¿Por qué la profundidad de la sección transversal de un elemento estructural es tan crítica para definir la capacidad del elemento?

La profundidad de una viga u otro elemento de flexión (flexión) es a menudo el aspecto más crítico para su capacidad. [Para una columna con cargas principalmente axiales y muy poca flexión, la profundidad (d) y el ancho (b) son importantes, pero un eje no es necesariamente más importante que el otro.]

Para mantener esto relativamente simple, para una viga rectangular, la resistencia al corte está directamente relacionada con el área de la sección transversal (A = bd), por lo tanto, la capacidad de corte está directamente relacionada tanto con el ancho como con la profundidad.

Para la resistencia a la flexión (flexión), es una función de la profundidad al cuadrado (es decir, debido a que está directamente relacionado con el módulo de sección, S = bd ^ 2/6). Esto significa que si aumenta la profundidad en un 10%, aumentará la resistencia a la flexión en un 21%.

Para la rigidez de la desviación o la capacidad de desviación (por así decirlo), es una función de la profundidad del cubo (es decir, debido a que está directamente relacionado con el momento de inercia, I = bd ^ 3/12). Esto significa que si aumenta la profundidad en un 10%, entonces aumenta la rigidez (y disminuye la deflexión) en un 33%.

Esta es una respuesta bastante simplificada, que no entra en modos de pandeo que pueden reducir la capacidad, como el pandeo torsional lateral, el entorpecimiento de la telaraña, etc. . Además, esto no se refiere específicamente a sistemas híbridos como una viga de hormigón armado, con un bloque de compresión y acero de refuerzo (armadura) en tensión; sin embargo, el principio general de los aumentos exponenciales en la resistencia a la flexión y la rigidez todavía se aplican con los aumentos de profundidad.

Porque sabes cuánto material está trabajando en su límite para una fuerza aplicada de alguna manera. Piense en un perfil cuadrado, configurado para sostener un techo. El área superior está trabajando en modo de compresión, la inferior está trabajando en tensión, ya que el peso del techo doblará la barra como una forma de U, mientras que los lados solo mantienen las cosas juntas, por lo que puede cambiar ese perfil a una I dar forma, usar menos material y trabajar y lograr los mismos resultados, pero en un buggy de donde vendrán las fuerzas, básicamente, en todas partes necesita una tubería para mantener todo junto.

Porque eso define el grosor del miembro, lo que tiene un gran impacto en la capacidad del elemento estructural.