COLUMNAS

LAS COLUMNAS SON ELEMENTOS UTILIZADOS PARA RESISTIR BSICAMENTE SOLICITACIONES DE COMPRESIN AXIAL AUNQUE, POR LO GENERAL, STA ACTA EN COMBINACIN CON CORTE, FLEXIN O TORSIN YA QUE EN LAS ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO, LA CONTINUIDAD DEL SISTEMA GENERA MOMENTOS FLECTORES EN TODOS SUS ELEMENTOS.SEGN EL TIPO DE REFUERZO TRANSVERSAL LAS COLUMNAS SE PUEDEN CLASIFICAR EN COLUMNAS CON ESTRIBOS O CON REFUERZO EN ESPIRAL. LAS PRIMERAS SON GENERALMENTE DE SECCIN RECTANGULAR, CUADRADA, T L, SIN EMBARGO, PUEDEN TENER FORMA TRIANGULAR, OCTOGONAL, ETC. LAS VARILLAS DE ACERO LONGITUDINAL ESTN DISPUESTAS DE MODO QUE HAYA UNA EN CADA VRTICE DE LA SECCIN. POR SU PARTE, LAS COLUMNAS CON REFUERZO EN ESPIRAL PRESENTAN ZUNCHADO CONTINUO PROVISTO POR UNA HLICE O ESPIRAL DE POCO PASO HECHA DE ALAMBRE O VARILLA DE DIMETRO PEQUEO. DEBEN CONTAR COMO MNIMO CON 6 VARILLAS LONGITUDINALES DISPUESTAS CIRCULARMENTE

SEGN LA IMPORTANCIA DE LAS DEFORMACIONES EN EL ANLISIS Y DISEO, LAS COLUMNAS PUEDEN SER CORTAS O LARGAS. LAS COLUMNAS CORTAS SON AQULLAS QUE PRESENTAN DEFLEXIONES LATERALES QUE NO AFECTAN SU RESISTENCIA. POR EL CONTRARIO, LAS COLUMNAS LARGAS VEN REDUCIDA SU RESISTENCIA POR ELLAS.LAS COLUMNAS PUEDEN SER DE CONCRETO ARMADO EXCLUSIVAMENTE O PUEDEN INCLUIR PERFILES DE ACERO ESTRUCTURAL.LA RELACIN DEL REA DE ACERO LONGITUDINAL AL REA DE LA SECCIN TRANSVERSAL BRUTA DE CONCRETO Ag EST EN EL INTERVALO DE 0.01 A 0.08, CONFORME AL CDIGO ACI. EL LMITE INFERIOR ES NECESARIO PARA GARANTIZAR UNA RESISTENCIA A MOMENTOS FLECTORES NO TENIDOS EN CUENTA EN EL ANLISIS Y PARA REDUCIR LOS EFECTOS DEL FLUJO PLSTICO Y DE LA RETRACCIN DE FRAGUADO DEL CONCRETO SOMETIDO A COMPRESIN SOSTENIDA. RELACIONES MAYORES QUE 0.08 NO SON SOLAMENTE ANTIECONMICAS, SINO QUE PRODUCEN DIFICULTADES RELACIONADAS CON LA CONGESTIN DEL REFUERZO, EN PARTICULAR EN LAS ZONAS DE EMPALME DEL ACERO. POR LO GENERAL SE UTILIZAN BARRAS DE LOS DIMETROS MS GRANDES PARA REDUCIR LOS COSTOS DE COLOCACIN

