Tipos de columnas


   


Tipos de columnas. Gracias al señor Claudio José Manzueta por enviarnos este material como colaboración para ser publicado en ARQHYS.

Tipos de columnas Una columna sujeta a compresión axial se acortará en la dirección de la carga. Si la carga se incrementa hasta que dicho miembro se pandea, el acortamiento cesará y la columna se flexionará lateralmente pudiendo al mismo tiempo torcerse en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. La resistencia de una columna y la manera como falla, dependen en gran medida de su longitud efectiva.

Mientras mayor sea la relación de esbeltez de un miembro, menor será la carga que pueda soportar y disminuye su esfuerzo de pandeo. Si la relación de esbeltez excede de cierto valor, el esfuerzo de pandeo será menor al límite proporcional del acero. Las columnas en este intervalo fallan inelásticamente. Se pueden clasificar en tres tipos: columnas cortas, columnas intermedias y columnas largas o esbeltas. Las columnas cortas fallan por aplastamiento.

Las columnas largas fallan por pandeo y las columnas intermedias fallan en combinación de pandeo y aplastamiento. La relación de esbeltez mide la tendencia de una columna a pandearse. Mientras mayor sea la relación de esbeltez de un miembro, menor será la carga que pueda soportar. En estructuras de acero convencionales, los perfiles más usados para columnas son el tipo W y las secciones de cajón formado por 4 placas; sin embargo, los perfiles tubulares circulares y cuadrados han tenido mucha aceptación entre los arquitectos e ingenieros en los últimos años. El AISC-LRFD proporciona fórmulas para columnas largas con pandeo inelástico y una fórmula parabólica para las columnas cortas e intermedias. Con estas fórmulas se determina un esfuerzo crítico o de pandeo Fcr, para un elemento a compresión.

Factores de reducción de rigidez Debido a que los nomogramas fueron elaborados bajo criterios de condiciones idealizadas y la realidad dista mucho de estas condiciones, se pueden obtener valores de K muy conservadores. La mayoría de las columnas tienden a fallar en el intervalo inelástico mientras que los nomogramas se crearon suponiendo condiciones elásticas. Por tanto, K debe corregirse de acuerdo a los siguientes criterios. En el intervalo elástico, la rigidez de la columna es proporcional a EI, donde E = 29,000 ksi mientras que en el intervalo inelástico la rigidez es más bien proporcional a EI donde E es el módulo reducido o módulo tangente. En la expresión G = S(I/Lcolumna) / S(I/Lviga) si las columnas se comportan elásticamente, el valor de E se cancela. Sin embargo, si el comportamiento de la columna es inelástico (?c < 1.5), los factores de rigidez de la columna serán menores e iguales a ETI/L. Como resultado, G será menor y K será más pequeño.

Aunque los nomogramas fueron elaborados para una acción elástica de las columnas, pueden usarse para una situación inelástica si el valor de G se multiplica por su factor de corrección llamado Factor de reducción de rigidez (SRF). Este factor de reducción es igual al módulo tangente dividido entre el módulo elástico (ET/E) y es aproximadamente igual a Fcrinel/Fcrelast y aproximadamente igual a Pu/A/Fcrelast. Para obtener SRF, 1. Calcular Pu y seleccionar una columna de prueba. 2. Calcular Pu / A y escoger SRF de la tabla anterior. 3. Calcular Gelast y multiplicarla por SRF que se obtiene de la tabla 3-2 y luego determinar K con los nomogramas. 4. Calcular la relación de esbeltez efectiva KL/r, se obtiene fcFcr y se multiplica por el área para obtener Pu. Si este valor es muy diferente del valor calculado en el paso 1, se escoge otra columna y se repiten los pasos siguientes. 


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