Pandeo y Esbeltez

Definición y Tipologías Afectadas

El pandeo es un efecto que se produce en piezas esbeltas lineales sometidas a compresión. Al aumentar el esfuerzo de compresión, la pieza se deforma ligeramente, produciendo una curvatura que añade efectos de flexión hasta que la pieza falla. La esbeltez es la relación entre la dimensión mayor y más significativa de un elemento y cualquiera de las otras dos dimensiones. Las tipologías que sufren pandeo son: soportes, arcos y celosías.

Inestabilidad Lateral

Tipologías y Soluciones

Los cables deben estabilizarse contra vientos y acciones transversales. Algunas soluciones son: incremento de carga muerta, estructura anclada con tirantes, sistema a doble capa. Los arcos también pueden sufrir inestabilidad lateral. La solución común es el arriostramiento lateral. Las celosías también se estabilizan mediante arriostramiento lateral.

Estructuras Inadecuadas para Soportar Flexión

Los modelos a tracción y a compresión, como la celosía plana, la malla espacial y las bóvedas y cúpulas trianguladas, no son adecuados para soportar esfuerzos a flexión. Las cargas en estas estructuras van directamente aplicadas a los nudos.

Bóvedas y Cúpulas

Una cúpula se forma por arcos revolucionados 360º. Cualquier presión ejercida en un punto es asumida por toda la estructura. La aparición de cargas puntuales puede llevar al colapso. Una bóveda se forma por arcos extrusionados y tampoco admite cargas puntuales.

Tipos de Acero en Perfiles

Para perfiles y chapas de acero laminado en caliente se utilizan aceros como: S235 JR, S275 JR, S235 JO, S275 JO, S235J2, S275 J2. Para perfiles huecos de acero se utiliza el acero SR 275 JR. Para perfiles y placas de acero conformado en frío se utiliza el acero SR 235 JR.

Componentes del Hormigón

Los componentes del hormigón son: cemento, agua, áridos, aditivos y adiciones. El más importante es el cemento, un conglomerante hidráulico que, amasado con agua, fragua y endurece sumergido en ella. Sus componentes son el clinker, reguladores de fraguado y adiciones.

Comparación entre Madera, Acero y Hormigón

• El acero y la madera son buenos para resistir esfuerzos de tracción y compresión.
• El hormigón tiene una resistencia a tracción baja y una resistencia a compresión alta.
• El hormigón tiene mayor resistencia al fuego que el acero y la madera.
• La madera es menos sensible a la resistencia a fatiga que el acero.

Modos de Trabajo de Estructuras

• Cables: A tracción (Ejemplo: Puente de la Generalitat)
• Arcos: A compresión (Ejemplo: Puentes romanos)
• Celosías: Tracción y compresión (Ejemplo: Torre eléctrica)

Inconvenientes y Soluciones

Los cables, arcos y celosías pueden presentar inestabilidad lateral, que se resuelve mediante arriostramiento lateral.

Problemas al Eludir Piezas a Compresión

El principal problema al eludir piezas que trabajan a compresión es el pandeo.

Esbeltez y Variables Relacionadas

La esbeltez es la cualidad que propicia el pandeo. Las variables que la relacionan son la longitud y la sección transversal de la pieza.

Efecto del Arriostramiento

Arriostrar una pieza a mitad de su longitud reduce el pandeo y la inestabilidad lateral.

Modelización en 2D y Restricciones

Restringir el giro de un nudo en un modelo 2D no afecta a la aplicación de las restricciones de extremos de las barras que acuden a ese nudo. Las restricciones de los nudos y las restricciones de los extremos de las barras son independientes. Por ejemplo, un nudo puede estar restringido a giro, pero las barras que llegan a él pueden tener diferentes condiciones de apoyo (empotradas, articuladas, etc.).

Perfiles Metálicos y Tipos de Acero

• Perfiles y chapas de acero laminado en caliente (IPN, UPN, IPE): Se pueden utilizar todos los tipos de acero.
• Perfiles huecos de acero (Trabajan a tracción y compresión): SR 275 JR.
• Perfiles y placas de acero conformado en frío (CF, ZF, …): SR 235 JR.

Verdadero-Falso

• Verdadero: El principal modo de trabajo de los cables es a tracción, se fabrican en acero, permiten cubrir grandes luces con poco material y adoptan muchas formas. Ejemplo: Puente colgante.
• Verdadero: Los arcos, fabricados en madera, hormigón armado y acero, trabajan principalmente a compresión y permiten cubrir grandes luces con relativamente poco material.
• Verdadero: Las celosías son modelos de estructuras que trabajan a compresión y tracción, y se caracterizan por ser un sistema de múltiples barras unidas mediante articulaciones.

Hipótesis de las Celosías

• La unión de las barras no tiene rigidez alta.
• Las características de las barras no son adecuadas para esfuerzos a flexión.
• Las cargas se aplican en los nudos.

Ejemplo de Celosía

Las cerchas de una nave industrial, que son dos celosías dispuestas simétricamente formando un pórtico a dos aguas.