LAS COLUMNAS PUEDEN DIVIDIRSE EN DOS GRANDES CATEGORAS: LAS COLUMNAS CORTAS, EN LAS CUALES LA RESISTENCIA SE RIGE POR LA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES Y POR LA GEOMETRA DE LA SECCIN TRANSVERSAL; Y LAS COLUMNAS ESBELTAS EN LAS CUALES LA RESISTENCIA PUEDE REDUCIRSE EN FORMA SIGNIFICATIVA POR LAS DEFLEXIONES LATERALES. HACE ALGUNOS AOS, UN ESTUDIO DEL ACI SEALABA QUE EL 90 POR CIENTO DE LAS COLUMNAS ARRIOSTRADAS CONTRA DESPLAZAMIENTO LATERAL Y EL 40 POR CIENTO DE LAS NO ARRIOSTRADAS PODRAN DISEARSE COMO COLUMNAS CORTAS. EL ARRIOSTRAMIENTO LATERAL EFECTIVO, QUE EVITA EL MOVIMIENTO LATERAL RELATIVO DE LOS DOS EXTREMOS DE UNA COLUMNA, SE PROPORCIONA A MENUDO MEDIANTE MUROS DE CORTANTE, NCLEOS DE ASCENSORES Y DE ESCALERAS, ARRIOSTRAMIENTO DIAGONAL O UNA COMBINACIN DE STOS. AUNQUE LAS COLUMNAS ESBELTAS SON AHORA MS COMUNES POR EL USO GENERALIZADO DE MATERIALES DE ALTA RESISTENCIA Y POR EL MEJORAMIENTO EN LOS MTODOS PARA CALCULAR LAS DIMENSIONES DE LOS ELEMENTOS, RESULTA AN VLIDO QUE, EN LA PRCTICA CORRIENTE, LA MAYOR PARTE DE LAS COLUMNAS PUEDEN CONSIDERARSE COLUMNAS CORTAS

COLUMNAS CORTAS SOMETIDAS A COMPRESIN PURALA RESISTENCIA DE COLUMNAS CORTAS DE CONCRETO ARMADO SOMETIDAS A COMPRESIN PURA EST DADA POR LA EXPRESINSIN EMBARGO, EL CDIGO DEL ACI RECONOCE QUE NO EXISTE COLUMNA REAL SOMETIDA A CARGA CON EXCENTRICIDAD NULA. EN VERSIONES ANTERIORES, SE DEFINI EXCENTRICIDADES ACCIDENTALES O EXCENTRICIDADES MNIMAS QUE DEBAN SER CONSIDERADAS EN EL DISEO DE CUALQUIER COLUMNA PARA TOMAR EN CUENTA ESTE EFECTO.

A PARTIR DE 1977, EL CONCEPTO DE EXCENTRICIDAD ACCIDENTAL SE SUPRIMI Y SE REEMPLAZ POR OTRO MECANISMO CUYO OBJETIVO TAMBIN ERA TOMAR EN CUENTA EL HECHO QUE NO EXISTEN COLUMNAS CON CARGA AXIAL TOTALMENTE CENTRADA. ESTE CONSISTA EN REDUCIR LA RESISTENCIA DEFINIDA POR LA ECUACIN INICIAL TRANSFORMNDOLA EN:

ANLISIS DE COLUMNAS CORTAS SOMETIDAS A FLEXO-COMPRESINUNA COLUMNA SOMETIDA A FLEXO-COMPRESIN PUEDE CONSIDERARSE COMO EL RESULTADO DE LA ACCIN DE UNA CARGA AXIAL EXCNTRICA O COMO EL RESULTADO DE LA ACCIN DE UNA CARGA AXIAL Y UN MOMENTO FLECTOR. AMBAS CONDICIONES DE CARGA SON EQUIVALENTES Y SERN EMPLEADAS INDISTINTAMENTE PARA EL ANLISIS DE COLUMNAS CORTAS SOMETIDAS A FLEXO-COMPRESIN.

PARA EL ANLISIS, LA EXCENTRICIDAD DE LA CARGA AXIAL SE TOMAR RESPECTO AL CENTRO PLSTICO.

ESTE PUNTO SE CARACTERIZA PORQUE TIENE LA PROPIEDAD DE QUE UNA CARGA APLICADA SOBRE L PRODUCE DEFORMACIONES UNIFORMES EN TODA LA SECCIN. EN SECCIONES SIMTRICAS EL CENTRO PLSTICO COINCIDE CON EL CENTROIDE DE LA SECCIN BRUTA Y EN SECCIONES ASIMTRICAS COINCIDE CON EL CENTROIDE DE LA SECCIN TRANSFORMADA. CONFORME LA CARGA AXIAL SE ALEJA DEL CENTRO PLSTICO, LA DISTRIBUCIN DE DEFORMACIONES SE MODIFICA.

