Arriostramientos. Tipologías. www.Prontubeam.com

Arriostramientos. Tipologías. FEM

Este artículo, como bien dice su nombre, va a tratar de arriostramientos. El objetivo

final es el de comparar mediante modelos de elementos finitos la efectividad de cada

uno.

Fuente: http://aceroarenas.blogspot.com.es/2012/02/contraventeos-cruz-de-san-andres.html

Vamos a comenzar dando una sencilla definición:

Arriostramiento es el elemento estructural que sirve para arriostrar, es decir, para

rigidizar o estabilizar la estructura impidiendo o limitando parcialmente los

desplazamientos/deformaciones de la misma.

Existen varias tipologías de arriostramientos: X (cruz de San Andrés), K, V invertida y

otras variantes de los mismos.

Para comprobar su efectividad vamos a recurrir a arriostrar la siguiente estructura en

el último vano y a comparar/ comentar las posibles ventajas/diferencias de cada uno al

igual que las variaciones en los desplazamientos.

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La estructura se encuentra cargada con 10kN/m simulando una carga lateral, cuenta

con pilares HEB200, vigas longitudinales IPE160 y todas las tipologías de

arriostramientos van a estar modelados con HEB100. Se trata de un ejemplo

puramente académico para comparar la efectividad de los arriostramientos, no

pretende ser una estructura real.

Comenzamos viendo desplazamientos de la estructura sin arriostrar. Como podemos

ver, se trata de 2.2 metros de desplazamiento en la parte superior de la estructura.

Inicialmente, este desplazamiento sería inadmisible.

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Y ratio al que están trabajando las barras a flexión comprobadas con el EC-3. De nuevo,

en la siguiente figura, vemos que en la base se superan los momentos máximos

admitidos por los perfiles usados.

Es interesante comprobar también como se transmiten los esfuerzos por compresión

en la estructura, por lo que mostramos como se produce esta transmisión en la

configuración inicial (vemos una estructura tendiendo a volcar, con tracciones en los

pilares izquierdos y compresiones en el derecho.

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Arriostramos con cruz de San Andrés

Si repetimos el mismo análisis realizado para la estructura sin arriostrar pero esta ver

con arriostramientos en cruz de San Andrés vemos una mejora increíble.

Empezamos viendo que ahora el máximo desplazamiento no se da en el dintel de

arriba, si no en la zona local de aplicación de las cargas.

El desplazamiento máximo en la parte superior de la estructura es de 8mm, es decir

del orden del 1% del desplazamiento de la estructura sin arriostrar y tan solo

añadiendo unos pocos kilos de acero a la estructura que podríamos reducir, incluso

duplicar la reducción, bajando los perfiles.

Analizamos los ratios para ver cómo han variado para buscar esta posible reducción de

perfiles. Vemos que salvo la zona local de aplicación de cargas, los pilares han bajado

de ratios 1.2 y 0.8 a ratios de 0.1, es decir, los pilares ya no trabajan a flexión.

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En cambio así es como nuestra estructura arriostrada funciona a compresión. Vemos

una estructura con una transmisión totalmente horizontal de esfuerzos hasta que los

hacemos descender por los arriostramientos. Ahora ya no hay tracciones en los pilares

de la izquierda, pero en cambio hemos sacrificado los pilares de la derecha. Habrá que

tener cuidado con posibles pandeos.

Muestro una comparación de los axiles en ambos modelos que creo que es muy

interesante:

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Como he mencionado, las compresiones llegan a multiplicarse por 5.

Arriostramos en V invertida

Como ha ocurrido con el arriostramiento en X, los máximos desplazamientos en la

estructura se dan localmente en el pilar de aplicación de la carga.

Vamos a obviar esa zona y vemos el resto de la estructura. En la siguiente imagen

hemos cambiado la escala para ver los desplazamientos en la estructura con un poco

más de detalle. En el dintel superior ahora tiene un desplazamiento de 13mm, 5mm

más que con el arriostramiento en X. No es muy grande la diferencia pero ya podría

hacer que nuestra estructura no valiese por desplome de pilares.

