Cálculo de vigas
Cargas, apoyos y reacciones, esfuerzos cortantes y momentos flectores: cómo se calcula una viga para que resista con seguridad, con 8 ejercicios resueltos paso a paso.
// Índice de contenidos
¿Qué vas a aprender?
1Tipos de apoyos
En las estructuras existen elementos de apoyo y enlace entre los diferentes elementos estructurales. Estos apoyos restringen los movimientos que puede tener la estructura. Por cada movimiento impedido aparece una reacción (R). Existen 3 tipos de apoyos con sus respectivas reacciones:
Impide el movimiento horizontal (RAx)
Impide el movimiento vertical (RAy)
Permite el giro en el plano xy
Permite el movimiento horizontal
Impide el movimiento vertical (RAy)
Permite el giro en el plano xy
Impide el movimmiento horizontal (RAx)
Impide el movimiento vertical (RAy)
Impide el giro en el plano xy (MA)
2Tipos de cargas
Las cargas son independientes de los tipos de apoyos, por lo que para la representación usamos los apoyos fijos. Estudiamos 2 tipos de cargas:
Se considera aplicada en un único punto.
Se considera repartida por un cierto espacio de forma uniforme.
Transformar la carga repartida en una fuerza
Hay que transformar la carga en una fuerza que se sitúa en el punto medio. Dicha fuerza es igual a la carga por la longitud total donde se aplica la carga.
3Tipos de vigas
Según los apoyos, las vigas pueden clasificarse en:
Tiene un apoyo en cada extremo (fijo-móvil ó móvil-fijo). Puede girar libremente en el plano xy. Genera fuerzas de reacción verticales en los apoyos.
Es una viga fija en ambos extremos. No puede girar ni desplazarse en los puntos de apoyo. Genera fuerzas de reacción verticales, horizontales y momentos de reacción en los puntos de apoyo.
La viga está fija en un extremo (empotrada) y tiene el otro extremo libre (en voladizo). Genera fuerzas de reacción verticales y momentos de reacción en el apoyo.
Es una viga que tiene apoyos en ambos extremos y uno o más apoyos intermedios. Estos apoyos adicionales pueden ser simplemente apoyados o empotrados.
4Condiciones de equilibrio estático
Para que un sólido esté en equilibrio, deben cumplirse 2 condiciones:
La suma de las fuerzas en el eje longitudinal x y en el eje transversal y deben ser nulas.
ΣFy = 0
La suma de los momentos de fuerza respecto a cualquier punto debe ser igual a cero. Esto garantiza que no haya rotación o giro neto del sólido.
5Momento de una fuerza
El momento de una fuerza provoca el giro del cuerpo sobre el que actúa. Para el cálculo de vigas, las fuerzas o reacciones que provocan el momento son perpendiculares a la viga, por tanto se puede calcular el momento (M) de una fuerza:
6Proceso de cálculo de ejercicios
- ΣFx = 0 → suma de fuerzas horizontales
- ΣFy = 0 → suma de fuerzas verticales
- ΣM = 0 → suma de momentos respecto a un punto → tomaremos el apoyo B
Criterio de signos
- a) 1º calculamos las fuerzas cortantes por tramos sumando las fuerzas (cargas y reacciones) que haya en cada tramo; 2º calculamos los momentos flectores por tramos a partir de las fuerzas cortantes.
- b) 1º calculamos los momentos flectores; 2º calculamos las fuerzas cortantes derivando los momentos flectores: V = dM/dx
// Ejercicio 1 · 2024 Jun. ord.
E1Viga simplemente apoyada con carga puntual
Paso 1 · Diagrama de cuerpo libre (DCL)
Paso 2 · Condiciones de equilibrio
Paso 3 · Esfuerzo cortante (V) y momento flector (M) por tramos (opción a)
Consideramos un corte de la viga desde A a una distancia x justo antes de la carga.
Consideramos ahora un 2º corte pasada la carga P, para una distancia x antes del 2º apoyo.
Resumiendo:
| 0 ≤ x ≤ 5 | 5 ≤ x ≤ 12 | |
|---|---|---|
| Fuerza cortante V (kN) | V1 = 4'67 | V2 = −3'33 |
| Momento flector M (kN·m) | M1 = 4'67·x | M2 = 40 − 3'33·x |
Paso 4 · Diagramas de esfuerzo cortante (V) y momento flector (M)
Sustituimos en x = 0, x = L1 = 5 y x = L1+L2 = 12:
// Ejercicio 2 · 2025 Jul. extraord.
E2Viga simplemente apoyada con carga uniformemente repartida (rectangular)
a) Diagrama de cuerpo libre (DCL)
La carga repartida se transforma en una fuerza en el punto medio: P = q·L = 1'2·7 = 8'4 kN.
b) Esfuerzo cortante y momento flector
Al ser una carga uniformemente distribuida a lo largo de toda la viga, solo tenemos un tramo (un corte) a una distancia x del apoyo A.
| 0 ≤ x ≤ 7 | |
|---|---|
| Fuerza cortante V (kN) | V = 4'2 − 1'2·x |
| Momento flector M (kN·m) | M = 4'2·x − 0'6·x² |
c) Diagramas de esfuerzo cortante (V) y momento flector (M)
d) Ejemplos reales
- Viga que soporta el peso de un forjado.
