Estudio mediante elementos finitos del fenómeno de pandeo lateral en perfiles conformados en frío

Abstract

El pandeo lateral es un fenómeno de inestabilidad que adquiere especial importancia en perfiles esbeltos con pequeña rigidez torsional y pequeña rigidez a flexión en el plano perpendicular al de aplicación de la carga. Este es el caso de la mayoría de los perfiles conformados en frío. Muchas normativas proponen de forma casi exclusiva fórmulas envolventes aproximadas en el caso de perfiles con simetrías y apoyos simples. Por ejemplo, en el Eurocódigo 3, Parte 5 o en la normativa americana, AISC, Parte 5, existen tablas que contemplan el efecto de diversos tipos de cargas exteriores o de diferentes condiciones de apoyo, pero sin embargo, no existe ninguna tabla o fórmula general que contemple toda la variedad existente de problemas de pandeo lateral. En el presente artículo se analiza el fenómeno de pandeo lateral mediante su simulación por elementos finitos. Para ello se ha implementado un elemento barra no lineal geométricamente exacto, es decir, válido para grandes desplazamientos y rotaciones, que además incorpora un séptimo grado de libertad asociado al alabeo. También ha sido imprescindible desarrollar un algoritmo de continuación que permita establecer un control mixto de carga y desplazamientos para alcanzar y sobrepasar los puntos críticos, ya sean límite o de bifurcación. Para ello se ha elegido un algoritmo Newton-Raphson con control hiperelíptico. Se ha estudiado una amplia casuística que abarca varios perfiles conformados en frío susceptibles de sufrir pandeo lateral, realizando el análisis para diferentes longitudes, distintos tipos de carga y condiciones de apoyo. Como resultado se han obtenido una serie de gráficas que permiten predecir la carga o momento crítico de pandeo para gran cantidad de situaciones. Estos datos sirven para corroborar la validez de la norma en los pocos casos que contempla y de inestimable ayuda al calculista a la hora de enfrentarse en la Práctica con el diseño mediante estas tipologías de perfiles cada vez más utilizadas.