Esta guía está pensada para ingenieros, arquitectos y estudiantes que quieren entender las estructuras de acero de forma completa y ordenada. Explica cómo funcionan, de qué están hechas, cómo se diseñan según AISC 360, cómo fallan, qué riesgos reales tienen y cómo se llevan del plano a la obra. Cada tema se desarrolla en profundidad en un artículo específico del clúster, enlazado en su sección.

En pocas palabras: una estructura metálica es un sistema de barras y placas de acero, unidas con pernos o soldadura, que lleva las cargas hasta la cimentación. Su diseño se controla por tres familias de verificaciones: resistencia del material, estabilidad (pandeo) y servicio (flechas y vibraciones). La mayoría de los problemas reales no vienen de la resistencia, sino de la estabilidad, las uniones y la protección.

Qué es una estructura metálica

Una estructura metálica es aquella cuyos elementos resistentes principales son de metal, en la práctica casi siempre acero estructural. El aluminio y el acero inoxidable también se usan, pero en nichos concretos (estructuras ligeras, ambientes muy agresivos o fachadas), con normas propias.

Toda estructura, de cualquier material, debe cumplir tres condiciones: resistencia (no romperse), estabilidad (no volcar ni pandear) y rigidez (no deformarse más de lo tolerable). En acero, las tres pesan por igual, y la segunda suele ser la más exigente. Como el material es tan resistente, los elementos resultan esbeltos, y un elemento esbelto tiende a inestabilizarse antes de agotar su resistencia.

Cómo funciona: el recorrido de las cargas

Entender una estructura metálica es entender el camino que siguen las cargas. Tomemos el caso más común, una nave de pórticos:

• Cerramiento (cubierta y fachadas): recibe directamente el peso propio, la sobrecarga de uso o mantenimiento, el granizo o la nieve y el viento.
• Estructura secundaria (correas y largueros): perfiles ligeros, a menudo conformados en frío, que recogen la carga del cerramiento y la llevan a los pórticos.
• Estructura principal (pórticos, vigas y columnas): resiste las cargas gravitatorias y, en su plano, las horizontales. Las cartelas refuerzan el nudo columna–dintel, donde el momento es máximo.
• Arriostramientos: cruces de barras o cables que dan estabilidad en la dirección en la que los pórticos no trabajan (la longitudinal), y en el plano de cubierta.
• Placas base, pernos de anclaje y cimentación: transmiten al terreno las fuerzas verticales, horizontales y, si la base es empotrada, los momentos.

Idea clave: una estructura metálica sin arriostramiento en alguna dirección es un mecanismo. Los pórticos rígidos son estables en su plano, pero en el perpendicular dependen de las cruces de arriostramiento. Olvidarlas, o no instalarlas a tiempo durante el montaje, es una de las causas clásicas de colapso.

El material: acero estructural

El acero estructural es una aleación de hierro con bajo contenido de carbono (en torno al 0,25 % como máximo en los grados comunes) y pequeñas adiciones de manganeso, silicio y, en los aceros de alta resistencia, microaleantes como niobio o vanadio. Sus propiedades clave para el diseño son casi constantes entre grados:

Lo que sí cambia entre grados es la tensión de fluencia (fy) y la resistencia última (fu). La figura 2 muestra por qué el acero es a la vez resistente y dúctil: tras la zona elástica aparece una meseta de fluencia y luego un endurecimiento por deformación. Esa reserva le permite deformarse mucho y avisar antes de romper.

Los grados, su composición, la tenacidad y cómo verificar un certificado de calidad se desarrollan en acero estructural: tipos y propiedades.

Error frecuente: pensar que cambiar a un acero de mayor grado resuelve un problema de flechas o de pandeo. No lo hace, porque ambos dependen del módulo E y de la geometría, no de fy. Un acero de alta resistencia solo rinde cuando el elemento está controlado por resistencia.

Perfiles y secciones

El acero llega a la obra en forma de perfiles y placas. Conocer sus familias es imprescindible para leer un plano y para elegir secciones eficientes:

• Perfiles laminados en caliente: doble T de ala estrecha (IPE, W) para vigas; de ala ancha (HEA, HEB, W robustos) para columnas; IPN; canales UPN; ángulos; barras.
• Perfiles armados o soldados: fabricados con placas cuando ningún laminado cumple, típicos en vigas de gran canto y pórticos de alma variable.
• Perfiles tubulares (HSS): secciones circulares, cuadradas o rectangulares, muy eficientes a compresión y torsión, y de estética limpia.
• Perfiles conformados en frío: C, Z y costaneras de chapa delgada, habituales en correas y largueros. Se diseñan con su propia norma (AISI S100), porque su comportamiento está dominado por el pandeo local.

Las dimensiones, las propiedades geométricas y cómo elegir entre ellos se detallan en perfiles de acero estructural. Si necesitas una base de datos de perfiles americanos, puedes usar la planilla Excel de dimensiones y propiedades de perfiles AISC.

Sistemas estructurales más usados

La forma de organizar las barras define cómo resiste la estructura las cargas horizontales, que casi siempre son las que dimensionan el sistema:

La clasificación completa, con ejemplos y criterios de elección, está en tipos de estructuras metálicas. Dos tipologías tienen artículo propio por su importancia práctica: las cerchas metálicas y la nave industrial metálica.

Las uniones: donde se juega la estructura

Una estructura metálica es tan buena como sus uniones. Allí se concentran las tensiones, se acumulan los errores de fabricación y se decide si un nudo se comporta como articulado o como rígido. Hay dos grandes tecnologías:

• Uniones atornilladas: pernos de alta resistencia (grados ASTM F3125, antes A325 y A490) que pueden trabajar por aplastamiento o, si el deslizamiento es inadmisible, por fricción con pretensado controlado. Son rápidas en obra y fáciles de inspeccionar.
• Uniones soldadas: soldaduras de filete o de penetración con electrodos compatibles con el acero base (por ejemplo, E70XX). Son continuas y rígidas, pero su calidad depende del soldador, del procedimiento y de la inspección, idealmente según AWS D1.1.

La regla práctica es soldar en taller y atornillar en obra, porque las condiciones controladas del taller dan mejores soldaduras. Todo el detalle está en uniones en estructuras metálicas.

Lección histórica: en el terremoto de Northridge (California, 1994) se detectaron fracturas frágiles en numerosas uniones soldadas viga–columna de pórticos resistentes a momento, que hasta entonces se consideraban muy dúctiles. De ahí nacieron las uniones precalificadas y las exigencias actuales de tenacidad de soldaduras en zonas sísmicas. Una unión mal concebida puede anular la ductilidad del acero.

