Concreto Armado I
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TEMA: “DISEÑO DE COLUMNAS”
INTEGRANTES:
1. Aixa Sánchez Romero.
2. Pamela Navarro Sialer.
3. Andrés Quintanilla Larico
4. Jaime Minaya Carhuancho
CURSO: CONCRETO ARMADO I
DOCENTE: ING. JUAN VICTOR AGUIRRE MENDOZA
INTRODUCCIÒN
ES DE NUESTRO CONOCIMIENTO QUE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN UNA
EDIFICACION CUMPLEN UN ROL IMPORTANTE, PUESTO QUE SU EFECTIVO Y OPTIMO
DISEÑO ASEGURARAN QUE ESTOS NO COLAPSEN, SALVAGUARDANDO LA INTEGRIDAD
DE SUS HABITANTES.
EN EL PRESENTE DESARROLLAREMOS EL DISEÑO DE COLUMNAS DE CONCRETO
ARMADO, ASI COMO SU COMPORTAMIENTO EN SUS DIFERENTES CONDICIONES.
COLUMNAS
• 0• Las columnas son elementos que sostienen principalmente
cargas a compresión.
• En general, las columnas también soportan momentos
flectores con respecto a uno o a los dos ejes de la sección
transversal y esta acción puede producir fuerzas de
tensión sobre una parte de la sección transversal.
• Básicamente la columna es un elemento estructural que
trabaja en compresión, pero debido a su ubicación en el
sistema estructural deberá soportar también solicitaciones
de flexión, corte y torsión.
COLUMNA DE ACERO
Son fabricadas directamente con perfiles estructurales, de acero
como elemento único, o de perfiles compuestos, para los cuales
se usan diversas combinaciones de perfiles.
TIPOS DE COLUMNAS
• 0COLUMNA DE MADERA
Estas pueden ser maciza, ensamblada, compuesta y laminadas
unidas con pegamento.
La columna maciza es la más empleada, las demás son
formadas por varios elementos
COLUMNAS DE CONCRETO ARMADO
Son estructuras producto de la combinación del concreto y el
acero de refuerzo los cuales trabajan como un solo elemento.
Columnas cuadradas y Circulares
Columnas rectangulares, en L y T
FORMAS DE LAS COLUMNAS
• 0
TAMAÑOS DE LAS COLUMNAS
• 0COLUMNA CORTA.Son aquellas en que su capacidad de carga esta basada únicamente en laresistencia de su sección transversal. Tienen muy poco peligro de pandeodebido a su esbeltez.Se dice columna corta cuando no cumple que su longitud es mayor a 10 veces lamenor dimensión transversal.
COLUMNA INTERMEDIA.Es donde la falla es por una combinación de aplastamiento y pandeo.
COLUMNA LARGA.Se dice una columna larga cuando su longitud es mayor de 10 veces la menordimensión transversal y su esbeltez mecánica se mayor igual a 100.Son los elementos mas esbeltos, y la falla se da por pandeo.
La diferencia entre los tres grupos vienen determinadas por sucomportamiento, las columnas largas se rompen por pandeo o flexión lateral;las intermedias, por una combinación de aplastamiento y pandeo, y lascolumnas cortas, por aplastamiento.
Requisitos fundamentales en una estructura
equilibrio, resistencia, funcionalidad y estabilidad
• Condición inestable antes de alcanzar
la deformación máxima permitida o el
esfuerzo máximo.
• Por ello la resistencia de la columna
sometida a compresión tiene dos
límites, el de resistencia para columnas
cortas y el de estabilidad para
columnas largas
Disminución del esfuerzo de trabajo a compresión según la esbeltez de la columna.
COMPORTAMIENTO DE LAS COLUMNAS
• 0
• El fenómeno de inestabilidad se refiere
al pandeo lateral, el cual es una
deflexión que ocurre en la columna,
cuando esta aparece incrementa el
momento flector aplicado sobre el
elemento, y el aumento de la deflexión
agranda la magnitud del momento
flector, creciendo así la curvatura de la
columna hasta la falla; este caso se
considera inestable.
COMPORTAMIENTO DE LAS COLUMNAS
• 0
• La deformación de la columna varía según
ciertas magnitudes de cargas, para valores
de P bajos se acorta la columna, al
aumentar la magnitud cesa el acortamiento
y aparece la deflexión lateral.
• Existe una carga límite que separa estos
dos tipos de configuraciones y se conoce
como carga crítica Pcr
CARGA CRITICA
• 0
Cuando la carga no se aplica directamente en
el centroide de la columna, se dice que la carga
es excéntrica y genera un momento adicional
que disminuye la resistencia del elemento
Esta relación del momento respecto a la carga
axial se puede expresar en unidades de
distancia, según la propiedad del momento la
distancia se denomina excentricidad.
Cuando la excentricidad es pequeña la flexión
es despreciable y cuando la excentricidad es
grande aumenta los efectos de flexión sobre la
columna.
