6.0 comportamientocol
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COMPORTAMIENTO Y DISEÑO DE ELEMENTOS
SOMETIDOS A FLEXOCOMPRESION
COLUMNAS
DEFINICION: SON ELEMENTOS ESTRUCTURALES UTILIZADOS PARA RESISTIR BASICAMENTE SOLICITACIONES DE COMPRESION AXIAL AUNQUE POR LO GENERAL ESTA ACTUA EN COMBINACION CON CORTE, FLEXION Y TORSION.
FALLA EN COLUMNAS
LAS COLUMNAS LLEGAN A LA FALLA DEBIDO A TRES CASOS : POR FLUENCIA INICIAL DEL ACERO
EN LA CARA DE TENSION.POR APLASTAMIENTO DEL
CONCRETO EN LA CARA EN COMPRESION.
POR PANDEO.
COLUMNAS CORTAS Y ESBELTAS
COLUMNAS CORTAS.- AQUELLAS QUE PRESENTAN DEFLEXIONES LATERALES QUE NO AFECTAN SU RESISTENCIA .COLUMNAS ESBELTAS.-EN ESTAS COLUMNAS NO SOLO HAY QUE RESOLVER EL PROBLEMA DE RESISTENCIA SINO TAMBIÉN EL DE ESTABILIDAD
COLUMNAS CORTAS
COLUMNAS CORTAS SOMETIDAS A FLEXOCOMPRESIONSE CONSIDERA COMO EL RESULTADO DE LA ACCION DE UNA CARGA AXIAL EXCENTRICA O COMO EL RESULTADO DE LA ACION DE UNA CARGA AXIAL Y UN MOMENTO FLECTOR .
PARA EL ANALISIS, LA EXCENTRICIDAD DE LA CARGA AXIAL SE TOMARA RESPECTO AL CENTROIDE PLASTICO.
CENTROIDE PLASTICO.-ES UN PUNTO QUE SE CARACTERIZA PORQUE TIENE LA PROPIEDAD DE QUE UNA CARGA APLICADA SOBRE EL PRODUCE DEFORMACIONES UNIFORMES EN TODA LA SECCION.
El diseño de columnas
Diagrama de Interacción
Es una curva continua Carga axial Momento flector
Falla de una columna
Excentridades (Relación M/P)
El universo de excentridadesposibles
Línea radial
Una excentricidad Particular e=M/P O a infinito
EXCENTRIDADES
Si es pequeña Si es grande
La falla es por comprensiónLa falla es por flexión puna
Sin dar oportunidad a que El acero fluya a atracción
Se produce la influencia del Acero en tracción.
FALLA BALANCEADA
Presentada en dos tramos bien diferenciados
Flexo – axial
Falla Dúctil Falla Frágil
conduce a la fluencia del acero en tracción
NOTA : en elementos sometidos a flexo compresión, definida lasección del concreto armado es el valor de lacarga axial la que controla el modo de falla
el acero no fluye en tracción.
C<Cb
Diseño de columnas de concreto armado
Zonas de alta sismicidad
Numerosas combinaciones posibles de esfuerzos
Mayor regularidad estructural en planta Y elevación
Discontinuidades bruscas de rigidezResistencia y ductivilidad
Se deben venificarCombinaciones posibles en direcciones
Potencial terremoto
LAS ACCIONES SISMICAS
Dos direcciones horizontales principales
Los centrales de masa de cada nivel
1.Sismo en la dirección x, sentido positivo con excentricidad positiva 2.Sismo en la dirección x, sentido positivo con excentricidad negativa3.Sismo en la dirección x, sentido negativo con excentricidad positiva 4.Sismo en la dirección x, sentido positivo con excentricidad negativa5.Sismo en la dirección y, sentido positivo con excentricidad positiva6.Sismo en la dirección y, sentido positivo con excentricidad negativa7.Sismo en la dirección y, sentido negativo con excentricidad positiva8.Sismo en la dirección y, sentido positivo con excentricidad negativa
Curva de diagrama de interaccionCurva de diagrama de interaccion
LOS PUNTOS
Dentro de la curva o sobre la curva Fuera de la curva
La seccion escogida es capaz
Rasistir las solicitaciones propuestas
La seccion elegida
Incapaz de resistir solicitaciones especificadas
¿Cómo elaborar una Curva de ¿Cómo elaborar una Curva de Interaccion?Interaccion?
