Diseño de Columnas Esbeltas de Hormigón Armado – Teoría – ACI 318-25
Introducción
El estudio de columnas esbeltas puede hacerse extenso, sin embargo procuraré en este artículo resumirlo lo más posible para el caso más general.
El diseño de columnas entra en una de las dos clasificaciones:
- Diseño de columna corta
- Diseño de columna esbelta
una columna se considera esbelta cuando los momentos de segundo orden comienzan a tomar importancia frente a los momentos de primer orden producto del cálculo estático. ¿Pero, qué son los momentos de primer y segundo orden?
Cuando se realiza un cálculo de solicitaciones de momentos flectores en una estructura a partir de las leyes clásicas de la estática, lo que se obtienen son los momentos de primer orden. Sin embargo acompañando los momentos flectores de primer orden ocurren además deformaciones en la estructura. Estas deformaciones generan excentricidades que ante cargas axiales en los elementos, producen momentos adicionales. Estos momentos adicionales son los momentos de segundo orden.
Momentos de segundo orden
Los momentos flectores de segundo orden son momentos que se generan a partir de la multiplicación de la carga axial en el elemento por la excentricidad de las deformaciones de los momentos flectores de primer orden. Estas deformaciones de primer orden en general están causadas por sismo, viento o cualquier carga lateral.
Si llamamos a esta excentricidad como «Delta» y a la carga axial «P», los momentos de segundo orden se obtienen de la multiplicación de las cargas P por el desplazamiento Delta. De ahi el nombre que recibe este tipo de momentos: Análisis P-Delta o P-Δ
Sin embargo, el problema es más complejo de lo que parece, pues el proceso es iterativo ya que el momento generado por el efecto P-Δ, a su vez genera otro desplazamiento de la columna con nuevas excentricidades y un nuevo momento de segundo orden, incrementado al anterior, hasta que toda la estructura converja en el equilibrio o colapse.
Menos mal existen programas que pueden hacer este tedioso trabajo por nosotros. El software de cálculo suele llamar a este cálculo Análisis P-Delta.
¿Cómo encontrar los momentos de segundo orden?
De acuerdo a la norma ACI existen tres caminos para encontrar los momentos de segundo orden en una estructura:
- Magnificando los momentos de primer orden con fórmulas empíricas
- Con un análisis P-Delta + Magnificación de momentos al centro de los tramos
- Con un análisis P-Delta puro
El primer método consiste en calcular los momentos flectores en la estructura por métodos clásicos de estática.
Luego en función a las cargas determinar si la estructura es arriostrada (non Sway) o no arriostrada (Sway)…
.
