INTRODUCCION AL ESTUDIO DE COLUMNAS9.1 GENERALIDADESLas columnas de concreto se clasifican en: Pedestales o bloques cortos a compresin: Si la altura de un miembro vertical a compresin es menor que tres veces su dimensin lateral ms pequea, puede considerarse como pedestal. Puede disearse con concreto simple, con un esfuerzo mximo de diseo a compresin igual a 0.85fc donde es 0.65. Si la carga total aplicada al miembro es mayor que 0.85fc Ag ser necesario ya sea incrementar el rea de la seccin trasversal del pedestal o bien disearlo como una columna de concreto reforzado. Columnas cortas de concreto reforzado: es un miembro robusto con poca flexibilidad, si la columna falla debido a la falla inicial del material, se clasifica como corta. Columnas largas o esbeltas de concreto reforzado: Si los momentos son de tal magnitud que reducen significativamente la capacidad de carga axial de la columna, esta se denomina larga o esbelta. A medida que las columnas son ms largas, las deformaciones por flexin tambin aumentaran, as como los momentos secundarios resultantes.Cuando una columna esta sometida a momentos primarios, el eje del miembro se deflexiona lateralmente, dando como resultado momentos adicionales iguales a la carga de la columna multiplicada por la deflexin lateral. Estos momentos se llaman momentos secundarios o momentos P y se ilustran en la siguiente figura.

Una columna que tenga momentos secundarios grandes se llama columna esbelta y es necesario dimensionar su seccin transversal para la suma de los momentos primarios y secundarios. Los efectos de esbeltez pueden despreciarse aproximadamente 40% de todas las columnas no arriostradas y en aproximadamente 90% de aquellas arriostradas contra el desplazamiento lateral. Sin embargo, estos porcentajes probablemente disminuyen ao tras ao, debido al uso creciente de columnas ms esbeltas diseadas con el mtodo de resistencia, usando materiales ms resistentes y con una mejor nocin del comportamiento por pandeo de las columnas.9.2 TIPOS DE COLUMNASUna 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 restriccin lateral a las varillas longitudinales. Las columnas de concreto reforzado se denominan columnas con estribos o zunchadas (con espirales), dependiendo del mtodo usado para apuntalar lateralmente o sujetar en su lugar a las varillas. Si la columna tiene una serie de estribos cerrados, como se muestra en la figura 9.2(a), se denomina columna con estribos. Tales estribos son muy efectivos para aumentar la resistencia de la columna. Impiden que las varillas longitudinales se desplacen durante la construccin y resisten la tendencia de las mismas varillas a pandearse hacia afuera bajo la carga, lo que causara que el recubrimiento exterior de concreto se quiebre o se desconche. Generalmente, las columnas con estribos son cuadradas o rectangulares, pero pueden ser octagonales, redondas, con forma de L.Si una espiral continua helicoidal hecha con varillas o alambrn grueso se enrolla alrededor de las varillas longitudinales, como se muestra en la gura 9.2 (b), la columna se denomina columna zunchada o columna espiral. Las espirales son ms efectivas que los estribos para incrementar la resistencia de una columna. Las espirales de paso estrecho cumplen muy bien su funcin de sujetar las varillas longitudinales en su lugar y de confinar el concreto interior, con lo que se aumenta considerablemente su resistencia a la compresin axial.Las columnas zunchadas suelen ser redondas, pero tambin pueden fabricarse con secciones rectangulares, octagonales y de otras formas. Para estas columnas, la disposicin de las varillas sigue siendo circular. Las espirales aumentan muy eficazmente la ductilidad y tenacidad de las columnas, pero son bastante ms caras que las columnas con estribos.