Se obtiene:
Definir diferentes posiciones del eje neutro
Se calculan las deformaciones unitarias en cada fibra de la pieza
Se determinan los esfuerzos en el concreto y en el acero
Se calculan los momentos flectores centroidales y cargas axiales internas
RELACIÓN ESFUERZO DEFORMACIÓNRELACIÓN ESFUERZO DEFORMACIÓNPARA EL CONCRETO CONFINADOPARA EL CONCRETO CONFINADO
El concreto al
confinarlo
ResistenciaDeformación máxima del
concreto
Aumenta
Modelo de tensión - deformación para carga monotónica Modelo de tensión - deformación para carga monotónica
de hormigón armado confinado y no confinadode hormigón armado confinado y no confinado
Columna Estribada Columna ZunchadaColumna Estribada Columna Zunchada
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO CONFINADOCONFINADO
Mander Priestley Park
La resistencia a la compresión del concreto confinado
afirman que:
Directamente relacionado
Esfuerzos efectivos de confinamiento
esta
con los
Siendo:Siendo:
xflklf e'yhxexfklf '
yxlflflf '''
yhyeyfklf '
SecciónSección lf '
yxlflflf '''
Donde:Donde:
y-x
sp
sh
nA efectivas diarias relaciones,
yx
ntoconfinamie de defectivida de ecoeficientek
95.0
75.0
SecciónSecciónek
60.0 columnas
tabiques
hs
spyh
Sd
xAffl 2
Mander Priestley Park
proponen
La siguiente relación (k)
Secciones rectangulares
Del gráfico nº 1
k
para
cflf
cflf
xcfccf
k''
2''
94.71254.2254.1''
Gráfico Nº 1:Para calcular el valor Gráfico Nº 1:Para calcular el valor de kde k
Se definen dos tipos
La máxima deformación
Deformación última de compresión
La deformación conservadora
ccff sm
yhscu '4.1004.0
))1(51(002.0 kcc
Donde:Donde:ntoconfinamie de acero del olumétricaRelación v
s
yxs
dxSA
s
yxs2
SecciónSección s
dxSA
s
s4
confinado Cº de núcleo del diámetrod
paso o separaciónS
zuncho o estribo de área
sA
Parámetros de diseño para el bloque rectangular Parámetros de diseño para el bloque rectangular de comprensión en Cº el confinadode comprensión en Cº el confinado
El bloque rectangular
equivalente
Deformaciónunitaria en
la fibra externa en compresión
confinados
Deformaciónunitaria en
la fibra externa en compresión
sin confinar
Resistencia a la compresión sin confinar
Resistencia a la compresión
confinada
Depende de
cf ' ccf ' 002.0cc
Con los parámetros anteriores se Con los parámetros anteriores se ingresa a la siguiente tabla para ingresa a la siguiente tabla para
hallar hallar y
Para altos valores dePara altos valores de deformación en compresióndeformación en compresión, el recubrimiento de la , el recubrimiento de la Armadura se pierde por Armadura se pierde por desprendimiento por lo desprendimiento por lo cual las dimensiones a cual las dimensiones a utilizar en la predicción deutilizar en la predicción deresistencias se limita por el resistencias se limita por el eje central del extrivo exterioreje central del extrivo exterior de confinamientode confinamiento
núcleo del confinado concreto de
zona la a aplicables soloson y quereconocer debe Se
La sección de concreto de 40 x 50 cm, está armada La sección de concreto de 40 x 50 cm, está armada longitudinalmente con 10 barras dispuestas según se longitudinalmente con 10 barras dispuestas según se muestra.muestra.