EXCENTRICIDAD
• 0
PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS
Se predimensionan considerando solo la
carga axial que presentan de tal forma que
el esfuerzo axial máximo con cargas de
servicio sea menor o igual al 45% de la
resistencia del concreto (f’c)
Área de columna =. P(SERVICIO)/0.45 f’c
donde:
Pservicio = Número de pisos x Área
tributaria x Carga unitaria
Dimensiones mínimas de una columna de
concreto armado
20x20 o 30x30 para zona sísmica.
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE COLUMNAS
• Ø =0.65 (para columnas estribadas
FACTOR DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA EN COLUMNAS
REFUERZO MÁXIMO Y MÍNIMO EN COLUMNAS
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE COLUMNAS
La Norma peruana considera una cuantía miníma de 1% y una CUANTIA MAXIMA de 6%.
Se recomienda diseñar columnas con cuantías comprendidas entre 1% y 4% de tal manera
que se evite el congestionamiento del refuerzo ya que dificulta la calidad de la
construcción.
En el Perú el diámetro máximo de refuerzo producido normalmente es de 1 pulgada
Por otro lado resulta mas económica una columna armada con una cuantía baja resultando
mas cara una columna con cuantía mayor al 3%
DISTRIBUCIÓN DEL ACERO LONGITUDINAL Y TRANSVERSAL
COLUMNAS ESTRIBADAS :
Se requiere 4 varillas longitudinales como mínimo
En cualquier tipo de sección de columna deberá proporcionarse una varilla longitudinal en cada esquina y debera estar apoya en estribos.
Espaciamiento vertical de estribos (S)
S<= 16 Øp (Øp = diámetro de la varilla longitudinal)
S<=48Ø estribo
S<= menor dimension de la seccióntransversal de la columna
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE COLUMNAS
COLUMNAS ZUNCHADAS :
Se require como mínimo 6 varillas
longitudinales.
El diametro del zuncho será por lo
menos de 3/8”
La distancia libre entre espirales
estará entre 2.5 cm a 7.5 cm y mayor
que 11/3 del tamaño máximo del
agregado.
CONDICIÓN DE FALLA BALANCEADA
• Es la condición para la cual se produce simultaneamente la falla del concreto y la fluencia de la capa exterior en tensión del acero
DIAGRAMAS DE INTERACCION
Donde d es la distancia de la fibra extrema al centroide de la capa de acero exterior
Para esta condición tendremos también una excentricidad balanceada
Falla primero el ACERO
FALLA DUCTIL FALLA FRAGIL
Falla primero el CONCRETO
El punto A representa la condición teórica de compresión pura o carga concéntrica, pero debemos recordar que el código ACI nos limita a un valor Pnmax
El punto B es la condición de flexión balanceada, el punto D de tracción pura y el tramo CD de Flexotracción
DIAGRAMA DE INTERACCION DE COLUMNA
PROCEDIMIENTO
PASO 1: PRE DIMENSIONAMIENTO
Ag =150000 𝐾𝑔
0.45 𝑥 210 𝑘𝑔/𝑐𝑚2= 1587.30. 𝑐𝑚2 LADO =
21587.30
LADO = 39,84 cmColumna de 40 x 40 cm.
Pre dimensionamiento de columna:
Pre dimensionamiento del refuerzo mínimo:
Ast = 0.01 x Ag Ast = 0.01 x (40 cm x 40 cm) Ast = 16 cm2
Diseño de una columna con los siguientes datos:f’c = 210 kg/cm2fy = 4200 kg/cm2Es = 2’000,000 kg/cm2Solicitudes de carga:P = 150 tM = 10 t
Ag =𝑃
0.45 𝑓′𝑐
Refuerzo longitudinal a usar 6 Ø3/4” = 6 x 2.87 cm2 = 17.22 cm2
COLUMNA – FLEXO COMPRESIÓN
PASO 2: Encontrar el esfuerzo para la condición de carga concéntrica
Ag = 40 x 40 = 1600 cm2 Ast = 17.22 cm2
Po = 0.85 f’c (Ag – Ast ) + fy Ast
Po = 0.85 x 210 (1600 – 17.22 ) + 4200 x 17.22 = 354.85 t
Para carga axial y carga axial con flexión el factor de reducción paracolumnas con estribos Ø = 0.70
ØPo = 0.7 Po
ØPo = 0.7 x 354.85 = 248.395 t
COLUMNA – FLEXO COMPRESIÓN
PASO 3: Encontrar el esfuerzo para la condición balanceada
COLUMNA – FLEXO COMPRESIÓN
PASO 4: Realizar el diagrama de interacción
COLUMNA – FLEXO COMPRESIÓN
COLUMNA – FLEXO COMPRESIÓN BIAXIAL
MÉTODO DE BRESLER
COLUMNA – FLEXO COMPRESIÓN BIAXIAL
Diseño de una columna en flexión biaxial
Para obtener el area de acero , usaremos el diseño para columna uniaxial en los 2 ejes y usaremos los abacos para tantear las areas de acero requeridas
El area total de acero (Ast) tantenado sera la suma de la 2 areas halladas Ast > 15 + 22 = 37
COLUMNA – FLEXO COMPRESIÓN BIAXIAL
COLUMNA – FLEXO COMPRESIÓN BIAXIAL
CSICOL-PROGRAMA PARA DISEÑO DE COLUMNAS
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