Elementos de concreto reforzado II

Por Jorge Olmedo Montoya Vallecilla

El presente texto comprende la segunda parte del libro Elementos de concreto reforzado. Debido a que el tema de columnas es bastante extenso y que en el primer volumen solamente se estudiaron columnas cortas cargadas uniaxialmente, en este segundo volumen se inicia con el análisis y diseño de columnas biaxiales. Para esto, se estudian las teorías más conocidas para el diseño biaxial de columnas y se desarrollan ejemplos aplicativos para una mejor comprensión.

Se profundiza en el análisis de columnas biaxiales por medio de compatibilidad de deformaciones y se comparan los resultados obtenidos con los de la teoría clásica. 

• Idioma: Español
• Editorial: Ediciones Unibagué
• Fecha de lanzamiento: 1 nov 2017
• ISBN: 9789587542684

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1. Columnas biaxiales

El hecho de que se presente flexión en los dos ejes principales indica que el elemento está sometido a la acción de flexión biaxial, la cual afecta el análisis y el diseño del elemento estructural, y exige mayores detalles que para el caso de flexión uniaxial. Es importante prestar atención especialmente a las columnas esquineras. Un esquema de la flexión biaxial se presenta en la Figura 1.1.

Figura 1.1. Comportamiento de la columna por flexión biaxial

Fuente: El autor

Se presenta flexión en el eje x y en el eje y.

Se considera que una columna está en flexión biaxial cuando la carga vertical está aplicada en un punto tal que puede descomponerse en dos fuerzas, una en cada eje ortogonal.

1.1 Flexión combinada

Para determinar la resistencia a la flexión biaxial de una columna con carga axial, se representa de forma gráfica como una superficie formada por curvas de interacción uniaxial trazadas radialmente a partir del eje P, como se muestra más adelante en la Figura 1.4.

Una columna con carga biaxial es básicamente una con la que tiene carga respecto a un eje oblicuo. La dificultad radica en lo laborioso de los cálculos aritméticos, la que se incrementa al momento de optimizar el refuerzo calculado o la sección transversal. Las curvas de interacción o las tablas en la flexión uniaxial, que son de mucha ayuda a la hora de diseñar una columna, no pueden usarse en la flexión biaxial, dado que esto implica múltiples interpolaciones a la hora de relacionar los momentos flectores respecto a cada eje. En su lugar, se utilizan enfoques desarrollados por investigadores, en los cuales se analiza la respuesta de la columna en flexión biaxial respecto a su resistencia uniaxial para cada eje. En las figuras 1.2 y 1.3 se presenta el caso de la flexión combinada y el área que resulta, así como la determinación geométrica de la posición del eje neutro.

Figura 1.2. Flexión sobre los ejes principales

Fuente: El autor

Figura 1.3. Flexión combinada

Fuente: El autor

La orientación de la excentricidad (definida en la Figura 1.3c) se calcula con la ecuación 1.1.

El área de compresión puede resultar cualquiera, lo cual depende de las excentricidades de la carga.

Diagramas de interacción. En columnas biaxiales, al igual que en las uniaxiales, también es posible representar la resistencia de las columnas por medio de una superficie de interacción, como la que se presenta en la Figura 1.4. Ya que es un volumen en lugar de un área, todos los puntos de combinación de carga y momentos en ambas direcciones sobre la superficie o en su interior cumplen con la resistencia requerida para la columna específica. La variedad de diagramas se obtiene al variar la inclinación del eje neutro. Si se imagina un plano paralelo al plano xy y que corte la superficie espacial, se estará representando una sección con Pu constante, al que le corresponderán valores específicos Mux y Muy.

Figura 1.4. Flexión combinada. Superficie de falla