Estado de esfuerzos y deformaciones en columnas

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educacion Superior

Instituto Universitario Rafael Federico Palacios

Fundación Misión Sucre

Aldea Charallave

Catedra: Sistemas Estructurales

Tema:6

ESTADO DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN COLUMNAS

Facilitador Participante

Eduardo Rodriguez Beatriz Parada

Charallave, 19 de Mayo del 2015

ESTADO DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN COLUMNAS.

La columna es el elemento estructural vertical empleado para sostener la carga de la edificación. Es utilizado ampliamente en arquitectura Y construcción por la libertad que proporciona para distribuir espacios al tiempo que cumple con la función de soportar el peso de la construcción; es un elemento fundamental en el esquema de una estructura y la adecuada selección de su tamaño, forma, espaciamiento y composición influyen de manera directa en su capacidad de carga.

La columna es un elemento sometido principalmente a compresión, por lo tanto el diseño está basado en la fuerza interna, conjuntamente debido a las condiciones propias de las columnas, también se diseñan para flexiónde tal forma que la combinación así generada se denomina flexocompresión

Las columnas son elementos estructurales esbeltos y alargados, cargados axialmente en compresion. A diferencia de los elementos cortos sometidos a compresión, no fallan por compresión directa, sino por una deflexion lateral, mejor conocida como pandeo. Un ejemplo claro de este efecto se observa al tomar una regla de plástico o algún elemento esbelto y comprimirlo. El pandeo es una de las

principales causas de fallas en estructras, por lo que siempre debe considerarse en el diseño la posibilidad que ocurra.

Evaluacion de columnas como elementos estructurales.

Para la elaboracion de las columnas se estudian las características que la definen así como el comportamiento para definir los aspectos a tomar en cuenta en el diseño de las columnas de madera, acero y concreto armado.

Una columna ideal es un elemento homogéneo, de sección recta constante, inicialmente perpendicular al eje, y sometido a compresión. Sin embargo, las columnas suelen tener siempre pequeñas imperfecciones de material y de fabricación, así como una inevitable excentricidad accidental en la aplicación de la carga. La curvatura inicial de la columna, junto con la posición de la carga, dan lugar a una excentricidad indeterminada, con respecto al centro de gravedad, en una sección cualquiera

Carga Crítica.

La carga crítica de un elemento estructural unidimensional esbelto corresponde a un esfuerzo axial por encima de la cual cualquier pequeña imperfección impide que exista un equilibrio estable. Para una pieza prismática recta muy esbelta, de material elástico y con extremos articulados, la carga crítica se aproxima mucho a la llamada carga crítica de Euler:

Donde:

es el módulo de Young del material.

es el segundo momento de area

la longitud total de la pieza.

En otros casos más complejos con otras condiciones en los extremos, con sección variable, etc, la carga crítica anterior debe ser corregida por un factor constante. En piezas de sección constante puede definirse además la longitud de pandeo o como:

Donde:

es el radio de giro mínimo de la sección transversal.

es la esbeltez reducida.

la tensión mecánica usada para el cálculo de la esbeltez.

Si la pieza no es de sección constante no existe una manera de definir la longitud de pandeo, aunque el concepto de carga crítica sigue estando perfectamente definido.

Los elementos bidimensionales comprimidos como los muros de carga, entre otros, también pueden sufrir pandeo, aunque en ese caso la carga crítica se define en términos de la carga compresiva sobre el borde de la misma, para la que aparecen fenómenos de pandeo.

Columnas cortas, esbeltas e intermedias.

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.

La relación de esbeltez de cualquier elemento (sobre todo aquellos a compresión por esto es importante en columnas) es el cociente de la longitud del elemento entre el radio de giro de la sección transversal afectado por un factor que depende de las condiciones de apoyo de dicho elemento, la esbeltez es mas critica en elementos apoyados en un solo punto y es menos crítica en elementos totalmente fijos.

Depende de algunos factores, pero en sí se establece un valor y si la relación de esbeltez es menor que ese valor se considera una COLUMNA CORTA, es decir, que la resistencia de la columna está dada por la resistencia de la sección sobretodo a compresión, cuando una columna es esbelta, o sea que la esbeltez es mayor a dicho valor, su resistencia va disminuyendo pero no precisamente porque se debilite ni nada por el estilo, sino porque se vuelve inestable, antes de que alcance su capacidad de carga máxima, la columna se pandeará y ya no podrá seguir cargando.

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