11 Tipos de cerchas según equilibrio, conformación y origen

Los tipos de cerchas pueden variar en función del equilibrio, conformación y origen o diseñador. Conocidas como celosías planas, espaciales o como reticulados y armaduras, en términos de ingeniería son estructuras rígidas armadas mediante varillas rectas en sus extremos que presentan una conformación triangular.

Este tipo de configuración tiene la propiedad de soportar cargas en su plano, en especial aquellas que actúan sobre las uniones o nodos. Consecuentemente, su aplicación en la construcción reviste gran importancia, porque es un sistema articulado e indeformable que no se corta o flexiona. Esto implica que sus elementos participan de forma activa en términos de compresión y tracción.

A diferencia del cuadrado, esta formación triangular no es inestable, por lo que puede ser aplicada en obras de pequeña o gran magnitud. Las cerchas pueden estar compuestas de diversos materiales, siendo las más utilizadas las de madera, las metálicas y las de hormigón armado.

Dependiendo del uso que se le quiera dar a esta clase de armazón, generalmente son aplicadas en la construcción de techos de almacenes, naves industriales, hangares para aviones, iglesias, estadios, puentes o sistemas de vigas.

Clasificaciones de los tipos de cerchas

-Según su función del equilibrio

Una cercha puede ser totalmente isostática o determinada estáticamente en relación al equilibrio mecánico aplicado a la forma externa de la estructura. Lo mismo sucede con los elementos internos, que son evaluados en sus reacciones y esfuerzos para conocer su estabilidad. Las categorías resultantes de esta evaluación, han sido establecidas de la siguiente forma:

a) Isostáticas

Este concepto se refiere a una clase de estructura que puede ser analizada mediante los principios y las fórmulas que dan a conocer los valores estáticos. Como se ha referido, su naturaleza está determinada estáticamente, por lo que la eliminación de algunos de los componentes que unen la armazón como tal, causaría una falla catastrófica en todo el sistema.

b) Hiperestáticas

La esencia de este tipo de configuración es su estado de equilibrio, lo que significa que el momento flector tiene un valor igual a 0 en cada una de las barras que componen el sistema.

A pesar de esta condición, la cercha puede presentar condiciones propias de inestabilidad por el tipo de diseño con nudos fijos que puede asemejar a una estructura isostática.

-Según su conformación

Este tipo de cerchas presenta una estructura plana que está compuesta por nudos articulados y que presentan varias formas:

a) Simple

Esta cercha es una conformación definida estáticamente, por lo que la cantidad de varillas y la cantidad de uniones articuladas deben satisfacer la fórmula apropiada. Presenta la forma conocida de un triángulo y su cálculo se basa en la estática gráfica y el equilibrio de los nudos.

b) Compuesta

Al igual que la anterior, presentan una estructura con determinación estática que se pueden diseñar a partir de 1 o 2 cerchas simples. En este caso, ambas estructuras está unidas por una barra adicional en un punto común para que se mantengan fijas. También pueden incluir 3 varas adicionales o un armazón interno que cumpla con los criterios de equilibrio.

c) Compleja

Dado que pertenecen a la categoría de hiperestáticas, su diferencia radica en que no excluye a los modelos anteriores e incluye al resto de geometrías. Aunque está compuesta por uniones fijas, su cálculo puede hacerse mediante el método de Heneberg o el método matricial de la rigidez. El primero es más aproximado, mientras que el segundo es mucho más preciso.

-Según su origen o quien las diseñó

Por otra parte, algunas cerchas comúnmente usadas llevan el nombre de sus creadores, quienes las estudiaron o de la ciudad donde se aplicó por primera vez. Entre ellas, destacan:

a) Cercha Long

Esta variante apareció en 1835 y está relacionada con Stephen H. Long. Es un diseño en el que los cordones horizontales de arriba y abajo están unidos por montantes verticales. Todo el conjunto está arriostrado por diagonales dobles y asemejan unas X encerradas por cuadros.

b) Cercha de Howe

A pesar de que ya se había utilizado antes, esta estructura fue patentada en 1840 por William Howe. También conocida como belga, utiliza montantes verticales entre el cordón superior e inferior y se aplica mucho en madera. En este diseño se compone de barras diagonales reciben la compresión y otras verticales que soportan la tracción.

c) Cercha de Pratt

Creada por Caleb y Thomas Pratt en 1844, es una variación del modelo anterior pero con un material más resistente: el acero. Se diferencia de la cercha de Howe en el sentido de las barras, que forman unas V. En este caso las varas verticales reciben la comprensión y las diagonales sufren la tracción.

d) Cercha de Warren

Patentada en 1848 por los ingleses Willboughy Monzoni y James Warren, esta estructura se caracteriza por formar triángulos isósceles o equiláteros, dando la misma longitud a las diagonales. Las fuerzas de compresión y tracción están presentes en estos elementos cruzados debido a la aplicación de cargas verticales en los nudos superiores.

e) Cercha K

Por lo general se aplica al diseño de puentes y debe su nombre a la orientación de un elemento vertical en combinación con las partes oblicuas. Se presenta como triángulos que parten del centro y su diseño permite mejorar el desempeño de las diagonales comprimidas.

f) Cercha Baltimore

Otro modelo característico de los puentes de esta ciudad. Incorpora mayor soporte en la parte inferior de la estructura. Esto evita el colapso por compresión y controla la distensión. Sus secciones lucen como 3 triángulos en 1 ligados mediante una barra horizontal.

Es importante acotar que a pesar de que estas estructuras pueden ser tanto triangulares como rectangulares. Eso se ejemplifica claramente en los techos a dos aguas, tipo tijera y de volado.

Cuando se hace uso de los montantes, la incorporación de estos elementos verticales en puentes, techos y bóvedas le dan un aspecto un poco más cuadrado.

Referencias

1. Muzammar, Chemma (2016). Types of Trusses. Recuperado de es.slideshare.net.
2. Mariana (2013). Estructuras hipostáticas, isostáticas e hiperestáticas. Recuperado de prezi.com.
3. Open Course Ware (2006). Estructuras tipo: función, formas generales, elementos… Universidad de Sevilla. Recuperado de ocwus.us.es.
4. Tecun (sin fecha). Celosías planas. Universidad de Navarra, Escuela de Ingenieros. Recuperado de dadun.unav.edu.
5. Construmática (sin fecha). Partes integrantes de una cercha. Recuperado de construmatica.com.