigas en voladizo (cantilever)

Son vigas que tienen un solo extremo empotrado, mientras que el otro queda libre, sin apoyo. La carga genera una flexión muy elevada en el empotramiento, por lo que requieren un cálculo riguroso y materiales de alta resistencia. Son las protagonistas de balcones, marquesinas, aleros y diseños arquitectónicos atrevidos donde se busca el efecto de “flotación” visual.

Vigas biempotradas y semiempotradas

Las biempotradas tienen ambos extremos completamente fijados, lo que minimiza la deformación pero genera grandes momentos en los apoyos. Las semiempotradas, por su parte, combinan un extremo empotrado con otro simplemente apoyado, ofreciendo un punto medio entre rigidez y flexibilidad. Se emplean en estructuras industriales y construcciones especiales.

Tipos de vigas según su función: viguetas, largueros, dinteles, vigas de tímpano y vigas hip

Dentro de una misma estructura conviven distintos tipos de vigas, cada una con un cometido específico. Conocerlas te ayudará a entender cómo se reparte el trabajo dentro del esqueleto de un edificio:

Viguetas

Son vigas más pequeñas que se colocan en serie y de forma paralela entre las vigas principales. Su función es servir de soporte a forjados, suelos y techos, distribuyendo el peso de la losa hacia las vigas mayores. Pueden ser de hormigón pretensado, acero o madera, y son uno de los elementos más característicos de los entrepisos en edificación residencial.

Largueros

Los largueros son vigas dispuestas longitudinalmente a lo largo de toda la estructura, especialmente en obras suspendidas en el aire como puentes y viaductos. Actúan como “cimientos horizontales”, recogiendo las cargas de las viguetas o del tablero y transmitiéndolas a los apoyos principales. También se utilizan en cubiertas de naves industriales y estructuras metálicas de gran luz.

Dinteles

El dintel es una viga horizontal que se coloca sobre las aberturas de los muros: puertas, ventanas, arcos o vanos en general. Su misión es soportar el peso del muro que queda por encima del hueco, evitando que este colapse. Los dinteles pueden ser de hormigón armado, acero (con perfiles HEM, IPE o IPN) o, en construcciones tradicionales, de piedra o madera.

Vigas de tímpano

Las vigas de tímpano se colocan en los extremos superiores de las paredes exteriores de un edificio, normalmente bajo cubiertas a dos aguas. Cumplen una doble función: soportar parte del peso de la cubierta y mantener alineadas las paredes para evitar desplazamientos. Son habituales en naves, almacenes y edificios con cubierta inclinada.

Vigas hip (vigas de limatesa)

Las vigas hip, también conocidas como vigas de limatesa, son las que recorren la diagonal en cubiertas a cuatro aguas, donde se encuentran dos faldones inclinados. Reciben las cargas de las vigas secundarias (los pares) que parten de ellas en ángulo y las transmiten al apoyo. Son típicas en construcciones residenciales con tejados tradicionales.

Pilares y columnas

Aunque técnicamente no son vigas (trabajan a compresión, no a flexión), conviene mencionarlos porque conforman el sistema con ellas. Mientras las vigas son horizontales y reciben cargas transversales, los pilares son verticales y conducen esas cargas hasta la cimentación.

Vigas IPE vs IPN: diferencias y cuándo elegir cada una

Si trabajas o has trabajado con perfiles de acero, seguro que te has cruzado con las siglas IPE e IPN. Ambos son perfiles laminados en caliente con sección en forma de “I”, ampliamente usados como vigas estructurales, pero presentan diferencias importantes que determinan su elección en cada proyecto.

¿Qué es una viga IPN?

El perfil IPN (I Perfil Normal) es el más antiguo de los dos. Se caracteriza por tener alas con caras inclinadas (con una pendiente del 14%), es decir, el espesor del ala disminuye desde el alma hacia el borde. Sus uniones entre alma y ala son redondeadas, y los bordes de las alas también son curvos. Está normalizado por la DIN 1025-1.

¿Qué es una viga IPE?

El perfil IPE (I Perfil Europeo) es una evolución del anterior y el más utilizado actualmente en Europa. Sus alas son de caras paralelas, con espesor constante, lo que facilita su unión, soldadura y atornillado con otros elementos estructurales. Está regulado por la norma EN 10365:2017.

Diferencias entre IPE e IPN

¿Cuál elegir?

Para la inmensa mayoría de proyectos actuales se recomienda el perfil IPE. Ofrece la misma capacidad portante con menos peso, simplifica las uniones y es la opción estandarizada en la edificación europea. El IPN se mantiene en obras de rehabilitación o cuando se trabaja sobre estructuras antiguas que ya lo emplearon.

Normativa aplicable a las vigas de acero

El comportamiento de una viga no depende solo de su forma o material, sino también del cumplimiento de unas normas técnicas que garantizan su calidad, seguridad y trazabilidad. En España y en el resto de la Unión Europea, las vigas de acero estructural se rigen principalmente por las siguientes normativas:

UNE-EN 10025: aceros estructurales

La UNE-EN 10025 es la norma europea, publicada en España por AENOR, que define las condiciones técnicas de suministro de los productos laminados en caliente de aceros estructurales no aleados y de grano fino. Establece la composición química, las propiedades mecánicas, la soldabilidad y los ensayos a los que deben someterse los aceros utilizados en perfiles y chapas.» Se divide en seis partes, siendo las más relevantes:

• UNE-EN 10025-1: condiciones técnicas generales de suministro.
• UNE-EN 10025-2: aceros estructurales no aleados (los más comunes: S235, S275, S355).
• UNE-EN 10025-3 y -4: aceros soldables de grano fino.
• UNE-EN 10025-5: aceros con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica.
• UNE-EN 10025-6: productos planos de aceros con alto límite elástico.

