¿Por qué no es prudente elegir una viga horizontal cilíndrica?

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Escuché que no es prudente elegir una viga horizontal cilíndrica. Mi pregunta es por qué

civil-engineering beam

— Mohamed
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¿Para qué aplicación?

— Footwet

¿Escuchaste esto sobre cilindros huecos, cilindros sólidos o ambos?

— Aire

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La fuerza de una viga horizontal se define en base a una propiedad llamada módulo de sección . Las formas que tienen más material distribuido cerca de la parte superior e inferior tienen un módulo de sección más alto. Es por eso que las vigas en forma de I o los rectángulos altos son opciones comunes. Las formas redondas, por otro lado, tienen la mayor parte de su material concentrado alrededor del centro de la forma y muy poco en la parte superior e inferior, por lo que no forman vigas muy fuertes. Eso significa que una viga redonda necesitaría mucho más material para lograr la misma resistencia que una viga de forma más alta.

Podrías ver esto intuitivamente si tomas una regla u otra pieza de material delgado que tengas a mano e intentas doblarla. Notarás que en la dirección plana, es muy débil y fácil de doblar. Sin embargo, en la dirección amplia, es bastante fuerte. Aunque la pieza de material es del mismo tamaño, tener más en la parte superior e inferior lo hace más fuerte.

La razón de esto no es demasiado difícil de entender, cuando una viga se dobla no puede mantenerse perfectamente recta. Para formar una curva, tiene que cambiar ligeramente de forma. La parte superior se comprime (empuja hacia adentro) y la parte inferior experimenta una tensión de tracción (se separa). A medida que te acercas al centro, hay menos tensión de cada tipo. De hecho, cuando llegas al centro, el haz no se separa ni se empuja, se llama 'eje neutral'. Por lo tanto, la parte superior e inferior deben ser fuertes para resistir la compresión y la tensión, pero el centro solo tiene que ser lo suficientemente fuerte como para mantener todo unido.

Si realmente quisiera usar una forma cilíndrica para un haz horizontal (tal vez por razones visuales o resistencia al viento), un tubo redondo sería más eficiente que un cilindro sólido, ya que tiene menos material alrededor del eje neutro. Sin embargo, aún no sería tan eficiente como un tubo rectangular o una forma estructural tradicional.

— Ethan48
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Quizás sería más claro y preciso afirmar que en la dirección plana la regla es menos rígida y en la dirección ancha es más rígida . A menos que el material de la regla sea anisotrópico, la resistencia no cambia con la orientación y, a menos que se pretenda una falla, la resistencia no juega un papel en el diseño de la viga, excepto para la selección del material.

— wwarriner

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La rigidez es la propiedad que observa el usuario, pero la resistencia de la viga cambia cuando cambia la orientación de las cargas aplicadas. la resistencia del material no cambia, pero la resistencia del haz sí. Dado que el módulo de sección es el momento de inercia (que controla la rigidez) dividido por la distancia extrema de la fibra, la resistencia y la rigidez están correlacionadas para un material dado, y para una comprensión intuitiva de las propiedades de la sección, no necesitamos diferenciar.

— Ethan48

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Un haz cilíndrico probablemente no sea el mejor haz para una situación dada. Esto no significa que no haya situaciones específicas en las que un haz cilíndrico sea útil.

Pros

Puede resistir la misma carga en cualquier dirección o combinación de direcciones. Es tan fuerte en la dirección horizontal como en la dirección vertical.
No es necesario preocuparse ni verificar el estado límite del pandeo torsional lateral (LTB).
Funciona bien como viga-columna (momentos y cargas axiales juntas).
La forma circular puede tener menos área de superficie que otras formas cuando se consideran cosas como el área pintada o la acumulación de hielo.

Contras

No es tan eficiente (peso del material por resistencia) como una forma de I para cargas en una sola dirección.
Las secciones pueden ser difíciles de encontrar o más costosas que las formas más comunes.
Las conexiones en los extremos y con otros miembros que vienen desde el costado son más complicadas.
Los refuerzos bajo áreas de cargas concentradas son más difíciles de diseñar y fabricar.

A menos que uno de los elementos en la lista de "Pros" supere en gran medida a los "Contras", un haz cilíndrico probablemente no sea la mejor opción.

— Hazzey
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El uso de una viga horizontal cilíndrica es imprudente ya que tiene un peso adicional que no ofrece resistencia adicional. Por lo tanto, está pagando por material innecesario que no es aconsejable, a menos que las preocupaciones estéticas requieran el uso de la forma del cilindro. Las cargas laterales altamente inusuales pueden hacer que el uso de una viga cilíndrica sea una opción, pero esas fuerzas normalmente se abordan con otros componentes de diseño.

— usuario416
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¿No podrías inscribir el cilindro dentro de un prisma en lugar de circunscribirlo? De esa manera, usarías menos material.

— HDE 226868

@ HDE226868 No entiendo bien su pregunta aquí, pero si todavía tiene curiosidad, podría publicarla como una pregunta propia con un boceto.

— Ethan48

@ Ethan48 Esta respuesta parece suponer que la sección transversal del cilindro es mayor que la sección transversal de un cuadrado. Esto esencialmente circunscribe la sección transversal. Estoy sugiriendo inscribirlo, lo que en realidad pesaría menos. ¿Lo malinterpreté?

— HDE 226868

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Creo que lo que querían decir (pero no declararon explícitamente) es que para un requisito de resistencia de la viga dado, la viga cilíndrica pesará más. Ciertamente, puede hacer vigas circulares más pequeñas que otras secciones transversales, pero serán más débiles que otras formas de sección transversal con la misma área.

— Ethan48