Conceptos Clave en la Torsión de Barras y el Diseño Estructural

¿Qué es el Centro de Torsión y Cómo Afecta a la Solución del Problema de Torsión en Barras?

La cinemática del problema de torsión en barras rectas se describe mediante un giro de la sección alrededor de un eje denominado eje de torsión y unos desplazamientos de alabeo de los puntos de cada sección. Al punto alrededor del cual gira cada sección se le llama centro de torsión, por lo que el eje de torsión está formado por los centros de torsión de todas las secciones de la barra. Como el mencionado giro produce que los puntos de la barra se desplacen en el plano de la sección, el centro de torsión no se desplaza en dicho plano y solo tiene desplazamientos de alabeo.

En el caso de torsión uniforme, el centro de torsión y el eje de torsión están indeterminados. Por tanto, la solución cinemática también está indeterminada. Afortunadamente, las soluciones cinemáticas obtenidas considerando diferentes ejes de torsión solo difieren entre sí en desplazamientos y giros de sólido rígido. Debido a ello, el estado tensional y de deformaciones en la barra no depende del eje de torsión considerado para analizar la barra.

¿Qué es el Centro de Esfuerzos Cortantes (C.E.C)?

El centro de esfuerzos cortantes es el punto del plano de la sección respecto del cual las tensiones tangenciales debidas únicamente a los esfuerzos cortantes, y calculadas según las fórmulas habituales, no producen momento torsor. Es una característica estática de la sección y permite independizar los problemas de flexión y de torsión.

En General, ¿Qué son los Desplazamientos de Alabeo en una Sección?

Los desplazamientos de alabeo de una sección son los desplazamientos de sus puntos en la dirección del eje longitudinal de la barra que hacen que la sección deje de ser plana una vez que la barra se haya deformado. En general, este tipo de desplazamientos está producido por las tensiones tangenciales. Es decir, por los esfuerzos cortantes en el problema de flexión y por el momento torsor en el problema de torsión. En el problema de flexión se desprecian si se usa el modelo de Navier-Bernoulli y se linealizan si se utiliza el modelo de Timoshenko.

¿Qué es un Estado Límite de Servicio? ¿Qué es un Estado Límite Último? ¿Para qué se Utilizan?

Un Estado Límite Último es aquel en el que se encuentra una estructura (con unos apoyos, materiales y dimensiones dadas y sometida a un estado de cargas determinado) en el momento que deja de ser resistente, bien por pérdida de equilibrio o estabilidad o bien por agotamiento resistente del material. Para una misma estructura, puede haber muchos estados límite de este tipo.

Un Estado Límite de Servicio es aquel en el que se encuentra una estructura (también con unos apoyos, materiales y dimensiones dadas y sometida a un estado de cargas determinado) en el momento en que pierde su funcionalidad (deja de tener la rigidez adecuada). Al igual que con el otro tipo de estados, para una misma estructura, puede haber muchos estados límite de este tipo.

Ambos tipos de estados están asociados al dimensionado de las estructuras. Las dimensiones de los elementos que componen la estructura son tales que cuando se aplican las cargas de diseño la estructura se situará en alguno de esos estados, estando la seguridad garantizada por los coeficientes de seguridad que se utilizan en el cálculo (en general, se calcula con cargas de magnitud más grande que las reales y se considera que el material resiste menos de lo que lo hace en la realidad).