El arriostramiento transversal está compuesto por un par de elementos diagonales de acero dispuestos en forma de X a lo largo de un tramo de una estructura, y su propósito es transferir de manera segura las cargas laterales —principalmente el viento y los terremotos— hasta los cimientos. Si se empuja lateralmente un simple rectángulo formado por columnas y vigas, este se deforma, convirtiéndose en un paralelogramo. Al añadir las dos diagonales, el tramo se transforma en un triángulo que resiste ese movimiento: una diagonal se estira bajo tensión mientras la otra se comprime. Juntas, mantienen la estructura en ángulo recto, razón por la cual los tramos arriostrados aparecen en casi todos los almacenes, talleres e infraestructuras industriales de acero.
Las secciones siguientes explican cómo funciona esa trayectoria de carga, las principales configuraciones que encontrará en un edificio de acero, la ubicación del arriostramiento dentro de la estructura, los materiales con los que se fabrica y cómo seleccionar el sistema adecuado. El arriostramiento transversal es uno de los Componentes de la estructura de edificios metálicos que realiza la mayor parte de su trabajo solo unos pocos días al año, durante la tormenta más fuerte o el evento sísmico más grande que enfrentará el edificio.
Cómo soportan las diagonales las cargas laterales
Una diagonal divide cada empuje lateral en una tracción a lo largo de una diagonal y un empuje a lo largo de la otra. Las cargas gravitatorias se transmiten directamente hacia abajo por las columnas, pero el viento contra una pared, o el movimiento del suelo bajo los cimientos, intenta deslizar la parte superior de la estructura lateralmente respecto a la base. La diagonal que va desde la esquina cargada hasta la esquina superior opuesta queda sometida a tensión; la diagonal opuesta queda sometida a compresión. Ambos extremos se conectan a las uniones entre columna y viga, de modo que la fuerza horizontal se convierte en fuerza axial en el acero y se transmite a las placas de base y a los pernos de anclaje.
Las fuerzas del viento y las sísmicas invierten su dirección, y el sistema de arriostramiento debe responder en ambas situaciones. Cuando el viento se desplaza hacia la otra pared, la diagonal que antes tiraba ahora empuja, mientras que la otra hace lo contrario. Una sola X resuelve esto de manera ordenada porque ya incorpora una diagonal para cada dirección. El tamaño de estas fuerzas está determinado por la exposición y la geometría del edificio, que corresponden al ámbito de la cargas de viento y la demanda sísmica contra la cual está diseñada la estructura. En un edificio con grúa, el impulso horizontal generado por el puente móvil y el carro se transmite a las mismas bayas arriostradas.
Los arriostramientos diagonales delgados solo resisten tracciones. Muchos edificios ligeros de acero utilizan barras redondas finas o cables de acero como diagonales; estos soportan bien la tensión pero pandean instantáneamente bajo compresión. El sistema sigue funcionando: cuando la carga cambia de sentido, la diagonal floja se mantiene sin tensionar mientras su pareja asume toda la tensión. Este arreglo se denomina arriostramiento exclusivamente a tensión, y es la razón por la que a menudo se observa una delgada barra cruzada donde, de otro modo, habría una puntaleta más robusta.
Los principales tipos de arriostramiento diagonal y sus variantes cercanas
El refuerzo transversal verdadero es el patrón en forma de X, pero varias configuraciones diagonales relacionadas resuelven el mismo problema de carga lateral con distintas compensaciones. La elección suele depender de una cuestión práctica: ¿la pared necesita un vano libre para una puerta, ventana o equipo, y dónde? La tabla resume las opciones habituales antes del detalle que se presenta a continuación.
| Configuración | Forma | Vanos en la bahía | Notas |
|---|---|---|---|
| Refuerzo en X (transversal) | Dos diagonales completas | Ninguno; la bahía está bloqueada | El más rígido para el acero utilizado; común en barras o ángulos |
| Diagonal única | Una diagonal | Partial | Debe resistir la tensión y la compresión, por lo que presenta una sección más robusta |
| Arriostramiento en K | Diagonales hasta la mitad de la columna | Abertura a la altura de la puerta | Restringido en diseños sísmicos de alta intensidad |
| V / cheurón | Diagonales hasta la viga central | Apertura bajo el vértice | La viga debe soportar la fuerza desequilibrada |
Arriostramiento en X (arriostramiento en cruz verdadera)
El arriostramiento en X coloca dos diagonales completas a lo largo del vano, de modo que una siempre está en tensión, independientemente de la dirección de la carga. Ofrece la mayor rigidez por el peso del acero, razón por la cual es la opción predeterminada en muchos pórticos arriostrados. El costo es el acceso: un vano con un arriostramiento en X completo no puede albergar una puerta o ventana grande, por lo que estos vanos se colocan donde la pared puede mantenerse sólida.