EN 10365:2017: dimensiones y tolerancias

La EN 10365:2017 es la norma europea que recoge las dimensiones, masas y tolerancias de los perfiles laminados en caliente de uso estructural. Sustituye a normas anteriores como la EN 10024, EN 10034 y EN 10056. Define las medidas exactas de perfiles tan habituales como IPE, HEA, HEB, HEM, UPN y UPE, garantizando que cualquier perfil fabricado en Europa cumpla con las mismas especificaciones geométricas.

Otras normativas relevantes

• Eurocódigo 3 (EN 1993): establece las reglas para el proyecto de estructuras de acero. Es la norma que utilizan ingenieros y arquitectos para calcular y dimensionar las vigas.
• Código Técnico de la Edificación (CTE), DB SE-A: en España, el documento básico de Seguridad Estructural – Acero adapta el Eurocódigo 3 al marco normativo nacional.
• DIN 1025: norma alemana, todavía referenciada para algunos perfiles antiguos como el IPN.
• EN ISO 1461: regula el galvanizado en caliente de los perfiles de acero.

Cumplir estas normas no es opcional: garantiza que la viga rendirá según lo previsto en el proyecto y que la estructura será segura durante toda su vida útil.

¿Cómo se calcula una viga? Conceptos básicos de flexión y momento flector

El cálculo de una viga es un proceso técnico que corresponde a ingenieros y arquitectos, pero entender los conceptos básicos te ayudará a comprender por qué se eligen unas dimensiones u otras y por qué la forma de la sección importa tanto como el material.

El esfuerzo de flexión

Cuando una viga recibe una carga vertical, tiende a curvarse hacia abajo. Esa deformación se conoce como flexión. En la parte superior de la viga se generan tensiones de compresión (las fibras se acortan), mientras que en la parte inferior aparecen tensiones de tracción (las fibras se alargan). Justo en el centro existe una línea imaginaria llamada fibra neutra, donde no hay tensión.

El momento flector

El momento flector es la magnitud que mide la intensidad con la que una sección de la viga tiende a girar o curvarse por efecto de las cargas. Se expresa en kilonewton·metro (kN·m) y depende de la magnitud de la carga, su posición y la luz entre apoyos. Cuanto mayor es el momento flector, mayor debe ser la capacidad resistente de la viga en ese punto.

El momento de inercia

Aquí entra en juego la geometría: el momento de inercia (I) es una propiedad de la sección transversal que indica su resistencia a la flexión. A mayor inercia, mayor capacidad de resistir cargas sin deformarse. Por eso las vigas en I, H o cajón son tan eficientes: concentran el material lejos de la fibra neutra (en las alas), maximizando la inercia con el menor peso posible.

Otros esfuerzos a considerar

• Esfuerzo cortante: aparece cerca de los apoyos, donde la viga tiende a “rebanarse” verticalmente.
• Torsión: giro sobre el eje longitudinal, frecuente en vigas perimetrales de forjados.
• Esfuerzo axial: compresión o tracción en el sentido de la longitud, normalmente bajo en vigas pero relevante en estructuras mixtas.

Las teorías de cálculo

El comportamiento de las vigas se modela mediante teorías matemáticas. Las dos más utilizadas son:

• Teoría de Euler-Bernoulli: la más extendida. Asume que las secciones planas siguen siendo planas tras la deformación. Es muy precisa para vigas esbeltas (luz mucho mayor que el canto).
• Teoría de Timoshenko: tiene en cuenta el efecto del esfuerzo cortante en la deformación. Se usa en vigas cortas o muy cargadas, donde Euler-Bernoulli pierde precisión.

La fórmula básica de la flexión

La tensión normal máxima en una viga sometida a flexión simple se obtiene con la fórmula:

$$\sigma = \frac{M \cdot y}{I}$$

Donde σ es la tensión, M el momento flector, y la distancia desde la fibra neutra al punto considerado, e I el momento de inercia. Esta sencilla expresión es la base de todo el dimensionado estructural moderno y explica por qué dos vigas del mismo material pueden comportarse de forma muy distinta solo cambiando su forma.

Ventajas y desventajas de las vigas según el material

Cada material aporta cualidades distintas que lo hacen idóneo para unos proyectos y poco recomendable para otros. Esta tabla comparativa resume las principales ventajas e inconvenientes de los materiales más utilizados en la fabricación de vigas:

Vigas perfectas para proyectos sólidos

Como has podido comprobar, las vigas son piezas clave del esqueleto de cualquier construcción y su correcta elección —material, perfil estructural, sección y tipo de apoyo— depende de las exigencias específicas de cada proyecto. Para que un perfil IPE, HEA, HEB o HEM ofrezca durante décadas todas sus propiedades mecánicas, es imprescindible que su corte y mecanizado sea preciso, respete las tolerancias de la EN 10365:2017 y minimice la afectación térmica del material.

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