Diseño de columnas de concreto reforzado

Diseño de columnas de concreto reforzado

tamaños de los pilares de hormigón armado

Los pilares son elementos de compresión verticales o inclinados que se utilizan para transferir la carga de la superestructura a los cimientos. El diseño estructural de los pilares de hormigón armado implica la provisión de un refuerzo de compresión adecuado y el tamaño de los miembros para garantizar la estabilidad de la estructura. En los casos típicos, los pilares suelen tener forma rectangular, cuadrada o circular. También son posibles otras secciones como la elíptica, la octogonal, etc.

Los pilares suelen clasificarse como cortos o esbeltos en función de su relación de esbeltez, lo que a su vez influye en su modo de fallo. En las estructuras enmarcadas, los pilares están sometidos a cargas axiales, uniaxiales o biaxiales en función de su ubicación y/o condición de carga. La norma EN 1992-1-1:2004 (Eurocódigo 2) exige que se incluyan los efectos de las imperfecciones en el diseño estructural de los pilares. El diseño estructural de los pilares de hormigón armado se trata en la sección 5.8 del EC2.

La estabilidad lateral en las estructuras de hormigón armado arriostradas la proporcionan los muros de corte, los huecos de ascensor y las cajas de escalera. Por lo tanto, todas las acciones laterales son transferidas y resistidas por los miembros estabilizadores rígidos. En un pilar arriostrado, la carga axial y los momentos de flexión en los extremos del pilar proceden de las cargas verticales que actúan sobre las vigas. Las cargas horizontales no afectan a los esfuerzos ni a la deformación del pilar. Los pilares no contribuyen a la estabilidad horizontal global de la estructura.

columna salomónica

Una columna de hormigón armado es un miembro estructural diseñado para soportar cargas de compresión, compuesto de hormigón con una armadura de acero empotrada para proporcionar refuerzo. A efectos de diseño, los pilares se dividen en dos categorías: pilares cortos y pilares esbeltos.

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La resistencia de los pilares cortos está controlada por la resistencia del material y la geometría de la sección transversal. Las barras de refuerzo se colocan axialmente en el pilar para proporcionar una rigidez axial adicional. Teniendo en cuenta la rigidez adicional del acero, la capacidad de carga nominal Pn para el pilar en términos de la tensión máxima de compresión del hormigón fc’, la tensión de fluencia del acero fy, el área bruta de la sección transversal del pilar Ag, y el área total de la sección transversal de las barras de acero Ast

donde el primer término representa la carga soportada por el hormigón y el segundo representa la carga soportada por el acero. Dado que el límite elástico del acero es un orden de magnitud mayor que el del hormigón, una pequeña adición de acero aumentará en gran medida la resistencia del pilar[1].

ejemplo de diseño de un pilar de hormigón armado

ResumenLos pilares de hormigón armado cargados axialmente apenas existen en la práctica debido al desarrollo de algunos momentos flectores. Estos momentos pueden ser producidos por las cargas gravitatorias o por las cargas laterales. En este trabajo se presenta un análisis detallado del comportamiento estructural global de 15 pilares cargados excéntricamente, así como de uno de control cargado concéntricamente. Los pilares doblados en modo de curvatura simple o de doble curvatura se ensayan experimentalmente hasta el fallo bajo el efecto de diferentes combinaciones de excentricidades finales. Se estudiaron tres relaciones de excentricidades finales, a saber, 0,1b, 0,3b y 0,5b, siendo b la anchura de la columna. En segundo lugar, se ha desarrollado una expresión que correlaciona la disminución de la capacidad axial normalizada de la columna y las excentricidades finales que actúan, basándose en los resultados experimentales y verificándolos con la fórmula disponible. En tercer lugar, basándose en el concepto de columna equivalente, se obtuvieron las columnas equivalentes con extremo de perno para columnas dobladas en modo de curvatura simple o doble. A continuación, se correlacionó el efecto de la relación de excentricidad del extremo con la longitud del pilar equivalente. Finalmente, se propuso un procedimiento de diseño simplificado para columnas arriostradas con carga excéntrica, transfiriéndolo a una columna esbelta con carga axial. Los resultados del procedimiento de diseño propuesto mostraron resultados comparables con los del código ACI 318-14.

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cálculo de columnas de hormigón armado bs 8110

Utilizando los miembros de RF-CONCRETE, el cálculo de columnas de hormigón es posible de acuerdo con ACI 318-14. El cálculo preciso de las armaduras longitudinales y a cortante de los pilares de hormigón es importante para las consideraciones de seguridad. El siguiente artículo confirmará el cálculo de la armadura en barras de RF-CONCRETE utilizando ecuaciones analíticas paso a paso según la norma ACI 318-14, incluyendo la armadura de acero longitudinal requerida, el área de la sección bruta y el tamaño/espacio de los tirantes.

Análisis de la columna de hormigónUna columna de hormigón cuadrada reforzada se diseña para soportar una carga axial muerta y viva de 135 y 175 kips respectivamente utilizando el diseño ULS y las combinaciones de carga LRFD factorizadas según la norma ACI 318-14 [1] como se presenta en la Figura 01. El material de hormigón tiene una resistencia a la compresión f’c de 4 ksi mientras que el acero de refuerzo tiene un límite elástico fy de 60 ksi. El porcentaje de refuerzo de acero se asume inicialmente como el 2%.

Comparación con RFEMUna alternativa para el cálculo manual de un pilar cuadrado es utilizar el módulo adicional RF-CONCRETE Members y realizar el cálculo según el ACI 318-14 [1]. El módulo determinará la armadura necesaria para resistir las cargas aplicadas en el pilar. Además, el programa también diseñará el refuerzo proporcionado basado en las cargas axiales dadas en el pilar mientras se consideran los requisitos de separación de la norma. Basado en las cargas aplicadas para este ejemplo, RF-CONCRETE Members ha determinado un área de refuerzo de barra longitudinal requerida de 1.92 in2 y un área provista de 3.53 in2. La longitud de desarrollo calculada en el módulo adicional es igual a 0,81 pies. La discrepancia en comparación con la longitud de desarrollo anterior calculada con ecuaciones analíticas se debe a los cálculos no lineales del programa incluyendo el factor parcial γ. El factor γ es la relación de los esfuerzos internos últimos y actuantes tomados de RFEM. La longitud de desarrollo en los miembros de RF-CONCRETE se encuentra multiplicando el valor recíproco de gamma por la longitud determinada desde 25.4.9.2 [1]. Se puede encontrar más información sobre este cálculo no lineal en el archivo de ayuda de RF-CONCRETE Members enlazado más abajo. Esta armadura se puede previsualizar en la Figura 03.

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