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Academic year: 2020

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(1)

Leonardo López Carvajal Cód. 1110277 Raúl Carrascal Quintero Cód. 1110294 Roger Tabón Galvis Cód. 1110298 Laura Díaz Caselles Cód. 1110303

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CONTENIDO

• ¿Qué es columna?

• Comportamiento estructural • Columnas de concreto

Columnas aporticadas Mampostería confinada • Columnas metálicas

• Columnas de madera • Costos generales

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¿QUÉ ES COLUMNA?

Son elementos estructurales sometidos principalmente a carga axial de compresión o a compresión y flexión, incluyendo o no torsión o esfuerzos contantes y con una relación de longitud a la menor dimensión de la sección de tres o mas.

TIPOS:

Distinguimos los siguientes tipos de columnas.

1. Columnas reforzadas longitudinalmente con barras redondas y transversalmente con estribos o espirales.

2. Columnas compuestas rodeados o no por concreto, reforzadas longitudinalmente con perfiles de acero estructural o concreto llenando dichos perfiles en ocasiones con barras redondas longitudinales y algún tipo de refuerzo transversal.

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COMPORTAMIENTO

ESTRUCTURAL

Dentro de los requisitos fundamentales de una estructura o elemento estructural están: equilibrio, resistencia, funcionalidad y estabilidad.

La inestabilidad en la columnas se refiere al pandeo lateral, el cual es una deflexión que ocurre en la columna cuando aparece incrementa el momento flector aplicado sobre el elemento, creciendo así la curvatura de la columna hasta la falla.

La deformación de la columna varia según ciertas magnitudes de cargas, para valores de P bajos se acorta la columna, al aumentar la magnitud cesa el acortamiento y aparece la deflexión lateral.

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Según el uso actual de la columna como elemento de un

pórtico, no necesariamente es un elemento recto vertical, sino es el elemento donde la compresión es el principal factor que determina el comportamiento del elemento.

Es por ello que el pre dimensionado de columnas consiste

en determinar las dimensiones que sean capaces de resistir la compresión que se aplica sobre el elemento así como una flexión que aparece en el diseño debido a diversos factores. Es importante tener claro que una columna siempre debe ser continua para que sea estable y resistente.

Cabe destacar que la resistencia de la columna disminuye

debido a efectos de geometría, lo cuales influyen en el tipo de falla.

(7)

El efecto geométrico de la columna se denomina esbeltez y es un

factor importante, ya que la forma de fallar depende de la esbeltez, para la columna poco esbelta la falla es por aplastamiento y este tipo se denomina columna corta.

Los elemento más esbeltos se denominan columna larga y la falla es

por pandeo.

La columna intermedia es donde la falla es por una combinación de

aplastamiento y pandeo. Además, los momentos flectores que forman parte del diseño de columna disminuyen la resistencia del elemento tipo columna.

Los factores que influyen en la magnitud de la carga crítica son la

longitud de la columna, las condiciones de los extremos y la sección transversal de la columna.

(8)

Efecto de columna corta, falla por cortante (Popayán, 1983)

(9)

• Terremoto de 1971 en San Fernando, California.

• Estas columnas soportaban un puente, el daño que se presento se debió a torsión (rotación horizontal ) en las columnas. La torsión se traduce en fuerzas cortantes que actúan sobre el refuerzo lateral en espiral. Era varilla #4 (13 mm de diámetro), las vueltas del espiral estaban 30.5 cm de separadas, es una distancia muy grande por lo que la fuerza cortante supero la resistencia del espiral y no fue capaz de confinar el concreto de la columna. Espirales con un espaciamiento menor proporcionan una capacidad mayor a fuerza cortante.

(10)

Problema de transición de

columna, la columna inferior es de sección circular y la superior de sección rectangular. Las varillas longitudinales de la columna superior están por fuera de la columna inferior, esto origina una articulación en el nudo. Los momentos de la columna superior no se pueden transmitir a la columna inferior. El comportamiento de esta estructura es como si estuviera apoyada en la columnas circulares en lugar de hacerlo hasta el suelo. Es una estructura inestable ante cargas laterales (sismos). También se puede apreciar una falla por cortante en la columna superior.