El hormigón del núcleo, de dimensiones 34 x 44 cm, está El hormigón del núcleo, de dimensiones 34 x 44 cm, está confinado por estribos de diámetro de 12 mm separados confinado por estribos de diámetro de 12 mm separados cada 10cm con acero de cada 10cm con acero de
Se supone y la deformación máxima del Se supone y la deformación máxima del acero de los estribos es de acero de los estribos es de
Hallar la deformación y resistencia última del concreto Hallar la deformación y resistencia última del concreto confinado así como los parámetros de diseño para el confinado así como los parámetros de diseño para el bloque de esfuerzos rectangular equivalente.bloque de esfuerzos rectangular equivalente.
Ejemplo Nº 1:Ejemplo Nº 1:
MPafyh
420MPacf 21'
12.0sm
SoluciónSolución
1)Hallar 1)Hallar syx , ,
0103.0441013.14 xx
ShnA
x
b
y
0122.03410
13.167.367.3
xx
ShA
y
b
x
225.00122.00103.0 xxs
lflflf yy ',','2)Hallar
MPAxxfklf yhxex 84.34200122.075.0'
MPAlflf
lf xx 54.32
24.384.32
'''
MPAxxfklf yhyey 24.34200103.075.0'
95.0
75.0
SecciónSecciónek
60.0
columnastabiques
3)Hallar K por la ecuación o por el nomograma3)Hallar K por la ecuación o por el nomograma
K por Grafico:K por Grafico:
)(154.02124.3
'
'
)(182.02184.3
''
curvacf
lf
abcisacflf
y
x
3)Hallar K por la ecuación o por el nomograma3)Hallar K por la ecuación o por el nomograma
K por ecuación:K por ecuación:
855.12154.3
22154.3
94.71254.2254.1
''
2''
94.71254.2254.1''
k
xk
cflf
cflf
xcfccf
k
39'
2186.1'
''
ccf
xccf
ckfccf
4)Hallar 4)Hallar
045.03912.0
4200225.04.1004.0
'4.1004.0
cm
cm
smyhscm
xxx
ccff
0105.0
))185.1(51(002.0
))1(51(002.0
cc
cc
cc k
cccm y
5)Hallar 5)Hallar
y y
y
90.0,90.0,1
y 30.4paracc
cu
Ejm 02)Se tiene una seccion circular, de 14 Ejm 02)Se tiene una seccion circular, de 14 cm decm de diámetro.está armada diámetro.está armada longitudinalmente con 4 barras d=6mm y 4 longitudinalmente con 4 barras d=6mm y 4 barras d=4,2mm. El diámetro del hormigón barras d=4,2mm. El diámetro del hormigón del núcleo es d”= ds=12.58 cm y está del núcleo es d”= ds=12.58 cm y está confinado por estribos de diámetro 4.2 mm confinado por estribos de diámetro 4.2 mm separados cada 5 cm, con acero de separados cada 5 cm, con acero de tensión de fluencia fyh= 4.2 t/cm2 = tensión de fluencia fyh= 4.2 t/cm2 = 420 MPa. Se supone f´c=27 Mpa = 0.27 420 MPa. Se supone f´c=27 Mpa = 0.27 t/cm2. y además que la deformación t/cm2. y además que la deformación máxima del acero de los estribos es de máxima del acero de los estribos es de esm = 0.12 (12 %).esm = 0.12 (12 %).
Evaluar la resistencia y deformación última Evaluar la resistencia y deformación última del hormigón confinado, f´cc y ecu.del hormigón confinado, f´cc y ecu.
