DISE脩O DE PILARES DE HORMIG脫N

DISE脩O DE PILARES DE HORMIG脫N

octubre 31, 2020 1 Por admin

Dise帽o de pilares de hormig贸n, o columnas de concreto en homenaje a aquellos que nos le茅is desde el otro lado del Atl谩ntico, es fundamental saber que los pilares son elementos estructurales que trabajan principalemente a compresi贸n.

Dise帽o de pilar de hormig贸n

Introducci贸n al dise帽o de pilares de hormig贸n

Las columnas se definen como elementos que sostienen principalmente cargas a compresi贸n de una estructura.

En general, las columnas tambi茅n soportan momentos flectores con respecto a uno o a los dos ejes de la secci贸n transversal y esta acci贸n de flexi贸n puede producir fuerzas de tensi贸n sobre una parte de la secci贸n transversal.

Aun en estos casos, se hace referencia a las columnas como elementos a compresi贸n puesto que las fuerzas de compresi贸n dominan su comportamiento.

Adem谩s del tipo m谩s com煤n como son los elementos verticales de estructuras, los elementos a compresi贸n incluyen elementos principales de arcos, de p贸rticos r铆gidos inclinados o no, elementos a compresi贸n en cerchas, cascarones o porciones de 茅stas que soportan compresi贸n axial y otras formas estructurales.

Una columna de concreto simple puede soportar muy poca carga, pero su capacidad de carga aumenta mucho si se le agregan varillas longitudinales. Pueden lograrse incrementos sustanciales de resistencia proporcionando restricci贸n lateral a las varillas longitudinales.

Bajo cargas de compresi贸n, las columnas no s贸lo tienden a acortarse longitudinalmente, sino tambi茅n a expandirse lateralmente debido al efecto de Poisson.

La capacidad de tales miembros puede aumentar considerablemente si se les provee restricci贸n lateral en forma de estribos cerrados estrechamente separados o espirales helicoidales enrolladas alrededor del refuerzo longitudinal.

Las columnas cuadradas y rectangulares son las m谩s com煤nmente usadas por la simplicidad de su cimbra.

Algunas veces, sin embargo, cuando se usan en espacios abiertos, las columnas circulares son muy atractivas. La cimbra para las columnas redondas suele hacerse con tubos de cart贸n o de pl谩stico que se desprenden y desechan una vez que el concreto ha fraguado.

En la pr谩ctica no existen las columnas cargadas en forma axial perfecta, pero un an谩lisis de tales miembros proporciona un punto de partida excelente para explicar la teor铆a del dise帽o de columnas reales con cargas exc茅ntricas. Varias ideas b谩sicas pueden explicarse para las columnas con carga axial pura y las resistencias obtenidas se帽alan l铆mites te贸ricos superiores que pueden verificarse claramente con pruebas reales.

Aunque los esfuerzos en columnas no pueden predecirse en el intervalo el谩stico con ning煤n grado de exactitud, varias d茅cadas de pruebas han mostrado que la resistencia 煤ltima de las columnas s铆 se puede estimar muy bien. Adem谩s, se ha demostrado que las proporciones de las cargas vivas y muertas, la duraci贸n de la carga y otros aspectos, tienen poca influencia en la resistencia 煤ltima. Ni siquiera importa si es el concreto o acero el que primero alcanza tal resistencia.

Diagrama de interacci贸n

El diagrama de interacci贸n (figura 1), es un lugar geom茅trico de combinaciones de P (cargas axiales) y M (momentos), los cuales llegan a agotar la secci贸n. El empleo de los diagramas resulta de utilidad para el dimensionamiento de columnas de concreto reforzado u otros elementos estructurales, utilizados tanto en el 谩mbito acad茅mico como profesional.

Para el desarrollo se elige unos de los casos m谩s frecuentes de empleo, las secciones rectangulares con armadura sim茅trica utilizadas en las columnas de hormig贸n armado de edificios, aunque las mismas bases de dise帽o sirven para la resoluci贸n de otros casos de forma de secci贸n o de disposici贸n de la armadura.

Dise帽o de pilares por carga axial y flexi贸n.