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COLUMNAS DE CONCRETO

DIMENSIONAMIENTO

ESTRUCTURAS DE CAPACIDAD DE DISIPACION DE

ENERGIA MINIMA (DMI)

Para columnas que pertenezcan a la estructura principal

el diámetro mínimo de la sección para columna circular

será de 0.25m y para columnas rectangulares, la

dimensión mínima de la sección será de 0.20m con un

área de 0.06m2.

Recomendación diámetro mínimo de barra de refuerzo:

#4

(12)

ESTRUCTUAS DE CAPACIDAD DE DISIPACION DE

ENERGIA MODERADA (DMO)

La dimensión menor de la sección para columnas que

sostengan mas de dos pisos, medida en una línea recta

que pase a través del centroide la sección, no será menor

que 0.25m. Las columnas en forma de T, C o

I,

pueden

tener una dimensión mínima de 0.20m, pero su área no

puede ser menor de 0.0625m2. a manera de sugerencia la

relación entre la dimensión del elemento y la dimensión

perpendicular a ella no debe ser menor que 0.3.

Recomendación diámetro mínimo de barra de refuerzo:

#4

(13)

ESTRUCTUAS DE CAPACIDAD DE DISIPACION DE

ENERGIA ESPECIAL (DES)

Las columnas deben tener una dimensión mínima en su

sección, medida sobre una línea recta que pase a través del

centroide la sección de 0.30m. La relación entre la

dimensión menor de la sección y la dimensión perpendicular

a ella no debe ser menor de 0.4. las columnas en forma de T,

C o

I,

pueden tener una dimensión mínima de 0.25m, pero

su área no puede ser menor de 0.09m2.

En todas las estructuras la fuerza axial mayor en el elemento

debe ser mayor que 0.10f’cAg.

(14)

REFUERZO

REFUERZO LONGITUDINAL:

El área de refuerzo longitudinal de la columna, sin tener

en cuenta la capacidad de disipación de energía de la

estructura, a la cual pertenece, no debe ser menor de

0.01 ni mayor de 0.06 veces el área total Ag de la

sección. Para casos normales, se sugiere no pasar de

0.04.

Numero mínimo de barras Sección

4 Rectangular o circular 3 Triangular

6 Espirales que cumplan los requisitos de la NSR-98

(15)

REFUERZO TRANSVERSAL

Constituido por estribos y refuerzo en espiral.

ESTRIBOS

Estribos de barra

Barras longitudinales < #10

(32mm) #3 (10mm)

Barras en paquete o Barras

longitudinales >= #11 (35mm) #4 (12mm)

Estructuras DMI o columnas

(16)

El espaciamiento vertical entre estribos

será el menor entre 16 diámetros de la

barra longitudinal, 48 diámetros de la

barra del estribo o la menor dimensión

de la columnas.

ESPIRALES

Consiste en barras continuas igualmente

espaciadas alineadas y firmemente fijadas

en su lugar por medio de espaciadores

verticales.

(17)

Barras

longitudinales con flejes transversales

Barras

longitudinales con aros en

(18)

COLUMNAS APORTICADAS

Aquellas que junto con las vigas forman un pórtico de

nudos empotrados y se encargan de transmitir las cargas

sin afectar los muros.

Columnas

continuas en el centro comercia Ventura Plaza, Cúcuta

(19)
(20)
(21)
(22)

MAMPOSTERIA CONFINADA

El método de construcción de mampostería de muros

confinados se basa en la colocación de unidades de mampostería conformando un muro que luego se confina con vigas y columnas de concreto reforzado vaciado en el sitio.

Los muros estructurales de las viviendas de uno o dos pisos

tienen que estar bien pegados, deben ser continuos en altura y confinados a través de vigas y columnas o columnetas a su alrededor.

Los muros confinados son cuando el refuerzo se concentra en

del perímetro en vigas y columnas de confinamiento en concreto reforzado.

(23)
(24)

Se debe reforzar los vanos de un muro, con

columnetas alrededor de los mismos.

No se deben dejar espacio en la parte superior

del muro,

cerca

de la

columna

de

confinamiento. Un sismo puede hacer fallar

fácilmente la columna si el muro no esta

completo en toda la altura. Esta situación se le

conoce como “efecto de columna corta” dado

que la fuerza sísmica se concentra en el tramo

de la columna que no tiene muro.

(25)
(26)

El confinamiento de los muros mediante

columnas de amarre es fundamental para que los

muros soportes las fuerzas inducidas por el sismo.

