Diferencias Entre Columna Corta Y Columna Esbelta PDF

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Diferencias entre estos dos tipos de columna....

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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA

“Las columnas son elementos estructurales usados para resistir básicamente solicitaciones de compresión axial, en combinación con corte, flexión o torsión porque sabemos que la continuidad del sistema va a generar momentos flectores en todos sus elementos”…

COMPARACIÓN ENTRE LAS PROPIEDADES DE COLUMNA ESBELTA Y COLUMNA CORTA Tipo de columna

Altura

La altura de la columna larga Columna Esbelta o permite pandeo Larga para evitar falla de material

Columna corta

La altura se ve disminuida por lo que no permite que la columna pandee

Inercia

Rigidez

Esbeltez

La inercia se basa en las dimensiones de base y ancho de columna, por lo que no influye directamente sobre la incidencia del efecto sísmico en la misma.

La columna larga no tiene una rigidez muy grande, lo que permite que las fuerzas horizontales del sismo se distribuyan por tolda la columna.

La esbeltez, junto con la altura de la columna, permite el desplazamiento suficiente de la misma para evitar que ceda ante la fuerza del evento telúrico.

Al ser la columna corta tan rígida, ésta atrae más el impacto sísmico hacia la misma.

El efecto de esbeltez es despreciable en la misma, por lo que, debido a la poca altura, y la alta rigidez, la columna no tiene suficiente desplazamiento, lo que la hace propensa a ceder a fuerzas horizontales.

La inercia se basa en las dimensiones de base y ancho de columna, por lo que no influye directamente sobre la incidencia del efecto sísmico en la misma.

COLUMNA CORTA SU CAPACIDAD DE CARGA ESTÁ BASADA ÚNICAMENTE EN LA RESISTENCIA DE SU SECCIÓN TRANSVERSAL.

Tipo de falla: Fallan por APLASTAMIENTO. Se produce por una modificación accidental en la configuración estructural original de una columna.

Se presenta cuando en una estructura sometida a fuerzas, la luz libre de la columna (distancia libre vertical entre vigas o losas que son soportadas por la columna), se ve disminuida por un elemento, generalmente NO ESTRUCTURAL, que limita la capacidad de la columna de deformarse libremente en el sentido lateral, como se muestra esquemáticamente en la figura N°1, de ahí viene la denominación “Cautiva”..

“Efecto de Columna Corta”: se le llama así a la columna que no está diseñada para resistir esta FUERZA en un evento sísmico. En su mayoría estas columnas son de ALTURAS MENORES en comparación a otros elementos estructurales.

El pobre comportamiento de las columnas cortas se debe al hecho que en un terremoto, columnas de diferentes alturas libres tendrán la misma demanda de desplazamiento lateral

Las columnas cortas atraen mucho más fuerza horizontal que una columna larga, por ser más RÍGIDAS.

Una mayor rigidez lateral de una columna implica mayor resistencia a la deformación, por tanto: A MAYOR RIGIDEZ, MAYOR FUERZA PARA DEFORMARLA.

DISEÑO DE COLUMNAS CORTAS SOMETIDAS A CARGA AXIAL Y FLEXIÓN

Carga axial, causa falla del concreto por aplastamiento con todas las varillas alcanzando su fluencia en compresión Carga axial y momento pequeño. Falla por aplastamiento a concreto y todas las varillas trabajan a compresión Carga axial con momentos mayores, con varillas en tensión sin llegar al esfuerzo de fluencia

Condición de carga balanceada, varillas alcanzan su esfuerzo a fluencia al mismo tiempo que el

En una columna corta la resistencia depende solo de la resistencia de los materiales y de la geometría de la sección transversal.