Las columnas compuestas, ilustradas en las guras 9.2(c) y 9.2 (d), son columnas de concreto reforzadas longitudinalmente con perfiles de acero, que pueden o no estar rodeados por varillas de acero estructural, o pueden constar de perfiles tubulares de acero estructural rellenos con concreto comnmente llamadas columnas Lally.9.3 CAPACIDAD POR CARGA AXIAL DE LAS COLUMNASDesde hace ya varias dcadas se sabe que los esfuerzos en el concreto y en las varillas de refuerzo de una columna que soporta una carga a largo plazo no pueden calcularse con exactitud. Podra pensarse que tales esfuerzos se pueden determinar multiplicando las deformaciones unitarias por los mdulos de elasticidad apropiados. Pero esta idea no es factible en la prctica porque el mdulo de elasticidad del concreto vara con la carga, debido al flujo plstico y a la contraccin. As es que puede verse que las partes de la carga tomada por el concreto y por el acero varan con la magnitud y la duracin de las cargas.Se ha demostrado que las proporciones de las cargas vivas y muertas, la duracin de la carga y otros aspectos, tienen poca influencia en la resistencia ltima. Ni siquiera importa si es el concreto o acero el que primero alcanza tal resistencia. Si uno de los dos materiales se acerca a su resistencia ltima, sus grandes deformaciones causarn que los esfuerzos en el otro aumenten ms rpido.Por estas razones, slo consideraremos aqu la resistencia ltima de las columnas. En la falla, la ltima resistencia terica o resistencia nominal de una columna corta cargada axialmente puede determinarse con bastante precisin mediante la expresin siguiente, en la que Ag es el rea total del concreto y AST es el rea total de la seccin transversal del refuerzo longitudinal, incluyendo varillas y perfiles de acero:

9.4 FALLA DE COLUMNAS CON ESTRIBOS Y ESPIRALESSi una columna corta con estribos se carga hasta que falle, parte del recubrimiento de concreto se desprender y las varillas longitudinales se pandearn casi inmediatamente al desaparecer su soporte lateral (el recubrimiento de concreto). Cuando las columnas zunchadas se cargan hasta fallar el recubrimiento de concreto se desconchar pero el ncleo permanecer firme y si el zunchado es de paso pequeo, el ncleo ser capaz de resistir una cantidad apreciable de carga adicional ms all de la carga que da lugar al desconchamiento. El zunchado se disea con un poco ms de resistencia que el recubrimiento que se supone que va a resquebrajarse. El desconchamiento da aviso de una falla inminente y luego la columna tomar un poco ms de carga antes de fallar. Disear el zunchado con un poco ms de resistencia que el recubrimiento no aumenta mucho la resistencia til de la columna, pero conduce a una falla dctil.

En donde Ac es el rea del ncleo cuyo dimetro se considera igual a la distancia entre los bordes exteriores de la espiral.La resistencia de la espiral puede calcularse aproximadamente por la siguiente expresin, en donde s es el porcentaje de acero espiral:

Para que la espiral sea un poco ms resistente que el concreto desconchado, el cdigo (10.9.3) especifica el porcentaje mnimo de espiral con la expresin que sigue en donde fy es la resistencia de fluencia especificada del refuerzo espiral hasta 100 000 lb/plg.

Una vez que se ha determinado el porcentaje requerido de acero de espiral, sta puede seleccionarse con la expresin que sigue, en donde s est dada en trminos del volumen de acero en una vuelta:

En esta expresin, Dc es el dimetro del ncleo de extremo a extremo de la espiral, as es el rea de la seccin transversal de la varilla espiral y ds es el dimetro de dicha varilla. El proyectista puede suponer un dimetro para la varilla espiral y despejar el paso requerido

Preguntas 1. Qu son las columnas compuestas?Son columnas de concreto reforzadas longitudinalmente con perfiles de acero, que pueden o no estar rodeados por varillas de acero estructural, o pueden constar de perfiles tubulares de acero estructural rellenos con concreto 2. Por qu razn al zunchado se lo disea con un poco ms de resistencia que el recubrimiento?Disear el zunchado con un poco ms de resistencia que el recubrimiento no aumenta mucho la resistencia til de la columna, pero conduce a una falla gradual o dctil.