Las columnetas o columnas se construyen

después de haber levantado en su totalidad el

muro que van a confinar.

Deben construirse en lo posible amarres y

elementos de confinamiento alrededor de todos

los muros y vanos de la estructura.

(27)
(28)

Se

deben

construir

columnetas

de

confinamiento

en

los

extremos de los muros, en

la intersección de muros

estructuras y en puntos

intermedio a distancias no

mayores a 35 veces el

espesor del muro, o a 1.5

veces la distancia entre los

amarres

verticales,

o

(29)

COLUMNAS DE

CONFINAMIENTO

La sección mínima de las columnas de confinamiento debe ser de 200cm2. su ancho mínimo debe ser igual al ancho del muro.

• El acero no debe doblarse excesivamente en los cambios de espesor de las columnas o al entrar en la cimentación.

No se deben doblar las varillas que se encuentran embebidas en el concreto recién endurecido. Todas las varillas deben doblar

(30)

El acero debe tener una

resistencia mínima de 2400kg/cm2

Se debe lograr continuidad

de elementos de confinamiento.

Dobles de los estribos

mínimo de 8cm en ambos extremos. Debe utilizarse alambre No. 18 para el amarre.

(31)

El concreto de las

columnas

debe

mantenerse húmedo

y protegido del sol y

el viento al menos

durante los primeros

7 días después de

vaciado.

El curado del concreto es fundamental

para garantizar una buena calidad y

resistencia del material a largo plazo.

(32)

VULNERABILIDAD SISMICA

VULNERABILIDAD BAJA:

Las columnas que tienen mas de 20 cm de espesor o mas de 400

cm2 de área transversal.

Las columnas que tienen al menos 4 barras No. 3 longitudinales y

estribos espaciados a no mas de 10 a 15 cm.

Existe un bueno contacto entre el muro de mampostería y los

elementos confinamiento.

El refuerzo longitudinal de las columnas debe estar

adecuadamente anclado en sus extremos y a los elementos de cimentación.

(33)

Vulnerabilidad baja

Vulnerabilidad media

(34)

Colapso de muros de mampostería estructural (Popayán, 1983).

(35)

COLUMNAS METALICAS

Sección de la columna

La resistencia correspondiente a cualquier

modo de pandeo no puede desarrollarse si los

elementos de la sección transversal son tan

delgados que se presenta un pandeo local. Por

lo tanto existe una clasificación de las secciones

transversales según los valores límite de las

razones ancho-espesor y se clasifican como

compactas, no compactas o esbeltas.

(36)

COLUMNAS METALICAS

TIPOS DE SECCIONES PARA COLUMNAS

Teóricamente se puede seleccionar un sin numero de

perfiles para resistir con seguridad una carga de

compresión en una columna dada.

Desde un punto de vista practico, no obstante, el

numero de soluciones posibles queda limitado

estrictamente por consideraciones tales como:

secciones disponibles, problemas de conexión y tipos

de estructura en los que se utilizara la sección.

(37)

Las siguientes secciones han probado ser

satisfactorias para ciertas condiciones.

(38)

PERFILES

Perfil W: El mas utilizado en edificios altos, costos de fabricación

bajos, fáciles de conectar a otros miembros.

Perfil T: Adecuados como miembros de cuerdas en compresión de

armaduras de techo soldadas, ya que los miembros del alma se pueden soldar directo al alma de la te.

Angulo sencillo: Son ventajosos para puntales y montantes en

armaduras ligeras. Las ángulos sencillos de lados iguales son mas económicos q los de lados desiguales.

Canal: Se utilizan como miembros a compresión en torres, así como

(39)

Las secciones

hss cuadradas

,

hss

rectangulares

y

tubulares

circulares

tienen una distribución de material

mas favorable en su sección

trasversal que los perfiles

[

y con

frecuencia

resultan

ser

mas

(40)

SECCIONES COMPUESTAS

Una sección compuesta consiste en la unión

de varios elementos atornillados o soldados

entre si. Los elementos de una sección armada

se pueden soldar de manera continua y

mantener unidos e interconectados, de forma

muy estrecha, mediante placas de costura a

intervalos, o separadas con amplitud y

conectado mediante un sistema continuo de

celosías.

(41)
(42)

Angulo doble: es una sección compuesta por dos ángulos

conectados espalda con espalda, utilizados como cuerdas o miembros del alma de las armaduras de techo.