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Lo que sí que vemos es un aumento considerable en los momentos de las vigas donde

acomete el pico de la V invertida de los arriostramientos. El signo de los momentos ha

cambiado de positivo a negativo y el ratio (momento actuante) se ha duplicado. Vemos

que aunque los momentos en los pilares han subido un poco (estructura menos rígida

lo que obliga a los pilares a trabajar un poco más en ménsula) siguen sin ser notables,

al igual que pasaba con la tipología en “X”.

En cuanto a compresiones/tracciones, nos fijamos en como viajan las compresiones y

analizamos el cambio.

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Sin embargo el comportamiento en cuanto a axiles en totalmente distinto. Los pilares

se descargan notablemente (de 165kN a 96kN) mientras que son los arriostramientos

los que cogen ahora la carga mayor de compresión.

Elemento Arriost. en X (kN) Arriost. en V (kN)

Arriostramiento 1 nivel 100 153

Arriostramiento 2 nivel 50 94

Pilar 1 nivel 165 96

Pilar 2 nivel 50 9.5

Arriostramos en tela de araña

También se puede dar el caso en el que las longitudes para el arriostramiento en V

sean muy largas y que por motivos geométricos (una puerta) necesites realizar un

arriostramiento con una geometría distinta que permita salvar los impedimentos. Este

es el caso del arriostramiento en tela de araña (se le conoce con varios nombres, este

es uno de ellos).

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Analizando de nuevo los desplazamientos y obviando aquellos desplazamientos

producidos localmente en la zona de aplicación de las cargas, podemos ver que la zona

más afectada es la viga superior, con un desplazamiento de 12mm.

Tenemos un desplazamiento un poco menor que el arriostramiento en V invertida, ya

que hemos bajado de 13mm a 12mm.

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En cuanto a los ratios de las vigas a flexión según el EC-3, no se aprecia una diferencia

notable, ambos de comportan de forma semejante. Lo que nos permite esta tipología

es realizar algún giro más si la geometría nos obligase a ello.

En cuanto axiles, tampoco podemos apreciar especial diferencia ya que la forma de

transmitir esfuerzos parece semejante a la V invertida.

Conclusiones

- Arriostrar una estructura nos permite, como hemos visto reducir enormemente

los desplazamientos de la misma a la vez que nos permite ahorro de material

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- Una estructura arriostrada hace que los pilares dejen de trabajar como

ménsulas, ya que al existir unos elementos triangulados más rígidos hacen que

estos trabajen a tracción/compresión transmitiendo de esta manera los

esfuerzos a la cimentación en vez de por flexión como hacían los pilares

- Hemos visto que los arriostramientos en X son los que más rigidizan la

estructura, mostrando un comportamiento más lógico y uniforme de la

estructura

- Hemos comprobado que otros tipos como la V invertida dan resultados buenos

aunque puede penalizar la viga donde se apoya la V del arriostramiento

- Cuando Los arriostramientos son muy largos, podemos partir las luces

mediante triangulaciones usando los arriostramientos en forma de tela de

araña. Nos permite adaptarnos, al igual que los de V, a geometrías distintas en

las que por ejemplo, necesitemos salvar una puerta en medio del vano.

- Es importante resaltar que esto es un ejercicio meramente teórico en el que se

estudia una configuración del edificio. Jugando con perfilería y en función de

las cargas, podríamos obtener otros resultados

Antes de terminar me gustaría que os animaseis a dejar vuestras opiniones

profesionales en la zona de comentarios, valorando que arriostramientos trabajar

mejor. Si queréis que añada alguna parte al artículo con algún calculo/tipología que

hayáis calculado, contactad con Prontubeam@gmail.com y la añado.

Quiero terminar con una imagen que he encontrado en las redes sociales sobre las

esperas metálicas preparadas para realizar una unión que aparentemente va a ir bien

arriostrada

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Escrito por Carlos Corral. Autor de Prontubeam. www.Prontubeam.com