Cómo se diseña: AISC 360 y el Eurocódigo 3

En América, y como referencia de hecho en gran parte de Latinoamérica, el diseño de estructuras de acero se basa en la especificación ANSI/AISC 360. La edición vigente es la AISC 360-22, que reemplazó a la de 2016. AISC ya trabaja en la siguiente edición, prevista como 2027. En tu país, la norma aplicable la fijan el reglamento nacional y los pliegos del contrato; en proyectos con financiamiento multilateral suele especificarse de forma expresa.

AISC 360 admite dos formatos de diseño equivalentes:

• LRFD (diseño por factores de carga y resistencia): las cargas se mayoran con factores de carga y la resistencia nominal se reduce con un factor φ. La resistencia requerida mayorada no debe superar φ·Rn.
• ASD (diseño por resistencias admisibles): se usan cargas de servicio combinadas, y la resistencia nominal se divide por un factor de seguridad Ω. La resistencia requerida no debe superar Rn/Ω.

Por ejemplo, para la fluencia de un elemento en tracción, AISC 360 usa φ = 0,90 en LRFD y Ω = 1,67 en ASD. Para la rotura en la sección neta usa φ = 0,75 y Ω = 2,00. La comparación completa, con ejemplos resueltos, está en diseño de estructuras metálicas: LRFD vs ASD.

La especificación se organiza por tipo de solicitación: requisitos de estabilidad y análisis (capítulo C, con el método de análisis directo), tracción (D), compresión (E), flexión (F), cortante (G), esfuerzos combinados (H), uniones (J) y servicio (L). También incluye capítulos de fabricación y montaje (M) y de control y aseguramiento de la calidad (N), y un apéndice dedicado al diseño frente a incendio. Las acciones y sus combinaciones no están en AISC 360, sino en la norma de cargas (en EE. UU., ASCE 7). Si la estructura debe disipar energía ante sismo, se añade la AISC 341, de disposiciones sísmicas.

En Europa rige el Eurocódigo 3 (EN 1993), que está en plena transición. La segunda generación (EN 1993-1-1:2022) ya está disponible, los países deben publicarla a más tardar el 30 de septiembre de 2027 y la primera generación se retira el 30 de marzo de 2028. Entre los cambios, amplía el alcance hasta aceros S700 y revisa las reglas de estabilidad. Conceptualmente, el Eurocódigo 3 es un método de estados límite equivalente al LRFD, pero clasifica las secciones en cuatro clases (1 a 4) según su capacidad de plastificar, en lugar de las categorías compacta, no compacta y esbelta de AISC.

Nota normativa: no mezcles normas dentro de un mismo cálculo. Los factores φ de AISC están calibrados con las combinaciones de ASCE 7, y los coeficientes γM del Eurocódigo con las de EN 1990. Tomar la resistencia de una norma y las cargas de otra rompe la calibración de seguridad.

Cómo falla un elemento de acero: los estados límite

Diseñar en acero consiste en demostrar que ninguno de los modos de falla posibles se alcanza. La figura 3 resume los principales:

Resistencia del material

En tracción se verifican dos modos: la fluencia de la sección bruta, que produce alargamientos excesivos, y la rotura de la sección neta, debilitada por los agujeros. En uniones aparecen además el aplastamiento en agujeros, el desgarro en bloque y el corte de pernos y soldaduras.

Estabilidad

Es el capítulo que más distingue al acero. Una columna esbelta pandea con una carga muy inferior a la de fluencia. Una viga sin arriostramiento lateral sufre pandeo lateral-torsional: el ala comprimida se desplaza de costado y la sección gira. Las placas delgadas de alas y almas pueden abollarse localmente. Por eso AISC limita las relaciones ancho/espesor y exige considerar los efectos de segundo orden y las imperfecciones en el análisis global.

Servicio

Una estructura puede ser perfectamente segura y aun así inutilizable si tiene flechas que agrietan tabiques, vibraciones que molestan a los usuarios de un entrepiso o desplazamientos laterales que dañan fachadas. Los límites de flecha habituales van de L/240 a L/360 según el uso y el acabado, y los entrepisos ligeros de acero merecen una verificación específica de vibraciones.

Riesgos y limitaciones reales

Las ventajas del acero son conocidas: ligereza, rapidez, precisión y capacidad para grandes luces. Una guía honesta debe detenerse también en sus debilidades, porque son las que causan patologías y siniestros. El balance completo está en ventajas y desventajas de las estructuras metálicas.

Fuego

El acero no arde, pero pierde resistencia y rigidez con la temperatura mucho antes de fundirse. A 600 °C conserva menos de la mitad de su límite elástico (figura 4). Un incendio normalizado alcanza temperaturas de gases de ese orden en pocos minutos, así que una estructura sin protección puede fallar rápido. Las soluciones son pinturas intumescentes, morteros proyectados, placas de protección o el sobredimensionamiento verificado por cálculo.

Corrosión

El acero al carbono se oxida en presencia de humedad y oxígeno, y el proceso se acelera con cloruros (ambiente marino) o contaminantes industriales. La protección se elige según la categoría de corrosividad del ambiente (de C1, interior seco, a CX, extrema, según ISO 12944) y la durabilidad buscada. Las opciones son sistemas de pintura, galvanizado en caliente o ambos (sistema dúplex). Los puntos débiles están siempre en los detalles: rincones que acumulan agua, bases de columnas enterradas, uniones sin sellar y soldaduras de obra sin retocar.

Pandeo y montaje

La esbeltez que hace eficiente al acero lo hace vulnerable durante el montaje, cuando aún faltan arriostramientos, correas o la losa que estabiliza las vigas. Muchos colapsos ocurren en esa fase y no en servicio. Un procedimiento de montaje con arriostramientos provisionales y secuencia definida es parte del proyecto, no un detalle del contratista.

Fatiga y fractura frágil

En elementos sometidos a cargas repetidas, como vigas carril de puentes grúa, puentes o soportes de maquinaria, pueden aparecer grietas por fatiga en detalles soldados, aunque las tensiones estén muy por debajo de fy. La tenacidad del acero y de las soldaduras (ensayo Charpy), sobre todo a baja temperatura y en espesores grandes, controla el riesgo de fractura frágil.

Dependencia de la calidad de ejecución

Una soldadura con falta de fusión, un perno sin el apriete especificado o una placa base mal nivelada invalidan hipótesis del cálculo. El acero exige planos de taller revisados, soldadores calificados e inspección documentada.

Estructura metálica o de hormigón

La elección entre acero y hormigón armado no tiene una respuesta universal. El acero gana cuando pesan la rapidez, las grandes luces, el peso propio bajo (suelos pobres, ampliaciones sobre estructuras existentes) o la posibilidad de desmontar y reutilizar. El hormigón gana en resistencia al fuego sin protección adicional, masa y rigidez, durabilidad en ciertos ambientes y costo en países donde el acero es importado y la mano de obra de hormigón abunda. Muchas veces la mejor solución es mixta.