Par de canales: se utilizan como alma para grandes

armaduras en techos y puentes.

Cuatro ángulos en cajón: este tipo de sección compuesta se

encuentra en plumas de grúas o en pequeños mástiles y en grúas torre.

Sección cajón: se usa en algunas veces como columna de

edificio o como miembro de alma en una gran armadura de alma abierta o calada.

(43)

Otro tipo de sección

compuesta es la que es

construida

con

soldadura, este tipo de

sección resulta ser mas

satisfactoria que las

unidas por celosías y

además

son

mas

económicas.

(44)

COLUMNAS DE CELOSIA

Son un tipo de columnas que usan miembros

compuestos o armados de alma llena que

usan placas de costura o celosías atornilladas

o soldadas, que unen los elementos de una

sección transversal y los mantienen en

posición apropiada para que actúen en

conjunto como una sola unidad.

(45)
(46)
(47)

CONEXIONES

Miembros fabricados: en los extremos de miembros

fabricados sometidos a compresión, con apoyos sobre platinas de base o superficies cepilladas, todos los componentes que se hallen en mutuo contacto deben conectarse mediante pernos o remaches, distanciados longitudinalmente menos de 4 diámetros, en una distancia igual a 1 ½ veces del ancho máximo del miembro, o mediante soldaduras continuas de longitud no inferior a dicho ancho.

La separación máxima longitudinal de pernos, remaches o soldaduras intermitentes que conecten entre si dos perfiles de acería no debe exceder de 610 mm .

(48)

Colocación de soldaduras y pernos:

los grupos

de soldaduras o pernos en los extremos de

cualquier miembro que transmitan fuerzas

axiales a tal miembro se colocaran en tal forma

que el centro de gravedad del grupo coincida

con el centro de gravedad del miembro, a

menos que se tenga en cuenta los esfuerzos

producidos por la excentricidad.

(49)

LIMITACIONES EN CONEXIONES SOLDADAS Y

EMPERNADAS

Debe utilizarse soldaduras o pernos de alta

resistencia totalmente tensos, en las siguientes

conexiones:

Empalmes de columnas en todas las estructuras de

varios pisos de 60metros o mas de altura.

Empalmes de columnas en estructuras de varios

pisos de 30 a 60 metros de altura, si la dimensión

mínima horizontal es inferir al 40% de la altura.

(50)

Empalmes de columnas en estructuras de varios

pisos de menos de 3º metros de altura, si la

dimensión mínima horizontal es inferior al 25%

de altura.

En todas las estructuras que soportan grúas de

más de 5 toneladas de capacidad en los

siguientes sitios: empalmes de cerchas de

cubierta y conexiones de cerchas a columnas,

empalmes de columnas, arriostramientos de

columnas, pies de amigos y apoyos de la grúa.

(51)
(52)
(53)

COLUMNAS DE MADERA

Las columnas de madera pueden ser

de varios tipos: maciza, ensamblada,

compuesta y laminadas unidas con

pegamento. De este tipo de

columnas la maciza es la más

empleada, las demás son formadas

por varios elementos.

(54)

REQUISITOS DE CALIDAD PARA MADERA ESTRUCTURAL

Estas maderas tendrán un uso básicamente resistente ya que constituyen el armazón estructural de las construcciones. Es decir, forman la parte resistente de muros, paredes, pisos, cubiertas, etc., las condiciones de calidad que debe cumplir este material son las siguientes:

Debe ser madera de especies forestales consideradas como adecuadas para construir, es decir, que maderas aun no agrupadas estructuralmente deberán estudiarse de acuerdo con la metodología del capitulo1 del manual de diseño del pacto andino.

Deben ser, en lo posible, piezas de madera dimensionadas de acuerdo con las escuadrías o secciones preferenciales indicadas en la tabla.

(55)

El contenido de humedad deba corresponder a la

humedad de equilibrio del lugar. Cuando las maderas de los grupos A y B, ofrecen dificultades al clavado y labrado se pueden trabajar en estado verde, pero adoptando precauciones para garantizar que las piezas al secarse mantengan su forma, los elementos de unión no sufran corrosión y la madera se pueda contraer libremente sin ser afectada por los detalles constructivos

La madera de uso estructural deberá tener buena

durabilidad natural o estar adecuadamente preservada. Además se deben aplicar todos los recursos para protegerla mediante el diseño constructivo del ataque de hongos, insectos y focos de humedad.

