Resistencia de columna de concreto calada o picada

Pregunta

En una publicación de facebook encontré una consulta donde se preguntaba si el calado de una columna podría afectar la resistencia de la columna.

El enlace de la consulta está en el enlace: Pregunta de facebook

Análisis de resistencias

La resistencia de la columna está compuesta por la combinación de concreto con acero. Y en la etapa de servicio de la columna, incluso el recubrimiento de la columna aporta resistencia a compresión y flexión.

En este sentido, si se reduce la sección del concreto, incluso si esta reducción se encuentra en la zona del recubrimiento del concreto, se reduce la resistencia del elemento.

Asumamos por ejemplo ciertos valores para la columna en análisis, y además asumamos que la columa está comprimida uniformemente. La fórmula de la resistencia de diseño de la columna es la siguiente:

Asumamos algunas dimensiones y resistencias para la columna, que si bien son hipotéticas, podrían asemejarse a las dimensiones y resistencias de la columna mostrada arriba. sección de 60x60cm y 20 aceros longitudinales de 16mm (que cumplen la cuantía mínima de 1% de acero respecto de la sección de concreto).

Si calculamos a partir de estos datos y resistencias, la capacidad de carga de diseño de la columna, se tiene:

En la fórmula mostrada, Ag es el area bruta de concreto, As la sección de la suma de todos los aceros de 16mm de diámetro (una barra de 16mm tiene una sección de 2.01×10-4 m2). Las operaciones se realizan en metros y MPa, por tanto el resultado obtenido estará en [MN] (MegaNewtons)

Con el calado de la columna

Si aplicamos la misma fórmula asumiendo un calado de 8x8cm2 (correspondiente a la zona más crítica de todo el calado, en la zona donde se instalará la caja eléctrica), obtenemos lo siguiente:

Se observa que la reducción de resistencia es de tan solo el 2% respecto a la columna sana, lo cual no debería sorprendernos dada la gran sección de la columna. Diferente sería el resultado si la columna fuera mucho más pequeña y el calado proporcionalmente más grande respecto a esa sección.

Cuándo el recubrimiento no aporta resistencia

Se escucha muchas veces en charlas o cursos de hormigón armado, que el recubrimiento de concreto externo a los estribos no aporta resistencia a la columna. Esta afirmación es solo cierta cuando la columna ya ha llegado a altos estadíos de deformación cercanos a la falla.

En situaciones como en la de esta imagen, la columna ya ha llegado a la etapa plástica de comportamiento. En esta etapa el núcleo de concreto se expande y transfiere gran parte de su carga a los estribos o anillos de confinamiento de acero. La resistencia en esta etapa de carga de la columna ya depende solo de la calidad constructiva de los estribos o anillos, de cuanto refuerzo transversal tenga la columna y de la resistencia del núcleo, y el recubrimiento no aporta ninguna resistencia.

Sin embargo este es un caso excepcional que solo compete a un número muy pequeño de columnas que son cargadas hasta la falla. En la situación más general, la mayoría de las columnas caladas no llegarán a estas etapas de carga, y por tanto el análisis que se debe realizar será en el campo elástico, con fórmulas de resistencia similares a las mostrado en el subtítulo anterior, líneas arriba.

Conclusión

Si la columna tiene grandes dimensiones y el calado es pequeño, la resistencia no disminuye significativamente, sin embargo, si el calado tiene proporciones significativas respecto a la sección de la columna, deben tomarse medidas de reparación de la pequeña columna con aditivos epóxicos y morteros de alta resistencia. Si esto último no fuera posible, deberá considerarse la alternativa de demoler el elemento y reemplazarlo por un nuevo vaciado de concreto.