VARIACION DE LA DISTRIBUCION DE DEFORMACIONES EN LA UBICACIN DE LA CARGA AXIAL

UNA COLUMNA CON UNA DISTRIBUCIN DETERMINADA DE REFUERZO Y DIMENSIONES DEFINIDAS TIENE INFINITAS COMBINACIONES DE CARGA AXIAL Y MOMENTO FLECTOR QUE OCASIONAN SU FALLA O LO QUE ES EQUIVALENTE, LAS CARGAS AXIALES QUE OCASIONAN EL COLAPSO VARAN DEPENDIENDO DE LA EXCENTRICIDAD CON QUE SON APLICADAS. AL IGUAL QUE LAS SECCIONES SOMETIDAS A FLEXIN PURA, LAS COLUMNAS PUEDEN PRESENTAR FALLA POR COMPRESIN, POR TENSIN, O FALLA BALANCEADA. SIN EMBARGO, A DIFERENCIA DE ELLAS, UNA COLUMNA PUEDE PRESENTAR CUALQUIERA DE LOS TRES TIPOS DE FALLA DEPENDIENDO DE LA EXCENTRICIDAD DE LA CARGA AXIAL QUE ACTA SOBRE ELLA. SI STA ES PEQUEA, LA FALLA SER POR COMPRESIN; SI LA EXCENTRICIDAD ES MAYOR, LA FALLA SER POR TENSIN. ADEMS, CADA SECCIN TIENE UNA EXCENTRICIDAD NICA, DENOMINADA EXCENTRICIDAD BALANCEADA QUE OCASIONA LA FALLA BALANCEADA DE LA SECCIN.

LA REPRESENTACIN GRFICA DE LAS COMBINACIONES CARGA AXIAL-MOMENTO FLECTOR QUE GENERAN LA FALLA DE UNA SECCIN SE DENOMINA DIAGRAMA DE INTERACCIN. EN LA FIGURA SE MUESTRA UN DIAGRAMA TPICO DE UNA SECCIN RECTANGULAR CON REFUERZO SIMTRICO

El punto A corresponde a la carga axial de rotura terica cuando la seccin no est sometida a flexin. El cdigo del ACI recomienda tomar un porcentaje de esta carga como resistencia de la seccin. La recta BC responde a esta limitacin. El punto D de la curva representa la combinacin de carga y momento que define la condicin balanceada.

Las combinaciones carga axial-momento contenidas en el tramo CD generan fallas por compresin, mientras que en el tramo DE, las fallas son por tensin. El punto E del diagrama de interaccin representa un estado de flexin pura en el elemento. El comportamiento en este caso es similar al de una viga.EN TOMO AL DIAGRAMA PRESENTADO EN LA FIGURA SE PUEDE OBSERVAR QUE:

DISEO DE COLUMNAS CORTAS DE CONCRETO ARMADO

ANTES DE DISEAR UNA COLUMNA DE CONCRETO ARMADO COMO PRIMER PASO SE DEBEDETERMINAR EL TAMAO DE SU SECCION TRANSVERSAL.

UNA MANERA MUY SENCILLA DE LOGRAR ELLO ES:

A PARTIR DEL REA ESTIMADA, SE DEFINEN LAS DIMENSIONES DE LA SECCIN DEL ELEMENTO, LAS CUALES SUELEN SER MLTIPLOS DE 5 CM. SI LA COLUMNA EST SOMETIDA A MOMENTOS FLECTORES ELEVADOS, EL REA ESTIMADA A TRAVES DE LAS EXPRESIONES ANTERIORES PUEDE RESULTAR INSUFICIENTE.

SI LA COLUMNA ESTUVIERA SOMETIDA A COMPRESIN PURA, EL REA DE ACERO SE DETERMINARA DIRECTAMENTE A TRAVS DE LA SIGUIENTE EXPRESIN SE ESCOGEN LAS VARILLAS Y SE DISTRIBUYE EL REFUERZO.SI LA COLUMNA EST SOMETIDA A FLEXO-COMPRESIN, SE DEBE EMPLEAR DIAGRAMAS DE INTERACCION GENERALIZADOS EN FUNCION DEL TAMAO Y DE LA DISTRIBUCION DE REFUERZO PARA ASI ESTIMAR UNA CUANTIA.

