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DISEÑO DE MIEMBROS EN
COMPRESIÓN.
Cuando un fuerza tiende a comprimir o acortar un miembro, se dice que los
esfuerzos producidos por esta fuerza son de compresión y se dice además que el
elemento es un miembro sujeto a compresión. Hay diversos tipos de miembros
sujetos a compresión, siendo las columnas el mas conocido, sin embargo podemos
citar otros elementos estructurales que también están sujetos a compresión como
las cuerdas superiores de las armaduras de cubierta, los patines de compresión
de las vigas laminadas, etc. |
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Hay dos diferencias significativas entre los miembros sujetos a tensión y los
sujetos a compresión: 1. Las cargas de tensión tienden a mantener recto al
elemento, en cambio las cargas de compresión tienden a pandearlo, aspecto que es
muy importante. 2. La presencia de agujeros para remaches o pernos en los
miembros sujetos a tensión, reduce el área disponible para resistir las cargas y
es por eso que se habla de “área neta”; en cambio en los miembros sujetos a
compresión, se considera que los remaches o pernos llenan los agujeros y el área
total queda disponible para resistir la carga. - Por nuestros conocimientos de
resistencia de materiales sabemos que las columnas fallan bajo esfuerzos “P/A”
que se encuentran muy por debajo del limite elástico del material, divido a su
tendencia a pandearse o flexionarse latarealmente. Se vio también que cuanto mas
larga sea la columna para una misma sección transversal, mayor será su tendencia
a pandearse y menor será su capacidad de carga. Sin embargo, la tendencia al
pandeo de las columnas no solo depende de la relación de esbeltez donde se
encuentra la longitud, sino también de otros factores como el tipo de conexión
en los extremos, excentricidades de la carga, torceduras iniciales en la
columna, esfuerzos residuales, etc.
ESFUERZOS RESIDUALES. Las investigaciones has demostrado que los esfuerzos
residuales y su distribución son factores muy importantes que afectan la
resistencia de las columnas de acero cargados axialmente. Una causa muy
importante de los esfuerzos residuales es el enfriamiento desigual que sufren
los perfiles después de haber sido laminados en caliente, por ejemplo, en un
perfil W los extremos de los patines y la parte media del alma se enfrían
rápidamente, en tanto que las zonas de intersección del alma con los patines lo
hacen mas lentamente. Las partes de la sección que se enfrían con mas rapidez al
solidificarse resisten posteriores acortamientos, en tanto que aquellas partes
que están aun calientes tienden a acortarse aun mas al enfriarse. El resultado
es que las áreas que se enfrían mas rápidamente que dan con esfuerzos residuales
de compresión, en tanto que las áreas de enfriamiento mas lento quedan con
esfuerzos residuales de tensión. La magnitud de esos valores varia entre 10 y 15
ksi, En consecuencia una columna con esfuerzos residuales se comporta como si
tuviese una sección transversal mas pequeña. Otra causa de esfuerzos residuales
puede ser también la soldadura. En los cálculos los factores de seguridad
utilizados son en parte para tomar en cuenta este aspecto
PERFILES USADOS COMO COLUMNAS. Si bien existen una gran cantidad de perfiles
que pueden ser utilizados como columnas, en la practica el número de
posibilidades se ve limitado por el tipo de secciones disponibles, por ejemplo,
nosotros si bien en el manual AISC tenemos gran variedad de perfiles, en el
mercado una gran mayoría no los vamos a encontrar. Otro aspecto que puede
limitar el uso de un determinado perfil es el tipo de conexión que se usara. -
Las secciones usadas para miembros a compresión por lo común son similares a las
usadas para miembros a tensión con ciertas excepciones, por ejemplo las placas y
varillas generalmente no se pueden usar debido a su relación de esbeltez elevada
a menos que sean muy cortas y reciban pequeña carga, como en las estructuras de
tinglados se usan las varillas redondas.
Los miembros formados por ángulos sencillos son
satisfactorios como miembros a compresión de armaduras ligeras. Las cuerdas superiores de armaduras empernadas para
techos pueden consistir en un par de ángulos espalda con espalda. Los perfiles W son los mas comunes para columnas de
edificios y para miembros a compresión de puentes carreteras. Para cargas pequeñas y medianas las secciones tubulares
son muy satisfactorias.
Cuando se usan secciones armadas, estas deben conectarse en sus lados abiertos
con algún tipo de celosía que mantenga sus partes unidas y les permita
trabajar conjuntamente.
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(Articulo enviado por: Juan E Mota. Autor
oficial: Beimar Olguin
.)
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