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Placas láminas
Instituto Técnico de la Estructura en Acero
ITEA
ÍNDICE
ÍNDICE DEL TOMO 10
PLACAS Y LÁMINAS Lección 10.1: 10.1: Introducción al Comportamiento y Diseño de placas . 1 INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN .. ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ..... 2 CO COMP MPOR ORT TAM AMIE IENT NTO O BÁ BÁSI SICO CO DE UN EL ELEM EMEN ENT TO PL PLAC ACA A ... ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2.11 Co 2. Cond ndic icio ione ness ge geom omét étri rica cass y de co cont ntor orno no .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2.22 Ca 2. Carg rgaa en el pl plan ano o ....... ......... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ... 2.33 Ca 2. Carg rgaa fu fuer eraa de dell pl plan ano o .. ..... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ... 2.44 De 2. Dete term rmin inac ació ión n de de la la car carga ga de dell ele eleme ment nto o pla placa ca .... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2.55 Var 2. aria iaci cion ones es en en el mod modo o de pan pande deo o .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2.66 La an 2. anal alog ogía ía de dell en enrr rrej ejad ado o pa para ra el pa pand ndeo eo de pl plac acas as .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2.77 Co 2. Comp mpor orta tami mien ento to po post ster erio iorr al pa pand ndeo eo y an ancchu hura rass ef efic icac aces es .. .... .... .... .... .... .... 2.8 Inf Influe luenci nciaa de las imperf imperfecc eccion iones es en el compor comportam tamien iento to de plac placas as real reales es .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ... 2.99 Co 2. Comp mpor orta tami mien ento to el elás ásti tico co de pl plac acas as co con n ca carg rgaa la late tera rall .... ....... ...... ...... ..... ..... ...... ..... 3 CO COMP MPOR ORT TAM AMIE IENT NTO O DE DE PLA PLACA CAS S RI RIGI GIDI DIZA ZADA DAS S ... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... .... 4 RES RESUME UMEN N FIN FINAL AL .... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ........ ........ ........ 5 BI BIBL BLIO IOGR GRAF AFÍA ÍA AD ADIC ICIO IONA NAL L ... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... .....
Lección 10.2: Comportamiento y Diseño de Placas no Rigidizadas .. 1 INTRO INTRODUC DUCCIÓ CIÓN N .... ........ ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ... 2 PL PLA ACAS CAS NO NO RIG RIGID IDIZ IZAD ADAS AS BA BAJO JO CA CARG RGAS AS EN EL PL PLAN ANO O .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2.11 Di 2. Dist stri ribu buci ción ón de de las las carg cargas as .. ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ... 2.1. 2. 1.11 Di Dist stri rib buc ució ión n der deriv ivad adaa de de la la teo teorí ríaa de de mem membr bran anaa ..... ....... .... .... .... .... .... .... ..
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ÍNDICE
ÍNDICE DEL TOMO 10
PLACAS Y LÁMINAS Lección 10.1: 10.1: Introducción al Comportamiento y Diseño de placas . 1 INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN .. ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ..... 2 CO COMP MPOR ORT TAM AMIE IENT NTO O BÁ BÁSI SICO CO DE UN EL ELEM EMEN ENT TO PL PLAC ACA A ... ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2.11 Co 2. Cond ndic icio ione ness ge geom omét étri rica cass y de co cont ntor orno no .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2.22 Ca 2. Carg rgaa en el pl plan ano o ....... ......... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ... 2.33 Ca 2. Carg rgaa fu fuer eraa de dell pl plan ano o .. ..... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ... 2.44 De 2. Dete term rmin inac ació ión n de de la la car carga ga de dell ele eleme ment nto o pla placa ca .... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2.55 Var 2. aria iaci cion ones es en en el mod modo o de pan pande deo o .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2.66 La an 2. anal alog ogía ía de dell en enrr rrej ejad ado o pa para ra el pa pand ndeo eo de pl plac acas as .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2.77 Co 2. Comp mpor orta tami mien ento to po post ster erio iorr al pa pand ndeo eo y an ancchu hura rass ef efic icac aces es .. .... .... .... .... .... .... 2.8 Inf Influe luenci nciaa de las imperf imperfecc eccion iones es en el compor comportam tamien iento to de plac placas as real reales es .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ... 2.99 Co 2. Comp mpor orta tami mien ento to el elás ásti tico co de pl plac acas as co con n ca carg rgaa la late tera rall .... ....... ...... ...... ..... ..... ...... ..... 3 CO COMP MPOR ORT TAM AMIE IENT NTO O DE DE PLA PLACA CAS S RI RIGI GIDI DIZA ZADA DAS S ... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... .... 4 RES RESUME UMEN N FIN FINAL AL .... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ........ ........ ........ 5 BI BIBL BLIO IOGR GRAF AFÍA ÍA AD ADIC ICIO IONA NAL L ... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... .....
