Comportamiento de columnas bajo carga axial

 

    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:et 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 deformaciones longitudinales aumentan con P y el diagrama P-e se curva y sube hasta alcanzar la carga máxima a una deformación e= 0.003 (excepción hecha para las columnas de concreto sin ningún tipo de acero que alcanzan P máximo para e=0.002). Las deformaciones transversales et crecen considerablemente, de manera que cerca del punto B se tiene ahora e= 2et; el volumen aumenta por encima de Va. Las ligaduras comienzan a trabajar a partir de A.

    Entre A y B el acero longitudinal alcanza la deformación de fluencia y por tanto fy y comienza a fluir. Las ligaduras (p=2%) fluyen cerca de B. A simple vista esta etapa se caracteriza por el descascaramiento del concreto que aumenta con P.

3. BC: entre la carga máxima y la de rotura (e= 0.003 a eu>>0.003)

    A partir de B (e=0.0039 al aumento de las deformaciones corresponde una disminución de la capacidad resistente (es decir, de P) y el diagrama se curva hacia abajo. El descascaramiento se profundiza en una zona relativamente pequeña, entre ligaduras, produciendo una disminución considerable del área de concreto resistente, que finalmente falla a lo largo de planos inclinados (hay un estrangulamiento de la sección) y más para P=0.50 Pmax. A veces se produce la rotura de ligaduras. Las barras longitudinales se pandean entre ligaduras al desaparecer el concreto que las rodea.

Roy y Sozen proponen para e50 correspondiente al 50%de la carga máxima, la expresión:

e50= (0.75) pb/s

Donde: p=% al volumen de ligadura

b= lado menor de la columna

s= separación ligadura

La presencia de ligaduras no produce aumento de la carga máxima, pero aumenta la ductilidad al confinar el concreto; al aumentar el % de ligaduras se aumenta eu y se disminuye la pendiente de BC.