Single Diagonal Bracing
El arriostramiento con una sola diagonal utiliza un solo elemento por vano en lugar de un par cruzado. Como esa única diagonal debe empujar en una dirección del viento y tirar en la otra, suele ser un perfil angular, canal o tubo más pesado que no se pandeará bajo compresión. La ventaja es un vano parcialmente abierto, útil cuando un arriostramiento en X completo bloquearía algo que el plano de planta requiere.
K-Bracing
El arriostramiento en K coloca dos diagonales desde la parte superior e inferior de una columna hasta un punto cerca de la mitad de la altura de la siguiente, formando una K lateral. Esta forma deja una abertura clara en gran parte de la altura del vano, lo cual constituye su principal atractivo. Los códigos de diseño limitan el uso del arriostramiento en K en regiones con alta demanda sísmica, porque las diagonales ejercen presión y tracción sobre la mitad de la columna, pudiendo provocar su falla; este límite explica por qué se emplea más en edificios sometidos a vientos fuertes que en zonas propensas a terremotos.
Arriostramiento en V y arriostramiento en chevron
El arriostramiento en V coloca dos diagonales que se encuentran en el punto medio de una viga, formando una V o una V invertida (chevron). El vértice deja espacio para una puerta debajo, por lo que es común sobre pasillos y aberturas. El inconveniente está en la viga del punto de unión. Cuando una diagonal pandea bajo compresión, la otra sigue tirando, de modo que la viga debe soportar la fuerza desequilibrada restante y se dimensiona para ese caso, en lugar de como un elemento ordinario apoyado en correas.
Dónde se instala el arriostramiento transversal en un edificio de acero
El arriostramiento se concentra en unas pocas bayonetas seleccionadas en lugar de distribuirse por todos los pórticos, y actúa simultáneamente en dos planos. El primer plano es vertical: diagonales cruzadas colocadas entre dos columnas en determinadas bayonetas de muro, generalmente incluyendo las bayonetas extremas, transmiten la carga horizontal hasta los cimientos. El segundo plano es la cubierta, donde el arriostramiento horizontal o de plano, dispuesto en el plano de la cubierta, recoge el viento proveniente de los postes de los frontones y de los muros largos y lo traslada de regreso a esas bayonetas verticales arriostradas. Ambos planos forman una trayectoria continua desde el revestimiento hasta el suelo.
El arriostramiento de la cubierta también estabiliza la estructura durante el montaje y proporciona a las correas una línea rígida contra la cual anclarse, por eso se instala temprano en la construcción. En un edificio con pórtico, los pórticos rígidos resisten por sí mismos la carga lateral a lo ancho del edificio, pero poco hacen frente al movimiento a lo largo de su longitud. El arriostramiento cubre esa brecha, aportando estabilidad longitudinal a lo largo de la estructura y manteniendo todo firme mientras se levantan los pórticos. Como las bayonetas arriostradas requieren un muro sólido, se sitúan alejadas de las puertas enrollables más grandes, y las diagonales suelen quedar ocultas dentro del espesor del muro una vez instalado el revestimiento.
Materiales y conexiones utilizados para el arriostramiento transversal
La diagonal en sí puede ser una barra redonda, un ángulo de acero, un canal, un tubo hueco o un cable tensado, y esa elección determina si la riostra puede tanto empujar como tirar. Las barras y los cables solo soportan tracción y suelen equiparse con un tensor para que el montador pueda eliminar la holgura y pre-tensionarlos en obra. Los ángulos, canales y secciones huecas también pueden soportar compresión, por lo que son adecuados para configuraciones de diagonal única y chevron, donde un mismo elemento debe desempeñar ambas funciones.
Las conexiones determinan si la fuerza de la riostra realmente alcanza la cimentación. Cada diagonal se apoya sobre una placa de nudo que se atornilla o se solda a la columna, a la cercha o a la placa base, y esa unión debe dimensionarse para soportar la carga total de la riostra, no solo la del miembro. Un nudo débil o un perno de anclaje subdimensionado se convierten en el límite de todo el camino de carga. Las riostras se conectan al esqueleto principal: las columnas de sección H, los elementos de sección caja y las correas de sección C y Z que un fabricante como KAFA produce en líneas dedicadas; por ello, el sistema de arriostramiento se detalla junto con esos componentes, en lugar de añadirse posteriormente.
Elegir el arriostramiento adecuado y mantenerlo en su lugar
El sistema de arriostramiento correcto depende de tres factores: las cargas laterales, la disposición del esqueleto estructural y los espacios libres que requiere el edificio. Una demanda más elevada de viento o sismo impulsa hacia arriostramientos en X más rígidos o marcos arriostrados especialmente diseñados, mientras que una pared llena de puertas favorece configuraciones de diagonal única, K o chevron que mantienen los vanos despejados. Estas exigencias surgen de los cálculos de carga para el sitio, y luego el arriostramiento se dimensiona como parte del diseño global del acero del edificio en lugar de seleccionarse de un catálogo, de modo que los miembros, las placas de refuerzo y los pernos de anclaje compartan una misma trayectoria de carga.
