Pandeo lateral por torsión
¿Qué es el pandeo lateral por torsión y cuál es su causa?
El pandeo lateral por torsión (PLT) es la deformación de una viga no arriostrada debida a las cargas aplicadas fuera de su eje longitudinal, tanto desplazamiento lateral como torsión.
Las vigas de acero no arriostradas son vigas cuyo ala comprimida es libre de moverse (o desplazarse) en la dirección lateral y también de girar. Si aplicamos esta teoría a una viga simplemente apoyada, el ala comprimida es el ala superior. A medida que este ala se deflecta lateralmente, el ala traccionada intenta mantener la viga recta y crea fuerzas de 'restauración' debidas a la flexión lateral de la viga. Sin embargo, estas fuerzas por sí solas no pueden mantener la viga recta. La resistencia de la viga al PLT está determinada por las fuerzas de restauración y la componente lateral de las fuerzas de tracción en el ala traccionada.
La interacción de las fuerzas de los alas comprimida y traccionada obliga a una viga no arriostrada a torsionarse. La resistencia a esta torsión depende de la resistencia torsional de la sección de la viga. Las vigas con grandes espesores de ala, por ejemplo, tienen una mayor resistencia torsional que aquellas con menores espesores de ala para cualquier canto dado. Existen otras secciones que también ofrecen mayor resistencia (RHS/SHS) y estas se utilizan frecuentemente en situaciones donde se necesitan vanos de cierta magnitud para soportar la carga vertical (p. ej., aperturas con puertas plegables) que son propensas a efectos de fuerzas fuera del plano.
Para ver cómo se propaga el fallo por PLT, echa un vistazo a este vídeo.
¿Qué factores influyen en el PLT?
Hay tres factores principales:
- Ubicación de la carga aplicada
- La distribución del momento flector
- Condiciones de apoyo en los extremos
Ubicación de las cargas aplicadas
El efecto del PLT está gobernado por la distancia entre la ubicación de la carga aplicada y el centro de cortante de la sección de la viga. La sección es más propensa al PLT si la carga se aplica por encima del centro de cortante. El efecto es menor si la carga se aplica a lo largo del centro de cortante y si se aplica por debajo, la viga tiene pocas posibilidades de sufrir PLT.
[Aparte] El centro de cortante es un punto en la sección de la viga donde las cargas aplicadas no provocan su torsión. Depende de la sección transversal. El centro de cortante y el centro de gravedad en una sección simétrica son el mismo. Pueden no coincidir en una sección asimétrica. Hay algo de matemáticas involucradas en el cálculo del centro de cortante para cualquier sección dada, ¡pero afortunadamente los ingenieros utilizan software y tienen tablas a las que pueden consultar!
La distribución del momento flector
Una sección con un momento flector uniforme a lo largo de su longitud tiene menor resistencia al pandeo en comparación con una distribución de momento flector diferente.
Condiciones de apoyo en los extremos
La resistencia al PLT de una sección de viga aumenta a medida que los apoyos en los extremos se vuelven más restringidos. Considere una viga apoyada sobre un sillar en comparación con la viga embebida en un muro de hormigón. Esta última tiene más restricción en los extremos que la primera. Una es libre de girar y la otra no.
Consideraciones de diseño
Proporcionar un arriostramiento lateral eficaz puede beneficiar considerablemente el tamaño de la viga. El arriostramiento puede lograrse completamente mediante la acción compuesta de un forjado de hormigón. El arriostramiento parcial puede lograrse mediante vigas intermedias. El arriostramiento, de tamaño suficiente y ubicado adecuadamente, también puede utilizarse.
Todo esto está muy bien para el diseño de elementos, pero ¿qué ocurre cuando se trata del diseño de uniones?
Las reacciones reales permanecen iguales independientemente del arriostramiento frente al PLT, pero el elemento tiene una fijación adicional debido a este arriostramiento. Si ignoramos esto, el diseño de la unión sería una sobreestimación.
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