Compresión Simple En Columnas

  Qué son?     Una columna es un soporte vertical, de forma alargada, que permite sostener el peso de una  estructura . Esta recibe la carga transmitida de la losa y vigas.      El tipo más común de miembro en compresión que ocurre en edificios y puentes es la columna. Estos elementos eventualmente también soportan esfuerzos debidos a flexión; en estos casos se conocen como elementos viga-columna.      En los  diseños de miembros estructurales  se realizan a partir de que cumpla con los requerimientos necesarios para resistir los esfuerzos actuantes,   partiendo de un criterio que determinara las dimisiones del elemento y el diseño para que este tenga un óptimo comportamiento al costo mínimo necesario. Los miembros verticales son sometidos a compresión como principal solicitación pero en ciertos casos cuando el elemento es muy esbelto tiende a sufrir  flexión lateral o pandeo.  ...

    Columnas zunchadas o con espiral El zunchado comienza a trabajar cuando en la columna se alcanza  e =0.0015 y se inicia el descascaramiento hasta que todo el recubrimiento desaparece. El zunchado impide el ensanchamiento de la sección transversal produciendo un confinamiento “pasivo” que se traduce en: un aumento considerable de la ductilidad ya que  e u es mucho mayor que 0.003 y la parte BC del diagrama ordenadas mayores, cuando el porcentaje de zunchado es alto se alcanza una carga Pu´ >Pu (max) para una deformación mayor que 0.010. Esto solo ocurre cuando el efecto del confinamiento debido al zuncho es mayor que la disminución de la resistencia causada por la pérdida de la capa de recubrimiento. Con ligaduras      Son aquellas que tienen ligaduras cerradas, las cuales son muy efectivas para aumentar la resistencia de la columna. Impiden que las varillas longitudinales se desplacen durante la construcción y resisten la tendencia de las varill...

 Pedestales o bloques cortos a compresión:  Si la altura de un miembro vertical a compresión es menor que tres veces su dimensión lateral más pequeña, puede considerarse como un pedestal. El Código ACI  establece que un pedestal puede diseñarse con concreto simple o sin refuerzo. Si también está presente el esfuerzo de flexión, su efecto debe considerarse. Si la carga total aplicada al miembro es mayor que los límites de esfuerzo, será necesario ya sea incrementar el área de la sección transversal del pedestal o bien diseñarlo como una columna de concreto reforzado. Columnas cortas de concreto reforzado:  Si una columna de concreto reforzado falla debido a la falla inicial del material, se clasifica como columna corta. La carga que puede soportar está regida por las dimensiones de su sección transversal y por la resistencia de los materiales de que está construida. Consideramos que una columna corta es un miembro más bien robusto con poca flexibilidad. Columnas larga...

         Los elementos a compresión; en este caso columnas, bajo la acción de un carga axial, tendrán un comportamiento inicial de acortamiento proporcional al esfuerzo generado por la carga que actúa en su eje longitudinal. Cuando la carga aumenta a un valor crítico que se llama carga crítica, se presenta una falla brusca por inestabilidad lateral (pandeo), en el sentido de su menor momento de inercia.        Cuando un miembro soporta cargas axiales está siendo sometido a una compresión simple aplicada en el centroide de la  sección transversal , es muy difícil que un miembro soporte una compresión pura, para diseñar una columna es considerado que la excentricidad mínima  de la carga axial no supere un 10% del lado de la sección. En los elemento de concreto diseñados bajo esfuerzos de compresión el agotamiento resistente para el cual la esbeltez no afecta su capacidad portante, se alcanzan las siguientes fuerzas de corte mayor...

