Tabla de Contenidos
- ¿Qué es una Cercha
- Componentes y Terminología de una Cercha
- Beneficios de una Cercha
- Tipos de Cerchas
- Calculadora Gratuita de Cerchas
Definición de una Cercha: ¿Qué es una Cercha?
En ingeniería estructural, una cercha es un tipo importante de estructura caracterizada por un sistema triangulado de elementos. Estos elementos están dispuestos y conectados de tal manera que solo soportan fuerzas axiales. Los elementos de una cercha se consideran miembros de dos fuerzas porque las fuerzas solo se aplican en ambos extremos del miembro, resultando en una fuerza de compresión o tensión. Las cerchas se utilizan comúnmente en el diseños de puentes debido a su capacidad para cubrir eficientemente largas distancias. Aquí tienes un ejemplo de un diseño típico de cercha:
Componentes y Terminología de una Cercha
Las cerchas generalmente siguen una estructura bastante estándar, compuesta por varios componentes. A continuación se presenta una lista de las partes relevantes de una cercha:
- (1) Cuerda Superior – la viga de una cercha que se extiende a lo largo de la cercha
- (2) Cuerda Inferior – la viga inferior que se extiende a lo largo de la cercha
- (3) Red – estos son los elementos internos de una cercha
- (4) Punto de Empotramiento – el punto donde los elementos inclinados (cuerda superior) se conectan con la cuerda inferior
- (5) Ápice/Pico – el punto más alto de una cercha
Beneficios de una Cercha
Como hemos explicado la definición de una cercha, exploremos sus beneficios. Cuando se diseñan correctamente, las cerchas son una manera eficiente de cubrir largas distancias minimizando la cantidad de material utilizado. Esto se debe a que las cargas internas de los miembros se inducen axialmente (en la dirección del miembro) en forma de compresión o tensión. Esto significa que se puede utilizar menos material, y el sistema en su conjunto es más eficiente, ya que la fuerza se distribuye entre varios miembros.
Fuente: Calculadora de cerchas
Tipos de Cerchas
Se debe elegir un tipo de cercha adecuado para el diseño y la construcción para maximizar la eficiencia de la estructura (lo que a menudo se mide en la cantidad de material utilizado o en la mano de obra). En este artículo, veremos los diferentes tipos de cerchas y cómo pueden ayudar en tu diseño.
Aquí tienes una lista de los tipos más comunes de cerchas:
- Cercha Pratt
- Cercha Warren
- Cercha K
- Cercha Howe
- Cercha Fink
- Cercha Gambrel
Cercha Pratt
Una Cercha Pratt ha sido utilizada durante los últimos dos siglos como un método de cercha efectivo. Los elementos verticales están en compresión, mientras que los miembros diagonales están en tensión. Esto simplifica y produce un diseño más eficiente, ya que el acero en los miembros diagonales (en tensión) puede reducirse. Esto tiene varios efectos – reduce el costo de la estructura debido a miembros más eficientes, reduce el peso propio, y facilita la constructibilidad de la estructura.
Este tipo de cercha es más adecuado para tramos horizontales, donde la fuerza es predominantemente en la dirección vertical.
Las Cerchas Pratt están estrechamente relacionadas con las Cerchas Howe, donde los miembros diagonales están en la dirección opuesta (provocando un comportamiento inverso de compresión/tensión en los miembros).
También es importante señalar que en el diseño de la Cercha Pratt, y en la mayoría de los diseños de cerchas, los miembros tienen sus extremos fijados como articulados. Esto asegura que la fuerza se transfiera en forma de compresión o tensión, con poco (teóricamente, ninguno) transferencia en forma de momento flector.
A continuación se muestra un ejemplo de un braguero Pratt, construido y analizado utilizando nuestro Calculadora SkyCiv Truss. Los elementos de compresión se muestran en verde y la tensión en rojo..
Ventajas de PTruss del volante
- Consciente del comportamiento de los miembros – los miembros diagonales están en tensión, miembros verticales en compresión
- Lo anterior se puede utilizar para diseñar una estructura rentable
- Diseño simple
- Diseño bien aceptado y usado
Desventajas de PTruss del volante
- No es tan ventajoso si la carga no es vertical
Mejor utilizado para:
- Donde se requiere un diseño rentable
- Cuando se aplica una combinación de cargas
- Donde se requiere una estructura simple
Cercha Warren
Warren Truss es otro sistema de estructura de celosía muy popular y se identifica fácilmente por su construcción a partir de triángulos equiláteros. Una de las principales ventajas de un Warren Truss es su capacidad para distribuir la carga de manera uniforme en varios miembros diferentes.; Sin embargo, esto es generalmente para los casos en que la estructura está sufriendo una carga extendida (una carga distribuida). Su principal ventaja es también la causa de su desventaja. – la estructura del truss sufrirá una fuerza concentrada bajo una carga puntual. Bajo estos escenarios de carga concentrada, la estructura no es tan buena para distribuir la carga de manera uniforme entre sus miembros. Por lo tanto, el tipo de armadura Warren es más ventajoso para cargas extendidas, pero no es adecuado donde la carga se concentra en un solo punto o nodo.