Momento grande con carga axial menor, la falla inicia por fluencia de las varillas a tensión

Momento flexionante grande, la falla ocurre como en una viga

TIPOS DE ARMADURAS Barras longitudinales Y aros en espiral

Barras longitudinales Y flejes transversales

COLUMNA ESBELTA O LARGA SE DICE QUE EN LAS COLUMNAS ESBELTAS LA RESISTENCIA DISMINUYE DRÁSTICAMENTE TORNÁNDOLA INESTABLE. Tipo de falla: Fallan por PANDEO.

Si las dimensiones de la sección transversal son pequeñas en comparación con su longitud. Son aquellas columnas cuya capacidad de carga axial (resistencia) se reduce debido a los momentos de segundo orden causados por la desviación lateral de la columna ( pandeo). El código ACI( considera a una columna esbelta cuando su capacidad de carga axial se reduce en las del 5%.

COLUMNA ESBELTA SOMETIDA A FLEXO- COMPRESIÓN Si la carga P es pequeña, las deflexiones serán cada vez menores y finalmente se alcanzara el equilibrio Si la carga P es cercana a la denominada carga critica, el elemento fallara por pandeo

Las deflexiones de la pieza se incrementarán cada vez más hasta el colapso final de la pieza.

Los momentos de segundo orden incrementarán la deflexión de la columna, incrementando los esfuerzos en ella.

CARGA CRITICA DE PANDEO O CARGA DE EULER

Es necesario saber:

Donde: E: modulo de elasticidad del material I: momento de inercia de la sección en la dirección analizada L: longitud de la columna Dividiendo ambos términos entre el área de la sección, para obtener el esfuerzo en el elemento y remplazando I por Ar al cuadrado

Conforme la esbeltez disminuye el esfuerzo de pandeo incrementa puesto que la columna no puede soportar un esfuerzo superior a su resistencia, existe una esbeltez a partir de la cual la falla se produce por resistencia y no por pandeo.

Son válidas para el caso de una columna biarticulada con el desplazamiento lateral de apoyos restringidos La longitud efectiva es la porción de la longitud de columna que se puede asumir que trabaja como un elemento biarticulado.

En la figura se muestra el valor de K para diferentes casos:

Uno de los métodos más empleados para estimar el valor de k es haciendo uso de los nomogramas de Jackson & Moreland. EL segundo para aquellas que pertenecen a pórticos que tienen desplazamientos El primer nomograma es utilizado laterales, llamados también para columnas de pórticos con no arriostradas desplazamiento lateral restringido o arriostradas

COLUMNAS ESBELTAS DE CONCRETO ARMADO Los valores de k determinados a través de los nomogramas de J&M se basan en patrones de deformación específicos de los pórticos. Si están arriostrados, las vigas deben presentar curvatura simple y las columnas deben pandear simultáneamente Para pórticos arriostrados el ACI recomienda K=1 Si no están arrostradas, vigas y columnas deben deformarse bajo curvatura doble

El código del ACI recomienda que el efecto de esbeltez se desprecie si se cumple: Para columnas que forman parte de un pórtico sin desplazamiento lateral (arriostrado)

Para columnas que forman parte de un pórtico con desplazamiento lateral (no arriostrado)

Donde: K: factor de longitud efectiva Lu: longitud de la columna r: radio de giro de la sección de la columna, 0.3h 0.25d M1: menor momento amplificado en el extremo de la columna M2: mayor momento amplificado en el extremo de la columna

RELACIÓN DE ESBELTEZ MIDE LA TENDENCIA DE UNA COLUMNA A SUFRIR POR PANDEO. “ MIENTRAS MAYOR SEA LA RELACIÓN DE ESBELTEZ DE UNA COLUMNA, MENOR SERÁ LA CARGA QUE PUEDA SOPORTAR”. - La esbeltez de una columna se expresa en términos de su relación de esbeltez.

ESTO PRODUCE QUE DISMINUYA SU ESFUERZO DE PANDEO. SI LA RELACIÓN DE ESBELTEZ EXCEDE DE CIERTO VALOR, EL ESFUERZO DE PANDEO SERÁ MENOR AL LÍMITE PROPORCIONAL DEL ACERO....