El análisis comparativo por criterios (costo, plazo, sismo, fuego, mantenimiento y sostenibilidad) está en estructura metálica vs hormigón.

Del proyecto a la obra: fabricación y montaje

Una estructura metálica recorre un ciclo más industrial que una de hormigón:

1. Ingeniería básica y de detalle: definición de cargas, modelo, dimensionamiento y diseño de uniones.
2. Planos de taller: cada pieza con cotas, agujeros, soldaduras y marcas de montaje. Deben ser revisados por el proyectista.
3. Fabricación: corte, perforación, armado, soldadura en taller y control dimensional.
4. Protección: preparación de superficie (chorreado), pintura o galvanizado.
5. Transporte: las piezas se limitan por las dimensiones y pesos transportables, lo que condiciona dónde van las uniones de obra.
6. Montaje: izado con grúa, aplomado, arriostramiento provisional, apriete de pernos y soldaduras de obra.
7. Inspección y recepción: ensayos no destructivos de soldaduras, verificación de aprietes y retoques de protección.

Puedes ver una descripción práctica de la secuencia de obra en el proceso constructivo de estructuras metálicas, y un ejemplo de especificaciones de materiales en las normas técnicas para estructuras metálicas.

Consejo de obra: los pernos de anclaje se colocan antes del hormigonado de la cimentación y son la primera interfaz entre dos contratistas distintos. Un error de replanteo de pocos centímetros obliga a cortar, perforar o soldar en obra. Exige una plantilla de posicionamiento y verifica cotas antes de hormigonar.

Normas y documentos de referencia

Si buscas material de estudio complementario, en IngeCivil tienes los apuntes de estructuras metálicas en PDF, basados en la normativa española.

Mapa de esta serie sobre estructuras metálicas

• Perfiles de acero estructural: IPE, HEB, IPN, UPN, tubos y ángulos
• Estructura metálica vs hormigón: cuál elegir
• Nave industrial metálica: diseño y componentes
• Ventajas y desventajas de las estructuras metálicas
• Tipos de estructuras metálicas
• Acero estructural: tipos y propiedades (A36, A572, A992)
• Cercha metálica: tipos, partes y diseño
• Uniones en estructuras metálicas: atornilladas y soldadas
• Diseño de estructuras metálicas: LRFD vs ASD según AISC 360

Preguntas frecuentes

¿Qué es una estructura metálica?

Es un sistema estructural cuyos elementos resistentes principales, como columnas, vigas, cerchas y arriostramientos, son de metal, casi siempre acero estructural. Estos elementos se unen con pernos o soldadura y transmiten las cargas hasta la cimentación.

¿Qué norma se usa para diseñar estructuras metálicas?

En América y en buena parte de Latinoamérica, la referencia es ANSI/AISC 360, cuya edición vigente es la de 2022, complementada con AISC 341 en zonas sísmicas. En Europa se usa el Eurocódigo 3, en transición a su segunda generación hasta marzo de 2028. Siempre prevalece lo que exijan el reglamento nacional y el contrato.

¿Qué acero se usa en estructuras metálicas?

Los más comunes en el marco ASTM son el A36 (fy de 250 MPa), el A572 grado 50 y el A992 (fy de 345 MPa). En el marco europeo, S275 y S355. Todos tienen el mismo módulo de elasticidad, 200 000 MPa.

¿Una estructura metálica resiste un incendio?

No de forma fiable sin protección. El acero no arde, pero hacia los 600 °C conserva menos de la mitad de su límite elástico. Por eso se protege con pinturas intumescentes, morteros proyectados o placas, o se justifica su resistencia al fuego por cálculo.

¿Cuánto dura una estructura metálica?

Una estructura bien diseñada, protegida y mantenida puede durar tanto como una de hormigón. La vida de la protección anticorrosiva es otra cosa: según ISO 12944, los sistemas de pintura se clasifican por durabilidad, de menos de 7 años hasta más de 25. El mantenimiento periódico de la protección es parte del costo real.

¿Las estructuras metálicas se comportan bien ante sismos?

Sí, si se diseñan para ello. La ductilidad del acero y su bajo peso reducen las fuerzas sísmicas y permiten disipar energía. Pero ese buen comportamiento depende de detalles de unión y de sistemas diseñados con criterios sísmicos, como los de AISC 341. Una unión frágil anula la ventaja del material.

¿Es más barata una estructura metálica que una de hormigón?

Depende del proyecto y del mercado local. El acero suele salir más caro por kilo de material, pero reduce plazos, cimentaciones y mano de obra en obra. En naves y grandes luces suele ser más competitivo; en edificios de vivienda de poca luz, el hormigón suele ganar. La comparación debe hacerse con costo total y plazo.

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¿Qué es un anclaje post-instalado?

Es un sistema de fijación colocado en un material base endurecido, que resiste tracción, corte o su combinación a través de tres mecanismos:

• Fricción: anclajes de expansión por torque (cuña, camisa) o por desplazamiento.
• Trabazón mecánica (keying): anclajes de socavado (undercut) y tornillos para concreto.
• Adherencia: anclajes químicos con resinas epóxicas, viniléster o híbridas.

Los anclajes plásticos (tarugos) y los basculantes para placas de yeso funcionan con los mismos principios, pero con capacidades de un orden de magnitud menor.

Selección según el material base

Para entender el comportamiento de la mampostería como sustrato, conviene revisar el proceso de construcción de muros de ladrillo (tabiques): la calidad de las piezas y del mortero condiciona directamente la capacidad del anclaje.

Modos de falla que el diseño debe verificar

Modos de falla de anclajes post-instalados. Fuente: elaboración propia según ACI 318-19.

A tracción:

• Rotura del acero.
• Arrancamiento del cono de concreto (concrete breakout).
• Extracción por deslizamiento (pull-out).
• Falla por adherencia (anclajes químicos).
• Hendimiento (splitting).
• Desprendimiento lateral cerca del borde.

A corte:

• Rotura del acero.
• Rotura del borde de concreto.
• Desprendimiento por palanca (pryout).

La resistencia de diseño es la menor de todas. Por eso un perno de alta resistencia no mejora nada si falla primero el concreto.

Cálculo según ACI 318-19 (Capítulo 17)

La resistencia básica al arrancamiento del cono de concreto de un anclaje aislado en tracción es:

N_b = k_c · λ_a · √f’c · h_ef^1,5 (N, MPa, mm)

Modelo CCD: el área proyectada controla la capacidad de grupos y anclajes cerca de bordes.

