Diseño de Columnas

DISEÑO DE COLUMNAS
ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN 2
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9.
9.1

DISEÑO DE COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO
Introducción

Los elementos estructurales sometidos principalmente a carga axial de compresión se
conocen con el nombre genérico de columnas o pilares. Cuando hay presencia de
flexión yesta es importante se le denomina “ viga- columna “. En el primer caso se
tienen como ejemplo típico los bloques de hormigón a compresión y los pedestales; en
estos no hay presencia de flexión y la columna trabaja prácticamente a carga axial. En el
segundo caso se tienen los elementos verticales típicos en los edificios “ columnas “ las
cuales pueden ser cortas si su resistencia es controlada porlas dimensiones de la sección
y la capacidad mecánica de sus materiales o esbeltas si la resistencia es controlada por
sus deformaciones laterales ( pandeo ).
En el estudio de la flexión del hormigón armado se introdujo el concepto de sección
transformada fisurada y no fisurada y para ello se utilizo el ejemplo de las columnas
cargadas axialmente. El lector debe revisar nuevamente esteconcepto para entender la
metodología de trabajo en el diseño de columnas de hormigón armado. De la revisión de
los temas anteriores se concluye que: La resistencia de una columna cargada axialmente
se determina con la ecuación 9.1, con la inclusión de un factor de reducción de
resistencia “ Φ “. Los factores que afectan la resistencia de las columnas son mas bajos
que los de vigas ya que lascolumnas, a diferencia de estas, son parte vital de la
estabilidad de una estructura ( la falla de una viga es localizada y no produce colapso de
la estructura, por el contrario la falla de una columna la afecta parcial o totalmente con
una alta posibilidad de colapso).
Pn = 0.85.(Ag − As ). f c´ + As . f y

( 9.1 )

Ya que es poco probable en la practica encontrar columnas en donde laexcentricidad
sea nula se recomienda realizar su diseño para una excentricidad mínima que varia de
acuerdo al tipo de amarre transversal. Si la columna tiene amarres rectangulares la
excentricidad mínima es del 10% de la dimensión de su sección en la dirección
perpenticular al eje de la flexión. Si tiene amarre en espiral es de un 5%.
Con el fin de simplificar y garantizar un diseño confiable decolumnas con
excentricidad mínima el código ACI ( NSR ) especifica una reducción del 20 % de la
carga axial para columnas con amarres y un 15% para columnas con espirales. En estos
casos las ecuaciones de diseño son la 9.2 y la 9.3.
Columnas con amarres:

φ .Pn = 0.80φ .(0.85 f c´.(Ag − As ) + As . f y )

( 9.2 )

Columnas con espiral:

φ .Pn = 0.85φ .(0.85 f c´ .(Ag − As ) + As . f y )( 9.3 )
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ORLANDO GIRALDO BOLIVAR I.C.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

2003

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En donde el valor de “ Φ “ depende de como es el comportamiento de la columna en la
falla. Si controla la compresión “ εt < 0.002 “ => “ Φ = 0.65 “en columnas con amarres
y “ Φ = 0.70 “ en columnas con espiral. Si controla la tracción “ εt > 0.005 “ => “ Φ =
0.90 “ en ambos casos. Para zonas de transición ( es decir hay agotamiento simultaneo
por compresión y tracción ) “ 0.002 < εt < 0.005 “ el valor de “ Φ = 0.48 + 83 εt “ para
columnas con amarres y “ Φ = 0.48 + 83 εt “ para columnas con espiral. El valor de la
deformación “ εt “ esel de la capa de acero en la cara mas traccionada de la sección.
9.2

Comportamiento y falla de columnas cargadas axialmente

Cuando una columna corta con amarres transversales se somete a una carga de
compresión axial cercana a la falla ( caso típico de las cargas inducidas por sismos o
fuertes impactos ), parte del hormigón que recubre el refuerzo se desprende y el acero
longitudinal...