Las columnas

INTRODUCCION

Las columnas son elementos utilizados para resistir básicamente solicitaciones de compresión axial aunque, por lo general, esta actúa en combinación con corte, flexión o torsión ya que en la estructura, la continuidad del sistema genera momentos flectores en todos sus elementos.

Según la deformación en el análisis y diseño, las columnas pueden ser cortas o largas. Las columnas cortas son aquellas que presentas deflexiones laterales que no afectan su resistencia. Por lo contrario las columnas las ven reducida su resistencia por ellas.

Los elementos a compresión (columnas), bajo la acción de una 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 de carga crítica, se presenta una falla brusca por inestabilidad lateral denominada pandeo, en el sentido de su menor momento de inercia. Su forma de flexionarse dependerá de las condiciones de sujeción en sus extremos.

COLUMNAS

Una columna es un elemento axial sometido a compresión, lo bastante delgado respecto su longitud, para que abajo la acción de una carga gradualmente creciente se rompa por flexión lateral o pandeo ante una carga mucho menos que la necesaria para romperlo por aplastamiento. Las columnas suelen dividirse en dos grupos: “Largas e Intermedias”. A veces, los elementos cortos a compresión se consideran como un tercer grupo de columnas. Las diferencias entre los tres grupos vienen determinadas por su comportamiento. Las columnas largas re rompen por pandeo o flexión lateral; las intermedias, por combinación de esfuerzas, aplastamiento y pandeo, y los postes cortos, por aplastamiento.

Una columna ideal es un elemento homogéneo, de sección recta constante, inicialmente perpendicular al eje, y sometido a compresión. Sin embargo, las columnas suelen tener siempre pequeñas imperfecciones de material y de fabricación, así como una inevitable excentricidad accidental en la aplicación de la carga. La curvatura inicial de la columna, junto con la posición de la carga, dan lugar a una excentricidad indeterminada, con respecto al centro de gravedad, en una sección cualquiera. El estado de carga en esta sección es similar al de un poste corto cargado excéntricamente, y el esfuerzo resultante está producido por la superposición del esfuerzo directo de compresión y el esfuerzo de flexión (o mejor dicho, por flexión).

MIEMBROS A COMPRESIÓN Y A FLEXIÓN

Se puede definir una columna como un miembro que soporta principalmente cargas axiales de compresión y cuya relación , siendo L la altura o longitud total del elemento y b la menor de sus dimensiones en planta.

Si el elemento a analizar tiene una relación de , el elemento es demasiado corto, su tipo de falla puede ser por aplastamiento o trasferencia de esfuerzos de contacto y por lo tanto se podrían diseñar como pedestales en concreto simple.

TIPOS DE COLUMNAS: según su tipo de falla se pueden clasificar en columnas cortas y largas.

Las columnas largas fallan por esbeltez y las cortas por resistencia.

Para calificar si una columna fallará por esbeltez o por resistencia se debe determinar la relación de esbeltez. Se sabe que las columnas esbeltas fallarán por pandeo antes que por resistencia, siendo esta una falla típica de elementos a compresión independientemente de la resistencia.

Las mayores resistencias alcanzadas en el concreto y la optimización de los métodos de diseño han llevado a utilizar secciones más esbeltas así el problema de estabilidad se ha incrementado enormemente. Adicionalmente se debe considerar el efecto P*D. Este consiste en que cualquier miembro sometido a compresión y momento, se verá sometido a un momento secundario adicional debido a la excentricidad de la carga por la deflexión producida por la flexión. Este efecto se conoce también como Efecto de segundo orden ya que solo se presenta cuando la columna se ha flectado.

Columnas Largas

El factor de esbeltez depende de la longitud libre de pandeo del elemento. Esta longitud está regida por el tipo de unión de los extremos del elemento a analizar. Elementos sin restricción a rotación se pandean en toda su longitud por lo tanto su longitud libre es igual a su longitud real. Elementos en voladizos tendrán una longitud efectiva de sufrir pandeo igual al doble de un elemento simplemente apoyado y elementos con arriostramiento total en sus extremos tendrán una longitud efectiva menor que la propia del elemento.

Para tener en cuenta el efecto de las restricciones de rotación en los extremos se trabaja con el factor K que multiplica a la longitud real del elemento.

K: factor de arriostramiento (braced or unbraced)

Si el miembro se considera arriostrado y su longitud efectiva para sufrir pandeo será menor que la real . En inglés se consideran: braced member

Si sería un elemento no arriostrado.

Para diseñar una columna como elemento corto, es decir, omitir los efectos de esbeltez, se debe verificar que:

para sistemas arriostrados o con restricción lateral.

para sistemas sin arriostramientos o sin restricción lateral a rotación

Donde:

M1b: El menor de los momentos de extremo de un elemento a compresión

M2b: momento mayor

EFECTOS DE ESBELTEZ DE LA NSR-98: La norma considera los efectos de esbeltez en el capítulo C.10.11.8.

Allí se tienen en cuenta por separado los efectos locales, correspondientes a la falla de un solo elemento, y los efectos globales de esbeltez correspondientes a todo un piso de una edificación considerando que estos pueden ser susceptibles de ladeo.

Efectos locales de esbeltez del a Norma:

Considerando los efectos de segundo orden en elementos a compresión y flexión vemos que el momento de diseño debe obedecer a un momento mayor al que está actuando en primera instancia en la columna.

...