Donde k_c = 10 para anclajes preinstalados y 7 para post-instalados, salvo que el informe de calificación indique otro valor. h_ef es la profundidad efectiva de empotramiento. Este valor se corrige por:

• Área proyectada del cono (grupos y bordes).
• Excentricidad.
• Condición fisurada o no fisurada.
• Hendimiento.

La interacción tracción–corte se verifica con N_ua/φN_n + V_ua/φV_n ≤ 1,2.

Ejemplo resuelto: soporte articulado en muro

La excentricidad del brazo, no el peso, gobierna la tracción en los anclajes.

Datos:

• Pantalla de 25 kg y soporte con brazo de 10 kg: W = 343 N.
• Excentricidad del centro de masa con el brazo extendido: e = 500 mm.
• Placa con 4 anclajes y separación vertical entre filas s = 400 mm.

1. Carga mayorada: W_u = 1,4 · 343 ≈ 480 N.
2. Momento: M_u = 480 · 0,50 = 240 N·m.
3. Tracción en la fila superior: T = M_u/s = 600 N, es decir, 300 N por anclaje.
4. Corte: V = 480/4 = 120 N por anclaje.

Resultado en concreto: con f’c = 21 MPa y un anclaje M8 con h_ef = 40 mm, lejos de bordes, N_b = 7 · √21 · 40^1,5 ≈ 8,1 kN. Con φ = 0,65, la capacidad es de unos 5,3 kN. El margen es amplio.

Resultado en ladrillo hueco con tarugo plástico: las cargas recomendadas típicas de los ETA están entre 0,1 y 0,4 kN. La demanda de 0,30 kN queda en el límite o por encima. Esto explica la mayoría de desprendimientos de brazos articulados. El brazo extendido multiplica la tracción: el peso del equipo no es el dato crítico, lo es la excentricidad.

Normativa internacional y nacional

• ACI 318-19, Capítulo 17: diseño de anclajes en concreto. Es la base de la mayoría de códigos latinoamericanos derivados de ACI (NSR-10 en Colombia, NB 1225001 en Bolivia, entre otros).
• ACI 355.2 y ACI 355.4: calificación de anclajes mecánicos y adhesivos post-instalados. En EE. UU. se complementan con los criterios ICC-ES AC193 y AC308.
• EN 1992-4:2018 (Eurocódigo 2, Parte 4): diseño de fijaciones en concreto en la Unión Europea.
• Documentos de Evaluación Europeos (EAD): sustituyen a las antiguas guías ETAG y dan lugar a la Evaluación Técnica Europea (ETA) de cada producto. Destacan el EAD 330232 (mecánicos en concreto), el EAD 330499 (adhesivos) y el EAD 330284 (plásticos para usos no estructurales).
• Diseño sísmico de elementos no estructurales: ASCE 7 (Capítulo 13), EN 1998-1 y normas nacionales como la E.030 del Perú.

Regla práctica: un anclaje sin informe técnico (ESR o ETA) no tiene valores de diseño trazables. Cualquier cálculo con ese producto es una suposición.

Errores frecuentes en obra

• Perforar ladrillo hueco con percusión: rompe los tabiques internos de la pieza y anula la capacidad del anclaje.
• No limpiar la perforación en anclajes químicos: el polvo residual puede reducir la adherencia de forma drástica. Aplica el ciclo soplado–cepillado–soplado del fabricante.
• Ignorar distancias al borde y separaciones mínimas: los conos se superponen y la capacidad del grupo cae.
• No aplicar el torque de instalación especificado: sin él, los anclajes de expansión no desarrollan su resistencia.
• Fijar a la placa de yeso en lugar del montante: sin un refuerzo interior (madera u OSB), la placa no soporta la tracción.
• No detectar instalaciones antes de perforar: hay riesgo de dañar tuberías y conductos eléctricos empotrados.

Preguntas frecuentes

¿Anclaje químico o mecánico?

El químico no genera tensiones de expansión, por lo que admite menores distancias al borde y funciona en mampostería. El mecánico permite cargar de inmediato y no depende del tiempo de curado ni de la temperatura.

¿Qué significa concreto fisurado?

Es el concreto en zonas donde pueden abrirse fisuras bajo cargas de servicio. ACI 318 y EN 1992-4 exigen suponer concreto fisurado salvo que el análisis demuestre lo contrario. Esto reduce la capacidad y requiere anclajes calificados para esa condición.

¿Se necesita cálculo para fijaciones domésticas?

Para cargas con excentricidad relevante, en zonas de circulación o en edificios con exigencia sísmica, sí. Como mínimo, se debe verificar la carga recomendada del ETA o ESR frente a la demanda real, incluido el momento.

Conclusión

La capacidad de un anclaje depende del material base, de la geometría del grupo y del modo de falla que gobierne, no del diámetro del perno. Para diseñar con criterio de ingeniería hay que:

• Calcular la demanda incluyendo la excentricidad.
• Elegir un producto con evaluación técnica vigente.
• Verificar según ACI 318-19 o EN 1992-4.
• Controlar la instalación en obra.

Bibliografía recomendada

• Eligehausen, R., Mallée, R. y Silva, J. F. (2006). Anchorage in Concrete Construction. Ernst & Sohn.
• fib Bulletin 58 (2011). Design of anchorages in concrete.
• ACI Committee 318 (2019). Building Code Requirements for Structural Concrete, Capítulo 17.
• CEN (2018). EN 1992-4: Design of fastenings for use in concrete.

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Cuando se trabaja con secciones irregulares huecas, como aquellas presentes en elementos especiales de concreto armado, acero estructural, secciones compuestas o elementos prefabricados no convencionales, los métodos analíticos clásicos resultan poco prácticos. En estos casos, el método de coordenadas se convierte en una herramienta eficiente y ampliamente utilizada en la ingeniería estructural.

Esta hoja de Cálculo Excel para determinar propiedades de una sección irregular hueca usando coordenadas permite realizar el cálculo de manera sistemática, precisa y transparente, facilitando la evaluación de secciones definidas por vértices externos e internos. La planilla está orientada a ingenieros civiles, estructurales y estudiantes de ingeniería o arquitectura, u otros interesados y constituye un apoyo práctico tanto en el ejercicio profesional como en el ámbito académico.

Concepto e importancia del cálculo de propiedades geométricas mediante coordenadas

El cálculo de propiedades geométricas de secciones irregulares huecas mediante coordenadas consiste en determinar, a partir de la definición geométrica de la sección por medio de los vértices de su contorno exterior e interior, parámetros fundamentales como el área, centroide, momentos de inercia, productos de inercia y radios de giro, empleando formulaciones matemáticas basadas en la integración discreta de áreas.

