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El efecto membrana. La Clase 4 en el Eurocódigo 3

Imagen  El efecto membrana. La Clase 4 en el Eurocódigo 3

La inestabilidad o abolladura es un fenómeno que debemos prever cuando proyectamos estructuras metálicas, pues podría producir el colapso de éstas. Dominar las Clases de secciones introducidas en el Eurocódigo 3 nos será de gran ayuda. Podéis consultar el post dedicado a las clases de sección 1, 2 y 3 aquí. Este post está dedicado a la Clase 4, pues su comportamiento es muy particular.

¿Qué es una clase de sección?

La clase de sección es un criterio de división de las secciones metálicas cuya aparición en el Eurocódigo 3 tiene los siguientes objetivos:

  1. Integrar el cálculo de la abolladura en la comprobación resistente.
  2. Guiar en la elección del tipo de cálculo de esfuerzos a emplear.

La Clase de sección 4.

A diferencia de las Clases, 1, 2 y 3; las secciones metálicas clase 4 son tan esbeltas que se produce el agotamiento de la pieza por abolladura antes de alcanzar el momento elástico.

$$ Mrd<Mel. $$

¿Qué es el efecto membrana?

La gran esbeltez que caracteriza a estas secciones produce algunos fenómenos específicos de este tipo de piezas, y modifican el comportamiento resistente de la estructura. Uno de ellos es el efecto membrana.

Partimos de una chapa sometida a compresión uniforme en dos de sus bordes. Ésta se deforma trasversalmente, creciendo su flecha conforme crece la carga hasta llegar a un límite llamado carga crítica. En una pieza unidimensional se supone el agotamiento de la pieza, pues ante un pequeño incremento de carga se dispara la deformación.

Ahora bien, en una pieza en dos dimensiones, como lo es la chapa a estudio, el punto central se mueve, traccionando la fibra transversal a la compresión. Este fenómeno se denomina efecto membrana, y es el responsable de que no se produzca el agotamiento de la pieza después de la carga crítica.

Esquema del efecto membrana en chapas metálicas

Podemos hacer dos lecturas de la trascendencia del efecto membrana:

  1. Existe una fase postcrítica, es decir, no se produce el agotamiento al alcanzar a la carga crítica.
  2. La tensión en la fase postcrítica no es elástica.

¿Qué es la anchura eficaz?

la chapa comprimida se encuentra en su fase postcrítica. La parte central, al deformarse plásticamente se ha descargado, por lo que debemos descartar su resistencia para el cálculo. En los extremos supondremos que la tensión es constante.

Así pues, estaremos considerando una chapa omitiendo su parte central, y en sus extremos las tensiones resultantes son elásticas. Esta suposición aborda el concepto de anchura eficaz, y es usada en la clase 4 de secciones. Por lo tanto, cuando tenga una chapa Clase 4, significa que es muy esbelta y que se abolla. Las zonas más deformadas pasarán la carga a las rígidas, que serán las denominadas eficaces. De modo que el momento resistente de la sección será el momento elástico de la anchura eficaz:

$$ Mrd=Mel sec. ef. $$

Cálculo de la anchura eficaz

¿Cuál es la proporción más deseable?

Si la sección posee un ala esbelta y un alma rígida y es sometida a momentos positivos, siempre despreciaremos lo más deformable, que serán los bordes exentos del ala. En las secciones doble T, el momento resistente viene gobernado alrededor del 80% por las alas. Luego, si perdemos parte del ala, disminuirá fuertemente el momento resistente. Por el contrario, si el ala es muy rígida y el alma esbelta, en el alma perderíamos una parte central pequeña, por lo que sería más deseable una sección de este tipo, al poseer un momento resistente mucho mayor.

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→ Ver más contenidos y cursos sobre Cálculo de estructuras.

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