Lección 10.2: Comportamiento y Diseño de Placas no Rigidizadas .. 1 INTRO INTRODUC DUCCIÓ CIÓN N .... ........ ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ... 2 PL PLA ACAS CAS NO NO RIG RIGID IDIZ IZAD ADAS AS BA BAJO JO CA CARG RGAS AS EN EL PL PLAN ANO O .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2.11 Di 2. Dist stri ribu buci ción ón de de las las carg cargas as .. ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ... 2.1. 2. 1.11 Di Dist stri rib buc ució ión n der deriv ivad adaa de de la la teo teorí ríaa de de mem membr bran anaa ..... ....... .... .... .... .... .... .... ..
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2.1.2 2.1 .2 Distri Distribu bució ción n deriva derivado do de la teoría teoría lineal lineal-el -elást ástica ica,, emplea emp leando ndo la hió hiótes tesis is de Ber Bernou nouilli illi .... ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ..... 2.1. 2. 1.33 Re Repa part rto o de deri riva vado do de lo loss mé méto todo doss de el elem emen ento toss fi fini nito toss ..... ....... .. 2.22 Es 2. Esta tabi bilid lidad ad de pl plac acas as no ri rigi gidi diza zada dass .. ..... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ... 2.2. 2. 2.11 Teo eorí ríaa de pa pand ndeo eo lin linea eall .. ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... .... .. 2.2. 2. 2.22 Re Resi sist sten enci ciaa a la rot otur uraa de de una una pl plac acaa no no rig rigid idiz izad adaa .. .... .... .... .... .... .... .... PLACAS PLA CAS NO RIGIDIZ RIGIDIZAD ADAS AS SOMET SOMETIDAS IDAS A CARGAS CARGAS FUERA DEL PLANO .... ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ....... ..... 3.11 Di 3. Dist stri rib buc ució ión n de la car carga ga ... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ..... 3.1. 3. 1.11 Di Dist stri rib buc ució ión n der deriv ivad ado o de la la teor teoría ía de de plac placas as ... ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 3.1.2 3.1 .2 Dis Distri tribu bució ción n deriva derivada da de los métod métodos os de elemen elementos tos fini finitos tos (“fini (“f inite te ele elemen mentt met method hods” s” (F (FEM) EM))) .......... .............. ........ ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ...... 3.22 Fl 3. Flec echa ha y res resis iste tenc ncia ia a la ro rotu tura ra ... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ... 3.2. 3. 2.11 Fl Flec echa hass .. ..... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ..... 3.2. 3. 2.22 Re Resi sist sten enci ciaa a la ro rotu tura ra ..... ....... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... INFLUENCIA INFLU ENCIA DE LA CARGA FUERA DEL PLANO PLANO EN LA ESTABILI ESTABILIDA DAD D DE PLA PLACAS CAS NO RIGID RIGIDIZA IZAD DAS .... ....... ....... ....... ....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ...... ... RESUME RES UMEN N FIN FINAL AL ... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... .... BIBLIO BIB LIOGRA GRAFÍA FÍA .... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....