Este método se apoya en la descomposición de la sección en polígonos definidos por coordenadas cartesianas, lo que permite representar con precisión geometrías no convencionales, imposibles de resolver mediante fórmulas cerradas. En el caso de secciones huecas, el área interior se considera como una región sustraída, garantizando un cálculo riguroso y coherente de las propiedades globales de la sección.

Su importancia en la ingeniería radica en que estas propiedades geométricas controlan directamente el comportamiento resistente y deformacional de los elementos estructurales. Los momentos de inercia influyen en la rigidez a flexión, los radios de giro en la estabilidad frente al pandeo, y la correcta ubicación del centroide es esencial para evitar esfuerzos secundarios por excentricidad. Por ello, el método de coordenadas es una herramienta clave en el diseño y verificación de vigas (Puentes), columnas, placas y secciones especiales en concreto armado, acero estructural y sistemas compuestos.

Excel para Determinar Propiedades Geométricas de Secciones Irregulares Huecas

Esta hoja de cálculo Excel ha sido elaborada para calcular las propiedades geométricas de una sección transversal de forma irregular con vacíos utilizando geometría de coordenadas. Citamos las instrucciones que acompañan a la Planilla Excel:

1. Ingrese datos únicamente en las celdas amarillas.
2. Ingrese las coordenadas X Y de los vértices del perímetro exterior de la sección.
3. Los puntos deben ingresarse en sentido antihorario.
4. El punto inicial debe tener las mismas coordenadas X Y que el último punto.
5. Ingrese las coordenadas X Y (en la tabla central) del perímetro interior del vacío o hueco de manera similar a la descrita anteriormente.
6. Si se requieren vacíos circulares, pueden ingresarse las coordenadas en la tabla de la derecha. Se requiere el diámetro del vacío junto con las coordenadas X Y del centro del círculo. Se pueden ingresar hasta 20 vacíos individuales.
7. Las celdas no utilizadas deben borrarse usando la tecla SUPRIMIR o pueden contener 0.

Entre las principales propiedades de la sección hueca que se obtienen al utilizar este Excel están:

– Área de la sección de la figura
– Coordenadas del Centroide o Centro de Gravedad (x̄, ȳ)
– Momentos de Inercia
– Además, se obtiene la gráfica de la sección, a partir de las coordenadas X Y ingresadas (de los vértices) de la figura.

Recomendaciones de Uso de la Planilla Excel de Ingeniería Civil

El Excel para el cálculo de propiedades geométricas de secciones irregulares huecas mediante coordenadas es una herramienta de apoyo al análisis estructural, diseñada para facilitar y sistematizar los cálculos geométricos fundamentales. No obstante, su uso debe realizarse de manera responsable y técnica, considerando las siguientes recomendaciones:

• Verificar que las coordenadas de los vértices estén correctamente definidas, manteniendo un sentido de recorrido consistente (horario o antihorario) tanto para el contorno exterior como para los huecos interiores.
• Confirmar que las unidades de medida empleadas sean coherentes en todo el archivo (longitudes, áreas e inercias), evitando errores de interpretación en los resultados.
• Utilizar los resultados como insumo para el análisis y diseño estructural, y no como un sustituto del criterio profesional del ingeniero civil.
• Contrastar los resultados obtenidos con métodos alternativos o software especializado, especialmente en secciones críticas o de alta responsabilidad estructural.

El correcto uso del Excel contribuye a una mayor confiabilidad del diseño estructural, reduciendo errores y optimizando tiempos de cálculo en proyectos reales y académicos. A continuación, pueden Descargar el Excel para determinar propiedades geométricas de secciones irregulares huecas mediante coordenadas, herramienta que permite al usuario contar con una herramienta práctica y flexible para el análisis de secciones transversales no convencionales.

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Al ser un tema amplió,  de manera general nos enfocaremos en el diseño de piscinas recreativas, se deben considerar ciertos criterios de diseño (para garantizar la seguridad, funcionalidad, estética, etc.); así como determinados parámetros técnicos.

En un principio se reforzarán conceptos necesarios acerca piscinas.

¿Qué es una piscina?

Damos nuestro concepto: una piscina es una estructura superficial o enterrada (en relación al terreno natural), diseña y construida para que soporte principalmente la carga generada por el agua contenida en su interior, las piscinas pueden construirse en áreas interiores o exteriores, los fines de una piscina pueden ser deportivos, recreativos, terapéuticos, etc.

Criterios de Diseño de Piscinas Recreativas

El diseño debe una piscina recreativa debe satisfacer las necesidades básicas de los usuarios y las condiciones del entorno; a continuación, citamos algunos criterios generales a considerar:

1. Función y Propósito

En primera instancia se debe determinar la función principal de la piscina, entre los propósitos generales a cumplir están: recreación familiar, deportes, juegos acuáticos o actividades terapéuticas. Según el propósito se debe estimar la cantidad y capacidad máxima de usuarios simultáneos dentro la piscina, con el fin de brindar una experiencia adecuada (de acuerdo al propósito).

2. Ubicación, orientación y Entorno

Es importante considerar la orientación en función a la posición del sol, para definir el nivel de exposición solar; al mismo tiempo se debe considerar el efecto del viento según la ubicación de la piscina.

Asimismo, se debe considerar la vegetación circundante y la topografía del terreno (incidencia en volúmenes de excavación). La ubicación de la piscina también se relaciona directamente con la ubicación de los ambientes complementarios (Vestuarios, Baños, áreas sociales etc.); de manera tal que se garantiza un acceso óptimo y una circulación segura para los usuarios y otras personas que circulen por las diferentes áreas.

3. Normativas y Seguridad

Las normativas locales e internacionales influyen directamente en el diseño de piscinas, estas deben ser consideradas de manera obligatoria; generalmente definen parámetros importantes relacionados a: la profundidad, instalaciones internas, accesibilidad, etc. Las normativas también definen parámetros para diseñar sistemas de circulación de agua que cumplan con estándares de calidad, así también definen otras especificaciones relacionadas con la seguridad al momento de la ejecución y puesta en marcha.

4. Estética y Personalización

El criterio estético conlleva la integración de la piscina con el paisaje del lugar donde se emplazará. La selección de acabados, y colores deben equilibrarse con el entorno; así como con el presupuesto y especificaciones determinadas por el cliente.

Parámetros Técnicos para el diseño de piscinas

Dentro los parámetros técnicos generales para diseñar una piscina, podemos citar de manera no limitativa, los siguientes:

1. Dimensiones y Formas

El área disponible de emplazamiento (superficie topográfica) se relaciona directamente con la forma de la piscina (rectangulares, triangulares, circulares, ovaladas o irregulares); una vez definido el espacio y la forma, se procede con el dimensionamiento de la piscina.

