Armaduras

INTRODUCCION

En el presente trabajo se expondrá sobre las armaduras en general, desde los tipos de armaduras hasta una representación grafica de las mismas. Además de cómo estas armaduras tienen un nombre o como han sido patentizadas. En el mismo trabajo se encontraran imágenes de las armaduras existentes por esta zona.

ARMADURAS

¿QUÉ SON LAS ARMADURAS?

Es una estructura compuesta de miembros esbeltos unidos entre si en sus puntos extremos. Los miembros usados comúnmente en construcción consisten en puntuales de madera o barras metálicas. Las conexiones en los nudos están formadas por pernos o soldaduras en los extremos de los miembros unidos a una placa en común. También son:
Estas estructuras metálicas de amplio uso en obras civiles, tales como puentes, naves industriales, bodegas, etc.

Las armaduras son estructuras ligeras formadas esencialmente por barras rígidas y que son utilizadas para cubrir grandes claros en muy diverso tipo de construcciones, especialmente de techumbres. Se basan en el principio físico de la indeformabilidad del triángulo, figura geométrica estable por excelencia. Tres barras unidas en sus extremos constituyen un conjunto indeformable en tanto que cuatro o más barras unidas y articuladas en sus extremos constituyen un conjunto deformable. Un conjunto de este tipo puede rigidizarse colocando una barra adicional que unos dos vértices opuestos formando de esa manera triángulos. El término rígido se emplea para significar que la estructura no pierde su conformación geométrica y también en el sentido de que pueda tener una deformación despreciable en sus miembros debida a los esfuerzos internos producidos.

Una armadura también es una estructura hecha de barras rectas esbeltas que se unen entre sí para formar un patrón de triángulos. Las armaduras por lo común se diseñan para transmitir fuerzas sobre espacios relativamente grandes; ejemplos de éstas son las armaduras de puentes y las armaduras de techos.

Tipos de Armaduras

Para el diseño de armaduras planas se requiere proponer el área o perfil de cada miembro de la estructura y verificar si se satisfacen ciertos requisitos de diseño.

Una armadura plana es una estructura compuesta por elementos rectos unidos entre sí en sus extremos conformando triángulos. A los puntos de unión se les llaman nodos de la armadura y es en ellos donde las fuerzas se aplican. Además se considera que, tanto los miembros de la armadura como las fuerzas que sobre ella actúan están contenidas en el mismo plano. Las fuerzas que actúan sobre la estructura en su conjunto, se distribuyen sobre los elementos que la componen y las fuerzas que actúan sobre estos son axiales, es decir que los elementos estarán siempre sometidos a fuerzas de tensión o compresión. Y como en todo diseño estructural, el objetivo es encontrar una armadura que satisfaga los requisitos de diseño y sea, a la vez, lo más liviana posible.

En la práctica, el tipo de conexión que se emplea para la mayoría de materiales y procedimientos constructivos es el más cercano a un nodo rígido que a una articulación, de manera que estos sistemas deberían modelarse más rigurosamente como arreglos triangulares de barras conectadas rígidamente. Sin embargo, por el arreglo triangular de las barras y por estar la mayor parte de las cargas aplicadas en los nodos, los momentos flexionantes que se introducen son en general pequeños y las diferencias con respecto a los resultados de un análisis considerando los nodos articulados son despreciables.

Análisis de las armaduras

Al analizar los esfuerzos en las armaduras se establecen varias hipótesis:

• Todos los miembros transmiten fuerza únicamente a lo largo de su línea de acción (dirección) y por lo tanto se encuentran en equilibrio bajo la acción de las fuerzas.

• En las armaduras cada miembro es un enlace recto que une dos puntos de aplicación de las fuerzas, por lo que son necesariamente iguales, opuestos y colineales para que estén en equilibrio.

• Todos los miembros están unidos a otros miembros por medio de articulaciones que permiten un giro libre

Diseño de Armaduras Planas.

