ARRIOSTRES o Arriostramiento.
El arriostramiento es una de las partes más esenciales y cruciales de las estructuras que ayuda a mejorar la estabilidad del edificio y resistir los terremotos.
El marco Arriostrado es básicamente un sistema estructurado diseñado para soportar los fuertes vientos y las fuerzas de los terremotos. No se permite que los miembros del marco arriostrado se balanceen lateralmente.
El propósito de proporcionar arriostramientos es garantizar una seguridad adicional contra cargas externas. Los edificios arriostrados están reforzados por elementos de acero y aumentan la resistencia a la tracción ya la compresión del edificio.
Los arriostramientos se utilizan principalmente en las estructuras de acero para resistir la fuerza lateral que actúa sobre las estructuras de acero debido al viento, terremoto, etc.
Un sistema de arriostramiento es una parte secundaria pero esencial de la estructura de un puente. Un sistema de arriostramiento sirve para estabilizar las vigas principales durante la construcción, para contribuir a la distribución de los efectos de la carga y para proporcionar sujeción a las alas o cordones comprimidos donde, de otro modo, podrían pandearse lateralmente. Este artículo proporciona orientación sobre el diseño de sistemas de arriostramiento.
Tipos de arriostramiento:
Hay principalmente dos tipos principales de sistemas de arriostramiento que se utilizan en la construcción de edificios que son los siguientes.
- -arriostramientos horizontales.
- -arriostramientos verticales.
1. Sistema de arriostramiento horizontal:
El sistema de arriostramiento horizontal consta de los arriostramientos que se proporcionan en cada piso en los planos horizontales y proporciona las trayectorias de carga para que las fuerzas horizontales puedan transferirse fácilmente a los planos de los arriostramientos verticales.
Los sistemas de arriostramiento horizontal están diseñados para transferir cargas horizontales desde las columnas en el perímetro de la estructura a los planos de arriostramiento vertical.
Las fuerzas horizontales sobre las columnas perimetrales se desarrollan debido a la presión de la fuerza del viento sobre la estructura. Hay dos tipos principales de sistemas de arriostramiento horizontal que se utilizan generalmente en la estructura de acero arriostrada de varios pisos, que son los diafragmas y el arriostramiento triangulado discreto.
En diafragmas, existen diferentes tipos de sistemas de forjados que proporcionan un perfecto diafragma horizontal, como los forjados mixtos, mientras que otros, como las losas prefabricadas de hormigón, necesitan de unas medidas específicas para ser satisfactorios para cumplir su cometido.
Por ejemplo, la estructura de acero y la losa de hormigón prefabricado deben unirse correctamente para evitar movimientos relativos.
2. Sistema de arriostramientos verticales:
En los planos verticales, los arriostramientos se encuentran entre las líneas de columnas, lo que proporciona las trayectorias de carga que se utilizan para transferir las fuerzas horizontales al nivel del suelo, y este sistema transferirá las cargas horizontales a los cimientos y soportará el balanceo general del edificio. .
Estos son los tipos de arriostramientos que se colocan entre las dos líneas de las columnas. También hay dos subtipos de arriostramientos verticales que son los siguientes:
2.1. arriostramientos cruzados:
Los arriostramientos transversales solo resisten esbeltamente las fuerzas de tensión, y no son las fuerzas de compresión las que proporcionan la estabilidad lateral necesaria que depende principalmente de la dirección de la carga.
2.2. Arriostramientos diagonales simples:
Mientras que los arriostramientos diagonales simples están diseñados para resistir tanto las fuerzas de tensión como las fuerzas de compresión. En esto, hay un miembro diagonal que se inserta en las áreas rectangulares del marco estructural que es bueno para la estabilización del marco.
- Los sistemas de arriostramiento se colocan a cerca de 45 grados para un sistema eficiente, y esta disposición es fuerte y compacta.
- Los arriostramientos verticales están diseñados principalmente para resistir las altas cargas de viento y las fuerzas horizontales actuantes.
- Se proporcionan un mínimo de dos planos verticales en cada una de las direcciones ortogonales para evitar el colapso desproporcionado. El mayor número de planos verticales de los arriostramientos que se instalan ayuda a mejorar la
- estabilidad estructural.
Ventajas de los sistemas de arriostramiento:
Son varios los beneficios por los cuales se utilizan los sistemas de arriostramiento en las estructuras que se detallan a continuación:
- Los sistemas de arriostramiento se utilizan para resistir el pandeo de la viga principal en la estructura.
- También ayuda a distribuir por igual las cargas laterales y las cargas verticales entre las vigas principales.
- Es rentable y muy fácil y flexible de diseñar y obtener la resistencia y rigidez requeridas.
- Los pórticos arriostrados tienen buena resistencia a vientos de alta velocidad y fuerzas sísmicas en comparación con los edificios no arriostrados.
- La reducción del desplazamiento lateral es una de las principales ventajas de utilizar un sistema de arriostramiento.
Desventajas de los sistemas de arriostramiento:
También hay algunas desventajas de los sistemas de arriostramiento que son las siguientes.
La longitud de la luz de las estructuras está restringida a 40 pies cuando están reforzadas.
La construcción de los sistemas de arriostramiento requirió mano de obra calificada.
Arriostramientos en Truss.
Los refuerzos se vuelven a instalar para mantener las cerchas en una posición estable para evitar que la estructura se doble bajo la presión de los fuertes vientos y las fuertes lluvias.
