ESTRUCTURAS COMPUESTAS POR ELEMENTOS TIPO CERCHA
LAS CERCHAS son estructuras reticuladas, trianguladas normalmente con dos puntos
de apoyo (ISOSTÁTICA) que representa un conjunto cerrado de esfuerzos,
lo que la hace estructuralmente independiente autosustentable y se debe
conectar al resto de la estructura para que reciba las cargas.
Esta independencia estructural la hace
fácilmente construible y prefabricable siendo una alternativa óptima
para construcciones en Estructuras Metálicas especialmente en grandes luces, con un tiempo reducido (con respecto a la construcción tradicional) de fabricación e instalación sobre las estructuras portantes.
El principio fundamental de las cerchas
es unir elementos rectos para formar triángulos. Esto permite soportar
cargas transversales, entre dos apoyos, usando menor cantidad de
material que el usado en una viga, pero con el inconveniente de que los
elementos ocupan una altura vertical considerable.
LOS ESFUERZOS SON LLEVADOS A LOS NUDOS Y LAS PIEZAS TRABAJAN NORMALMENTE A LA TRACCIÓN EVITANDO FLEXIONES.
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| Imagen Tomada del libro Mecánica de Materiales P.Timoshenko y James Gere |
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Bases del funcionamiento de las Cerchas
Como se ve en la figura anexa, la unión
entre dos puntos puede hacerse con un arco lineal formado por dos
elementos inclinados a compresión (figura a), restringidos por dos
apoyos que le dan el empuje para que no se abran; el empuje horizontal
puede reemplazarse por un tensor que una los dos elementos inclinados,
con lo que se libera a los apoyos del empuje hacia fuera, figura (b).
También puede soportarse la carga con dos tensores y un elemento
horizontal a compresión, figura (c). Este caso es más escaso pues debe
tenerse espacio libre debajo para desarrollar los tirantes. Esta
disposición triangular permite soportar una carga fácilmente, con una
deflexión muy pequeña si se la compara con la de una viga de igual luz.
La viga permite sin embargo usar una altura transversal pequeña.
Si las cargas se aplican exclusivamente
en los nudos (figura b), como es lo usual, no se produce la flexión que
se presenta (figura a) en los arcos cuando se aplican cargas
concentradas. En cerchas de cubiertas en las cuales las cargas son
livianas es común aceptar que las cargas no se apliquen en los nudos,
pero deberá evaluarse la combinación de efectos de flexión y compresión.
Figura Flexión por cargas interiores vs. cargas en los nudos. En general
en las cerchas cuando se aplican las cargas en los nudos solo se
presentan fuerzas internas de tipo axial que se reparten de manera
semejante a lo presentado en las vigas; los miembros de la cuerda
inferior están a tensión y los miembros de la cuerda superior a
compresión.
Imagen Tomada del libro Mecánica de Materiales P.Timoshenko y James Gere
Cerchas de cuerdas paralelas
En los miembros de la cuerda superior a
compresión se pueden presentar problemas de pandeo que conducen a
problemas de inestabilidad lateral. Es necesario entonces aumentar el
momento de inercia de la sección y controlar la longitud de ellos,
mediante miembros secundarios adicionales, para evitar fallas prematuras
y súbitas por pandeo. En la mayoría de los casos es necesario colocar
dos cerchas en paralelo y arriostrarlas para controlar la inestabilidad.
Los miembros a tensión no presentan esos comportamientos y su
resistencia dependerá de la sección, del material y la bondad de las
uniones, que les permitan llegar a su capacidad máxima.
Existen numerosas clasificaciones de las
cerchas según su inventor o propagador: Pratt, Howe, Warren; y según su
forma: dientesierra, tijera, tipo K.
En los textos de Ingeniería estructural y Estática se presentan los
diferentes métodos de análisis de las cerchas: método de los nudos,
método de las secciones, usados con el fin de determinar las fuerzas
internas de tensión o compresión de los miembros.