2. Sistemas, instalaciones generales

Los diferentes sistemas, presentes generalmente al momento de diseñar una piscina son los siguientes (no limitativo):

• Sistema de Circulación: Consistente en Bombas, jets e instalaciones de tuberías dimensionadas para garantizar un cambio completo del agua dentro un periodo determinado.
• Sistema de Filtración: Sistemas de filtros: de arena, cartucho, etc. para mantener la claridad adecuada del agua.
• Sistema de Desinfección: Consistente en la incorporación de sistemas de cloración automática, cloradores salinos o tecnología UV, etc.; para garantizar la eliminación de microorganismos.

3. Estructura de la piscina, capacidad de soporte del suelo

Dependiendo el tamaño de la piscina y el tipo de material a utilizar: se debe realizar un cálculo estructural en el caso del hormigón armado, mampostería reforzada; en el caso de piscinas de PVC reforzado, paneles modulares, fibra de vidrio u otros prefabricados, se deben considerar las especificaciones establecidas por el proveedor.

En piscinas que se encuentran bajo el nivel del terreno natural, se deben considerar actividades de impermeabilización mediante membranas, resinas, revestimientos cerámicos, etc.; de manera tal que se proteja la integridad estructural de la piscina.

4. Iluminación y Climatización

Otras instalaciones complementarias a considerar según el tipo de piscina y especificaciones establecidas por el usuario, son las siguientes:

• Sistemas de iluminación sumergibles para uso nocturno.
• Sistemas de calentamiento solar, eléctrico o a gas para mantener una temperatura adecuada.

Mantenimiento de Piscinas Recreativas

Las actividades de mantenimiento siempre son necesarias para preservar la integridad de las estructuras y los sistemas que la complementan, en el caso de las piscinas mencionamos las siguientes actividades generales no limitativas:

1. Tratamiento Químico

• Monitoreo periódico de la alcalinidad, PH del agua contenida, con herramientas como los kits de prueba para control del PH y calidad del agua.
• Uso de alguicidas, clarificadores y otros reguladores de PH según sea necesario.

2. Limpieza Física

• Retiro de hojas y materiales en suspensión.
• Limpieza periódica del fondo (aspirado manual o  aspirado automático).

3. Control de Filtración

• Lavado y mantenimiento de filtros según especificaciones del fabricante.
• Inspección regular de bombas y sistema de tuberías.

4. Actividades de Prevención

• Cubrir la piscina cuando no esté en uso para evitar contaminación proveniente del exterior.
• Revisión de la estructura y de los sistemas complementarios, identificación de filtraciones y fugas.

Conclusiones y recomendaciones

El diseño de una piscina recreativa implica un balance entre funcionalidad, seguridad y estética. Cumplir con la normativa y los parámetros técnicos adecuados, seleccionar materiales de calidad y realizar un mantenimiento programado garantizará una experiencia segura y óptima para los usuarios. Para proyectos de este tipo, es recomendable contar con el apoyo de profesionales capacitados que puedan optimizar los recursos y asegurar resultados de con un nivel alto de seguridad y calidad (Durante el proceso de diseño, dimensionamiento, construcción, puesta en marcha y mantenimiento).

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Objetivo del sistema de andamios o andamiaje

Permitir el fácil y seguro acceso de los trabajadores a determinadas zonas de una obra en construcción y/o mantenimiento, principalmente para ejecutar actividades en diferentes alturas; Ejemplos: de aplicación: Provisión y acopio temporal de materiales/herramientas, construcción de muros divisorios y perimetrales (Elevados), revoque interior y exterior (fachadas), trabajos en pintura y revestimientos, diferentes instalaciones (Cielo Falsos, Eléctrica, Gas, Contra Incendios), etc.

¡Conoce las partes de un andamio!

De manera general las partes de un andamio son las siguientes:

– Articulaciones: Pueden ser fijas o giratorias; utilizadas para vincular dos caños en ángulos rectos o en el ángulo necesario; su uso se determinará según el trabajo a realizar. Para su aplicación se utilizan caños adicionales estándar.

– Bases de Apoyo: Según la actividad a realizar, las bases de apoyo pueden ser móviles (Ruedas) o Fijas (Placas base metálicas), mismos que descansarán sobre una superficie nivelada del terreno; este elemento es de especial importancia ya que sobre esté descansara toda la estructura del andamio.

– Soportes Verticales: Tipo bastidores prearmados, dan soporte a la estructura pueden presentarse escaleras verticales o puntos de apoyo en estos elementos, son de fácil encastre y montaje/desmontaje.

Existen también bastidores para garantizar pasos peatonales, con alturas sobre zonas de circulación por debajo del andamio:

– Soportes Horizontales o diagonales: Elementos de soporte destinados a dar forma a la estructura general del andamio, estos se interconectan con los soportes verticales o bastidores del andamio. En el caso de las diagoneles rigidizan y afirman el modulo del andamio.

– Escaleras: Montadas entre los diferentes módulos, utilizadas para acceder a los diferentes niveles del andamio, brindando un acceso fácil y seguro a la estructura; suelen incluirse barandas adosadas a la escalera, una efectiva medida de seguridad.

– Plataformas o tableros: Elemento de la estructura donde el trabajador desempeñará una determinada actividad, en este elemento se pueden depositar temporalmente herramientas menores y materiales de construcción de volumen y peso discreto; generalmente son chapas con perforaciones antideslizantes.

– Ménsulas para pantalla: Se fija comúnmente en los parantes del andamio, son utilizados para brindar protección contra caída de elementos; se pueden utilizar caños estándar adicionales.

– Cabezal para prearmado: Permiten formar barandas de terminación en los extremos superiores de los andamios o en las torres, según la actividad a ejecutar este elemento es opcional.

– Caño Estándar: De múltiples usos en el sistema de andamiaje, según la actividad a realizar.

Recomendaciones al utilizar sistemas de andamiaje

Es recomendable considerar los siguientes cuidados de carácter general:

– Contar con personal calificado y elementos de seguridad, con experiencia en sistemas de andamiaje.

– Verificar certificación del fabricante.

– Capacitación del personal para el montaje y adecuado uso de andamios.

– Tomar en cuenta las características de seguridad respecto a la actividad a realizar (Es importante considerar un profesional capacitado en seguridad, que identificará riegos y aspectos para minimizarlos durante el proceso de construcción).

Clasificación de los Andamios

Los andamios según normativa o su aplicación, pueden clasificarse considerando los siguientes parámetros:

– Por la carga de servicio a soportar

– Usabilidad del andamio, según la actividad a ejecutar

– Materiales de fabricación del andamio

– Según el tipo de apoyo

– Según el diseño y características adicionales que el sistema de andamio pueda presentar

Ventajas de los sistemas de Andamios

Entre las ventajas principales, podemos mencionar las siguientes:

– Fácil y rápido montaje.

