Diseaxial

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 diseño para estosmateriales 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. La resistencia de unelemento 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: 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.

(1)

Acero
El diseño consiste en seleccionar un elemento con área transversalsuficiente 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
Pu≡ Carga axial; φt= Factor de minoración de resistencia, φt = 0,90; Fy≡Esfuerzo de cedencia del acero.

(2)

rmin ≥
Donde:

L 300
L ≡ Longitud del elemento; r ≡ Radio de giro.

(3)

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 prueba para investigar si es adecuada a resistir la combinación de Pu y Mu, queactúa sobre el elemento.
Facultad de Arquitectura y Diseño Universidad de Los Andes, Venezuela
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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 el procedimiento indicado a continuación con una carga Pu conocida y una excentricidade (Nilson, 1999).

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

ρf y
0.85 f c′ ,
h − 2r D − 2r γ = h o D ,

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

γ =

(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 Figura3),

ν=
(e) Calcular el área requerida Ag con

Pu 0.85 f c′Ag

,

(f) Calcular

b=

Ag h o

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 ≡ Carga axial de compresión; e ≡ Excentricidad,

e = M u Pu

;

ρ ≡ Cuantía de acero,

ρ = As Ag ;

As ≡ Area de acero; Ag ≡ Area delelemento; 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. Diagrama de interacción con la combinación de Pu y Mu (Tomado de Marín y Güell, 1987, p. 145).

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Sistemas Estructurales 30 Prof. Jorge O. Medina M.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 calcular su resistencia de diseño. Si la resistencia es muy pequeña (insegura) o demasiado grande (antieconómica), deberá hacerse otro tanteo. Un enfoque...