     Las secciones más usadas son de forma rectangular, cuadrada y circular. Pueden estar armadas con acero principal o transversal      Acero principal: Se coloca a lo largo del eje vertical, lo más cerca posible a la periferia formando un rectángulo o un cuadrado en columnas sin zunchas y una circunferencia e columnas zunchadas. Se emplean barras con  f ≥ ½”, aisladas, en grupos o atados de 2,3 o 4 barras.      Acero transversal: En columnas sin zunchar se usan “ligaduras” horizontales que abrazan a las cabillas principales manteniéndolas en posición y confinando al concreto del núcleo. Se utilizan cabillas de  f ≥3/8”. En columnas zunchadas se emplea una barra de 3/8, ½ o 5/8, en espiral rodeando a las barras principales.

       De ensayos realizados en columnas cuadradas, unas de tamaño natural (prototipos) o de tamaño reducido (modelos) como los hechos por  H.E.H Roy y Mete Sozen  de la Universidad de Illinois, en prismas de 5”x 5”x 25”, unos sin acero, otros con ligaduras pero sin acero longitudinal y otros con acero vertical y ligaduras sometidas a carga axial en una máquina universal rígida, hasta la rotura, se observaron las siguientes etapas: 1. 0-A: entre el origen y  e =0.0015, fc=0.8 f´c      Las deformaciones longitudinales ( e ) y las transversales crecen linealmente con el aumento de la carga. La relación  e : e t entre estas deformaciones es aproximadamente igual a 7 y el volumen disminuye desde el inicial hasta Va. Cerca del punto Ase producen grietas verticales visibles con lupa. Esta etapa es común para todos los tipos ensayados, tengan o no acero. 2. AB: entre A y el punto B donde se alcanza la máxima carga      Las d...

  Para una columna de concreto de dimensiones conocidas, área A armada con una determinada cantidad de acero, se trata de representar en un diagrama de coordenadas Mu, Pu los puntos (pares de valores) que producen la falla de la columna. ·           La carga P actuando en el eje produce compresión y acortamiento  e , uniformes en toda la sección. ·           El momento M=P*e produce: a. Compresión (acortamiento)  e ´2, en el borde (2) más cercano a P. b. Tracción (alargamiento)  e ´1, en el acero más lejano a P.

  Columna de Acero Estructural        En los últimos años el acero como material de construcción se ha utilizado en gran proporción debido a su facilidad y rápida colocación, y grandes propiedades cuando este es sometido a tracción. El acero a pesar de ser un material con muchos beneficios también posee ciertas desventajas como es el costo del mismo, no solo por su valor monetario sino por el alto gasto energético que se requiere para su producción.      En vista que el objetivo de la presente tesis es proporcionar la combinación del acero y el concreto en una columna, se tiene que lograr la deformación de ambos simultáneamente, para lograr así una acción efectiva del esfuerzo. Es por esto que es necesario que se garantice una adherencia entre ambos materiales evitando movimientos relativos entre ambos y por ende un mal comportamiento ante los esfuerzos requeridos.   Empalmes o traslape:      Son uniones entre las barras de ace...

 El Código ACI especifica relativamente pocas limitaciones en las dimensiones, el refuerzo, la restricción lateral y otros aspectos relacionados con las columnas de concreto. Algunas de las limitaciones más importantes son las siguientes: (ACI 10.9.1) El porcentaje de acero de refuerzo longitudinal no debe ser menor que el 1% del área transversal total de la columna y el porcentaje máximo es 8% de esta área.  Se cree que si la cantidad de acero es menor que  1%, habrá una posibilidad bien definida de que ocurra una falla no dúctil repentina, como en el  caso de una columna de concreto simple. Cuando el porcentaje de acero es alto, se incrementa la posibilidad de que se formen cavidades alveolares en el concreto. Si esto ocurre,  puede haber una reducción sustancial en la capacidad de carga de la columna.  Usualmente el refuerzo no excede el 4% cuando las varillas van a empalmarse por traslape.       El número mínimo de barras longitudina...

Problema: Diseñar una columna de sección circular zunchada, tomando en cuenta las siguientes especificaciones: CP = 400 klb, CV = 250 klb, f’c = 4 000 lb/plg2, fy= 60 000 lb/plg2 y cuantía  ρg  inicialmente supuesta = 2%.