– Brindan seguridad y comodidad al trabajador al momento de desplazarse.

– Acceso seguro a alturas considerables, minimizando el riesgo de incidentes, accidentes.

– Existen diferentes servicios de alquiler de andamios, que apoyarán y recomendarán al constructor para una correcta y optima aplicación.

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Acero Estructural

Los grados del acero estructural, aprobados para ser usados serán los cubiertos por las especificaciones correspondientes de las Normas ASTM y COVENIN-MINDUR 1618 “Estructuras de Acero para Edificaciones, Proyecto, fabricación y Construcción”.

Todo el material, sin excepción, a ser empleado en la fabricación de miembros de acero deberá ser nuevo y estar acorde con la calidad indicada en los planos del proyecto.

Constituirá evidencia suficiente de la calidad de acero a emplear, los informes certificados de ensayo de fabricación del acero, informes certificados de los ensayos ejecutados por LA CONTRATISTA o de un laboratorio designado para tal fin, previamente aprobado por La Inspección de la Obra, de acuerdo en un todo con la especificación ASTM A6 O A568, según sea aplicable.

Las planchas, barras y los perfiles estructurales a ser utilizado en la fabricación de estructuras de acero deberán estar de acuerdo en un todo con lo indicado en los planos, especificaciones del proyecto y con la especificación ASTM A36, con una resistencia mínima admisible a la cedencia fy=2530 Kgf/cm2 y a la rotura fu= 4080 Kgf/cm2.

En caso de que no se encuentre disponible en el mercado local un acero que cumpla con especificación ASTM A36 LA CONTRATISTA podrá adoptar, previa autorización del REPRESENTANTE DE OBRA, un material equivalente de conformidad con los códigos venezolanos.

Pernos y Tuercas

Bajo este título se especifica la calidad de los conectores de acero a ser colocados de acuerdo con lo indicado en los planos de proyectos, en las diferentes uniones de los elementos que componen una estructura metálica.

Los pernos estructurales deberán ser de alta resistencia, seguir las especificaciones ASTM A325 “High Strength Bolts For Structural Steel Joins, Includin Suitable Nuts an plain Hardened Washers”, o ASTM A490 “ Quenched and Tempered Alloy Steel Bolts for Structural Steel Joints” y galvanizados según ASTM A153. No se permitirá el uso de pernos ASTM A490 en ambientes altamente corrosivos.

A menos que se especifique otra cosa, todas las tuercas y arandelas utilizados con los requerimientos de las especificaciones ASTM A194 o A563 y las arandelas a ASTM F436 O F959 en el caso de pernos A325, y ASTM F436 cuando se utilicen pernos A490 los pernos de anclaje y las tuercas de arandelas correspondientes deberán seguir las especificaciones ASTM A307 “Low-Carbón Steel Externally Threaded standard fasteners”, de diámetro no menor de 5/8”.

Los pernos comunes de acero para conectores de corte en construcción mixta de acero y concreto estarán de acuerdo a la norma AWS D1.1- Structural Welding Code, de la American welding Society y a la Norma COVENIN 1618

En todos los casos, salvo indicación diferente del REPRESENTANTE DE LA OBRA o de las especificaciones particulares del proyecto, la certificación de fabricante constituirá evidencia suficiente de conformidad con el código correspondiente.

Todas las juntas de campo, salvo los casos especiales indicados en los planos de proyecto, deberán ser empernadas.

Soldadura

Las soldaduras se realizaran solo en taller, salvo los casos especiales a realizarse en campo e indicados en los planos de proyecto, ya sea para la elaboración de perfiles soldados o para la unión de diferentes elementos que formen parte de la estructura, en cualquier caso cumplirá las indicaciones de AWS. D1.1 Structural Welding Code Steel.  

Los electrodos utilizados para soldadura manual con arco metálico protegido serán del tipo  E60 o E70, de acuerdo con lo especificado en el proyecto, y se ajustaran a los requerimientos de las especificaciones AWS A5.1”Especification  for Mild  Steel  Covered Arc-welding Electrodes “ y a la AWS A5.5 “ Specification for low-Alloy Steel Covered Arc-welding Electrodes”.

Para los casos en que se utilice el proceso de soldadura denominado “Arco Sumergido”, los electrodos descubiertos y el fundente se ajustarán, de acuerdo con lo indicado en el proyecto, a la clasificación F6X-EXXX de las especificaciones AWS A5.17 “Specification for Bare low – Alloy Steel electrodes a fluxes for submerged Arc Welding”.

No se permitirá el uso de alambres o electrodos de aporte que muestre señales de deterioro.  Todo el material deberá almacenarse y usarse siguiendo las recomendaciones del fabricante.

La certificación del fabricante del material de soldadura constituirá evidencia suficiente de la conformidad, de este material, con los códigos citados anteriormente.

Esperamos que la información les sea de utilidad, compartimos este Manual de diseño de estructuras metálicas.

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A continuación citamos un fragmento del prefacio del documento:

Se entiende por análisis de una estructura al proceso sistemático que concluye con el conocimiento de las características de su comportamiento bajo un cierto estado de cargas; se incluye, habitualmente, bajo la denominación genérica de estudio del comportamiento tanto el estudio del análisis de los estados tensional y deformacional alcanzados por los elementos y componentes físicos de la estructura como la obtención de conclusiones sobre la influencia recíproca con el medio ambiente o sobre sus condiciones de seguridad. Es entonces el objetivo del análisis de una estructura, la predicción de su comportamiento bajo las diferentes acciones para las que se postule o establezca que debe tener capacidad de respuesta.

