¿Qué es el pandeo lateral torsional y cuál es su causa?
El pandeo lateral torsional (LTB) es la deformación de una viga sin arriostrar debido a las cargas aplicadas alejadas de su eje longitudinal, tanto desplazamiento lateral como torsión.
Las vigas de acero sin arriostrar son vigas cuya 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, entonces el ala comprimida es el ala superior. A medida que esta ala se desvía lateralmente, el ala traccionada intenta mantener la viga recta y crea 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 está determinada por las fuerzas restauradoras y la componente lateral de las fuerzas de tracción en el ala traccionada.
La interacción de las alas comprimida y traccionada obliga a una viga sin arriostrar a torsionarse. La resistencia a esta torsión depende de la resistencia torsional de la sección de la viga. Las vigas con espesores de ala grandes, por ejemplo, tienen una mayor resistencia torsional que aquellas con espesores de ala menores para un canto dado. Existen otras secciones que también ofrecen mayor resistencia (RHS/SHS) y estas se utilizan a menudo 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, eche un vistazo a este video.
¿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, entonces la viga tiene pocas posibilidades de sufrir LTB.
[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 bastante matemática involucrada en el cálculo del centro de cortante para una sección dada, pero afortunadamente los ingenieros utilizan software y disponen de tablas a las que pueden recurrir.
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 una sección de viga aumenta a medida que los apoyos en los extremos están más restringidos. Considere una viga apoyada sobre un pedestal en comparación con la viga empotrada 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 efectivo puede beneficiar considerablemente el tamaño de la viga. La restricción se puede lograr completamente mediante la acción compuesta de una losa de hormigón. La restricción parcial se puede lograr utilizando vigas intermedias. También se puede usar arriostramiento, de tamaño suficiente y adecuadamente ubicado.
Todo esto está muy bien para el diseño de elementos, pero ¿qué sucede cuando se trata del diseño de uniones?
Las reacciones reales permanecen iguales independientemente de la restricción de LTB, pero el elemento tiene una fijación adicional debido a esta restricción. Si ignoráramos esto, el diseño de la unión sería una sobreestimación.
En la nueva versión de IDEA StatiCa (versión 22.0) hemos introducido una nueva operación: Restricción Torsional Lateral, para permitir que nuestros usuarios tengan esto en cuenta si así lo desean.
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