Mag. Natividad Snchez A ().CONCRETO ARMADO 1 Semana 15

DISEO DE COLUMNAS

Las columnas, generalmente resisten esfuerzos de flexo compresin

Pn < 0.1fAg , significa que la columna trabaja a flexin

En las estructuras de concreto armado, la continuidad del sistema genera flexiones en las columnas.

Flexo compresinCompresin

POR LA UBICACIN DEL REFUERZO

Refuerzo en dos caras

Refuerzo en las cuatro caras

2. POR EL TIPO DE REFUERZO TRANSVERSALII.-CLASIFICACION DE LAS COLUMNASCon estribosCon espirales

II.-CLASIFICACION DE LAS COLUMNAS3. SEGN LA ESBELTEZ DE LA COLUMNA

Columnas Cortas

Columnas largas o esbeltas

GENERALMENTE NUESTRAS COLUMNAS SON ROBUSTAS PORQUE VIVIMOS EN UN PAS SSMICO!

II.-CLASIFICACION DE LAS COLUMNAS4. POR EL GRADO DE ARRIOSTRA MIENTO LATERAL

Columnas arriostradas

Columnas no arriostradas

II.-CLASIFICACION DE LAS COLUMNAS5. COLUMNAS COMPUESTAS

Cuando por razones de resistencia (cargas axiales altas o secciones limitadas), se utiliza un perfil de acero estructural embebido dentro del concreto.

III.-COLUMNAS CORTAS SIN EXCENTRICIDAD

Se da en columnas cortas sometidas a cargas axiales. Se dice que la columna est sometida a compresin pura. Piedras Neolticas Stonehenge, Wiltshire, Gran BretaaPuente peatonal UNCP- Huancayo previo a su rigidizacin

III.-Columnas sin esbeltez sin excentricidad

RESISTENCIA NOMINAL MXIMA EN COMPRESIN PoPo = Ast fy + (Ag-Ast)fcPero el aporte del concreto a la compresin se ve reducido por un factor kPo = Ast fy + (Ag-Ast)kfc ; k = 0.85 (U. Illinois)

Po = Ast fy + 0.85fc(Ag-Ast) ; Para el diseo se usa Po:

=0.7 (c/estribos). = 0.75 (c/espiral)

Esta reduccin es por: sangrado del concreto, excentricidad y esbeltez, reduccin de la resistencia por incremento de tamao, efecto de cargas sostenidas de larga duracin.

IV.-COMPORTAMIENTO DE COLUMNAS CON ESTRIBOS Y ESPIRALES

Para lograr la misma eficiencia de un espiral se necesitan estribos estrechamente espaciados!

Columna con espirales (izquierda) y columna con estribos (derecha)Hospital Olive View-Sismo de San Fernando en 1971

V.-DETALLES DEL REFUERZO EN COLUMNAS-REFUERZO LONGITUDINAL Y ESTRIBOS ESTRIBOS EN COLUMNASEnsamblaje de armaduras longitudinalesRestringen el pandeo de las barras verticales en comprensin: S16db; S menor dimensin de la columna; S0.30 m.Los estribos adecuadamente espaciados confinan el ncleo de concretoSirven de refuerzo por corte a la columna cuando Vu>Vcs>15 Dbs> 0.04 ms> 1.3 T.M. del agregado

V.-DETALLES DEL REFUERZO EN COLUMNAS-REFUERZO LONGITUDINAL Y ESTRIBOS ESTRIBO DE CONFINAMIENTO:Un estribo cerrado de dimetro no menor de 8 mm. El confinamiento puede estarconstituido por un estribo cerrado en el permetro y varios elementos de refuerzo, pero todos ellos deben tener en sus extremos ganchos ssmicos que abracen el refuerzo longitudinal y se proyecten hacia el interior de la seccin del elemento. Las espirales continuas enrolladas alrededor del refuerzo longitudinal tambin cumplen funcin de confinamiento.

Es el gancho que debe formarse en los extremos de los estribos de confinamiento y grapas suplementarias. Consiste en un doblez de 135 o ms. Los ganchos deben tener una extensin de 8 veces el dimetro de la barra, pero no menor a 75 mm, que abraza el refuerzo longitudinal y se proyecta hacia el interior de la seccin del elemento.Refuerzo transversal de dimetro mnimo 8 mm que tiene ganchos ssmicos en ambos extremos. Los ganchos deben abrazar a Las barras longitudinales de la periferia de la seccin.Estribo cerrado con gancho ssmico Grapa suplementaria con gancho ssmico1 estribo y tres grapas suplementarias

V.-DETALLES DEL REFUERZO EN COLUMNAS-REFUERZO LONGITUDINAL Y ESTRIBOS

Refuerzo mximo y mnimo de columnasSegn la NTE-060, = Ast/Ag; 1%; 6%Ast = rea total del acero longitudinalAg = rea bruta de la seccin transversal

La cuanta mnima exigida obedece al fenmeno del flujo plstico.

