2.7.13

ESTABILIDAD HORIZONTAL EN ESTRUCTURAS DE ACERO. ARRIOSTRAMIENTOS.

ESTABILIDAD HORIZONTAL. ARRIOSTRAMIENTOS.
Los tipos estructurales a los que nos hemos referido en los apartados de estructuras totalmente isostáticas (articuladas) y estructuras con vigas continuas (pasantes), no son capaces de resistir esfuerzos horizontales. Si las uniones entre vigas y soportes fueran verdaderas rótulas, la estructura, más que tal, sería un mecanismo. En la realidad los enlaces pueden resistir pequeños momentos, pero son incapaces de asegurar la estabilidad del edificio, pudiendo deformarse tal como se indica en el dibujo siguiente.

Por consiguiente, es necesario introducir en dichas estructuras algunos elementos que puedan hacer frente a los empujes horizontales que producen el viento y los sismos, a los que denominamos arriostramientos.
En caso de viento, éste actúa directamente sobre la fachada y, normalmente, ésta es capaz de transmitir la presión del viento a los diversos forjados.
Los forjados, en su plano, son muy rígidos y pueden considerarse en la práctica como un sólido indeformable. Basta, por consiguiente, que estén enlazados a unos elementos verticales capaces de transmitir al terreno el empuje del viento, para conseguir la estabilidad horizontal del edificio.
Estos elementos verticales de arriostramiento pueden ser, fundamen­talmente, de tres tipos:
Jácenas trianguladas metálicas, con una o dos diagonales.
Pórticos de nudos rígidos.
Pantallas de hormigón.
Cuando se utilizan las jácenas trianguladas ó las pantallas de hormigón. se presenta el problema de encontrar una parte de la estructura en la que la colocación de los mismos no perturbe la función del edificio. Suelen elegirse, por tanto, para su ubicación, lugares tales como los muros de las cajas de ascensores o escaleras, los paños ciegos de fachada, las divisiones de propiedad, las medianeras, etc.
El arriostramiento vertical en Cruz de San Andrés es el más utilizado, por su sencillez y facilidad de ejecución. Sin embargo, con el fin de que las diagonales cruzadas no atraviesen los huecos de puertas y ventanas, se recurre a otros arriostramientos, en los cuales las diagonales son quebradas, buscando siempre la línea más próxima a la línea recta, Y cruces intermedios, tal como se ve en las siguientes figuras.
Deben hacerse hipótesis de empuje horizontal en dos direcciones ortogonales, siendo habitual que haya dos jácenas en cada una de las dos direcciones predominantes del edificio, o de las partes del mismo entre juntas de dilatación.

Como se ha dicho anteriormente, los forjados suelen ser elementos lo suficientemente rígidos, en su plano, como para poder transferir el empuje del viento, que reciben de las fachadas, a los arriostrados o jácenas contraviento situadas en planos verticales.
El arriostramiento vertical contra viento, funciona de forma similar a una viga de celosía colocada en posición vertical. Esas "jácenas contra viento" están constituidas, en su forma más general, por tres clases de elementos diferentes:
Las "cabezas" (c), que son los soportes de la estructura.
Los "montantes" (m), que suelen ser las jácenas/vigas del propio forjado.
Las "diagonales" (d), que suelen ser los arriostramientos.
Haciendo un símil con las vigas de celosía, que estudiaremos con profundidad mas adelante, la nomenclatura empleada para la misma es:

Al colocar vertical dicha viga, tendríamos el arriostramiento contraviento indicado.
Para el cálculo de los soportes es necesario añadir, a los propios esfuerzos del edificio, los esfuerzos que se produzcan por efecto del viento.
Los montantes deben calcularse teniendo en cuenta que puede existir, además de la compresión o tracción que le induce el efecto del viento, la flexión propia que, como jácenas de la estructura le pueda corresponder.
Debe observarse que el pandeo, de dichas montantes (jácenas), en el plano horizontal quedará, generalmente, impedido por el forjado que apoye sobre ellas.
Las formas más usuales para las secciones de cabeza son las que se utilizan en soportes.
Las diagonales, cuando se disponen en cruz de San Andrés, pueden calcularse suponiendo que sólo actúa la que está solicitada a tracción. En esta hipótesis pueden admitirse esbelteces mayores que en compresión y, por consiguiente, elementos más planos que ocupan menos espacio en sentido horizontal.
La opción ideal es que el arriostramiento contra viento se coloque verticalmente en toda la altura del edificio, sin desplazamientos. Sin embargo, en ocasiones pueden existir dificultades con respecto a los lugares de ubicación de las jácenas contraviento, ante la imposibilidad de darle continuidad en todo el alto del edificio. El dibujo siguiente muestra un caso diferente, que puede ayudamos para fijar criterios con relación a la ubicación de las mismas.
Supóngase que el entramado de la figura siguiente (de la derecha) forma parte de la estructura de un edificio, y que desde la planta primera a la cubierta, la zona entre los soportes 3 y 4 es perfectamente utilizable para colocar la jácena contraviento; pero en cambio es absolutamente imprescindible que el espacio entre dichos soportes 3 y 4 sea diáfano, en planta baja, pudiéndose en su lugar utilizar los planos entre soportes 1-2 y 5-6.

Las tres jácenas verticales y la jácena horizontal que se indican en la figura anteriormente citada, pueden resolver el problema muy económicamente.
En la perspectiva siguiente puede observarse con mayor detalle la ubicación de los arriostramientos, así como sus uniones a la estructura.

En las figuras siguientes, se dan dos tipos diferentes de jácenas contraviento:

En las perspectivas insertadas a continuación pueden observarse distintos tipos de arriostramientos, así como su ubicación en la estructura.
Estructuras arriostradas con Cruces de San Andrés.
Estructuras con muros cruzados.
Estructuras con núcleo central reforzado.
estructuras con núcleo y cerramiento reforzado.
Estructuras con pórticos de rigidez en las 4 fachadas.
Estructuras con núcleo lateral reforzado.
Estructuras con uniones rígidas de hormigón.
Estructuras con muros de rigidez cruzados y en caja de escalera.
Estructuras con Cruces de San Andrés en zonas centrales.
Estructuras con cerramientos rígidos.
Estructuras con núcleo central y tubo exterior porticado.
Estructuras con tubo exterior porticado.
Estructuras con nudos rígidos y núcleo escalera rígido.
Estructuras con exterior arriostrado y escalera rígida.
Estructuras con arriostramiento exterior por fuera del edificio.