Lección 10.3: Comportamiento y Diseño de Placas Rigidizadas ....... 1 INTRO INTRODUC DUCCIÓ CIÓN N .... ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... .... 2 PL PLA ACAS CAS RIG RIGID IDIZ IZAD ADAS AS SO SOME METI TID DAS A CAR CARGA GAS S EN EN EL EL PLA PLANO NO ... ..... .... .... .... .... .... 2.11 Di 2. Dist stri ribu buci ción ón de de la carg cargaa .. ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ..... 2.1. 2. 1.11 Di Dist stri rib buc ució ión n der deriv ivad adaa de de la la teo teorí ríaa de de mem membr bran anaa ..... ....... .... .... .... .... .... .... .. 2.1.2 2.1 .2 Rep Repart arto o de la carga carga deri derivad vadaa de la teoría teoría linea lineal-e l-elás lástic ticaa emplea emp leando ndo la hip hipóte ótesis sis de Ber Bernou nouilli illi .... ........ ........ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ..... 2.1. 2. 1.33 Re Repa part rto o de deri riva vado do de lo loss mé méto todo doss de el elem emen ento toss fi fini nito toss ..... ....... .. 2.22 Es 2. Esta tabi bilid lidad ad de de las las plac placas as rig rigid idiz izad adas as ... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ..... .. 2.2. 2. 2.11 Teo eorí ríaa de pa pand ndeo eo lin linea eall .. ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... .... .. 2.2. 2. 2.22 Re Resi sist sten enci ciaa a la la rot rotur uraa de de pla placa cass rig rigid idiz izad adas as .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 3 PL PLA ACA CAS S RI RIGI GIDI DIZA ZAD DAS SO SOME METI TID DAS A CAR CARGA GAS S FUE FUERA RA DE DEL L PLA PLANO NO .. .... .. 3.11 Re 3. Repa parto rto de la carga carga ...... ......... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ..... .. 3.1. 3. 1.11 Re Repa part rto o der deriv ivad ado o de la la teor teoría ía de de plac placas as ..... ....... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. II
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ÍNDICE 3.1.2 Reparto derivado de un emparrillado con carga lateral, rellenado con elementos secundarios no rigidizados .......... 3.1.3 Reparto derivado de métodos de elementos finitos (FEM) ..... 3.2 Flechas y resistencia a la rotura ......................................................... 4 INFLUENCIA DE LA CARGA FUERA DEL PLANO EN LA ESTABILIDAD DE LAS PLACAS RIGIDIZADAS .................................................................. 5 RESUMEN FINAL ........................................................................................... 6 BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................
Lección 10.4.1: Comportamiento y Diseño de Vigas Armadas I ........ 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1.1 Tipos ....................................................................................................... 1.2 Dimensiones .......................................................................................... 2 CONCEPTOS DEL DISEÑO ........................................................................... 3 INFLUENCIA DEL PANDEO EN EL DISEÑO ................................................ 3.1 Pandeo del alma por cizalladura ......................................................... 3.2 Pandeo de la viga por torsión lateral .................................................. 3.3 Pandeo local del ala comprimida ........................................................ 3.4 Pandeo del alma por flexión ................................................................ 3.5 Pandeo vertical del ala comprimida .................................................... 3.6 Pandeo local del alma ........................................................................... 4 RESISTENCIA DEL ALMA POSTERIOR AL PANDEO ................................. 5 PLANTEAMIENTOS DEL DISEÑO ................................................................ 6 RESUMEN FINAL ........................................................................................... 7 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 8 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL ..........................................................................
Lección 10.4.2: Comportamiento y Diseño de Vigas Armadas II ....... 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 2 RESISTENCIA AL PANDEO POR CIZALLADURA ....................................... 2.1 Cálculo de la resistencia al pandeo por cizalladura mediante el método post-crítico simple ..............................................................
