Pasos previos
Hasta este punto ya tenemos bastante recorrido en el análisis estructural realizado, y podría decirse que ya hemos casi logrado la dimensión de columnas definitivas una vez cumplidos los 8 pasos anteriores explicados en los enlaces siguientes:
- Posición de Columnas y concepción estructural
- Cargas Gravitacionales en Edificios
- Predimensión de losas y vigas
- Montado del modelo matemático en software – Análisis de solicitaciones axiales en columnas para prediseño
- Descenso de cargas (paso alternativo al anterior)
- Predimensión de columnas
- Cargas laterales sobre la estructura
- Nuevo Análisis estructural con cargas Laterales
El siguiente paso en la lista es sin embargo una verificación no menos importante y que en el caso de estructuras no arriostradas puede ser decisivo al momento de verificar la columna
Qué es el pandeo
El pandeo consiste en un fenómeno que genera momentos flectores de segundo orden producto de la deflexión fuera de su eje de un elemento sometido a compresión axial.
El cálculo del pandeo en columnas es tal vez junto con el cálculo de cargas laterales por sismo, uno de los procesos más largos de cálculo y que es conveniente automatizar a partir de pequeños programas computacionales que eleaboremos nosotros o que ya esté escrito. El proceso completo de cálculo de los momentos de segundo orden producto del pandeo se muestra en el enlace Diseño de columnas esbeltas de hormigón Armado – Teoría – ACI 318-19.
Estructura Arriostrada o No Arriostrada
Antes de realizar la verificación de pandeo de la columna se debe definir en este punto si la estructura es arriostra o no arriostrada. Básicamente la pregunta se reduce a saber si la estructura tiene suficiente rigidez lateral como para que las columnas se desplacen lateralmente o no.
Los elementos que dan rigidez lateral a la estructura para evitar este desplazamiento son en general muros de corte o cruces de San Andrés. Luego también están las mismas columnas, que al ser construidas rectangulares generando inercias fuertes en la dirección del peralte más grande, también pueden restringir el desplazamiento lateral de una losa respecto a la otra.
Por ejemplo la estructura de la izquierda en la imagen está arriostrada lateralmente por los muros al centro de la estructura. Esto impide que la losa inferior se desplaza lateralmente respecto a la superior, y esto a la vez logra que el factor “k” de longitud efectiva de la columna disminuya significativamente por debajo de 1.
En cambio la estructura de la derecha es muy propensa al desplazamiento lateral de una losa respecto a la otra. Esto repercute directamente en la longitud efectiva de las columnas, tomando todas un valor de K mayor a 1, y eso a la vez incrementará los momentos de segundo orden en todas las columnas.
Todo lo concerniente al arriostre de estructuras se encuentra en el capítulo 6 de la norma ACI 318-19. La manera de diferenciar entre una estructura arriostrada respecto a una no arriostrada en términos técnicos se encuentra en el artículo 6.6.4.3 de la ACI.
Verificación de arriostramiento en ambas direcciones
En la gráfica del anterior apartado se vio que la estructura está arriostrada en una dirección pero no existe la misma rigidez en la dirección perpendicular.
Se debe entonces verificar si la estructura es o no arriostrada en ambas direcciones. Es más, una misma estructura puede considerarse arriostrada en ciertos niveles, y en otros no, dependiendo de la rigidez de los elementos en cada planta.
Verificación de pandeo
Una vez verificada si la estructura es arriostrada o no, se realiza el procedimiento repetitivo y mecánico mencionado en el enlace anteriormente citado de Diseño de columnas esbeltas de hormigón Armado – Teoría – ACI 318-19.
En muchos casos, especialmente para estructuras arriostradas, el incremento de momentos de segundo orden no afectará ni al tamaño ni al armado de las columnas ya diseñadas bajo cargas laterales del Paso 7. Sin embargo si la estructura es No Arriostrada, probablemente muchas de las columnas deban incrementar sección debido a la baja rigidez que presentan las estructuras como las de la imagen de la derecha líneas arriba.
autor: Marcelo Pardo
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