(56)

TABLA G.1-1 secciones preferenciales PADT-REFORT

CLASIFICACIÓN MECANICA:

Grupo A: maderas con densidad básica superior a 710 kg/m³Grupo B: maderas con densidad básica entre 560 y 700 kg/m³Grupo C: maderas con densidad básica entre 400 y 550 kg/m³

TABLA G-B-1 maderas colombianas según grupo estructural

LIMPIEZA DEL TERRENO:

El terreno debe limpiarse de todo material vegetal y debe realizarse los drenajes necesarios para asegurar una mínima incidencia de la humedad.

(57)

CIMENTACION:

Las obras de cimentación deben realizarse de acuerdo con las pautas estructurales y según las características de resistencia de suelo

PROTECCION CONTRA LA HUMEDAD:

Por ser higroscópica y porosa, la madera absorbe agua en forma líquida o de vapor. Si la humedad se acumula en la madera afecta sus propiedades mecánicas, se convierte en conductora de electricidad y sobre todo, queda propensa a la putrefacción y al ataque de hongos. La madera puede humedecerse por acción capilar, por lluvia o por condensación.

Toda la madera, estructural o no, expuesta a la acción directa de la lluvia debe protegerse con sustancias hidrófugas o con superficies impermeables.

Todo elemento estructural expuesto a la intemperie debe apoyarse sobre zócalos o pedestales de cemento o metálicos de tal forma que no permanezcan en contacto con el agua apozada y debe ser protegido lo mismo que los elementos de madera de recubrimiento de muros exteriores, por medio de aleros y deflectores.

(58)

Para prevenir la condensación es necesario evitar los espacios sin

ventilación, especialmente en climas húmedos. En aquellos ambientes que por su uso estén expuesto al vapor, como baños y cocinas, además de suficiente ventilación, deben protegerse las superficies expuestas con recubrimientos impermeables.

PROTECCION CONTRA LOS HONGOS:

Los hongos que atacan la madera son organismos parásitos de

origen vegetal que se alimentan de las células que la componen desintegrándola. Se producen sobre la madera húmeda bajo ciertas condiciones de temperatura por esporas traídas a través del aire o por el contacto directo con otros hongos. La protección de la madera debe comenzar, por lo tanto desde que se corta.

Debe especificarse madera que haya sido almacenada en

condiciones de mínima humedad y que haya sido tratada con fumigantes durante el apilado.

(59)

Debe desecharse la utilización de madera con

muestras de putrefacción y hongos.

La degradación de la madera causada por los hongos

podrá evitarse si se utiliza con contenidos de humedad

(CH%) menores a 18%. Se deberán tratar con

sustancias preservantes, especialmente aquellas

maderas con una baja durabilidad natural y la madera

de albura de todas las especies.

Debe evitarse el uso de clavos y otros elementos

metálicos que atraviesen la madera en las caras

expuestas a la lluvia, salvo que se sellen las aberturas.

Se recomienda el uso de clavos galvanizados.

(60)

PROTECCION CONTRA SISMOS:

Para lograr que las construcciones de madera tengan una

adecuada protección contra sismos es preciso que:

El diseño arquitectónico cumpla los siguientes requisitos

cumpla los siguientes requisitos de carácter estructural:

Que todos los elementos de la construcción estén debidamente

unidos entre si y la estructura anclada a la cimentación.

Que la distribución de los muros en planta sea tal que la longitud

de estos en cada dirección permita resistir los esfuerzos producidos por el sismo.

Que la cubierta no sea muy pesada con relación al resto de la

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Los elementos de las instalaciones de agua y

desagüe se fijen a la construcción con soportes

que eviten la rotura de los mismo durante los

movimientos sísmicos.

Las uniones de conexión a las redes públicas se

hagan por medio de empalmes que permitan

movimiento sin romperse.

Las edificaciones de dos o más volúmenes se

comporten independientemente en caso de

sismo.

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COSTOS GENERALES

Cuando las dimensiones de la columnas es

decir, columnetas, se cobra por metro lineal

Cuando las dimensiones superan a las de una

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(71)
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(73)
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(75)

BIBLIOGRAFIA

Norma colombiana de diseños y

construcción sismo resistente,

NSR-98.

Mampostería la red.

Textos en internet.

Referencias

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