La cuanta mxima es para evitar congestionamiento de armadura

Las columnas ms econmicas estn entre 1% y 3%

VI. Acciones en las columnas

Las columnas generalmente estn sometidas a fuerzas axiales de compresin combinadas con momentos flectores y fuerzas cortantes.

1.5 CM +1.8 CV (Pu y Mu para cargas de gravedad)1.25(CM + CV) CS (Pu y Mu, por gravedad y sismo)1.25CM CS (Pu y Mu, por gravedad y sismo)0.90CM CS (Pu y Mu, por gravedad y sismo)

VII. Diagrama de InteraccinEs el lugar geomtrico de las combinaciones de Pu y Mu, que agotan la capacidad de la seccinSe construyen variando sucesivamente la ubicacin del eje neutro c, para una seccin y acero dados.Forma tpica de un diagrama de interaccin para columnas con estribos .Po = Ast fy + 0.85fc(Ag-Ast) ; Para el diseo se usa Pu = PoPero este es un caso ideal, que raramente se puede alcanzar, ya que siempre habr un momento flector asociado con la carga axial, por desalineamiento vertical de la columna, desalineamiento del refuerzo vertical , por falta de uniformidad en la compactacin del concreto, etc. por tanto:Pn max = 0.8 Po , para el caso de columnas con estribosPu max = 0.8 Po = 0.8 (Ast fy + 0.85 f`c (Ag - Ast))

P=1t/mxAtxNPAc=3600cm

debe cumplir!

A continuacin con la ayuda de los diagramas de interaccin del libro de T. Harmsen se harn varios ejercicios en la pizarra para que el alumno, pueda adquirir destreza en la utilizacin de estas tablas y entender su significado.La resistencia de una columna se plasma en una curva llamada Curva de Interaccin. En esta curva se encontrarn varios pares de Momentos flectores y cargas axiales, que la columna puede resistir!

= 0.9 0.2Pn/Ptransicin

P transicin = 0.1/ 0.7 (fc Ag)

ACI, 9.3.2 ; NTE -060 , 9.3.2.2

RESOLVER EL DISEO CON EL USO DE LOS ABACOS

Elaboracin manual de un diagrama de interaccin

Los diagramas de interaccin, para una columna con seccin y armadura determinada, se pueden elaborar de dos formas:

1) Mediante el uso de los diagramas de interaccin, si se trata de columnas rectangulares o circulares. El alumno ya aprendi a usar estos diagramas. Por tanto est capacitado para ejecutarlo por s mismo.

2) En forma manual, con la variacin del eje neutro, para cualquier tipo de seccin de columna. De esta forma deben encontrarse algunos puntos notables.

VII. Diagrama de Interaccin Algunos Puntos notables de un diagrama de interaccin

Se quiere construir el diagrama de interaccin para la columna de concreto armado de 0.40*0.40m a continuacin. Se usara como centro de reduccin el centroide de la seccin .

Datos:

Punto 1: Compresin Pura Po = 0.85*fc * (Ag-Ast) + Ast fy Po= 0.85*280*(40*40-40.80) + 40.8*4200 Po= 542 ton.

0.8*Po= Carga axial mxima permitida por la norma. Corte horizontal de diagrama

Punto 2: fisuracion incipiente

Punto 3: Falla balanceada

Punto 4: cambio en el valor de Punto 5: punto cercano a la flexin pura - Mo

Punto 6: Traccin pura Diagrama de iteraccion:

SUPERIOR INFERIOR

Diseo por cortante para columnasPara la columna del ltimo piso del ejemplo anterior Seccin 0.40 x 0.80 m.; 83/4 + 65/8; d= 0.74 mTiene estribos dobles; Av=4x0.71=2.84cm

Diseo por corte por capacidadVc=0.53fc(1+Nu/140Ag)bwd Vs = Vu/-Vc Vs=Avfyd/sSe supone que en los extremos se desarrollan rtulas plsticas con:Mpr= Mnx1.25 (ACI) Vpr=2Mpr/h, h=altura de columna

Flexin biaxial en columnas - Mtodo de Bresler

Este mtodo permite predecir la resistencia de una seccin bajo cargaAxial y flexin biaxial a partir de la resistencia uniaxial.

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