¿Por qué el pandeo torsional lateral no es una preocupación para la flexión de viga en I del eje débil?

Para responder a esta pregunta, debe comprender el comportamiento en cuestión. Primero una palabra sobre el comportamiento básico de flexión. Cuando una sección de viga I, viga rectangular, lo que sea, sufre una flexión simplemente soportada, vemos tensiones máximas de tensión en una fibra extrema y compresión máxima en la otra fibra extrema. Intuitivamente, puedes pensar en tomar un palo verde de un árbol y doblarlo lejos de tu cuerpo. Verás dos cosas, primero, el lado más cercano a ti se derrumbará sobre sí mismo, desarrollando un pequeño nudillo. Si dobla el palo lo suficientemente justo en el lado opuesto, lejos de usted se abrirá y las fibras se separarán. El lado que se arrugó sufrió compresión, mientras que el lado que se abrió estaba experimentando la máxima tensión.

Esperemos que esta imagen ayude. La parte superior (parte blanca) está experimentando tensión cuando se dobla y, por lo tanto, el palo se abre. Realmente no podemos ver la acción de compresión, pero está ocurriendo justo debajo de la zona de tensión y en la parte inferior de la sección transversal del palo.

En el caso de una viga I doblada sobre su eje fuerte, una brida (generalmente la superior) experimentará la máxima compresión, mientras que la brida opuesta experimentará la máxima tensión.

Ahora, el pandeo torsional lateral se produce cuando una viga larga * I, que no está reforzada o está reforzada de manera inadecuada, está sobrecargada. Si la longitud de la viga es lo suficientemente corta, podrá desarrollar su capacidad total de momento plástico. Cuando la viga se alarga, la capacidad de momento de plástico no es la experiencia, sino que ocurre algo curioso, la brida de compresión, que no está adecuadamente arriostrada, se doblará de la misma manera que una columna arriostrada inadecuadamente. El pandeo es una falla geométrica, es decir, la forma del objeto está causando una falla con una resistencia por debajo de la cual las propiedades del material fallarían por sí mismas si se les da un soporte adecuado. A medida que la brida de compresión comienza a doblarse, la brida de tensión comienza a reponerse de la acción de pandeo, de la única manera que puede, que es la red. Las dos bridas se contorsionan y se aprietan (de ahí la parte de torsión del pandeo de torsión lateral). En general, la brida de tensión solo puede resistir el pandeo de la brida de compresión en pequeña medida, por lo que se producirá una falla en la viga general.

Para la flexión de eje débil (flexión de la viga como una H, en lugar de I), el comportamiento es bastante diferente. Las tensiones máximas de compresión y tensión ocurrirán en las puntas de las bridas. Cada brida experimentará compresión y tensión. Cada pestaña también está inherentemente apuntalada lateralmente por la banda y, por extensión, la pestaña opuesta. Hay poco o ningún componente torsional en el comportamiento. Las bridas de una viga en flexión de eje menor todavía pueden experimentar pandeo local, en el punto de máxima compresión, pero esto no se resiste a través de la torsión y no es un modo de falla global. Fundamentalmente, debe ser intuitivo que los haces doblados sobre su eje débil tienden a no tener problemas de falla de pandeo global, su eje más fuerte está alineado con la resistencia al pandeo, lo que en la abstracción es algo maravilloso, pero desafortunadamente es a costa de no tener tanta fuerza para resistir la carga primaria, que es el propósito de la viga en primer lugar.

Hay mucha información excelente sobre pandeo lateral de torsión, en libros y textos. Sugiero consultar estos, y no enfocarse en las ecuaciones, en lugar de eso, enfóquese en el comentario y asegúrese de comprender el comportamiento en cuestión, a veces solo porque puede insertar números en una ecuación determinada no significa que deba hacerlo. Es posible que la ecuación no tenga ningún significado para el elemento específico que está considerando.

* existen definiciones técnicas específicas de lo que constituye un haz I largo, por ejemplo en AISC, estas son las longitudes limitantes, Lr y Lp.

Cuando se carga una viga I de tal manera que la flexión se produce alrededor del eje fuerte, el pandeo torsional lateral es una preocupación porque la viga gira bajo la carga y esa rotación expone la viga a la flexión del eje débil.

Cuando se carga una viga I, dicha flexión se produce alrededor del eje débil, lo contrario no ocurre porque esta configuración es estable.

Sujete una regla en un tornillo de banco y cargue el extremo para ver el pandeo torsional lateral.