- Estante de una estantería con objetos (libros) distribuidos de forma homogénea.
- Dintel y marcos de ventanas/puertas (el dintel es la viga que soporta el muro).
- Tubería larga con 2 apoyos cuya carga es el peso de la tubería y el fluido que contiene.
// Ejercicio 3 · 2025 Jun. ord.
E3Viga en voladizo con carga puntual
a) Diagrama de cuerpo libre (DCL)
b) Esfuerzo cortante y momento flector por tramos
Consideramos un corte desde A a una distancia x justo antes de la carga P, y un segundo corte pasada la carga P (a una distancia x antes del 2º apoyo).
Resumiendo:
| 0 ≤ x ≤ 5 | 5 ≤ x ≤ 12 | |
|---|---|---|
| Fuerza cortante V (kN) | V1 = 8 | V2 = 0 |
| Momento flector M (kN·m) | M1 = 8·x − 40 | M2 = 0 |
c) Diagramas de esfuerzo cortante (V) y momento flector (M)
Para sacar el momento flector, sustituimos:
d) Ejemplos reales
- Brazo de una grúa.
- Brazo horizontal que sostiene un semáforo.
- Viga o losa de hormigón que es la estructura de un balcón (carga puntual → maceta grande).
// Ejercicio 4 · 2024 Jul. extraord.
E4Viga en voladizo con carga uniformemente repartida (rectangular)
Diagrama de cuerpo libre (DCL)
Fuerza equivalente en el punto medio: P = q·L = 1'2·7 = 8'4 kN.
Esfuerzo cortante y momento flector
Como tenemos una carga uniformemente repartida a lo largo de la viga, solo tenemos un único tramo (un corte) a una distancia x desde A.
| 0 ≤ x ≤ 7 | |
|---|---|
| Fuerza cortante V (kN) | V = 8'4 − 1'2·x |
| Momento flector M (kN·m) | M = 8'4·x − 0'6·x² − 29'4 |
Diagramas de esfuerzo cortante (V) y momento flector (M)
Sustituyendo:
// Ejercicio 5 · Galicia 2024 Jul. extraord.
E5Viga con dos apoyos y cargas en los extremos
Diagrama de cuerpo libre (DCL)
Condiciones de equilibrio
Esfuerzo cortante y momento flector · 3 tramos
Resumiendo:
| 0 ≤ x ≤ 3 | 3 ≤ x ≤ 8 | 8 ≤ x ≤ 12 | |
|---|---|---|---|
| Fuerza cortante V (N) | V1 = −500 | V2 = −340 | V3 = 800 |
| Momento flector M (N·m) | M1 = −500·x | M2 = −340·x − 480 | M3 = 800·x − 9600 |
Diagramas de esfuerzo cortante (V) y momento flector (M)
// Ejercicio 6 · McGraw Hill, pág. 81 ej. 9
E6Viga en voladizo con carga puntual y carga uniformemente distribuida
Diagrama de cuerpo libre (DCL)
Esfuerzo cortante y momento flector · 3 tramos
Resumiendo:
| 0 ≤ x ≤ 2 | 2 ≤ x ≤ 5 | 5 ≤ x ≤ 8 | |
|---|---|---|---|
| Fuerza cortante V (N) | V1 = 200 | V2 = 150 | V3 = 400 − 50·x |
| Momento flector M (N·m) | M1 = 200·x − 1075 | M2 = 150·x − 975 | M3 = −25·x² + 400·x − 1600 |
Diagramas de esfuerzo cortante (V) y momento flector (M)
// Ejercicio 7 · Libro José Otero, pág. 63 ej. 9
E7Viga simplemente apoyada con carga puntual y carga uniformemente distribuida
Diagrama de cuerpo libre (DCL)
Esfuerzo cortante y momento flector · 3 tramos
Resumiendo:
| 0 ≤ x ≤ 2 | 2 ≤ x ≤ 3 | 3 ≤ x ≤ 5 | |
|---|---|---|---|
| Fuerza cortante V (kN) | V1 = −30·x + 72 | V2 = 12 | V3 = −48 |
| Momento flector M (kN·m) | M1 = −15·x² + 72·x | M2 = 12·x + 60 | M3 = −48·x + 240 |
Diagramas de esfuerzo cortante (V) y momento flector (M)
// Ejercicio 8 · 2026 orientativo
E8Viga simplemente apoyada con dos cargas puntuales
Diagrama de cuerpo libre (DCL)
Esfuerzo cortante y momento flector · 3 tramos
Resumiendo:
| 0 ≤ x ≤ 2 | 2 ≤ x ≤ 5 | 5 ≤ x ≤ 7 | |
|---|---|---|---|
| Fuerza cortante V (kN) | V1 = 5 | V2 = 0 | V3 = −5 |
| Momento flector M (kN·m) | M1 = 5·x | M2 = 10 | M3 = −5·x + 35 |
