Hoy exploramos un tema técnico relacionado con estructuras y su comportamiento, centrado en las celosías ortogonales y su uso en pasarelas y cimentaciones. A partir del material de referencia, se presentan conceptos clave sobre emparrillados, pórticos planos y nudos, así como las diferencias entre distintos tipos de vigas y su influencia en la rigidez, la deformación y el montaje.
Qué es una estructura reticulada y dónde se aplica
Una estructura reticulada es un armazón formado por barras conectadas en sus extremos mediante uniones articuladas. Todos los elementos se encuentran en el mismo plano y soportan principalmente fuerzas axiales de tracción o compresión, transfiriendo eficientemente las cargas a través de la estructura. Generalmente, estos miembros están dispuestos en unidades triangulares, ya que la estabilidad inherente del triángulo garantiza la rigidez global del sistema.
Estructuras de celosía espacial: se utiliza principalmente en la construcción de edificios de gran luz. Permite enlazar varios trusses entre sí para mantener un sistema tridimensional completo de transmisión de cargas, lo que le otorga una mayor rigidez, amplitud y una distribución más racional de los esfuerzos.
Idea general de las distintas configuraciones
Una estructura reticulada de acero o estructura de celosía espacial es un armazón formado por barras conectadas en sus extremos mediante uniones articuladas. Todos los elementos se encuentran en el mismo plano y soportan principalmente fuerzas axiales de tracción o compresión, transfiriendo eficientemente las cargas a través de la estructura.
Generalmente, estos miembros están dispuestos en unidades triangulares, ya que la estabilidad inherente del triángulo garantiza la rigidez global del sistema. Estructura de celosía espacial: se utiliza principalmente en la construcción de edificios de gran luz. Permite enlazar varios trusses entre sí para mantener un sistema tridimensional completo de transmisión de cargas, lo que le otorga una mayor rigidez, amplitud y una distribución más racional de los esfuerzos.
Tipos de estructuras reticuladas y su alcance funcional
Una estructura de celosía espacial puede soportar cargas provenientes de múltiples direcciones. La interacción entre las barras genera un sistema tridimensional estable. Por ejemplo, cuando se aplica una carga desigual, una estructura plana puede sufrir pandeo torsional, mientras que una estructura de celosía espacial resiste mejor este tipo de deformación gracias al efecto de restricción de su malla tridimensional.
En una estructura de celosía, los elementos soportan principalmente fuerzas axiales -ya sea tracción o compresión- siempre que cumplan los requisitos de resistencia. La forma y dimensiones de las secciones se optimizan según la estabilidad y la capacidad de carga, evitando el desperdicio de material. Estas estructuras ofrecen una utilización espacial flexible y pueden cumplir diversas funciones. En arquitectura, permiten integrar conductos, sistemas de ventilación y otros equipos dentro del propio armazón.
Emparrillados y pórticos planos: conceptos y diferencias
Las vigas continuas son tratadas, conforme la conveniencia como pórticos planos o emparrillados (si todas las cargas actúan normalmente a la viga en un mismo plano, como emparrillado; si hay cargas oblicuas o efectos de temperatura, como pórtico plano).
En Pórticos planos se consideran dos desplazamientos lineales, en el plano y una rotación en torno del eje normal al plano como “grados de libertad” de los nudos. En los emparrillados se consideran por nudo un desplazamiento lineal perpendicular al plano y dos rotaciones en torno de dos ejes ortogonales contenidos en el plano. Los esfuerzos internos son momentos flectores en torno de su eje de sección contenido en un plano, momentos de torsión (en torno al eje de la pieza) y esfuerzos cortantes en la dirección del eje de la sección normal a su plano.
Nudaje, movimientos y restricciones
Normalmente el punto en que concurren los ejes de dos o más barras es llamado nudo. Esta noción de nudo es entonces generalizado, designándose también como nudo la extremidad libre de una pieza en “voladizo” y también la extremidad de una barra vinculada a un apoyo. En el caso de un nudo “ficticio” al cual concurren dos barras cuyos ejes se sitúan en una misma recta. Las nudos de estructuras de pórtico plano pueden presentar dos desplazamientos lineales en dos direcciones ortogonales y una rotación o desplazamiento angular, en torno de un eje perpendicular al plano de la figura.
Con la articulación de los nudos, sus rotaciones no son consideradas, pues ningún efecto tendría sobre la estructura. En pórticos planos se consideran dos desplazamientos lineales, en el plano, y una rotación en torno del eje normal al plano como grados de libertad. En los emparrillados se consideran por nudo un desplazamiento lineal perpendicular al plano y dos rotaciones en torno de dos ejes ortogonales contenidos en el plano.
Esfuerzos y utilidades internas
Los esfuerzos internos son momentos flectores en torno de su eje de sección contenido en un plano, momentos de torsión (en torno al eje de la pieza) y esfuerzos cortantes en la dirección del eje de la sección normal a su plano. En las celosías espaciales se pueden considerar por nudo tres desplazamientos lineales en tres direcciones ortogonales correspondientes al sistema de referencia adoptado. En los pórticos espaciales, por nudo, tres desplazamientos lineales y tres rotaciones, correspondientes a los tres ejes del sistema de referencia.
Emparrillados de cimentación
Los emparrillados recogen los pilares de la estructura en una única cimentación, consistente en zapatas corridas entrecruzadas en malla habitualmente ortogonal, de gran rigidez. Al igual que en las vigas de cimentación, los emparrillados son menos sensibles a las heterogeneidades, oquedades o a los defectos locales del terreno. Suelen emplearse cuando la presión admisible del terreno es baja, existe una elevada deformabilidad o se esperan importantes asientos diferenciales, aunque la alternativa es la losa de cimentación.
Figura 2. Esquema de emparrillado de cimentación. Figura 3. Emparrillado de cimentación con aligeramientos Daliforma.
Notas históricas y ejemplos relevantes
La Torre Eiffel es uno de los símbolos más reconocidos de París y de Francia; su estructura de celosía está formada por aproximadamente 18.000 componentes de acero, con un peso superior a las 7.000 toneladas y más de 5.300 planos de diseño. En el momento de su finalización, alcanzaba unos 300 metros de altura y fue la estructura de celosía más alta del mundo hasta 1930.
Resumen de conceptos clave
Una estructura reticulada de acero se apoya principalmente en fuerzas axiales y triangulación para lograr rigidez; las diferentes configuraciones de pórticos planos, emparrillados y celosías espaciales permiten distribuir cargas de manera eficiente y facilitar la integración de usos funcionales dentro del propio armazón. El tratamiento de los nudos, los grados de libertad y la clasificación de esfuerzos permiten modelar el comportamiento de estas estructuras bajo distintas cargas y condicionantes de apoyo.
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