Todas las columnas est谩n supeditadas a cierta flexi贸n y fuerzas axiales, por lo que es necesario dise帽arlas para que resistan ambas solicitudes. Las as铆 llamadas f贸rmulas de carga axial toman en cuenta alg煤n momento porque incluyen el efecto de excentricidades peque帽as con los factores 0.80 y 0.85. Estos valores equivalen aproximadamente a suponer excentricidades reales de 0.10h para columnas con estribos y 0.05h para columnas zunchadas.

Las columnas se flexionar谩n bajo la acci贸n de los momentos y 茅stos tender谩n a producir compresi贸n en un lado de las columnas y tensi贸n en el otro. Seg煤n sean las magnitudes relativas de los momentos y las cargas axiales, hay varias formas en que las secciones pueden fallar. La figura 2 muestra una columna que soporta una carga Pn. En las diversas partes de la figura, la carga se coloca cada vez con mayor excentricidad (produciendo as铆 momentos cada vez mayores) hasta que finalmente en la parte (f) la columna est谩 sujeta a un momento flexionante tan grande que el efecto de la carga axial es insignificante. A continuaci贸n, se analiza cada caso:

  • Carga axial grande con momento despreciable, para esta situaci贸n, la falla ocurre por aplastamiento del concreto, habiendo alcanzado todas las varillas de refuerzo en la columna su esfuerzo de fluencia en compresi贸n.

Cuant铆a m铆nima de acero en el dise帽o de pilares de hormig贸n

El refuerzo es necesario para obtener la resistencia a la flexi贸n, la cual puede existir independientemente de los resultados del an谩lisis, y para reducir los efectos de flujo pl谩stico y retracci贸n del concreto bajo esfuerzos de compresi贸n permanentes.

El flujo pl谩stico y la retracci贸n tienden a transferir la carga del concreto al refuerzo, y este aumento en el esfuerzo del refuerzo es mayor a medida que se disminuye la cuant铆a de refuerzo. Por lo tanto, se impuso un l铆mite a esta cuant铆a para evitar que el refuerzo llegue al nivel de fluencia bajo cargas de servicio permanentes, el cual es Asmin= 14/Fy (bxh)

Cuant铆a m谩xima de acero en el dise帽o de pilares de hormig贸n

Se impone un l铆mite a la cuant铆a de refuerzo longitudinal para asegurar que el concreto pueda consolidarse de manera efectiva alrededor de las barras y asegurar que las columnas dise帽adas de acuerdo con los reglamentos sean similares a los espec铆menes de los ensayos con los cuales se calibr贸. El l铆mite de 0.08 aplica a todas las secciones de la columna, incluyendo las zonas de empalmes del refuerzo, y tambi茅n puede considerarse como un m谩ximo pr谩ctico para el refuerzo longitudinal, en t茅rminos de econom铆a y de requisitos de colocaci贸n. La cuant铆a de refuerzo longitudinal en columnas no debe, en general, exceder 4% cuando se requiera empalmar por traslapo las barras de la columna, pues la zona de empalmes por traslapo tendr谩 el doble de refuerzo si todos los empalmes ocurren en el mismo lugar.

Suposiciones de dise帽o de pilares para resistencia

  • Se debe cumplir con la condici贸n de equilibrio en cada secci贸n.
  • Las deformaciones unitarias que se presenten tanto en el concreto como en el acero deben suponerse directamente proporcionales a la distancia desde el eje neutro.
  • La deformaci贸n unitaria m谩xima utilizable en la fibra extrema que est茅 sometida a compresi贸n del concreto debe suponerse igual a 0.003
  • La resistencia a la tracci贸n propia del concreto debe despreciarse al momento de los c谩lculos de resistencia a flexi贸n y resistencia axial.
  • La relaci贸n de esfuerzos de compresi贸n y la deformaci贸n unitaria en el hormig贸n se debe suponer rectangular a un esfuerzo de 0.85 f麓c, distribuido de manera uniforme en una zona de compresi贸n equivalente, limitada por los bordes de la secci贸n transversal y por una l铆nea recta paralela al eje neutro, ubicada a una distancia a de la fibra de deformaci贸n unitaria m谩xima en compresi贸n, tal como se calcula con:
  • La distancia desde la fibra de deformaci贸n unitaria m谩xima al eje neutro, c, se debe medir en direcci贸n perpendicular al eje neutro.
  • Se asumir谩n los siguientes valores de Beta 1:

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