Diseño de elementos estructurales de acero sometidos a flexo-compresión : desarrollo teórico y estudio comparativo

Abstract

Esta memoria presenta, en primer lugar, la teoría y los principios de la estabilidad estructural de los elementos flexo-comprimidos. Incluye tanto los nuevos métodos utilizados para el análisis y diseño de los “beam-columns“ como su proceso de desarrollo e incorporación al Eurocódigo 3 (ec3 2005) y a la norma americana (AISC LRFD 1994). En segundo lugar, se realiza un estudio exhaustivo del factor de momento uniforme equivalente de pandeo lateral (FMUE). Este factor se emplea para determinar el momento critico elástico, y éste a su vez se emplea para verificar el estado limite último de un elemento sometido a flexión pura y a flexo-compresión. De la revisión bibliográfica se desprende que las normas pueden proporcionar valores de FMUE muy conservadores en vigas simplemente apoyadas, y no conservadores en vigas con apoyos diseñados para prevenir la flexión lateral y el alabeo. Con el propósito de aclarar las situaciones en donde los FMUE de las normas aparecen contradictorios con los resultados computacionales recientes, se brinda en esta memoria un conjunto de valores de FMUE, que fueron obtenidos usando el Método de Elementos Finitos y la técnica de Diferencias Finitas, una atención muy especial se ha puesto en los casos donde la flexión lateral y el alabeo son impedidos en los apoyos del elemento puesto que son pocos los resultados que existen para estos casos. Una de las grandes ventajas de la norma americana (AISC LRFD 1994) y de la norma británica CBS 5950-1 2000) es que proporcionan expresiones sencillas para determinar el FMUE para cualquier distribución de momentos; sin embargo, estas expresiones no toman en cuentan las restricciones de los apoyos extremos del elemento. En esta memoria, se plantea una nueva expresión general para calcular el FMUE, que es aplicable a cualquier distribución de momentos y condiciones de enlaces, y que proporciona mejores resultados que las expresiones dadas por el AISC LRFD (1994) y BS 5950-1 (2000). Por último, con el propósito de identificar similitudes y diferencias en las filosofías de diseño del AISC LRFD (1994) y ec3 (2005), se realiza en este trabajo un estudio comparativo de los estados límites últimos de los elementos sometidos a compresión pura, flexión pura y flexo-compresión. Para cuantificar la diferencia en resistencia, se trabajó con perfiles laminados de secciones H e I, los cuales fueron analizados con diferentes valores de esbeltez y con los casos más frecuentes de distribuciones lineales y parabólicas de momentos. Los resultados son presentados gráficamente en diagramas de interacción para facilitar su interpretación. Este estudio comparativo muestra que las capacidades resistentes dadas por el AISC LRFD (1994) y los dos métodos el EC3 (2005) pueden diferir apreciablemente cuando el valor de la esbeltez es alto y el elemento flexo-comprimido está sometido a una distribución lineal de momento bi-triangular.