Diseño de columnas de HA con acero simétrico mediante Diagramas de Interacción

Revista de Arquitectura e Ingeniería E-ISSN: 1990-8830 [email protected] co. cu Empresa de Proyectos de Arquitectura e ngeniería de Matanzas Cuba Rodríguez García, Carlos; Blanco Heredia, René Diseño de columnas de HA con acero simétrico mediante Diagramas de Interacción. Revista de Arquitectu 2012, pp. 1-21 Empresa de Proyecto e pa Matanzas, Cuba Disponible en: http://w. n. n. na. re a yc. or 193926410003 Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc. rg Sistema de Información CientiTica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto m. 3, diciembre, 8 nier[a de Matanzas a Icu columnas son elementos sometidos a flexocompresión, este tipo de diseño resulta muy complejo pues esta solicitación origina un estado deformacional último que puede hacer fallar la sección en cualquiera de las posibles combinaciones de carga axial de compresión y de momento flector.

El comportamiento de secciones específicas de columnas de hormigón armado es descrito muy claramente mediante gráficos denominados Diagramas de Interacción. Para la realización de este trabajo, se ha hecho un estudio del diseño de columnas solicitadas ante la flexocompresión, el empleo del método gráfico de los diagramas de interacción, realizándose además una comparación entre el método gráfico y el método de diseño analítico, con el objetivo de validar el primero. Palabras clave: Diagramas de interacción, Flexocompresión, Columnas, Diseño.

Revista de Arquitectura e Ingeniería. 2012, vol. 6 no. 3 ISSN 1990-8830 / RNPS 2125 ng. Carlos Rodríguez García, Ing. René Blanco Heredia. Diseño de columnas de HA con acero simétrico ediante Diagramas de Interacción. ABSTRACT: Columns are elements submitted generally to action combined of flexion and axial load of co 20F this tvpe of design proves plex. The behavior of the use of interaction diagrams. Finally is done a comparison between the graphical method and the method of analytical design for the sake of validating the first.

Keywords: Diagrams of interaction, Combined bending, Columns, Design- ntroducción: Las columnas son elementos generalmente sometidos a la acción combinada de momento y fuerza axial, dado que la compresión pura es un estado teórico; esta acción ombinada se conoce con el nombre de flexocompresión; y estos esfuerzos pueden aparecer como consecuencia de la hiperestaticidad de una estructura, bajo la acción de un sistema de cargas dado, o también pueden estar originados por el efecto de una carga cuya acción, no coincida con el baricentro plástico de la sección.

Este diseño presenta una marcada complejidad, porque el fallo no está determinado por una combinación única de carga axial (P) y momento flector (M), sumándosele a esto también la complejidad de los sistemas de ecuaciones que se forman para cada uno de estos estados de fallo. Este tipo de solicitación se encuentra presente en las edificaciones aporticadas y las estructuras en general; y aparecen debido a la continuidad de las mismas al tener que sostener el resto de los elementos que son necesarios para cubrir los espacios y mantener la altura. laramente mediante los gráficos denominados «curvas o diagramas de interacción», que no son más que «el lugar geométrico de to naciones de las cargas 30F actuantes que llevan a un geométrico de todas las combinaciones de las cargas actuantes que llevan a un elemento a alcanzar su estado límite de resistencia».

Valdéz, 2001) Desde la década de los 70 se viene manejando el tema por diferentes autores, de crear diagramas para facilitar el diseño, como son los casos de los ingenieros españoles Pedro Jiménez Montoya y José Calavera Ruiz, pero no existe un manual específico que responda a las características de las secciones más utilizadas en el entorno local del investigador, y que tenga en cuenta los diferentes tipos de acero cubanos, las resistencias de hormigón, los recubrimientos, y los factores de seguridad, quedando clara a partir de estos elementos, la actualidad de esta investigación.

Como antecedentes en Cuba de estos diagramas de interacción, tenemos los creados por el Dr. Ernesto Valdés Avellaneda, en estos casos, por ejemplo, los diagramas fueron creados para calidades de aceros que no se corresponden con las establecidas por la norma cubana NC 07:2002 «Barras de Acero para Refuerzo de Hormigón. Especificaciones» vigente en la actualidad. 2 Ing. Carlos Rodríguez García, Ing. René Blanco Heredia.

Diseño de Además de esto, se prete ramas de interacción con enfoque hacia el Código n Técnico de Normalización del Cálculo de Estructuras de Hormigón, del Ministerio de la Construcción (MICONS), CTN 38, de reorientar el Reglamento cubano hacia dicho código. En la Empresa de Proyectos de Arquitectura e Ingeniería (EMPAI) de Matanzas. Cuba, no existe referencia de los diagramas de interacción para las secciones más utilizadas en los diseños de columnas, de los diseños que en ella se realizan.

