Presas hidraulicas

Estructuras de Concreto
3. COLUMNAS 3.1 Introducción. Las columnas son elementos verticales que transmiten carga axial de compresión. Reciben cargas verticales de pisos y techo y las transmiten a la cimentación. En una construcción primero se cuelan vigas y piso y una vez que este concreto endurece, se colocan las armaduras y posteriormente el concreto de las columnas. Se debe considerar laestabilidad en el caso de diseño de elementos a compresión. Si los momentos inducidos por efecto de la esbeltez debilitan la columna de forma significativa, entonces se dice que la columna es esbelta. La mayoría de las columnas de concreto son lo suficientemente anchas como para evitar el problema de la esbeltez. A este tipo de columnas se les denomina columnas no-esbeltas o columnas cortas. Elrefuerzo principal en las columnas es longitudinal, paralelo a la dirección de la carga y consiste en varillas arregladas en forma cuadrada, rectangular o circular. El porcentaje de acero longitudinal permitido por el ACI318 (10.9.1), se encuentra entre el 1% y el 8% de la sección neta de concreto. El límite inferior se establece para asegurar la resistencia a momento flexionante que no es tomada encuenta en el análisis y para reducir el efecto de agrietamiento del concreto por el efecto de grandes fuerzas de compresión. El límite superior se establece para mantener la cantidad de acero en rango económico y evitar el congestionamiento de acero en la columna y aun mas cuando se encuentra en zonas de traslapes. Aun cuando el ACI-318 permite utilizar hasta un 8% del área neta de concreto como áreade acero de refuerzo, es recomendable limitar dicho porcentaje al 4% para evitar congestionamiento de acero y evitar problemas en el colado de la columna. De acuerdo al ACI-318 (10.9.2) un mínimo de cuatro varillas longitudinales deberán ser colocadas, cuando estas se encuentren confinadas por estribos rectangulares o circulares y un mínimo de seis varillas cuando estén confinadas por espiralescontinuos.

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3.2 Columnas con estribos y refuerzo en espiral. Más del 95% de las columnas en regiones no-sísmicas son columnas con estribos. Las columnas con estribos pueden ser cuadradas, rectangulares, en forma de L, circulares, etc. Ocasionalmente, cuando se requieren alta capacidad y/o alta ductilidad, las barras se colocan en forma de círculo y los estribos sonreemplazados por una barra doblada en forma de espiral con un paso entre 1” y 3”, a este tipo de columna se le denomina columna helicoidal o con refuerzo en espiral, y se muestra en la figura 3-1. Las columnas helicoidales son generalmente circulares, aun cuando las puede haber cuadradas o poligonales. La espiral restringe la expansión lateral del núcleo de la columna debida a carga axial, de estaforma retarda la falla del núcleo, dándole ductilidad a la columna. En regiones sísmicas las espirales en las columnas son más pesadas y espaciadas a menor distancia. Las columnas helicoidales son más usadas en estas regiones.

Fig. 3-1. Columnas con refuerzo Helicoidal

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3.2.1 Comportamiento de columnas con estribos y columnas helicoidales. Debido a la carga decompresión, la columna se acorta longitudinalmente bajo un esfuerzo f1. Debido al efecto de Poisson, también se expande radialmente. En una columna helicoidal, la expansión lateral del núcleo está restringida por la espiral. Esto a su vez genera esfuerzos de tensión en la espiral. El concreto del núcleo se encuentra entonces en un estado triaxial de esfuerzos como se muestra en la figura 3.2.

Fig. 3-2.Esfuerzos triaxiales en núcleo de columna helicoidal.

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La capacidad del concreto en este caso es: = .85 ´ + 4

Donde:

producido por el espiral.

´ = Esfuerzo de compresión en el concreto sin confinar.

= Esfuerzo de compresión en el corazón del concreto confinado. = Esfuerzo de confinamiento lateral en el corazón del concreto

El esfuerzo de confinamiento...