Comportamiento Estructural de Pórticos: Influencia de Nudos Rígidos y Articulados

Influencia del Tipo de Nudo en Pórticos

En el caso de pórticos de varias plantas con barras ortogonales y sometidos a dos tipos de carga (vertical y horizontal), el tipo de nudo influye significativamente en la distribución de esfuerzos entre las barras.

Comportamiento bajo Cargas Verticales (Gravitatorias)

El tipo de nudo afecta la distribución de esfuerzos entre las barras bajo cargas gravitatorias:

Nudos Articulados

Los momentos máximos se localizan en el centro de la viga, siendo nulos en los extremos. En los soportes, no se producen momentos flectores significativos (salvo pequeños momentos por excentricidad de la unión) y estos trabajan principalmente a compresión.

Nudos Rígidos

Se generan momentos en los extremos de las vigas que reducen los momentos en el centro del vano. Los soportes reciben momentos de las vigas y, por lo tanto, trabajan a flexocompresión.

En general, la rigidez de los nudos tiende a reducir las solicitaciones en las vigas, trasladándolas hacia los soportes. Bajo cargas gravitatorias, los desplazamientos horizontales solo suelen producirse por falta de simetría y generalmente son pequeños, no limitando el campo de aplicación de estas soluciones.

Comportamiento bajo Cargas Horizontales

Las cargas horizontales influyen decisivamente sobre el comportamiento global de la estructura y condicionan la validez de las distintas soluciones de nudos.

Nudos Articulados

Para evitar la formación de un mecanismo, debe existir continuidad a lo largo de cada soporte. Los pilares trabajan como ménsulas empotradas en la cimentación. Las jácenas actúan principalmente repartiendo los esfuerzos entre los soportes, resultando comprimidas.

Ventajas:

• Ejecución sencilla de los nudos.
• No se generan momentos flectores importantes en los soportes ni en la cimentación.

Inconvenientes:

• La longitud que define la rigidez a flexión de los soportes es la altura total del pórtico, lo que limita su validez a edificios de baja altura (generalmente 2 o 3 plantas).
• Requiere sistemas adicionales para garantizar la estabilidad lateral (triangulaciones, pantallas o núcleos de hormigón) que absorban los empujes horizontales, usualmente ubicados en paños ciegos.

Nudos Rígidos

Los momentos en los extremos de los soportes, inducidos por el desplazamiento lateral del pórtico, generan fuerzas cortantes cuya resultante horizontal equilibra las acciones externas horizontales.

Inconvenientes:

• Los soportes y la cimentación trabajan a flexocompresión, lo que a menudo obliga a sobredimensionarlos para controlar y limitar el desplazamiento horizontal del pórtico.
• Si los esfuerzos horizontales son considerables o el pórtico es muy esbelto, esta solución puede resultar antieconómica, ya que podría requerir igualmente elementos de arriostramiento (triangulaciones).
• Las estructuras con nudos rígidos son más sensibles a los efectos de asientos diferenciales de la cimentación.

Criterios Generales de Diseño de Nudos

Aunque la estructura se idealiza en el cálculo mediante barras y puntos, al diseñar los detalles constructivos es fundamental considerar el espesor real de los elementos para asegurar que el comportamiento sea el previsto.

Un nudo rígido transmite tanto momentos flectores como fuerzas cortantes, mientras que un nudo articulado transmite principalmente fuerza cortante.

La unión en un nudo rígido debe involucrar tanto las alas (para transmitir las fuerzas axiales que generan el momento y coaccionan el giro) como el alma (para transmitir las tensiones tangenciales que impiden el desplazamiento relativo). Por el contrario, para materializar un nudo articulado, la unión se realiza fundamentalmente a través del alma, dejando las alas relativamente libres para permitir el giro.

En los nudos rígidos, es crucial comprobar la rigidez de las partes conectadas para prevenir deformaciones locales que puedan permitir giros no deseados (comprobar espesores y añadir rigidizadores si es necesario). La necesidad de estos rigidizadores puede complicar la ejecución, siendo este un factor a considerar al elegir entre nudos rígidos y articulados, favoreciendo a veces soluciones articuladas por su simplicidad constructiva.