Torsión en vigas de sección circular

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Definición de torsión

En ingeniería, torsión es la solicitación que

se presenta cuando se aplica

un momento sobre el eje longitudinal de

un elemento constructivo o prisma

mecánico, como pueden ser ejes o, en

general

elementos donde una dimensión

predomina sobre las otras dos, aunque es

posible encontrarla en situaciones

diversas.

La torsión se caracteriza

geométricamente porque una curva

paralela al eje se retuerce alrededor de

él.

Barra de sección no circular sometida a

torsión, al no ser la sección transversal

circular necesariamente se

produce alabeo seccional.

Fenómenos que se presentan

en la torsión

Aparecen tensiones tangenciales

paralelas a la sección transversal. Si estas

se representan por un campo vectorial

sus líneas de flujo "circulan" alrededor de

la sección.

Cuando las tensiones anteriores no están

distribuidas adecuadamente, cosa que

sucede siempre a menos que la sección

tenga simetría circular, aparecen alabeos

seccionales que hacen que las secciones

transversales deformadas no sean planas.

Torsión general: Formula de esbeltez torsional :

G=modulo de elasticidad transversal.

E=modulo de elasticidad longitudinal.

J=modulo torsional.

Iw=momento de alabeo.

L=longitud de la barra recta.

Formulas generales

Torsión de Saint-Venant pura,

cuando

Torsión de Saint-Venant dominante,

cuando

Torsión alabeada mixta, cuando

Torsión alabeada dominante,

cuando

Torsión alabeada pura, cuando

Módulo de torsión para una

sección circular

Para una sección circular o circular

hueca el módulo de torsión coincide con

el momento de inercia polar, es decir,

coincide con la suma de los dos

segundos momentos de área de la

sección transversal:

Módulo de torsión en

secciones de pared delgada

Piezas de perfil abierto, en ellas las curvas

integrales del campo de tensiones

tangenciales, no encierran ninguna área.

Los perfiles metálicos en H, en I, en U y L

son ejemplos de este tipo de sección.

se puede obtener integrando el espesor

al cubo a lo largo de la curva

media que define la sección transversal:

es la longitud del total de la curva

media que define la sección.

es el espesor de la pared (sino fuera

constante la primera parte de la fórmula

anterior sigue siendo válida, aunque el

resultado de la integral sería diferente.

Si tiene ramificaciones la formula es:

Sección cerrada simple de pared delgada

el flujo de tensiones es aproximadamente

constante a lo largo del espesor de la

pared.

A = al área encerrada por la curva

media que define la sección.

T = al perímetro; el módulo de torsión

viene dado por la fórmula de Bredt:

Si está formada por una curva simple

cerrada más algunas ramificaciones no

cerradas la formula es:

Sección cerrada compuesta de pared delgada

Si la sección encierra como máximo un

área A, formada por n subáreas o

paneles que encierran cada uno un

área Ai [siendo el caso obviamente que

A = A1 + ... + An] y además

existen m ramificaciones como en el caso

anterior el módulo de torsión viene dado

por:

Torsión recta: Teoría de Coulomb

La teoría de Coulomb es aplicable a ejes

de transmisión de potencia macizos o

huecos, debido a la simetría circular de la

sección no pueden existir alabeos

diferenciales sobre la sección. De

acuerdo con la teoría de Coulomb la

torsión genera una tensión cortante el

cual se calcula mediante la fórmula:

Donde:

: Esfuerzo cortante a la distancia ρ.

T: Momento torsor total que actúa sobre

la sección.

: distancia desde el centro geométrico

de la sección hasta el punto donde se

está calculando la tensión cortante.

J: Módulo de torsión.