Desarrollo: Generalidades «En el principio se usó un tallo, o un palo, quizá lo fue sin dejar de ser árbol, al cobijar en su cabaña a nuestros primeros padres» (Torroja, 1970), posteriormente la piedra, el hierro, el acero, el hormigón y el ormigón armado; las excepcionales virtudes de este último como material de construcción, determinaron una rápida expansión de su utilización en la construcción de columnas. El hormigón armado es una piedra orgánicamente constituida, dentro de cuya masa el complejo tendinoso de la armadura se distribuye óptimamente, se dosifica para prestar al hormigón la resistencia a la tracción que necesita en cada punto, y se orienta y se refuerza según las exigencias del plexo tensional previsto». Torroja, 1970) «En sus inicios el Hormigón Armado era presentado por entidades o individuos que patentaban ideas de iseño, pero sin que ni los mismos que presentaban sus patentes u otros investigadores dieran normas realmente cientificas para su empleo, lo cual condujo a fracasos que hicieron que algunos países llegaran a prohibir su uso». López Los diagramas de interacci tan como una solución (López Agüero, 1978) Los diagramas de interacción se presentan como una solución viable al diseño de columnas, según (González y Robles; 2005) «el diagrama de interacción corresponde a un elemento definido perfectamente en su geometría y materiales, y representa el conjunto de valores de acciones interiores áximas que el elemento es capaz de soportar».

A continuación, en la Figura No 1, se muestra una curva de interacción de una columna tipo, en la que no se han incluido, ni el factor de reducción de resistencia, ni la reducción de carga axial última por excentricidad minima de las cargas axiales. Figura 1: Curva de interacción 3 Este método requiere de un análisis singular, pues cada una de estas secciones posee un gráfico independiente, obedeciendo a las variables siguientes: Peralto total de la sección el método de obtención de los diagramas de interacción se basa en hallar ese onjunto de puntos y graficarlos para que puedan ser utilizados posteriormente.

La capacidad resistente de la sección transversal de un elemento de hormigón armado solicitado a flexocompresión, se evalúa a partir de un sistema de ecuaciones, llamadas ecuaciones de campo, conformado por: Las ecuaciones de Equilibrio a nivel de sección. Las ecuaciones de Compatibilidad de las deformaciones.

Las ecuaciones Físicas o Constitutivas de los materiales Realizar estos diagramas de forma dimensional puede hacer más difícil su análisis, logrando ecuaciones mayores longitudes que el análisis adimensional, pero facilita que l operador de los diagramas al no perder el sentido físico de las mismas, cuando no se domina perfectamente la teoría de los mismos.

Por otra parte, realizar los diagramas de forma dimensional aumenta el número de estos representativamente, pero agiliza el trabajo del diseñador al poder interactuar directamente con el valor del momento y carga axial, no debiendo convertir estas solicitaciones en valores adimensionales, proceso que resulta trabajoso para algunos profesionales, no habituados a este tipo de diseño. El diseño de secciones con igual armadura por ambas caras viene impuesto, bien por una posible nversión de momentos o por facilidades constructivas, especialmente en eleme que, de no existir otro tipo dos, en los 7 OF e distinga una cara de la otra tal como cartelas a un solo lado, planchas u otros insertos, se corre el riesgo de que la columna se monte en posición invertida.

Por eso es preferible igualar ambos refuerzos, lo cual está tanto más justificado cuanto menor sea la excentricidad de la carga, es decir, cuando mas se acerca el elemento al caso particular de la compresión axial, ya que es entonces cuando por cálculo las áreas de acero son similares». (Medina, y Ruiz, 1986) Método de obtención de los diagramas de interacción. Los diagramas de interacción se obtienen siguiendo un procedimiento analítico que se encarga de resolver a partir de las ecuaciones físicas o constitutivas que se acepten para el hormigón y el acero, el equilibrio y la compatibilidad de las deformaciones a nivel de sección» (Hernández Caneiro, 2006) como se expresó anteriormente.

La también conocida como curva de carga momento se conforma a partir de una serie específica de puntos ubicados en todo el rango de falla del elemento, variando la profundidad relativa de la línea neutra k) en todo un rango de valores que inan desde satisfacer que M Oy P = 0, hasta la compresión teóricamente centrada.

Esos puntos son divididos para su análisis en tres grupos: 4 columnas de HA con acer 80F mediante Diagramas de In Series de Puntos Los puntos básicos corresponden con los casos de flexión pura (Punto 0), compresión simple (Punto G) y el punto de compresión máxima (Punto H). Los puntos notables están ubicados en las fronteras entre los dominios de fallo, definiendo por tanto, las ecuaciones físicas y constitutivas para esos estados; estos se muestran a continuación: Punto A.

Frontera entre los dominios 2 y 3a Frontera entre los dominios 3 y 3a Frontera entre los dominios 3a y 4 Frontera entre los dominios 4 y 4a Frontera entre los dominios 4ay 5 Frontera entre los dominios 5 y 5a Finalmente las series de puntos estarán formadas por grupos de estos ubicados entre los puntos notables con el objetivo de lograr una mayor precisión en la obtención de los diagramas de interacción. Estos puntos están divididos en 6 series de 3 puntos cada una, excepto la serie E que consta de 5, haciendo un total de 20 puntos y siendo estas: Serie O ’02 serie C Serie A A2 serie B | 32 Serie D/ D2 IE2 0 DF 18