En este artículo, exploraremos los diversos tipos de fallos de estabilidad, profundizando en sus características clave, causas y cómo se manifiestan en diferentes sistemas estructurales.

Los modos de fallo estructural, como el pandeo, el pandeo lateral, el pandeo local, la abolladura por cortante y la estabilidad de láminas, 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 fallos 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 sobrepasa 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.

Fallo de estabilidad debido a pandeo lateral

Pandeo local

El pandeo local está relacionado con el fallo de elementos de placas individuales (por ejemplo, en alas o 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 sobrepasa 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.

Pandeo Local. Análisis estructural de pandeo local con software Dlubal RSTAB

Abolladura por cortante

La abolladura 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 abolle lateralmente. La abolladura ocurre cuando el esfuerzo cortante aplicado sobrepasa 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, la abolladura 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 la abolladura 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.

Análisis de pandeo por abolladura por cortante en ingeniería estructural. Modelo estructural que muestra el análisis de abolladura por cortante utilizando el software Dlubal

Abolladura de láminas

La abolladura de láminas es la pérdida de estabilidad en estructuras delgadas y curvas (cáscaras), 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 hundimiento. 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 una presión externa.

Abolladura de láminas. Ejemplo de abolladura de láminas con visualización en el software Dlubal

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.

Tabla 1

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, pandeo lateral, pandeo local, abolladura 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.

Autor

Irena Kirova, M.Sc.

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