COLUMNAS

1. CLASIFICACION DE LAS COLUMNAS DE CONCRETO

a) Pedestales o bloques cortos a compresión.- Si se cumple la condición expuesta a continuación,

entonces se tiene un “PEDESTAL”

3H a<

Donde “a” es el lado más corto de la columna.

Si la columna es de sección variable, “a” será el promedio de las dimensiones superior e inferior del lado más

pequeño.

Según el ACI (2.2 y 10.14) este tipo de columnas puede diseñarse con CONCRETO SIMPLE O SIN REFUERZO, con un

esfuerzo máximo de diseño a compresión igual a:

0,85 'c gf Aφ

Donde 0,65φ =

Si la carga total aplicada al miembro es mayor a lo indicado, será necesario ya sea incrementar el área de la sección

transversal del PEDESTAL o bien diseñarlo como una columna de CONCRETO REFORZADO.

b) Columnas cortas de concreto reforzado.- Es un miembro robusto con poca flexibilidad. En este tipo

de columnas la primera falla se presenta debido a sus dimensiones y/o la resistencia del material con

la que está construida.

c) Columnas largas o esbeltas de concreto reforzado.- En estas columnas las deformaciones por

FLEXION aumentan, así como los momentos secundarios1 resultantes. Si estos momentos son de tal

magnitud que reducen significativamente la capacidad de carga axial de la columna, esta se denomina

LARGA O ESBELTA. Para estas columnas se dimensiona su sección transversal para la suma de

momentos primarios2 y momentos secundarios. Se diseña estas columnas esbeltas como columnas

cortas si el efecto PΔ no reduce su resistencia en más del 5%.

1 Momentos Secundarios o Momentos PΔ, refiere a la carga de la columna multiplicada por la deflexión lateral. 2 Momento Primario, Aquellos momentos causados por las cargas aplicadas, rotaciones en los nudos, etc.

Momento Secundario

2. TIPOS DE COLUMNAS

Una columna de concreto simple puede soportar muy poca carga, pero su capacidad de carga aumenta mucho si

se le agregan varillas longitudinales, bajo cargas de compresión las columnas no solo tienden a acortarse

longitudinalmente, sino también a expandirse lateralmente debido al efecto de Poisson. La capacidad de las

columnas puede aumentarse aún más si se les provee de restricción lateral en forma de ESTRIBOS cerrados

estrechamente separados o ESPIRALES helicoidales enrolladas alrededor del refuerzo longitudinal.

2.1. Columna con estribos.-

La columna tiene una serie de estribos cerrados alrededor del refuerzo de acero longitudinal, generalmente las

columnas son cuadradas y rectangulares por su fácil encofrado, pero pueden ser octagonales, redondas, con

forma de L, etc.

Columna con Estribos

2.2. Columna Zunchada.-

Si una espiral continua helicoidal hecha con varillas o alambrón grueso se enrolla alrededor de las varillas

longitudinales la columna se denomina ZUNCHADA o con ESPIRAL. Las espirales son más efectivas que los estribos

para incrementar la resistencia de una columna, sin embargo aumentan considerablemente los costos por lo que

generalmente se las usa en columnas grandes con exceso de carga y en columnas en zonas sísmicas, la columna

no fallara hasta que la espiral ceda o se rompa. Las columnas zunchadas suelen ser redondas, pero también

pueden fabricarse de secciones rectangulares, octagonales y de otras formas debiendo ser la distribución del

refuerzo longitudinal de acero también en forma circular.

Columna Zunchada

2.3. Columnas Compuestas.-

Son columnas de concreto reforzadas longitudinalmente con PERFILES de acero que pueden o no estar rodeados

por varillas de acero. Las columnas LALLY son columnas que emplean perfiles TUBULAR rellenos de concreto.

Columnas Compuestas

3. CAPACIDAD POR CARGA AXIAL DE LAS COLUMNAS

En la práctica no existe las columnas cargadas en forma axial perfecta, pero un análisis de tales miembros

proporciona un punto de partida excelente para explicar la teoría del diseño de columnas REALES EXCENTRICAS.

Los ESFUERZOS en columnas no pueden predecirse en el intervalo elástico con ningún grado de exactitud, pero la

RESISTENCIA ULTIMA si se puede estimar muy bien. Las proporciones de las cargas vivas y muertas, la duración

de la carga y otros aspectos tienen poca influencia en la resistencia última, ni siquiera importa si es el concreto o

el acero el que primero alcanza tal resistencia.

En la falla, la ULTIMA RESISTENCIA teórica o RESISTENCIA NOMINAL de una columna CORTA cargada AXIALMENTE

puede determinarse con bastante precisión mediante la siguiente expresión:

( )0,85 'n c g st y stP f A A f A= − +

Donde:

Ag = Área total del concreto

Ast = Área total de la sección transversal del refuerzo longitudinal, incluyendo varillas y perfiles de acero

4. FALLAS DE COLUMNAS CON ESTRIBOS Y ESPIRALES

4.1. Columna corta con estribos.-

Si la columna se carga hasta que falle, parte del recubrimiento de concreto se desprenderá y, a menos que los

estribos estén poco separados entre sí, las varillas longitudinales se pandearan casi inmediatamente al

desaparecer su soporte lateral (recubrimiento de concreto). Tales fallas pueden ser muy repentinas y con mucha

frecuencia sobre todo en estructuras sometidas a cargas sísmicas.

4.2. Columna zunchada.-

Si una columna zunchada se carga hasta fallar, el recubrimiento de concreto se desconchará, pero el núcleo

permanecerá firme y si el zunchado es de paso pequeño, el núcleo será capaz de resistir una cantidad apreciable

de carga adicional más allá de la carga que da lugar al desconchamiento. Como consecuencia, el desconchado del

recubrimiento de una columna zunchada provee una advertencia de que ocurrirá una falla si la carga se

incrementa más. La falla de este tipo de columnas se produce de forma gradual o dúctil.

4.2.1. Resistencia del recubrimiento.-

Donde:

Ac = Área del núcleo cuyo diámetro se considera igual a la distancia entre los bordes exteriores de la espiral.

4.2.2. Resistencia de la espiral.-

El acero del zunchado es por lo menos el doble de efectivo para aumentar la capacidad última de la columna como

el acero longitudinal.

Resistencia de la espiral = 2s c yA fρ

( )Resistencia del recubrimiento = 0,85 'c g cf A A−

Donde:

sρ = Porcentaje de acero espiral

4.2.3. Porcentaje requerido de acero de espiral.-

Según ACI (10.9.3)

'0,45 1g c

sc y

A f

A fρ

= −

Donde:

fy = Resistencia de fluencia del acero. No debe ser mayor a 700 MPa

4.2.4. Diámetro de la varilla.-

Donde:

Dc = Diámetro del núcleo de extremo a extremo de la espiral

sa = Área de la sección transversal de la varilla espiral

bd = Diámetro de la varilla de espiral

En esta ecuación se debe SUPONER un diámetro para la varilla espiral y despejar el PASO REQUERIDO. Si los

resultados no parecen razonables, se debe buscar otro diámetro.

( )( )2

4 s c bs

c

a D d

s Dρ

−=

La tabla mostrada que se basa en esta expresión permite seleccionar directamente las espirales.