Ejercicios resueltos de Análisis de Estructuras

Se resuelven en este archivo ejercicios de estructuras isostáticas, análisis estructural y dinámica estructural. El contenido que este documento de análisis de estructuras desarrolla es el siguiente:

1 ESTRUCTURAS ISOSTÁTICAS

Ejercicio 1.1 Funciones de Fuerzas cortante y normal, y de momento flector de una viga isostática con un soporte inclinado
Ejercicio 1.2 Diagramas de fuerza cortante y de momento para una viga con carga triangular
Ejercicio 1.3 Análisis de una viga con carga compleja
Ejercicio 1.4 Diagramas de fuerza cortante y normal, y de momento para un pórtico
Ejercicio 1.5 Fuerzas en las barras de una armadura simétrica
Ejercicio 1.6 Fuerzas en las barras de una armadura no simétrica
Ejercicio 1.7 Resolución de un arco triarticulado parabólico
Ejercicio 1.8 Resolución de un arco triarticulado circular

2 ANÁLISIS ESTRUCTURAL

Ejercicio 2.1 Método de flexibilidades aplicado a una viga
Ejercicio 2.2 Método de flexibilidades aplicado a una viga con un asentamiento en un soporte
Ejercicio 2.3 Método de flexibilidades aplicado a una viga con un asentamiento en un soporte modelado como resorte helicoidal
Ejercicio 2.4 Resolución de una viga de sección variable empleando el método de las fuerzas
Ejercicio 2.5 Método de flexibilidades aplicado a un marco con una redundante
Ejercicio 2.6 Método de flexibilidades aplicado a un pórtico con varias redundantes y un asentamiento en un apoyo
Ejercicio 2.7 Método de flexibilidades aplicado a un marco con una columna inclinada
Ejercicio 2.8 Resolución de una armadura externamente indeterminada con el método de flexibilidades
Ejercicio 2.9 Resolución de una armadura con indeterminación externa e interna con el método de flexibilidades
Ejercicio 2.10 Método de la rigidez matricial aplicado a una armadura en 2D
Ejercicio 2.11 Análisis de una armadura con un rodillo en un plano inclinado empleando el método de la rigidez matricial
Ejercicio 2.12 Resolución de una viga con el uso del método de la rigidez directa
Ejercicio 2.13 Solución de una viga con asentamiento en un apoyo por medio del método de la rigidez matricial
Ejercicio 2.14 Resolución de un pórtico plano con el método de la rigidez directa
Ejercicio 2.15 Análisis de un marco con un rodillo inclinado, en 2D, con el método matricial de la rigidez
Ejercicio 2.16 Resolución de un marco en el plano, con una rótula intermedia, aplicando el método matricial de la rigidez
Ejercicio 2.17 Resolución de un pórtico con una columna de doble altura, empleando el método de la rigidez directa

3 INTRODUCCIÓN A LA DINÁMICA ESTRUCTURAL

Ejercicio 3.1 Análisis de un sistema de un grado de libertad, sin amortiguación
Ejercicio 3.2 Análisis de un sistema de un grado de libertad, con amortiguación
Ejercicio 3.3 Respuesta de un sistema de un grado de libertad sin amortiguación, a excitación armónica
Ejercicio 3.4 Respuesta de un sistema de un grado de libertad amortiguado, a excitación armónica

Agradecemos nuevamente al autor por compartir información de manera libre para todos los interesados en temas de ingeniería civil, en este caso estos problemas resueltos de análisis de estructuras. Me despido citando una frase que el autor menciona “La información no es sólo para el que la paga, es para todos(as).”

Descarga desde GoogleDrive: Aquí

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Una estructura con aisladores sísmicos solo recibe una parte de la fuerza sísmica, pudiendo ser solo una cuarta o quinta parte dependiendo de la calidad del aislador. Pero una estructura que no tenga protección sísmica no solo recibe toda la fuerza sino que la amplifica hasta tres o cuatro veces más.

Ante un terremoto, la estructura de un edificio convencional vibra y se deforma produciéndose daños, puesto que la aceleración no cambia. En cambio una estructura que cuente con sistemas de protección antisísmica reaccionará diferente ante un terremoto. Los aisladores elastoméricos conseguirán que la aceleración, la vibración y por ende la deformación del edificio se reduzca.

El aislador sísmico, gracias a la flexibilidad de sus capas de acero y caucho, funciona durante el sismo deformándose de lado a lado. De esta manera separa y absorbe la energía que produce el sismo de la edificación.

En una estructura con aisladores se puede reducir la vibración producida por el sismo hasta en un 80%. Claro está el grado en que se reduzca la aceleración, la vibración y los daños dependerán no solo de los dispositivos de aislamiento, sino también de las calidad y el diseño de la construcción, pues estos aisladores no hacen por si solos todo el trabajo.

Aunque el aislamiento sísmico no hace a la edificación a prueba de terremotos, su eficaz protección ha sido demostrada ampliamente.

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Tipos de cerchas según su función del equilibrio

• Cerchas isostáticas. Tipo de estructura que se puede analizar mediante principios y fórmulas que revelen los valores estáticos. De naturaleza determinada estáticamente, que si se llegara a eliminar algunos de los componentes que unen al armazón, fallaría catastróficamente todo el sistema.
• Cerchas hiperestáticas. Su configuración se caracteriza por su estado de equilibrio, el momento flector es de valor igual a 0 en cada barra del sistema. A pesar de esto, la cercha puede que presente condiciones de inestabilidad, ya que su diseño de nudos fijos se asemeja a una estructura isostática.

Tipos de cerchas según su conformación

• Cercha simple. De conformación definida estáticamente, donde la cantidad de varillas y de uniones articuladas tienen que ser de acuerdo a una fórmula apropiada. Su forma es de triángulo y su cálculo es basado en la estática gráfica y en el equilibrio de sus nudos.
• Cercha compuesta. Estructura con determinación estática, la cual se puede diseñar a partir de una o dos cerchas simples. También pueden tener 3 varas adicionales o a su vez un armazón interno, con tal que siga los criterios de equilibrio.
• Cercha compleja. Se cuenta dentro de la categoría de hiperestáticas, y se caracteriza por no excluir a los modelos anteriores y por incluir al resto de geometrías. Se compone por uniones fijas y su cálculo se realiza o por el método de Heneberg o por el método matricial de la rigidez.

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El acero se utiliza para el diseño y la instalación de vigas porque este material presenta ciertas características interesantes y útiles. Por ejemplo, el acero es isotrópico y es más resistente que la madera y el hormigón. Por otra parte, puede con la comprensión y la tracción y teniendo en cuenta su resistencia, pueden considerarse livianas.

Tipos de vigas de acero

Hay distintas maneras de fabricar un perfil de acero para usar en la construcción. En el caso de las vigas, según las prestaciones estructurales, se puede usar la mayoría de las formas de fabricación de perfiles que existen. Los perfiles hechos en frío de secciones y espesores por lo general no muy altas, pueden conseguir vigas eficientes ya sea en perfiles tubulares -de sección cuadrada o rectangular, o perfiles abiertos como perfiles tipo U o de canales atiesadas.

Las vigas de acero laminadas son muy útiles y hay una amplia gama de opciones, por ejemplo están las vigas UPN, UPE, IPE, HEA y HE.

Cuando los perfiles laminados no cumplen las exigencias estructurales de algún proyecto, se crean perfiles específicos en talleres usando planchas especiales. Estas vigas de acero soldadas permiten diseñar y crear los perfiles más adecuados para los requerimientos del proyecto de cálculo estructural. Estas se crean en base a uniones soldadas hechas en  condiciones controladas de los talleres, asegurando uniones perfectas.

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