SoluciónSolución
1)Hallar 1)Hallar s
0089.058.125442.0
44
2
x
xx
dS
Asps
lffl ',2)Hallar
2 tn/cm0176.00185.095.0' xxflklf e
2/ 0185.058.125
1385.02.422 cmtn
xx
Sd
xAffl
hs
spyh
3)Hallar K por la ecuación o por el nomograma
39.127.0
0176.02
27.00176.0
94.71254.2254.1
''
2''
94.71254.2254.1''
k
xk
cflf
cflf
xcfccf
k
95.0
75.0
SecciónSecciónek
60.0 columnas
tabiques
hs
spyh
Sd
xAffl 2
3a)Hallar f’cc 3a)Hallar f’cc
02.053.37
12.04200089.04.1004.0
'4.1004.0
cm
cm
smyhscm
xxx
ccff
0059.0
))139.1(51(002.0
))1(51(002.0
cc
cc
cc k
MPAxckfccf 53.372739.1''
cccm y 4)Hallar 4)Hallar
5)Hallar 5)Hallar
90.0,88.0,98.0
y 39.3paracc
cu
E-060E-060 ACI318-ACI318-20052005
NZS3101-NZS3101-19951995
0.0030.003 0.003-0.003-0.0040.004
0.0040.004
Esfuerzo a la Esfuerzo a la compresióncompresión
167.0
85.065.0
85.065.0
cf '
ca ca
cf '85.0
ca
cf '85.0
y
compmax
Sismos en el Peru
IGLESIA SAN CLEMENTE
COMPAÑÍA DE JESUS
HOTEL EMBASSY
ICA – PISCO – CHINCA 2007
HOSTAL - HOSPEDAJE
LIMA – PERU SISMO 1974
EFECTO COLUMNA CORTA
CONCRETO ARMADO
COLUMNA BUEN CONFINAMIENTO
CORRECTO DISEÑO Y DETALLE
ARMADURA TRANSVERSAL
- SOPORTA TENSIONES DE COMPRESION
- SOBRELLEVA DEFORMACIONES DE COMPRESION MUCHO ANTES DE LA FALLA COMPLETA.
BUENA RESPUESTA SISMO SOLICITACIONES EXTREMAS
CONFINAMIENTO
COLUMNA
ESTRIBO NORMAL
NO MUY CERCANOS
COLUMNA
ESTRIBO TIPO ESPIRAL
CARGA
Po
Falla inmediata-Pérdida recubrimientos-Pandeo barras longitudinales-Rotura concreto
Falla cuando fluye espiral
-Soporta mas carga
-Confinamiento continuo
ENSAYOS DE COLUMNAS A COMPRESION
ESTADO FINAL DE ESPECIMEN NO
REFORSADO
ESTADO FINAL DE ESPECIMEN CON
ESTRIBOS 1 ¾ a cada 10 cm
ESTADO FINAL DEL ESPECIMEN CON
ESTRIBOS 1 ¾ a cada 5 cm
ESTADO FINAL DEL ESPECIMEN ZUNCHADO
CONCLUSION
CONFINAMIENTO
RESTRICCION A LA EXPANSION LATERAL DEL CONCRETO
EFECTO DE ARCO
SE CONTROLA CON UN BUEN CONFINAMIENTO
EN ALTURA TRANSVERSAL
BARRAS LONGITUDINALES
BIEN DISTRIBUIDAS
MOVIM . LATERAL RESTRINGIDO
CONFINAMIENTO EN ALTURA=+
EFECTO DE ARCO EN COLMUNA CON ESTRIBOS RECTANGULARES
IDEALIZACION
REALIDAD
EFECTO DE ARCO EN COLUMNA CIRCULAR CON ZUNCHADO
IDEALIZACION REALIDAD
ESPIRALES Y ESTRIBOS
CIRCULARES
EXPUESTOS
A TRACCION
PRESION
LATERAL
MAXIMA
EFECTIVA
Fl = 2Fyh Asp /Ds Sh
Fl = PRESION LATERAL MAXIMA EFECTIVA
Fyh = RESISTENCIA A LA FLUENCIA
Asp = AREA DE BARRA
Ds = DIAMETRO DE BARRA
Sh = SEPARACION LONGITUDINAL (PASO)
CONFINAMENTO CON DIFERENTES TIPOS DE ESTRIBOS
ESTRIBOS POLIGONALES
SU CONFINAMIENTO
EFECTIVO
ESQUINAS Y
CERCANIAS
SE MEJORA
GANCHOSESTRIBOS
POLIGONALESESTRIBOS
SUPLEMENTARIOS
ESTOS CRUZAN LA SECCION TRANSVERSAL
DIFERENTES TIPOS DE ESTRIBOS
ESTRIBAJE CIRCULAR
ZUNCHADO
ESTRIBAJE CUADRADO +
GANCHOS
COMBINACION DE ESTRIBOS POLIGONALES
COMBINACION DE ESTRIBOS