Desde los inicios de la construcción de grandes estructuras reticulares en acero, en el siglo XVII, la rigidización de estas retículas o marcos ha sido un problema importante. Materiales como el acero y la madera, que trabajan muy bien a tracción debido a su campo elástico, tienen la carencia de necesitar, sobre todo en zonas sísmicas moderadas o intensas, de elementos de “amarre” que dotan de rigidez a todo el conjunto.
De allí surgen los arriostres, que desde un punto de vista muy simplista, no son más que elementos diagonales de acero o madera, que une dos aristas de un marco estructural. Pero la verdad es, que dentro de su simpleza, logran mejorar sensiblemente la resistencia ante fuerzas horizontales en estructuras de madera y acero; permitiendo así, cubrir grandes luces con vigas arriostradas (celosías) o poder levantar estructuras muy altas en zonas de importante sismicidad.
Los arriostres pueden presentarse en 2 casos concretos: De manera vertical a forma de muro, de manera horizontal en forma de cubierta o forjado.
Los arriostres verticales por lo general vienen dispuestos entre el desarrollo vertical de dos columnas, desde el suelo hasta el tope de la altura del edificio. Donde se recomienda, mantener el ángulo de los arriostres lo más cercano a los 45º, y puede ser mediante un solo elemento de arriostre por marco estructural (haciendo un recorrido en “Zig Zag”), o mediante la disposición de dos elementos de arriostre en forma de “X” por cada marco estructural.
Este tipo de arriostramiento se encarga de proveer de resistencia a la estructura ante el embate de fuerzas horizontales, como puede ser el viento o los sismos.
Estos arriostres se aplican en cada nivel de la estructura, de hecho los propios forjados son un sistema de arriostramiento entre los marcos estructurales, aunque también pueden presentarse como un arriostramiento de vigas en disposición de “Zig Zag” con elementos metálicos.
A diferencia de los verticales, este tipo de arriostramiento cumple la función de distribuir las fuerzas horizontales, a las que se somete la estructura, hacia los arriostres verticales o las columnas.
Dependiendo de la disposición geométrica de los arriostres, estos sistemas se subdividen en arriostramientos concéntricos, también conocidos como CBF (por “Concentrically Braced Frames” ), y arriostres excéntricos o EBF (que responde a “eccentrically braced frames”:
Los arriostres concéntricos, se caracterizan principalmente por la intersección de los ejes de todos los elementos estructurales involucrados en el sistema de aporticado. Esto quiere decir que tanto pilar, viga y arriostre coinciden en un solo punto o nodo. En caso de esfuerzos lleven a deformaciones, este tipo de arriostres las recibe de manera más uniforme.
En el caso de los arriostres excéntricos, los elementos estructurales no coinciden en el mismo punto de manera premeditada, con el objetivo de focalizar puntal, pero no limitadamente, las deformaciones plásticas a determinados elementos estructurales (casi siempre un trozo de viga) especialmente dispuestos con este fin.
El principal enemigo de los arriostres es el pandeo, ya que termina por inducir a la fractura del elemento estructural y a mellar por completo su capacidad de dispersar la energía; es por este motivo, que los estudios en este tema están dirigidos enérgicamente a mejorar el comportamiento a compresión de estos elementos. De allí nacen los riostras de pandeo limitado BRBF (Buckling-restrained braced frame).
Este tipo de sistema comparte la misma disposición que los arriostres concéntricos, con la importante diferencia de que en este caso, los arriostres de los marcos estructurales son elementos compuestos. Es decir, un núcleo continuo de acero que une dos nodos de un marco, y otro elemento que lo recubre y restringe el pandeo que pueda producirse; este último suele ser una camisa de acero rellena con un hormigón que se encarga de recubrir el núcleo, mejorando considerablemente la resistencia de estos elemento ante el pandeo.