56 56 56 57 58 58
59 62 62 63 67 67 67 67 67 67 68 68 69 70 71 71 71
73 76 77 77 III
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2.2 Cálculo de la resistencia al pandeo por cizalladura mediante el método de campo de tensión .......................................................... INTERACCIÓN ENTRE CORTANTE Y FLEXIÓN .......................................... 3.1 Interacción entre cortante y flexión en el método post-crítico simple ................................................................................ 3.2 Interacción entre cortante y flexión en el método de campo de tensión .............................................................................................. RESUMEN FINAL ........................................................................................... BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL ..........................................................................
Lección 10.4.3: Diseño de vigas Armadas-Particularidades ............... 1 2 3 4 5 6 7 8 9
INTRODUCCIÓN ............................................................................................. RIGIDIZADORES DE ALMA TRANSVERSALES .......................................... ELEMENTOS EXTREMOS Y DIAGONALES ................................................. “INESTABILIDAD LOCAL” DEL ALMA ......................................................... RIGIDIZADORES DE ALMA LONGITUDINALES .......................................... VIGAS DE ALMA CON ABERTURAS ........................................................... RESUMEN FINAL ........................................................................................... BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL ..........................................................................
Lección 10.5.1: Diseño de Vigas Cajón ................................................. 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LAS VIGAS CAJÓN COMPARADAS CON LAS VIGAS ARMADAS .............................................. 3 ANÁLISIS GLOBAL ........................................................................................ 4 DISEÑO DE RIGIDIZADORES ....................................................................... 5 PANDEO DEL ALMA ...................................................................................... 6 TORSIÓN ......................................................................................................... 7 DIAFRAGMAS ................................................................................................. IV
79 83 83 84 85 85 85
87 90 91 94 97 99 100 101 101 101
103 106 108 109 110 111 112 113
ÍNDICE 7.1 Función y descripción generales ........................................................ 7.2 Diafragmas intermedios ....................................................................... 7.3 Diafragmas de apoyo ............................................................................ 8 DETALLES ..................................................................................................... 9 RESUMEN FINAL .......................................................................................... 10 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL .........................................................................
113 113 113 114 116 116
Lección 10.5.2: Métodos Avanzados para Puentes de Vigas Cajón .. 117 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 2 MÉTODOS DE ANÁLISIS GLOBAL .............................................................. 3 EMPARRILLADO ........................................................................................... 3.1 Selección del emparrillado ................................................................... 3.2 Puentes esviados .................................................................................. 3.3 Efectos locales sobre los tableros ...................................................... 3.4 Rigidez de los elementos del emparrillado a la torsión y a la flexión . 3.5 Elementos longitudinales del emparrillado ........................................ 3.6 Interpretación del resultado de un análisis de emparrillado ............ 4 ANÁLISIS DE PLACA ORTOTRÓPICA ........................................................ 5 ANÁLISIS DE PLACA PLEGADA ................................................................. 5.1 Análisis de placa plegada: viga de alma llena sobre cimientos elásticos .................................................................................................. 6 ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS .......................................................... 7 DISTORSIÓN DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL ........................................ 7.1 Cálculo de las fuerzas en los diafragmas .......................................... 7.2 Diafragmas sobre pilas ......................................................................... 8 DEFORMACIÓN POR CORTANTE ............................................................... 9 RESUMEN FINAL .......................................................................................... 10 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL .........................................................................