Las estructuras de menos de 12 pies de ancho no requieren refuerzos de armadura. Los tirantes de la armadura deben instalarse dentro de las secciones de la armadura.
Control de pandeo de las vigas principales
La razón más común para proporcionar arriostramiento en un puente compuesto de acero y hormigón es el control del pandeo en las vigas principales durante la construcción.
En los puentes mixtos, el peso del hormigón húmedo impone una flexión significativa de las vigas de acero desnudas y es necesario restringir el ala comprimida contra el pandeo (en la dirección del eje menor).
Cuando se completa, la plataforma de concreto proporciona restricción lateral a las alas superiores a lo largo de toda la longitud del puente y luego las únicas partes de las vigas que tienden a pandearse son las alas inferiores en las regiones de acaparamiento adyacentes a los soportes intermedios.
En una viga sin arriostramiento, las alas comprimidas de las vigas principales tienden a pandearse horizontalmente, lo que hace que la viga se tuerza, lo que se conoce como pandeo lateral torsional. Esto se puede resistir mediante arriostramientos que proporcionen restricción lateral directa a las alas comprimidas o restricción torsional a toda la viga.
Se puede utilizar un tonelaje pequeño de arriostramiento de acero para aumentar enormemente la resistencia a la flexión de las vigas principales.
El arriostramiento en planta es quizás la forma más obvia de evitar el pandeo lateral de un ala comprimida. Esto se debe a que el arriostramiento en planta proporciona restricción lateral, es decir, evita que las alas comprimidas de las vigas se muevan hacia los lados.
El arriostramiento en planta toma la forma de miembros diagonales, generalmente secciones en ángulo, que conectan las alas de compresión de las vigas principales para formar una armadura cuando se ve en planta. Esto crea una estructura que es muy rígida en respuesta al movimiento lateral. Con el movimiento lateral de las alas comprimidas así resistido, la media longitud de onda para el pandeo se reduce a la longitud entre arriostramientos.
La mayoría de los arriostramientos en planta estarán al nivel del ala superior. Para los puentes compuestos de acero, esto permite que el arriostramiento plano se moldee dentro de la losa de la plataforma, por lo que no es necesario pintarlo y la parte inferior del puente tendrá una apariencia limpia y sin arriostramientos. Sin embargo, donde hay momentos de acaparamiento en las vigas principales, es posible que se necesiten arriostramientos en el ala inferior.
El arriostramiento plano no es común en los puentes compuestos de acero modernos. La razón principal por la que no se usa es porque el arriostramiento en planta sobre el ala superior entra en conflicto con el encofrado permanente de la plataforma. Sin embargo, es posible colocar el arriostramiento en planta debajo de la losa del tablero.
Si el arriostramiento en planta no está colado dentro de la plataforma y va a permanecer en la estructura al finalizar, se debe verificar el desempeño del arriostramiento en servicio. Debido a que el arriostramiento se extiende parcialmente en la dirección longitudinal, se inducirán esfuerzos longitudinales en el arriostramiento. Las tensiones se pueden determinar calculando los desplazamientos globales de la estructura e imponiéndolos en el arriostramiento, o agregando el arriostramiento a un modelo estructural 3D integral. No se necesitan verificaciones para el arriostramiento dentro de la losa de la plataforma, porque la rigidez adicional del acero será insignificante y el concreto restringe el arriostramiento contra el pandeo.
El arriostramiento plano se puede utilizar para formar una viga de "caja virtual". Esta es una alternativa a la viga cajón que evita los riesgos para la salud y la seguridad asociados con los espacios confinados interiores de las vigas cajón. La caja virtual utiliza la losa de cubierta o la placa de cubierta y el arriostramiento en planta entre las alas inferiores de dos vigas I adyacentes para formar una forma con rigidez torsional que se puede usar en lugar de una viga cajón.
Diseño de arriostramiento en planta
Dado que se proporcionan arriostramientos en planta para restringir las vigas en condiciones de hormigón húmedo, los cálculos se realizarán para la estructura de acero desnudo.
El método de PD 6695-2[4] cláusula 5 se aplica al caso de restricciones laterales rígidas. El método consiste en calcular la esbeltez adimensional λLT a partir de la cual se puede determinar la resistencia a la flexión de cálculo utilizando las cláusulas 6.3.2.2(1) y 6.3.2.1(3) de EN 1993-2[3]. Para ver si se puede suponer que las restricciones son rígidas, se puede usar el requisito dado en PD 6695-2[4], cláusula 5.3. Esto requiere la determinación de la rigidez del sistema de arriostramiento en planta.
La rigidez del sistema de arriostramiento plano es la rigidez de toda la estructura. El método sugerido es usar un modelo estructural 2-D, representando la estructura de acero del puente en planta, y aplicando cargas unitarias a todas las posiciones de arriostramiento, actuando en la misma dirección, para dar el peor caso de deflexión lateral. Si el arriostramiento en planta está solo en el ala superior, en el modelo se toma el segundo momento de área como el del ala comprimida únicamente, flexionando lateralmente.
Si no se encuentra que el sistema de arriostramiento sea rígido, no hay otro método simplificado disponible y, a menos que se cambie el diseño para hacer que el arriostramiento sea más rígido, un análisis de pandeo crítico elástico será la única forma de determinar la resistencia de diseño a la flexión.
