La columna de hormigón armado es un miembro de compresión y transfiere las cargas de la estructura al suelo a través de los cimientos. Hay tres modos de falla de las columnas de hormigón (elementos de compresión), es decir, falla debido a compresión pura, compresión combinada e inestabilidad elástica. La capacidad de carga y los modos de falla de una columna de hormigón armado se basan en la relación de esbeltez.
La relación de esbeltez es la relación entre la longitud efectiva y la dimensión lateral mínima de la columna según las normas británicas. Pero según el Código de práctica del American Concrete Institute (ACI), la relación de esbeltez se define como la relación entre la longitud efectiva de la columna y su radio de giro. La longitud efectiva de una columna depende de sus condiciones de apoyo en los extremos.
Tipos de fallas en columnas
Con base en la relación de esbeltez de la columna, existen tres modos de falla de las columnas de hormigón armado. Se supone que las columnas están cargadas centralmente (sin cargas excéntricas).
Modo – 1: Falla de columna debido a compresión pura
Cuando las columnas de hormigón armado se cargan axialmente, el acero de refuerzo y el hormigón experimentan tensiones. Cuando las cargas son altas en comparación con el área de la sección transversal de la columna, el acero y el hormigón alcanzan el límite elástico y la columna falla sin sufrir ninguna deformación lateral.
La columna de hormigón se aplasta y el colapso de la columna se debe a la falla del material. Para superar esto, la columna de hormigón debe tener suficiente área de sección transversal, de modo que la tensión esté por debajo del límite especificado. Este tipo de falla se ve generalmente en el caso de pedestales cuya altura a la dimensión lateral mínima es menor a 3 y no experimentan flexión debido a cargas axiales.
Modo – 2: Falla de columna debido a flexo compresión
Las columnas cortas suelen estar sujetas a cargas axiales, cargas laterales y momentos. Las columnas cortas bajo la acción de cargas y momentos laterales sufren deflexión lateral y flexión.
Las columnas largas sufren deflexión lateral y flexión incluso cuando solo están cargadas axialmente. En tales circunstancias, cuando las tensiones en el acero y el hormigón alcanzan su límite elástico, ocurre la falla del material y falla la columna de concreto armado. Este tipo de falla se denomina falla combinada de compresión y flexión o flexo compresión.
Modo – 3: Falla de columna debido a inestabilidad elástica (Pandeo)
Las columnas largas son muy esbeltas, es decir, su longitud efectiva hasta la dimensión lateral mínima es superior a 12. En tales condiciones, la capacidad de carga de las columnas de hormigón armado se reduce drásticamente para un área de sección transversal y un porcentaje de acero de refuerzo dados.
Cuando este tipo de columnas de hormigón se someten incluso a cargas pequeñas, tienden a volverse inestables y pandearse hacia cualquier lado. Por lo tanto, el acero de refuerzo y el hormigón en tales casos alcanzan su límite elástico incluso para cargas pequeñas y fallan debido al pandeo elástico lateral.
Este tipo de falla es inaceptable en construcciones prácticas de concreto. El código o norma impide el uso de columnas tan largas para relaciones de esbeltez superiores a 30 (para columnas no arriostradas) para el uso en estructuras de hormigón.
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