En el diseño de edificios, ya sea de uso industrial o habitacional, las columnas son elementos estructurales que tienen la función de transmitir las cargas hacia la base de la estructura.
Estas son diferentes de las columnetas, que son elementos básicamente de confinamiento, y tiene otra utilidad dentro de la estructura. Si quieres saber más sobre las diferencias entre las columnas y columnetas, te dejo el post a continuación:
Por lo general, las columnas son construidas de concreto armado y acero, pero hay casos en donde las solicitaciones (cargas externas) que deben resistir estos elementos (tracción, compresión, flexión y/o corte) exceden de la capacidad del material.
Es por ello, que una posible solución para este tipo de casos es de usar columnas mixtas de acero y concreto armado. Este tipo de elementos posee mejores características por la unión de estos materiales, combinando a su vez, la rapidez de la construcción, resistencia, capacidad de cubrir grandes luces y la baja relación peso/resistencia del acero, con la rigidez, amortiguamiento intrínseco y economía del concreto.
Dentro de las columnas mixtas existen 2 tipos: Las columnas en las cuales el perfil de acero se encuentra embebido en el concreto (Llamado también «Steel Reinforced Concrete», SCR) y las columnas donde un perfil tubular de acero se encuentra relleno de concreto por dentro (Llamado también «Concrete Filled Tube«, CFT o «Rectangular Concrete Fillet tube«, RCFT)
A continuación se explicará bajo que reglamentos está sustentada este tipo elemento estructural mixto.
Diseño mediante AISC 360-05
En esta normativa se presentan dos métodos de diseño estático para miembros estructurales de acero y mixtos.
El primer método de diseño se basa en tensiones admisibles (ASD) y el segundo en factores de carga y resistencia (LRFD). Las limitaciones y recomendaciones aplicables a todo tipo de columnas mixtas son:
a. Determinación de la resistencia de columnas mixtas:
Se admiten dos métodos para determinar la resistencia de columnas mixtas.
a.1 Método de distribución plástica de tensiones (Plastic Stress Distribution Method)
Se basa en suponer una variación lineal de la deformación unitaria axial en toda la sección y un comportamiento rígido-plástico de los materiales.
Este método se ilustra en forma gráfica en la siguiente figura. La armadura de confinamiento de las barras de refuerzo longitudinal está representada esquemáticamente por un estribo cerrado. Esto se muestra a modo ilustrativo y no representa necesariamente un nivel de armadura de confinamiento adecuada.
a.2 Método de compatibilidad de deformaciones (Strain-Compatibility Method)
Supone una variación lineal de la deformación unitaria axial en la sección transversal, donde acero y hormigón se deforman lo mismo (adherencia perfecta).
b. Limitaciones de los materiales
Las limitaciones de los materiales de esta norma, reflejan el rango de propiedades del material utilizadas en los ensayos experimentales en que se basan las disposiciones.
La resistencia a la compresión del hormigón f’c posee distintas limitaciones dependiendo del hormigón a utilizar:
b.1 Para hormigones de peso normal (hormigones cuya densidad es aproximadamente 2400 kg/m3):
El límite superior de 70 MPa se impuso para cálculos de resistencia, tanto para tener en cuenta la insuficiente información que se disponía en ese momento sobre esa resistencia, como para considerar además, los cambios en aquellos modos de comportamiento frágil como es la tensión de corte.
b.2 Para hormigones livianos (corresponde a un hormigón cuya densidad no excede 1840 kg/m3
El límite superior de 42 MPa se impuso para promover el uso de hormigón liviano de buena calidad, pero con disponibilidad adecuada.
c. Conectores de corte
Pueden usarse como conectores de corte: barras con cabeza cuya longitud no sea menor a cuatro veces el diámetro de la barra, después de instaladas; o canales laminadas en caliente.
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