Para el diseño de armaduras planas se requiere seguir los siguientes pasos:
• Hacer el análisis de cargas a las cuales estará sometida la armadura.
• Proponer el área y/o perfil para cada uno de los miembros de la estructura.
• Determinar las fuerzas que actúan en cada una de las barras de la armadura. de una armadura plana.

Las armaduras espaciales son estructuras que no están contenidas en un solo plano y/o están cargadas fuera del plano de la estructura. Ejemplos de ellas los constituyen las armaduras que soportan grandes antenas y molinos de viento.

Las Armaduras a una y dos aguas. En el caso de las soluciones a dos aguas, son armaduras de parhilera con una o dos vigas hileras sobre las que descansan los pares que van hacia el muro, bien apoyados directamente o bien sobre rastras o cargaderos. Las cubiertas se realizan colocando sobre los pares el cañizo o el tablazón, y sobre éste barro para fijar las tejas árabes. Los aleros de estas viviendas suelen ser un entablillado de madera soportados por canes. Otra tipología de alero, es la que se entrama con una o varias filas de ladrillo (colocados escalonadamente) sobresaliendo sobre la línea de la fachada. A veces se alternan los ladrillos colocados en forma de pico de gorrión y sobre ellos sobresalen las tejas.
Cabe destacar al respecto de las soluciones de las armaduras que no siempre que se quiere cubrir más de una crujía se emplea la armadura a dos aguas. Se da el caso de la utilización múltiple de armaduras a un agua en casos en los que lo más habitual en otras tipologías es la utilización de armaduras a dos aguas. Incluso esto conduce, a veces, a complicadas soluciones en los que se entraman dos armaduras a un agua (vertiendo en sentido contrario) utilizando dos vigas para el apoyo de los pares, colocadas ambas paralelas (una debajo de la otra), en lo que habitualmente sería una parhilera. También encontramos el recubrimiento de dos o más crujías a un solo agua, siendo la crujía posterior o más al fondo mucho más alta que la crujía de fachada, dada la necesidad, según la ubicación del inmueble, de verter hacia la fachada, no siendo tan práctica la vertida a dos aguas.

Puentes metálicos de armadura y de armazón lateral

Este sistema permite realizar a un costo razonable y con un gasto mínimo de material estructuras de metal que salvan desde treinta hasta más de cien metros, distancias que resultan económicamente imposibles

para estructuras que funcionen a base de flexión, como las vigas simples de la sección anterior.
Existen múltiples maneras de colocar efectivamente los elementos de las armaduras, y éstas se clasifican según esas configuraciones.

Para 1570 el arquitecto-ingeniero italiano Andrea Palladio publicó un tratado en el cual mencionaba la armadura en madera como estructura utilizada en puentes. El uso de la armadura en madera se popularizó para 1820, cuando el arquitecto estadounidense Ithiel Town patentizó la armadura de celosía, y los puentes cubiertos a base de ese sistema proliferaron por toda la parte oriental de su país. Para el 1840 se comenzó a usar la armadura de hierro. Los elementos de las primeras armaduras metálicas se unían por medio de pasadores, pero pronto estos dieron paso a las conexiones a base de placas y roblones. A cada placa se fijaban todos los elementos de una junta. Hacia fines del siglo 19, el hierro fue siendo sustituido por acero.
En Estados Unidos la armadura metálica se popularizó en forma de varios sistemas patentizados a base de sus configuraciones. La mayoría de los puentes de cierta envergadura hechos entre los años 1850 y 1925 en Estados Unidos eran de armadura metálica. Esa misma situación existió en Puerto Rico entre 1872 y 1910.

La armadura funciona de forma análoga a la viga. La hilera superior de elementos, llamado cordón superior, queda en compresión, al igual que el ala superior de la viga. Los elementos que forman el cordón inferior, como el ala inferior de la viga, quedan en tensión. Los elementos verticales y diagonales que van de uno a otro cordón quedan en tensión o en compresión según la configuración y según cambia la posición de la carga móvil. Los elementos sujetos sólo a tensión bajo cualquier patrón de cargo posible son esbeltos. Los demás elementos son más masivos; pueden ser piezas que dejen el centro hueco y que a su vez estén formadas por pequeños elementos triangulares.