Un ejemplo de una armadura Warren, y sus fuerzas axiales bajo una carga distribuida se muestran a continuación. La estructura fue construida y analizada usando Calculadora SkyCiv Truss. Los elementos de compresión se muestran en verde y la tensión en rojo..
Ventajas de Warren Truss
- Los diferenciales se cargan de manera bastante uniforme entre los miembros
- Diseño bastante simple
Desventajas de Warren Truss
- Menor rendimiento bajo cargas concentradas
- Mayor constructibilidad debido a miembros adicionales
Mejor utilizado para:
- Estructuras de largo tramo
- Donde se debe soportar una carga distribuida uniformemente
- Donde se requiere una estructura simple
Cercha K
El K Truss es una versión un poco más complicada del Pratt Truss. Su principal diferencia es que los miembros verticales se han acortado. – mejorando su resistencia contra el pandeo. Lo hace, sin embargo, tienen ventajas y desventajas similares a las de Pratt Truss y, aunque no se utiliza mucho, es un diseño fuerte. Una de sus principales desventajas es que los miembros no siempre se comportan como se esperaba.. Un miembro puede estar en compresión bajo un escenario de carga y en tensión bajo otro. Esto puede significar que la estructura puede no ser diseñada de manera óptima – ya que
A continuación se muestra un ejemplo de una configuración de K-Truss y su reacción bajo una carga aplicada.. Los elementos de compresión se muestran en verde y la tensión en rojo..
Ventajas de K Truss
- Compresión reducida en miembros verticales
- Posible reducción en el acero y el costo si se diseña eficientemente
Desventajas de K Truss
- Ligeramente más complejo
- Mayor constructibilidad debido a miembros adicionales
Cercha Howe
Las armaduras de Howe son esencialmente lo opuesto a las armaduras de Pratt en términos de geometría. De hecho, mirando una armadura de Pratt al revés visualizará una especie de armadura de Howe. Toda la estructura sigue siendo relativamente igual., pero las llaves diagonales ahora están ocupando las articulaciones opuestas o desocupadas. Este interruptor en posición de los miembros diagonales tiene un efecto estructural muy importante..
Un braguero Pratt (encima) y un braguero Howe (a continuación)
Previamente, discutimos cómo las cerchas Pratt tienen sus miembros verticales en compresión y los miembros diagonales en tensión tras la aplicación de cargas de gravedad en las juntas de la cuerda superior. Para trusses Howe, lo contrario se vuelve cierto ya que los miembros diagonales ahora están en compresión, mientras las cargas verticales están en tensión.
Como son similares en estructura a las cerchas Pratt, sus usos son generalmente los mismos. Para maximizar la eficiencia del truss, el braguero se puede cargar en las articulaciones del acorde inferior. Las armaduras de techo se pueden cargar con una carga de techo, por ejemplo.
Otra cosa a tener en cuenta es que, dependiendo de la geometría y carga, Las armaduras de Pratt pueden tener más miembros descargados que las armaduras de Howe.
Cercha Fink
La cercha Fink en su forma más básica tiene miembros web que siguen un patrón en V que puede repetirse varias veces.. Como los acordes superiores se inclinan hacia abajo desde el centro, el patrón V se vuelve notablemente más pequeño. Como las armaduras Fink dependen más de miembros diagonales, pueden ser muy eficientes para transmitir cargas al soporte.
Los derivados de la armadura Fink incluyen los tipos de armadura Double Fink y Fan. Las cerchas de doble Fink son esencialmente cerchas de Fink que repiten el patrón dos veces a cada lado. Si la cercha Fink más básica se puede caracterizar por una doble V, entonces un doble fink se vería como un doble W. Los trusses en abanico son esencialmente trusses de Fink que tienen sus miembros de red en "abanico" desde las juntas en la parte inferior, generalmente con la adición de miembros verticales.
Un fink (superior), un doble fink (medio), y un braguero de ventilador (inferior)
Cercha Gambrel
en el exterior, un truss abuhardillado tiene dos pendientes diferentes, donde la pendiente se hace más empinada desde el centro. Debido a su forma sobresaliente hacia el exterior, Las cerchas abuhardilladas se pueden equipar eficazmente con un centro hueco, que se puede usar como área de almacenamiento. Como tal, la sección superior de un granero generalmente tiene forma de gambrel. En el caso de un granero, ya que los miembros generalmente se construyen con madera, la estructura actúa más como un marco que como una armadura. Los derivados del juego incluyen el techo Mansard, que también se llama techo francés, de ahí su popularidad en Francia.
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