Los efectos del pandeo
Escrito por Scott Root ; última actualización: February 01, 2018
El pandeo es una propiedad matemática que describe el efecto del exceso de estrés o presión en una estructura. Esto ocurre a medida que el estrés incrementa y una estructura ya no puede mantener el equilibrio. El resultado final del pandeo es por lo general el colapso estructural, pero existen varios tipos diferentes de pandeo que pueden ocurrir.
Pandeo inelástico
El pandeo inelástico ocurre en objetos como una columna de longitud intermedia hecha de un material rígido. Este tipo de pandeo ocurre cuando la carga de estrés sobre un objeto excede los límites proporcionales del material (es decir la resistencia y rigidez). El pandeo inelástico puede ser identificado cuando los objetos se deforman debido al exceso de fuerza. Por ejemplo, una columna pasa a través de un proceso llamado arrodillamiento, en el que la mitad de la columna se arquea hacia el exterior alejándose de la fuerza normal.
Pandeo elástico
El pandeo elástico ocurre en columnas largas con soporte simple. Es similar al pandeo inelástico en que las propiedades básicas de la columna, la resistencia y rigidez, son las mismas pero el resultado final es muy diferente. El pandeo elástico ocasiona que la columna u objeto cambie a una forma incorrecta pero de una forma más grave en comparación con el pandeo inelástico. Si bien el pandeo inelástico parece crear un efecto de arrodillamiento, el pandeo elástico crea una apariencia completamente arqueada en el objeto.
Carga crítica
La carga crítica es un número crucial para todas las definiciones matemáticas del pandeo. La carga crítica es la carga bajo la cuál el estrés se vuelve más grande que la fuerza con la que la columna (u objeto) puede mantener su forma. Cualquier carga superior a la crítica ocasionará un pandeo. La carga crítica puede calcularse usando varias fórmulas diferentes. Esta es la manera en la que se calculan los pesos límite en puentes y caminos. El cálculo de este peso límite es necesario durante el proceso de diseño.
Diseño para pandeo
Existen varias formas de definir el pandeo matemáticamente. Cada teoría define cómo ocurre el pandeo elástico o inelástico. Cada fórmula tiene un resultado ligeramente diferente. Por ejemplo, la ecuación de Euler describe el pandeo elástico. La teoría de Shanley describe la curva de pandeo inelástico, mientras que el modelo de carga tangente-módulo describe el límite inferior de la cantidad de fuerza requerido para que ocurra el pandeo. El modelo de Euler describe la mayor fuerza absoluta que una columna puede soportar o el límite superior más lejano. La mayoría de los diseñadores favorecen al modelo de carga tangente-módulo para que sus trabajos permanezcan del lado seguro.
Aplicaciones en el mundo real
Además de usar la carga crítica para definir límites de peso para puentes, todos los edificios requieren soportar la máxima carga en las columnas para que el techo no se colapse en sí mismo. Esto ocurrirá si las columnas de soporte de peso alcanzaran su carga crítica. De hecho, muchos objetos del mundo real dependen de los efectos de la carga crítica y el efecto de pandeo, desde ruedas para bicicletas (que en esencia son una larga columna doblada en círculo y mantenida en su lugar por los radios) hasta los puentes y caminos que usan los ciclistas.
