Elementos sometidos a carga axial

COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN Y CARGA AXIAL. En este capítulo se analiza el comportamiento de elementos de hormigón armado sometidos a esfuerzos axiales y a la combinación de los mismos con esfuerzos de flexión. Nos referiremos específicamente a columnas y tabiques. 4. COLUMNAS. 4.1. INTRODUCCIÓN. Las columnas son elementos estructurales que en general se diseñan para soportaresfuerzos axiales, de compresión o tracción, o bien combinación de los mismos con flexión, por lo que en consecuencia deben además soportar los esfuerzos de corte derivados de la flexión. El comportamiento de la columna, y en definitiva su modo de falla depende del grado de esfuerzo axial con respecto a la intensidad de los esfuerzos de flexión.

Fig.1 Diferentes secciones transversales decolumnas de hormigón armado

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Se dice que una columna no es esbelta cuando su carga última, para una excentricidad (y en consecuencia flexión asociada) dada, está controlada por la resistencia de los materiales componentes y de sus dimensiones transversales. En una columna esbelta sin embargo, la esbeltez es causal de momentos adicionales que tienen influencia sobre el valor de la carga últimaque puede desarrollar la columna. Más adelante se tratará el tema de las columnas esbeltas. Por ahora se trata a las columnas cuya falla no está influenciada por no linealidad geométrica, sino por no linealidad de material.

Fig. 2(a). Típicas columnas sólidas para puentes.

Las columnas de hormigón armado pueden tener las más diversas formas, algunas de las cuales se muestran en la Fig. 4.1.Están reforzadas con barras de acero longitudinales y transversales, pudiendo ser éstas barras aisladas con cierta separación en la forma de estribos cerrados (circulares, cuadrados, rectangulares, hexagonales, etc.) o bien estribos suplementarios abiertos, o constituir una única pieza en forma de hélice continua (generalmente de pequeño paso) para materializar lo que se llama columna

5zunchada. Para el caso de puentes la ref. [3] menciona como algunas opciones de columnas sólidas las que muestra la Fig. 4.2(a), y como huecas la Fig. 4.2(b).

Fig. 2(b) Típicas columnas de sección hueca para puentes.

4.2. COMPORTAMIENTO COMPRESIÓN.

DE

COLUMNAS

ANTE

CARGAS

AXIALES

DE

La Fig. 4.3 muestra en forma esquemática una columna de hormigón armado sometida a una cargaaxial N, y se considera que la carga se incrementa progresivamente sin superar cierto valor tal que la respuesta sea esencialmente lineal. Cuando las tensiones en el hormigón y en el acero son suficientemente pequeñas, las relaciones tensión vs. deformación pueden tomarse como lineales y es de aplicación la teoría elástica. Haciendo referencia a la Fig. 2.6 del capítulo 2, para una tensión cercanaal 50 a 60 % de f´c se podría tomar con cierta aproximación que es válida la ley de Hooke, es decir fc= ε c Ec en el hormigón, y en el acero, para tensiones menores a fy es válida la proporcionalidad. Por condición de compatibilidad de deformaciones, el acortamiento es igual en ambos materiales es decir: ε = εc = εs y por condiciones de equilibrio se debe verificar que: N = fc . Ac + fs . AstDonde: N = carga axial aplicada. fc = tensión de compresión en el hormigón Ac = área de hormigón fs = tensión en el acero Ast = área de armadura longitudinal. (4.2) (4.1)

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Aplicando las relaciones constitutivas lineales a la condición de compatibilidad, se tiene: fc / Ec = fs / Es (4.3)

y designando con n la relación de módulos de elasticidad del acero al del hormigón, es decir: n = Es / Ec(4.4)

se podría escribir que el área transformada al equivalente de hormigón está dada por: Att = A c + n Ast (4.5a)

Fig. 4.3. Columna de Hormigón Armado Sometida a Compresión Axial.

Pero, si la referimos al área total o “gross area” Ag (por ejemplo Ag = a.b en la figura), sería: Ag = A c + Ast Att = A g – Ast + n Ast = A g + Ast (n-1) Si designamos con ρ a la cuantía de acero...