120 121 122 122 122 122 123 124 124 125 126 126 127 128 128 129 131 132 132
Lección 10.6: Introducción a las Estructuras de Láminas .................. 133 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 136 2 POSIBLES MODOS DE COMPORTAMIENTO .............................................. 139 V
3 IMPORTANCIA DE LAS IMPERFECCIONES ................................................ 141 4 RESUMEN FINAL ........................................................................................... 144 5 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 144
Lección 10.7: Análisis Básico de Estructuras de Láminas ................. 145 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
INTRODUCCIÓN ............................................................................................ FLEXIÓN Y ESTIRAMIENTO DE LÁMINAS DELGADAS ............................ PANDEO DE LÁMINAS-TEORÍA DE PANDEO LINEAL Y NO LINEAL ...... COMPORTAMIENTO DE LÁMINAS DELGADAS POSTERIOR AL PANDEO ................................................................................................... ANÁLISIS NUMÉRICO DEL PANDEO DE LÁMINAS .................................. COMPORTAMIENTO DE PANDEO Y POSTERIOR AL PANDEO DE BARRAS, PLACAS Y LÁMINAS ............................................................. SENSIBILIDAD A LAS IMPERFECCIONES ................................................. RESUMEN FINAL .......................................................................................... BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL .........................................................................
148 149 151 153 155 157 161 164 164 164
Lección 10.8: Diseño de Ciindros No Rigidizados ............................... 165 1 2 3 4
INTRODUCCIÓN ............................................................................................. CILINDROS NO RIGIDIZADOS SOMETIDOS A COMPRESIÓN AXIAL ...... CILINDROS NO RIGIDIZADOS SOMETIDOS A PRESIÓN EXTERNA ........ CILINDROS NO RIGIDIZADOS SOMETIDOS A COMPRESIÓN AXIAL Y PRESIÓN EXTERNA ................................................................................... 5 RESUMEN FINAL ........................................................................................... 6 BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................
168 169 175 178 179 179
Lección 10.9: Diseño de Láminas Cilíndricas Rigidizadas ................. 181 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 184 2 PANDEO DE LÁMINAS RIGIDIZADAS .......................................................... 185 VI
ÍNDICE 3 LÁMINAS CILÍNDRICAS CON RIGIDIZADORES LONGITUDINALES Y SOMETIDAS A COMPRESIÓN MERIDIONAL .......................................... 4 LIMITACIÓN DE LAS IMPERFECCIONES ................................................... 5 CONDICIONES DE RESISTENCIA ............................................................... 6 PANDEO DE PANEL LOCAL ........................................................................ 7 PANDEO DE ELEMENTO RIGIDIZADO ....................................................... 8 PANDEO LOCAL DE LOS LARGUEROS ..................................................... 9 RESUMEN FINAL .......................................................................................... 10 BIBLIOGRAFÍA ..............................................................................................
187 188 189 190 191 194 195 195
VII
ESDEP TOMO 10 PLACAS Y LÁMINAS Lección 10.1: Introducción al Comportamiento y Diseño de placas
1
OBJETIVOS/CONTENIDO OBJETIVOS/CONTENIDO Servir de introducción a la serie de lecciones sobre placas, mostrando sus diferentes usos para el soporte de cargas en el plano y fuera del plano y los principales modos de comportamiento, como placas simples y como montajes de placas rigidizadas. CONOCIMIENTOS PREVIOS Ninguno. LECCIONES AFINES Lección 10.2: Comportamiento de Placas no Rigidizadas
Lección 10.3: Comportamiento de Placas Rigidizadas RESUMEN Esta lección sirve de introducción al empleo de placas y de montajes de placas en estructuras de acero. Se describe el comportamiento básico de elementos placa sometidos a una carga en el plano y fuera del plano, subrayando la importancia de la geometría y de las condiciones de contorno. Se presentan los modos básicos de pandeo y la interacción de las mismas. Se presenta el concepto de anchura eficaz y se describe la influencia de los defectos en el comportamiento práctico de las placas. También se hace una introducción al comportamiento de las placas rigidizadas.
3
1.
INTRODUCCIÓN
Las placas son elementos muy importantes en las estructuras de acero. Pueden montarse formando cuerpos completos mediante el proceso básico de laminado (como secciones laminadas en caliente), mediante flexión (como secciones conformadas en frío) y mediante soldadura. La eficacia de estas secciones se debe a la utilización de la elevada rigidez en el plano de un elemento placa para sostener el borde del elemento contiguo, controlando así el comportamiento fuera del plano de este último.