En las armazones poligonales o parabólicas el cordón superior es de forma poligonal con su punto de mayor peralto en el centro; en las rectangulares este cordón es horizontal. El cordón inferior es generalmente horizontal.

La armadura de tablero superior queda totalmente debajo del tablero, el cual se apoya sobre las placas de los cordones superiores. El puente ferroviario que había en Guajataca era de este tipo. La armadura de tablero superior sostiene al tablero por medio de las placas o pasadores de sus cordones inferiores. Todos los puentes de armadura que quedan en pie en la isla son de esta clase.

Armaduras "N’s" "doble N's" "W's" "X's" "W"

De las muchas patentes que surgieron en los 1840 y 1850, dos tipos básicos se impusieron hacia fines del siglo. Las armaduras y armazones laterales que tenemos hoy en la isla son todas variaciones de alguno de estos dos.
La armadura de "N’s" fue patentizada por los estadounidenses hermanos Pratt en 1844. Esta configuración se distingue por tener sus diagonales siempre bajando en dirección al centro del tramo, de forma que sólo están sujetas a tensión. Puede variar según su silueta sea rectangular o poligonal. Las armaduras poligonales de "N's" de tramos del orden de los cien metros pueden tener diagonales adicionales que no alcancen de cordón a cordón, denominadas subdiagonales.

En 1847 se patentizó la armadura conocida por "doble N's", en la cual los postes verticales quedan más cercanos unos a otros y las diagonales los atraviesan por sus puntos medios hasta terminar en el próximo panel.

La armadura de "W's" fue patentizada en 1848 por dos ingenieros británicos. Esta configuración tiene sus diagonales en direcciones alternadas y generalmente combinadas con elementos verticales o postes.

Una variación de ésta tiene dos sistemas de diagonales en direcciones opuestas, la armadura de "X's", también conocida como "sistema Eiffel". La armadura "de celosía" tiene tres sistemas de diagonales tipo "W" superpuestos.

Función y empleo de las armaduras.

Mediante su empleo se pueden salvar grandes claros en forma económica, porque se aumenta la sección resistente por medio del peralte físico a las estructuras, al ligar las barras que absorben los trabajos de tensión y de compresión. Las estructuras tienen resistencia por carga axial, pero, aisladamente no tienen capacidad pasa tomar esfuerzos horizontales. Para resolver el problema se emplean las piezas de contraventeo, que ligan entre si las armaduras y las hacen trabajar como un conjunto ante los esfuerzos horizontales. Por su tipo, las armaduras se pueden clasificar en rectas o de cuerdas paralelas Warren o Vierendel. Las armaduras diseñadas para salvar grandes claros se pueden techar con varios materiales, como el siporex; sin embargo, los mas usuales son la lamina acanalada (el mas económico), el aluminio, el fierro de lamina galvanizada o esmaltada, y el asbesto cemento. Cuando el diseño de una cubierta se desea salvar grandes claros, el techo debe ser lo mas ligero posible.

En caso contrario, se incrementara económicamente el costo de las armaduras debido al aumento de las secciones por la techumbre que soporta. Esto convierte a la lamina, ya sea metálica o de asbesto, en uno de los materiales mas usuales. Los techos para grandes claros presentan serias deformaciones originadas por los cambios térmicos, lo cual hace que la construcción del techo sea a base de material seccionado que permita tomar las diferencias de la estructura, sin perjuicio de causar problemas de infiltración de agua. Existen dentro de la topología de las estructuras una clasificación que va de acuerdo a su forma, es decir, a la estructuración de sus elementos y a su configuración así como el tipo de carga que va a soportar, se tendrá que diseñar estructuralmente conforme a las normas mínimas de la ASTM (American Society for Testing and Materials) Sociedad Americana para Pruebas de Materiales. En México también se considera el reglamento de construcciones del DDF, así como las especificaciones y normas con el campo de estructuras metálicas del manual de la fundidora de fierro y acero de Monterrey, N.L.

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