El problema más común de los contrafuertes en edificios existentes no es el diseño, sino la eliminación. Los equipos cortan una diagonal para instalar una nueva puerta, ventana o ampliación y nunca reinstalan una trayectoria de carga equivalente, lo que hace que la estructura dependa de conexiones que nunca estuvieron diseñadas para resistir ese desplazamiento por sí solas. Las señales son fáciles de identificar una vez que se conocen: orificios vacíos para tornillos donde antes se apoyaba un contrafuerte, o una diagonal que ha sido golpeada y doblada por una carretilla elevadora. Antes de modificar cualquier tramo con contrafuertes, localícelo en los dibujos estructurales and have the load path re-established by the engineer, not patched over.
Conclusión
Los contrafuertes transversales evitan que una estructura de acero se incline bajo la acción del viento y los sismos; por ello, el primer paso en cualquier edificio consiste en identificar qué tramos están reforzados y rastrear hacia dónde se dirige la carga. Elija la configuración adecuada alrededor de las aberturas que realmente necesita el edificio: una X completa cuando la pared puede mantenerse sólida, o una sola diagonal, en forma de K o de chevron cuando no es posible, y dimensione las diagonales, las placas de refuerzo y los anclajes como una única trayectoria continua. Sobre todo, considere que un contrafuerte existente es portador de carga y nunca corte ni mueva ninguno para hacer espacio para una puerta sin que un ingeniero restablezca el sistema de refuerzo para el cual fue diseñada la estructura.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la función de los contrafuertes transversales en un edificio?
Los contrafuertes transversales impiden que un edificio se desplace lateralmente bajo cargas horizontales. Proporcionan a la estructura una trayectoria triangulada que transmite las fuerzas del viento, sísmicas y de grúas desde las paredes y el techo hasta los cimientos, limitando el desplazamiento y protegiendo el revestimiento y las conexiones de posibles daños. Sin ellos, una estructura rectangular de acero se inclinaría y deformaría ante cargas que las columnas por sí solas no pueden soportar.
¿Los contrafuertes transversales trabajan a tensión o a compresión?
Ambas, simultáneamente. En un par cruzado, una diagonal está sometida a tensión mientras la otra está bajo compresión, y ambas cambian de rol cuando la dirección de la carga se invierte. Los contrafuertes formados por barras delgadas o cables constituyen la excepción, ya que solo soportan tensión: la diagonal floja se desactiva y su pareja asume toda la carga cada vez que el viento cambia de lado.
¿Cuál es la diferencia entre el arriostramiento en cruz y el arriostramiento en K?
El arriostramiento en cruz forma una X completa a lo largo del vano, mientras que el arriostramiento en K coloca dos diagonales hasta la mitad de la altura de una columna, dejando un espacio libre. La X es más rígida y funciona en ambas direcciones de carga, pero obstruye el vano; el K libera altura para puertas, pero está limitado en diseños sísmicos elevados porque sus diagonales cargan la parte central de la columna.
¿Se puede retirar el arriostramiento en cruz para añadir una puerta o ventana?
No sin un rediseño. Un vano arriostrado forma parte del camino de carga lateral del edificio, por lo que cortar una diagonal elimina la capacidad con la que se contaba en el armazón. Si es necesario abrir un hueco donde se encuentra un arriostramiento, un ingeniero deberá reubicar el arriostramiento en otro vano o añadir un sistema equivalente, y luego volver a detallar las conexiones antes de retirar el arriostramiento original.
¿Qué materiales se utilizan para el arriostramiento en cruz?
Los arriostramientos en cruz se fabrican con barras redondas, ángulos de acero, canales, tubos huecos o cables de acero. Las varillas y los cables trabajan únicamente a tensión y suelen tensarse mediante un tensor, mientras que los ángulos, canales y tubos también pueden soportar compresión, lo que los hace adecuados para configuraciones de una sola diagonal o en chevron. Las diagonales se conectan a las columnas y vigas mediante placas de nudo atornilladas o soldadas, dimensionadas para resistir la fuerza total del arriostramiento.
Lecturas adicionales
- Armazones arriostrados — SteelConstruction.info — Base de conocimientos sobre acero de SCI y BCSA. Explica los sistemas de arriostramiento vertical y horizontal, así como cómo las diagonales cruzadas estabilizan un armazón arriostrado.
- Pórticos — SteelConstruction.info — SCI y BCSA. Aborda cómo los arriostramientos verticales y horizontales proporcionan estabilidad longitudinal y de montaje en edificios de acero de una sola planta.
- ASCE 7 standard — ASCE — Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles. La norma que establece las cargas mínimas de diseño por viento y sismo que debe resistir un sistema de arriostramiento.
