Diseño De Elementos A Fuerza Axial

DISEÑO
DISEÑO DE ELEMENTOS A FUERZA AXIAL
Introducción
La fuerza axial es la que va en la dirección del eje del elemento y puede ser de tracción o de
compresión. Según esta tendencia depende el tipo de diseño a utilizar para el elemento. Asimismo, este diseño
varía según el tipo de material; siendo los más empleados el concreto armado y el acero. Por ello a
continuación se indica el diseñopara estos materiales de acuerdo al tipo de fuerza axial, indicando ejemplos
de aplicación.

Diseño a tracción
Concreto armado
El concreto es un material sumamente débil a esfuerzos de tracción, por lo que es muy raro utilizar
elementos de concreto armado que estén sujetos a tracción; sin embargo puede ocurrir que un elemento
diseñado a compresión tenga que resistir fuerzas de tracción.
Laresistencia de un elemento de concreto armado a tracción depende solamente del acero de refuerzo,
ya que el concreto no aporta en la resistencia (González y Robles, 1997).

Pu = φf y As
Donde:

(1)

Pu≡ Carga axial de tracción mayorada;
φ≡ Factor de minoración de resistencia, φ = 0,90
fy≡ Esfuerzo de cedencia del acero;
As≡ Área de acero.

Acero
El diseño consiste en seleccionar unelemento con área transversal suficiente para que la carga
factorizada Pu no exceda la resistencia de diseño φtFyAreq. En general el diseño es un procedimiento directo y
las secciones formadas por perfiles o perfiles combinados y placas típicos se indican en la siguiente figura
donde la más común es el ángulo doble (Segui, 2000).

Areq ≥
Donde:

Pu
φt Fy

(2)

Pu≡ Carga axial;

φt=Factor de minoración de resistencia, φt = 0,90;
Fy≡ Esfuerzo de cedencia del acero.

rmin ≥
Donde:

L
300

(3)

L ≡ Longitud del elemento;
r ≡ Radio de giro.

Esta comprobación no es obligatoria; las barras y cables no están incluidas (Galambos, Lin y Johnston; 1999).

Diseño a compresión
Concreto armado
El diseño a compresión requiere de la selección de un elemento de pruebapara investigar si es
adecuada a resistir la combinación de Pu y Mu, que actúa sobre el elemento.

Facultad de Arquitectura y Diseño
Universidad de Los Andes, Venezuela

Sistemas Estructurales 30
Prof. Jorge O. Medina M.

Esta combinación debe estar dentro de una curva de resistencia dibujada en un diagrama de interacción
de resistencia (véase Figura 1). Con estos diagramas se sigue elprocedimiento indicado a continuación con
una carga Pu conocida y una excentricidad e (Nilson, 1999).

ω=
(a) Seleccionar la cuantía de acero ρ=[0.02; 0.03] y calcular

(b) Escoger un valor tentativo para h o D y escoger el ábaco con

ρf y
0.85 f c′ ,

γ=

h − 2r
D − 2r
γ=
ho
D,

(c) Calcular el valor e/h o e/D y trazar una línea radial que represente este valor (véase Figura 2),(d) Donde corta la línea radial e/h o e/D con la curva ω leer el correspondiente ν (véase Figura 3),

Pu
0.85 f c′Ag

ν=
(e) Calcular el área requerida Ag con

(f) Calcular

b=

Ag
ho

D=

,

4 Ag

π

,

(g) Si es necesario revisar el valor tentativo de h para obtener una sección bien proporcionada

b
= [ 0.6;1]
h
o si es el mismo valor para d.
Donde;

Pu ≡ Cargaaxial de compresión;

e = M u Pu ;
ρ ≡ Cuantía de acero, ρ = As Ag
e ≡ Excentricidad,

;

As ≡ Area de acero;
Ag ≡ Area del elemento;
fc´ ≡ Esfuerzo a los 28 días del concreto;
fy ≡ Esfuerzo de cedencia del acero;
h,b ≡ dimensiones de la columna rectangular;
D ≡ Diámetro de la columna circular.

Figura 1. D iagrama de interacción con la combinación de Pu y Mu (Tomado de Marín yGüell, 1987, p. 145).

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Figura 2. Línea radial e/h (Tomado de Marín y Güell, 1987, p. 145).

Figura 3. Cruce de la línea e/h con curva ω, para obtener el valor de ν (Tomado de Marín y Güell, 1987, p. 145).

Acero
El procedimiento general es suponer un perfil y luego...