¿Qué es el pandeo lateral torsional y cuál es su causa?
El pandeo lateral torsional (LTB) es la deformación de una viga sin restricción debido a las cargas aplicadas alejándose de su eje longitudinal, tanto desplazamiento lateral como torsión.
Las vigas de acero sin restricción son vigas cuya ala en compresión puede desplazarse libremente en dirección lateral y también rotar. Si aplicamos esta teoría a una viga simplemente apoyada, entonces el ala en compresión es el ala superior. Cuando esta ala se desplaza lateralmente, el ala en tracción intenta mantener la viga recta y genera fuerzas «restauradoras» debido 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 LTB viene determinada por las fuerzas restauradoras y el componente lateral de las fuerzas de tracción en el ala traccionada.
La interacción entre las alas en compresión y en tracción obliga a la viga sin restricción a girar. La resistencia a este giro depende de la resistencia torsional de la sección de la viga. Las vigas con espesores de ala grandes, por ejemplo, tienen una resistencia torsional mayor que aquellas con espesores de ala menores para un mismo canto. Existen otras secciones que también ofrecen mayor resistencia (RHS/SHS) y que a menudo se utilizan en situaciones donde se necesitan luces relativamente grandes para soportar la carga vertical (por ejemplo, aberturas con puertas plegables), que son propensas a efectos de fuerza fuera del plano.
Para ver cómo se propaga el fallo por LTB, consulta este vídeo.
¿Qué factores influyen en el LTB?
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 LTB 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 LTB 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 probabilidades de sufrir LTB.
[Aparte] El centro de cortante es un punto de la sección de la viga en el que 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 punto. Pueden no coincidir en una sección asimétrica. Calcular el centro de cortante para una sección dada implica cierta complejidad matemática, pero por suerte los ingenieros utilizan software y disponen de tablas de referencia.
La distribución del momento flector
Una sección con un momento flector uniforme a lo largo de su longitud tiene menos resistencia al pandeo en comparación con una distribución de momento flector diferente.
Condiciones de apoyo en los extremos
La resistencia al LTB de la sección de una viga aumenta a medida que los apoyos en los extremos se vuelven más restringidos. Consideremos una viga apoyada sobre un durmiente de hormigón frente a una viga embebida en un muro de hormigón. Esta última tiene mayor restricción en los extremos que la primera. Una puede girar libremente y la otra no.
Consideraciones de diseño
Proporcionar una restricción lateral eficaz puede beneficiar considerablemente el tamaño de la viga. La restricción se puede lograr de forma completa mediante la acción mixta de un forjado de hormigón. La restricción parcial se puede lograr utilizando vigas intermedias. También se puede usar arriostramiento, de tamaño suficiente y ubicado adecuadamente.
Todo esto está muy bien para el diseño del elemento, pero ¿qué ocurre cuando se trata del diseño de la unión?
Las reacciones reales se mantienen iguales independientemente de la restricción al LTB, pero el elemento tiene una fijación adicional debido a esta restricción. Si ignoráramos esto, el diseño de la unión resultaría sobreestimado.
En la nueva versión de IDEA StatiCa (versión 22.0) hemos introducido una nueva operación: Restricción Lateral Torsional, para permitir a nuestros usuarios tener esto en cuenta si así lo desean.
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