Encurvadura lateral-torcional

O que é a encurvadura lateral-torcional e qual é a sua causa?

A encurvadura lateral-torcional (ELT) é a deformação de uma viga não travada devido às cargas aplicadas para fora do seu eixo longitudinal – envolvendo simultaneamente deslocamento lateral e torção.

As vigas de aço não travadas são vigas cujo banzo comprimido é livre de se mover (ou deslocar) na direção lateral e também de rodar. Se aplicarmos esta teoria a uma viga simplesmente apoiada, o banzo comprimido é o banzo superior. À medida que este banzo se deflecte lateralmente, o banzo tracionado tenta manter a viga direita e cria forças "restauradoras" devido à flexão lateral da viga. No entanto, estas forças por si só não conseguem manter a viga direita. A resistência da viga à ELT é determinada pelas forças restauradoras e pela componente lateral das forças de tração no banzo tracionado.

A interação entre os banzos comprimido e tracionado obriga uma viga não travada a torcer. A resistência a esta torção depende da resistência à torção da secção da viga. Vigas com banzos de maior espessura, por exemplo, apresentam maior resistência à torção do que as de menor espessura para qualquer altura dada. Existem outras secções que também oferecem maior resistência (RHS/SHS), frequentemente utilizadas em situações onde é necessário vencer vãos consideráveis para suportar cargas verticais (por exemplo, aberturas com portas de enrolar) que são suscetíveis a efeitos de forças fora do plano.

Para ver como se desenvolve a rotura por ELT, consulte este vídeo.

Que fatores influenciam a ELT?

Existem três fatores principais:

1. Localização da carga aplicada
2. A distribuição do momento fletor
3. Condições de apoio nas extremidades

Localização das cargas aplicadas

O efeito da ELT é condicionado pela distância entre a localização da carga aplicada e o centro de corte da secção da viga.  A secção é mais suscetível à ELT quando a carga é aplicada acima do centro de corte.  O efeito é menor se a carga for aplicada ao longo do centro de corte e, se aplicada abaixo, a viga tem pouca probabilidade de sofrer ELT.

[Nota] O centro de corte é um ponto na secção da viga onde as cargas aplicadas não provocam torção.  Depende da secção transversal. O centro de corte e o centro de gravidade numa secção simétrica coincidem.  Podem não coincidir numa secção assimétrica. O cálculo do centro de corte para uma dada secção envolve alguma matemática, mas felizmente os engenheiros utilizam software e têm tabelas de consulta!

A distribuição do momento fletor

Uma secção com momento fletor uniforme ao longo do seu comprimento tem menor resistência à encurvadura em comparação com uma distribuição de momento fletor diferente.

Condições de apoio nas extremidades

A resistência à ELT de uma secção de viga aumenta à medida que os apoios nas extremidades se tornam mais restringidos. Compare uma viga assente sobre uma pedra de apoio com uma viga embebida numa parede de betão. A segunda tem maior restrição nas extremidades do que a primeira. Uma é livre de rodar e a outra não.

Considerações de dimensionamento

Proporcionar um travamento lateral eficaz pode beneficiar consideravelmente a dimensão da viga. O travamento pode ser totalmente conseguido pela ação composta de uma laje de betão. O travamento parcial pode ser obtido com vigas intermédias.  O contraventamento – de dimensão suficiente e devidamente posicionado – também pode ser utilizado.

Tudo isto é válido para o dimensionamento de elementos, mas o que acontece quando se trata do dimensionamento de ligações?

As reações reais mantêm-se iguais independentemente do travamento à ELT, mas o elemento tem fixidez adicional devido a esse travamento.  Se ignorarmos este facto, o dimensionamento da ligação seria uma sobrestimativa.

Na nova versão do IDEA StatiCa (versão 22.0) introduzimos uma nova operação – Travamento Lateral-Torcional – para permitir que os nossos utilizadores a considerem, caso o desejem.

Encontre mais informações sobre a funcionalidade Travamento Lateral-Torcional. Esta operação evita a torção do elemento na ligação e permite um dimensionamento mais económico, mantendo a segurança exigida.