SE DEBE DETERMINAR EL TAMAO DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA COLUMNA ASIMISMO ES NECESARIO DEFINIR UNA DISTRIBUCIN DE REFUERZO PARA ESCOGER EL DIAGRAMA DE INTERACCIN A UTILIZAR.

DE ACUERDO A LA DISTRIBUCIN DE LOS DIAGRAMAS PARA DIFERENTES CUANTAS DE REFUERZO, SE ESTIMA UNA CUANTA PARA DICHO PUNTO. PARA OPTIMIZAR EL DISEO, SE PUEDE REPETIR EL PROCESO CON OTRAS DISTRIBUCIONES DE REFUERZO, EVALUANDO LAS CUANTAS EN CADA CASO. FINALMENTE SE ELIGE LA SECCIN MS EFICIENTE, ES DECIR, LA QUE REQUIERA MENOS REFUERZO. DE SER PRECISO, SE RECONSIDERA LAS DIMENSIONES DE LA SECCIN TRANSVERSALEjemplo Disear las columnas de seccin rectangular Y/o cuadrada capaces de resistir las siguientes combinaciones de cargas:Pn =380 tn. Mn =30 tn-m.Pn =120 tn. Mn = 12 tn-m

Usar f c=210 kg/cm2 y fy=4200 kg/cm2.

PARA PREDIMENSIONAR SE PUEDE APLICAR LA SIGUIENTE EXPRESINPu = Pn donde =0.65

Ag = (0.65 x 380 000 kg) 0.45 (210 kg/cm2 + 4200 kg/cm2 x 0.01)

Ag = 2178.13 cm2

Se puede considerar una columna de 40 x 60 cm2 con refuerzo distribuido en su permetro

h = 60 cm h = 48 cmPor lo tanto h/h = 0.8

Kn = Pn / (Ag x Fc)Kn = 0.754Rn = Mn / (Ag x Fc x h)Rn = 0.10

VERIFICANDO EL DIAGRAMA SE PUEDE VER QUE LA CUANTA DE DISEO ES PRCTICAMENTE 0.01 O LO QUE SERIA 1.0%.

De lo mencionado se tiene Ast = 0.01 x 40 x 60 cm2Ast = 24 cm2

COMO RESULTADO INICIAL S PUEDE COLOCAR UNA CANTIDAD EQUIVALENTE A 8 VARILLAS DE As = 22.72 CM2

REFUERZO TRANSVERSAL O ESTRIBOS

TODAS LAS VARILLAS DEL REFUERZO LONGITUDINAL DEBERN APOYARSE EN ESTRIBOS. SI EL REFUERZO LONGITUDINAL EST COMPUESTO POR VARILLAS MENORES QUE LA #10, LOS ESTRIBOS SERN DE DENOMINACIN # 3 O MAYOR. POR EL CONTRARIO, SI EL ACERO LONGITUDINAL ES DE DIMETRO MAYOR, LOS ESTRIBOS SERN # 4 O MAYORES.

EL ESPACIAMIENTO VERTICAL DE LOS ESTRIBOS, S, DEBER CUMPLIR:EN ZONAS NO SSMICAS LOS GANCHOS DE LOS ESTRIBOS PUEDEN SER DE 90 Y LOS ESTRIBOS DE ZONAS SSMICAS TIENEN QUE TENER FORZOSAMENTE GANCHOS DE 135. LAS VARILLAS LONGITUDINALES DEBERN CONTAR, ALTERNADAMENTE CON ESTRIBOS QUE DOBLEN ALREDEDOR DE ELLAS. SI LA DISTANCIA LIBRE ENTRE VARILLAS ES MAYOR DE 15 CMS., TODAS LAS VARILLAS DEBERN TENER ESTRIBOS QUE LAS APOYEN. LOS ESTRIBOS INTERMEDIOS SE PUEDEN REEMPLAZAR POR AMARRES CRUZADOS CON GANCHOS DE 90 EN UN EXTREMO Y DE 135 EN EL OTRO. ESTOS AMARRES SE COLOCARN ALTERNANDO SUS EXTREMOS VERTICALMENTE.