Los modos de fallo estructural, como el pandeo, el pandeo lateral, el pandeo local, el pandeo por cortante y la estabilidad de la lámina, difieren en sus causas subyacentes, comportamientos y componentes estructurales a los que impactan. La comprensión e identificación profundas de estos problemas de estabilidad son cruciales para realizar análisis precisos y diseñar estructuras robustas. Este artículo le ayudará en ese esfuerzo ofreciendo una explicación detallada de cada tipo de fallo, incluyendo sus características, causas principales y características clave. Finalmente, se incluirá una tabla de comparación para resumir las diferencias entre los tipos de fallo, facilitando su identificación y distinción.
A medida que avanza en este artículo, tenga en cuenta que todos estos modos de fallo se pueden analizar utilizando el complemento Estabilidad estructural de Dlubal. Al utilizar esta herramienta, obtiene una oportunidad única para abordar los desafíos asociados con estos tipos de fallas a través del análisis de elementos finitos (AEF) avanzado. Cada modo de fallo discutido aquí irá acompañado de un ejemplo, lo que permite una inmersión más profunda en el tema. Además, Dlubal proporciona una amplia gama de recursos valiosos, incluidos artículos de la base de conocimientos, preguntas frecuentes, seminarios web y más, todos disponibles en la sección correspondiente del sitio web de Dlubal para mejorar aún más su comprensión del tema.
Pandeo por flexión
El pandeo por flexión es una forma de inestabilidad global que se produce en una barra estructural sometida a compresión axial, lo que hace que la barra se doble o se "pandee" lateralmente debido a la fuerza de compresión. Este fenómeno ocurre cuando se excede la carga crítica, más allá de la cual la barra pierde su estabilidad bajo compresión. El pandeo es más común en pilares o barras esbeltas con una relación alta entre la longitud y el radio de giro. Este comportamiento normalmente se rige por la fórmula de pandeo de Euler' para materiales elásticos, pero puede implicar un pandeo elástico o inelástico, dependiendo de las propiedades del material y la geometría de la barra.
Pandeo lateral
El pandeo lateral es una inestabilidad que se produce en vigas sometidas a flexión, dando como resultado tanto un desplazamiento lateral como una torsión. La causa principal de este fenómeno es la compresión en el ala superior, junto con un apoyo lateral inadecuado. Se observa con mayor frecuencia en barras flexionadas como vigas y jácenas, donde la tensión inducida por el momento juega un papel importante. La aparición del pandeo lateral está influenciada por factores como la longitud sin arriostrar, la forma de la sección y el gradiente de momentos. Normalmente se analiza utilizando el momento crítico elástico para pandeo lateral.
Pandeo local
El pandeo local está relacionado con el fallo de elementos de placas individuales (p. ej., alas, almas) dentro de una sección, sin causar una inestabilidad global de toda la barra. La causa principal del pandeo local es la tensión de compresión localizada que excede la tensión de pandeo crítica del elemento de la placa. Este tipo de pandeo es frecuente en secciones de paredes delgadas como vigas en I, vigas cajón y barras de acero conformadas en frío. Es importante considerarlo porque afecta la resistencia y rigidez de las barras, lo que conduce a una reducción potencial en la capacidad de carga.
Abolladura
El pandeo por cortante se refiere a un tipo de inestabilidad estructural que se produce en una barra sometida a esfuerzos cortantes, lo que hace que el material se deforme o se "pandee" lateralmente. La abolladura por cortante ocurre cuando el esfuerzo cortante aplicado excede el umbral crítico, causando que la estructura se deforme lateralmente o fuera del plano. Esto es particularmente probable que ocurra cuando la barra es delgada y carece de un apoyo lateral adecuado para resistir el esfuerzo cortante. Por lo tanto, el pandeo por cortante se observa a menudo en elementos como placas, almas de vigas en I u otras estructuras esbeltas sometidas a tensiones tangenciales. El parámetro crítico que rige el pandeo por cortante es la tensión de pandeo por cortante, que está influenciada por factores como el espesor del elemento, la relación de aspecto, las condiciones de contorno y las propiedades del material.
Pandeo de la lámina
El pandeo de láminas es la pérdida de estabilidad en estructuras delgadas y curvas (cáscaras), tales como formas cilíndricas, esféricas o cónicas (por ejemplo, tanques, silos, tuberías), cuando se exponen a cargas de compresión o laterales. Ocurre cuando estas cargas hacen que la lámina se deforme, reduciendo su capacidad para soportar más cargas, lo que puede conducir a distorsiones significativas o incluso al colapso. La causa principal del pandeo de la lámina es una distribución no uniforme de las tensiones, que normalmente resulta de esfuerzos axiles, tensiones tangenciales o presión externa.
Tabla de comparación
Ahora que se ha definido cada tipo de fallo y se han descrito sus características, las diferencias clave entre ellos se resumen en la Tabla 01. Esta tabla proporciona una visión general concisa de cada modo, destacando el elemento estructural principal afectado, las condiciones de carga primarias que conducen al fallo, la deformación resultante y el factor crítico que gobierna el modo.
| Tipo de fallo | Elemento estructural principal | carga principal | Modo de deformación | factor crítico |
|---|---|---|---|---|
| Pandeo lateral | Vigas | Momentos flectores | Desplazamiento lateral + torsión | Longitud sin arriostrar |
| Abolladura | Chapas | Esfuerzos cortantes | Pandeo/arrugado diagonal | Espesor de la placa |
| Pandeo local | Elementos de placa (p. ej. alas) | Tensiones de compresión locales | Deformación fuera del plano | Esbeltez de placa |
| Estabilidad de la lámina | Estructuras de arcos/carcasas | Axial, presión o cortante | Patrones de pandeo complejos | Imperfecciones, curvatura |
Conclusiones
En el diseño estructural, pueden surgir varios problemas de estabilidad comunes, especialmente cuando no se consideran adecuadamente en el proceso de diseño. Este artículo proporciona una visión general de cinco de estos problemas: pandeo lateral, pandeo lateral, pandeo local, pandeo por cortante y estabilidad de láminas. La información proporcionada tiene como objetivo ayudarle a comprender sus causas subyacentes, comportamientos y elementos estructurales a los que afectan. Este conocimiento le permitirá identificar y distinguir estos problemas de estabilidad, brindándole una base sólida para integrarlos en sus análisis y diseñar estructuras resilientes y seguras.