ASPECTOS DELICADOS DEL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
¿Hasta qué punto es simple la tensión simple?
Tensión máxima
Importancia de la fluencia plástica
Los sistemas estructurales estudiados anteriormente se analizan simplificando el estado de tensiones, como tracción simple, compresión simple o flexión simple.
En el caso de un cable suspendido por un conector cónico, en la zona del conector aparecen tensiones de compresión perpendiculares al cable y tensiones de corte paralelas, que son las que realmente transfieren la carga.
Alejándose del conector, las tensiones se convierten rápidamente en un estado de tracción simple, lo que justifica el enfoque simplificado utilizado.
Aunque en el diseño global se puede considerar el comportamiento simple de los elementos, es crítico analizar cuidadosamente las zonas de conexión, donde pueden aparecer tensiones más peligrosas.
El concepto de "longitud de Saint-Venant" indica que a una distancia de 2-3 diámetros de la zona de conexión, las tensiones se simplifican y pueden usarse los enfoques elementales.
El corte puro es equivalente a una combinación de compresión y tracción perpendiculares entre sí.
Al girar un elemento rectangular, la tensión normal varía entre un valor máximo y mínimo, siendo estas tensiones máxima y mínima perpendiculares entre sí.
En las direcciones de tensión máxima y mínima no se desarrollan tensiones de corte, mientras que en otras orientaciones aparecen combinaciones de tensión normal y corte.
Las direcciones de tensión máxima y mínima se denominan direcciones principales, y los valores correspondientes son los valores principales de tensión.
En una barra sometida a tracción simple, las líneas de tensión forman una malla ortogonal de tracción y compresión (efecto Poisson).
Cuando hay un agujero en la barra, las líneas de tracción se desvían y se concentran alrededor del orificio, aumentando localmente el valor de la tensión.
Estos aumentos de tensión debidos a cambios bruscos de sección se denominan concentraciones de tensiones, y pueden llevar al material más allá de su límite elástico o de rotura.
En vigas sometidas a flexión, cuando las fibras de tracción fallan, la estructura puede reajustarse adoptando un mecanismo de compresión más eficiente, evitando el colapso total.
La mayoría de los materiales estructurales tienen un comportamiento elástico-plástico, por lo que es importante mantener las tensiones por debajo del límite elástico para evitar deformaciones permanentes.
Sin embargo, la fluencia plástica desempeña un papel esencial en el comportamiento de los elementos estructurales.
En el contacto entre un pilar y un dintel, las irregularidades superficiales pueden producir concentraciones de tensiones. La fluencia plástica elimina estas concentraciones, aplanando las protuberancias y aumentando la superficie de contacto.
Otra fuente de concentración de tensiones es la tendencia del dintel a apoyarse solo en el borde interno del pilar al curvar bajo la carga. La fluencia plástica vuelve a resolver esta situación, aumentando la superficie de contacto.
La fluencia plástica también reduce las concentraciones de tensión alrededor de orificios en barras sometidas a tracción, suavizando la distribución de tensiones.
En vigas sometidas a flexión, la fluencia plástica de las fibras extremas permite una redistribución de tensiones, aumentando la capacidad de carga más allá del inicio de la fluencia.
Las vigas con extremos empotrados tienen una mayor reserva de resistencia que las simplemente apoyadas, gracias a la formación de articulaciones plásticas en los apoyos y en la sección media.
La redistribución de tensiones por fluencia plástica es esencial para el comportamiento de estructuras hiperestáticas o redundantes, permitiéndoles soportar cargas excepcionales sin colapsar.