CLASE DISEÑO DE COLUMNAS

 

CLASE DISEÑO DE COLUMNAS 

EN CONCRETO ARMADO A COMPRESIÓN

        Buenos días, son las 10:02 am y esta es otra entrada a nuestro blog, Columnas al cuadra2 en este momento veremos que clase de diseños existen en las columnas a compresión, que requerimientos necesita para ser capaz de soportas grandes cargas y mas.  

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, por ello se debe tomar en consideración que causa esta repentina falla, esto se debe a la ocupación de esfuerzos comprimidos en el centro del miembro, cuando su capacidad de resistencia es superado el tiende a doblarse en la zona más crítica.

     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 mayoradas.

Elemento de concreto sin armado, el corte debe ser.

Pu = Φ*Ag*0.85*Fc

En las columnas con acero de refuerzo.

Pu = Φ (Ac*0.85*Fc*+As*Fy)

Los valores de Φ como coeficiente de mayoracion.

• Para concreto sin reforzar Φ=0.6
• Para concreto compuesto por ligaduras Φ=0.7
• Para concreto compuesto por zunchos Φ=0.75

Ag= Es el área de la sección o área gruesa de la sección transversal.

Ac= Area del concreto.

As= Area de las barras de acero de forma longitudinal a la columna.

Ag= Ac+As

Para el diseño de columnas de concreto armado se debe cumplir la condición para el área de acero mínima y máxima.

Área de acero mínima y máxima en la columna.

0.01*Ag < As < 0.08*Ag

En las zonas sísmicas se debe tener en cuanta un área máxima para mantener e comportamiento dúctil del elemento.

As < 0.006*Ag

      

       Las columnas según su esfuerzos transversal se clasifican en dos las columnas ligadas, y las columnas zunchadas con refuerzo en espiral. Para las primeras su forma varia en cuadradas, rectangulares en T o L, las barras de acero longitudinal están colocadas de modo que haya una en cada vértice, por otra parte las zunchadas son de forma circular con un acero transversal en forma de espiral continuo elaboradas con barras de menor diámetro. El número mínimo de barras principales es de 4 en las columnas rectangulares con un lado mínimo de 20 cm, respetando un área de sección minina de 600 cm2, y en las circulares con un mínimo de 6 barras el radio menor de este tipo de elemento es de 25 cm. 

    El acero principal o longitudinal en las columnas oscila en las barras de diámetro de ½” a las de 2”, las barras se deben colocar en las esquinas Y deben estar fuertemente amarradas a las ligaduras, estas deben cumplir con la condición de la figura anterior. Todas las columnas tienen ligaduras o zunchos, denominado acero transversal, para el caso de columnas cuadradas o rectangulares las ligaduras de ¼” pueden ser lisas pero las de diámetro mayor obligatoriamente son estriadas.

Separación entre las ligaduras cumplirán  las condiciones siguientes.

• La separación So = 16db del acero longitudinal.
• La separación So = 48db del acero de las ligaduras.

Funciones que cumplen las ligaduras en una columna de concreto armado.

• Confinan el concreto aportándole mayor ductilidad.
• Mantienen el acero longitudinal en su posición a la hora del vaciado.
• Evita el pandeo de las barras de acero principal.
• Ocasiona que el concreto trabaje comprimido en forma de cubo, el lugar de una prisma esbelta. 

         Las ligaduras tiene como trabajo proporcionar que cada barra alternada y las que están en las esquinas tengan un soporte lateral causado por el doblez de la ligadura con un ángulo interno no mayor de 135 grados, ninguna barra sin soporte lateral tendrá una separación máxima de 15 cm, en columnas donde la sección dificulta el amarre de las barras con ligaduras cerradas, se usaran ganchos o ligadura de una rama para el soporte lateral de barras. Las columnas ligadas aumentan su ductilidad, con separación de la misma, por ello reduce a la mitad la separación de diseño a una altura Ho en una área confinada a ambos extremos del miembro.

Los elementos circulares son las que poseen una armadura transversal de forma de espiral conocida como zuncho, de forma que rodea todas las barras principales, este zuncho tiene como propósito aumentar la resistencia a compresión evitando también las dilataciones transversales debidas al efecto de poisson o estiramiento, confinando el concreto del núcleo. Para una columna circular el porcentaje del esfuerzo del zuncho debe cumplir.

Ag = Corresponde al área total de la sección o área gruesa.

An = Es el área del nucleo.

Dn = diámetro de la columna.

Az = área de la sección transversal del acero del zuncho.

Para la separación del espiral debe ser constante de manera uniforme con una diámetro mínimo de 3/8 y cumpliendo con los siguiente.

S < Dn/6 

En la unión para mantener la continuidad del espiral de zuncho debe tener un empalme de solape de 48 db, y no menor a 30 cm si la unión en por medio de soldadura.