Encurvadura lateral-torcional

O que é a encurvadura lateral-torcional e qual é a sua causa?

A encurvadura lateral-torcional (LTB) é a deformação de uma viga não travada devido às ações aplicadas fora do seu eixo longitudinal – tanto o deslocamento lateral como a torção.

As vigas de aço não travadas são vigas cujo banzo comprimido está livre para se mover (ou deslocar) na direção lateral e também rodar. Se aplicarmos esta teoria a uma viga simplesmente apoiada, então o banzo comprimido é o banzo superior. À medida que este banzo se deflete lateralmente, o banzo tracionado tenta manter a viga direita e cria forças ‘restauradoras’ devido à flexão lateral da viga. No entanto, estas forças por si só não conseguem manter a viga direita. A resistência da viga à LTB é determinada pelas forças restauradoras e pela componente lateral das forças de tração no banzo tracionado.

A interação entre os banzos comprimido e tracionado força uma viga não travada a torcer. A resistência a esta torção depende da resistência à torção da secção da viga. As vigas com espessuras de banzo elevadas, por exemplo, têm uma resistência à torção superior às de espessuras de banzo menores, para uma dada altura. Existem outras secções que também oferecem maior resistência (RHS/SHS) e estas são frequentemente utilizadas em situações em que é necessário vencer vãos relativamente grandes para suportar a carga vertical (por exemplo, vãos com portas sanfonadas), que são propensas a efeitos de força fora do plano.

Para ver como se propaga a rotura por LTB, veja este vídeo.

Que fatores influenciam a LTB?

Existem três fatores principais:

1. Localização da carga aplicada
2. A distribuição do momento fletor
3. Condições de apoio nas extremidades

Localização das cargas aplicadas

O efeito da LTB é condicionado pela distância entre a localização da carga aplicada e o centro de corte da secção da viga. A secção é mais propensa à LTB se a carga for aplicada acima do centro de corte. O efeito é menor se a carga for aplicada ao longo do centro de corte e, se for aplicada abaixo, a viga tem pouca probabilidade de sofrer LTB.

[Nota] O centro de corte é um ponto na secção da viga onde as cargas aplicadas não provocam a sua torção. Depende da secção transversal. O centro de corte e o centro de gravidade numa secção simétrica são o mesmo ponto. Podem não coincidir numa secção não simétrica. Existe algum trabalho matemático envolvido no cálculo do centro de corte para uma dada secção, mas felizmente os engenheiros utilizam software e têm tabelas de referência!

A distribuição do momento fletor

Uma secção com um momento fletor uniforme ao longo do seu comprimento tem menor resistência à encurvadura em comparação com uma distribuição de momento fletor diferente.

Condições de apoio nas extremidades

A resistência à LTB de uma secção de viga aumenta à medida que os apoios de extremidade se tornam mais restringidos. Considere uma viga apoiada sobre um maciço de apoio em comparação com a viga embebida numa parede de betão. Esta última tem mais restrição nas extremidades do que a primeira. Uma está livre para rodar e a outra não.

Considerações de projeto

Proporcionar uma restrição lateral eficaz pode beneficiar consideravelmente as dimensões da viga. A restrição pode ser totalmente alcançada pela ação composta de uma laje mista. A restrição parcial pode ser alcançada através de vigas intermédias. Também podem ser utilizados contraventamentos – de dimensão suficiente e adequadamente localizados.

Isto é tudo muito bem para o dimensionamento do elemento, mas o que acontece quando se trata do projeto da ligação?

As reações reais mantêm-se as mesmas independentemente da restrição à LTB, mas o elemento tem uma fixação adicional devido a esta restrição. Se ignorássemos isto, o projeto da ligação seria sobrestimado.

Na nova versão do IDEA StatiCa (versão 22.0) introduzimos uma nova operação – Restrição Lateral-Torcional – para permitir aos nossos utilizadores ter isto em conta, caso assim o desejem.

Encontre mais informações sobre a funcionalidade Restrição Lateral-Torcional. Esta operação evita a torção do elemento na ligação e permite um projeto mais económico, mantendo a segurança exigida.