4
El tamaño de las placas en las estructuras de acero varía de unos 0,6 mm de espesor y 70 mm de anchura en una placa de acero ondulada, a 75 mm de espesor y 3 m de anchura en una gran estructura industrial o de plataforma petrolífera. Cualquiera que sea la escala de la construcción, el elemento placa tendrá un espesor t mucho menor que la anchura b, o la longitud a. Como se verá más adelante, el parámetro geométrico más importante de las placas es b/t y este variará, en una estructura de placas eficaz, dentro de un margen entre 30 y 250.
COMPORTAMIENTO BÁSICO… 2.
COMPORTAMIENTO BÁSICO DE UN ELEMENTO PLACA
La comprensión de una estructura de placas ha de comenzar con la compresión de los modos de comportamiento de un elemento placa.
2.1 Condiciones geométricas y de contorno Los parámetros geométricos importantes son el espesor t, la anchura b (medida por lo general transversalmente a la dirección de la mayor tensión directa) y la longitud a, ver figura 1a. La relación b/t, denominada a menudo esbeltez, influye en el pandeo local del elemento placa; la relación a/b también puede influir en los modelos de pandeo y tener un efecto significativo sobre la resistencia. Además de por las dimensiones geométricas, la resistencia de la placa se rige por las condiciones de contorno. La figura 1 muestra cómo la respuesta a distintos tipos de carga está influenciada por diferentes condiciones de contorno. La respuesta a una carga en el plano que no causa pandeo de la placa se ve influenciada únicamente por condiciones de contorno en el plano, de tensión planal, figura 1b. En principio, la respuesta a una carga fuera del plano solo está influenciada por las condiciones de contorno para movimiento transversal y momentos de borde, figura 1c. Sin embargo, con cargas mayores las respuestas a ambas condiciones de carga están influenciadas por las cuatro condiciones de contorno. Las condiciones fuera del plano influyen en el pandeo local de la figura 1d; las condiciones en el plano influyen en el efecto membrana que desarrolla
grandes desplazamientos (> t) bajo cargas laterales, figura 1e.
2.2 Carga en el plano Como se muestra en la figura 2a, los tipos básicos de carga en el plano aplicada en el borde de un elemento placa son la carga repartida, que puede aplicarse a todo un lado, y la carga por zonas, que puede aplicarse localmente. Cuando una placa se pandea es especialmente importante distinguir entre los desplazamientos aplicados, figura 2b, y las tensiones aplicadas, figura 2c. Los primeros permiten una redistribución de la tensión por elemento; la zona central, más flexible, deja escapar las tensiones
Figura 1 Condiciones de borde significativas para paneles de chapa
5
Figura 2 Tipos de acción en el plano
hacia los bordes proporcionando una valiosa resistencia posterior al pandeo. Las segundas, más raras, conducen a un colapso más temprano de la zona central de la placa, con una deformación en el plano por parte de los bordes sometidos a carga.
2.3 Carga fuera del plano La carga fuera del plano puede ser: • Uniforme por todo el elemento, figura 3a, por ejemplo la base de un depósito de agua. • Variable por todo el elemento, figura 3b, por ejemplo un lado de un depósito de agua.
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Figura 3 Tipos de acciones fuera de plano
• Una zona localizada en parte del elemento, figura 3c, por ejemplo la carga de una rueda sobre un tablero de puente.
2.4 Determinación de la carga del elemento placa En algunos casos, como en el de la figura 4a, el reparto de las cargas de borde en los elementos de una estructura de placas es obvia. En otros, las flexibilidades en el plano de los elementos dan lugar a unos repartos de las tensiones que no pueden predecirse desde la simple teoría. En la viga cajón de la figura 4b, la flexibilidad a cizalladura en el plano de las cabezas conduce a una deformación en el plano de cara
