2.2 EN COLUMNAS

2.2.1 CONSIDERACIONES GENERALES

Existen varios tipos de miembros que trabajan a compresión, de los cuales la columna es el más

conocido. Entre los otros tipos se encuentran las cuerdas superiores de armaduras, miembros

de arriostramiento, los patines a compresión de vigas laminadas y armadas y los miembros

sujetos simultáneamente a flexión y a compresión. Las columnas son miembros verticales rectos

cuyas longitudes son considerablemente mayores que su ancho. Los miembros verticales cortos

sujetos a cargas de compresión se denominan con frecuencia puntales o, simplemente,

miembros a compresión; sin embargo, los términos columna y miembro a compresión se usarán

indistintamente.

Hay tres modos generales según los cuales las columnas cargadas axialmente pueden fallar.

Estos son: pandeo flexionante, pandeo local y pandeo torsionante.

1. El pandeo flexionante (llamado también pandeo de Euler) es el tipo primario de pandeo

analizado. Los miembros están sometidos a flexión cuando se vuelven inestables.

2. El pandeo local ocurre cuando alguna parte o partes de la sección transversal de una

columna son tan delgadas que se pandean localmente en compresión antes que los

otros modos de pandeo puedan ocurrir. La susceptibilidad de una columna al pandeo

local se mide por las relaciones ancho a grueso de las partes de su sección transversal.

3. El pandeo torsionante puede ocurrir en columnas que tienen ciertas configuraciones en

su sección transversal. Esas columnas fallan por torsión o por una combinación de

pandeo torsional y flexionante.

Entre más larga sea una columna para una misma sección transversal, mayor es su tendencia a

pandearse y menor será la carga que pueda soportar. La tendencia de un miembro a pandearse

se mide por lo general con la relación de esbeltez que se define como la relación entre la

longitud del miembro y su radio de giro mínimo. La tendencia al pandeo depende también de

los siguientes factores: Tipo de conexión en los extremos, excentricidad de la carga,

imperfecciones en el material de la columna, torceduras iniciales en la columna, esfuerzos

residuales de fabricación, etcétera.

Las cargas que soporta una columna de un edificio bajan por la sección transversal superior de

la columna y a través de sus conexiones con otros miembros. La situación ideal se tiene cuando

las cargas se aplican uniformemente sobre la columna con el centro de gravedad de las cargas,

coincidiendo con el centro de la columna. Además, es deseable que la columna no tenga

defectos, que consista de un material homogéneo y que sea perfectamente recta; todas estas

condiciones obviamente son imposibles de satisfacerse.

Las cargas que se encuentran exactamente centradas sobre una columna se denominan axiales

o cargas concéntricas. Las cargas muertas pueden, o no, ser axiales en una columna interior de

un edificio, pero las cargas vivas nunca lo son. Para una columna exterior la posición de las

cargas es probablemente aún más excéntrica, ya que el centro de gravedad caerá por lo general

hacia la parte interior de la columna. En otras palabras, resulta dudoso que alguna vez se

encuentre, en la práctica, una columna cargada en forma perfectamente axial.

Las otras condiciones deseables también son imposibles de lograr debido a: imperfecciones de

las dimensiones de las secciones transversales, esfuerzos residuales, agujeros taladrados para

recibir remaches, esfuerzos de montaje y cargas transversales. Es muy difícil tomar en cuenta

todas estas variables en una fórmula.

Algunas imperfecciones pequeñas en los miembros a tensión y en vigas pueden pasarse por

alto, ya que son de poca consecuencia; pero en columnas, estas pequeñas imperfecciones

pueden revestir mucha importancia. Una columna que está ligeramente flexionada cuando se

coloca en su lugar puede tener momentos flexionantes significantes iguales a la carga de la

columna multiplicada por la deflexión lateral inicial.

Obviamente, una columna es un miembro más crítico en una estructura que una viga o un

miembro a tensión, porque pequeñas imperfecciones en los materiales y en las dimensiones

tienen mucha importancia en su estabilidad. Esta situación puede ilustrarse en una armadura de

un puente en la que a algunos de sus miembros los ha dañado un camión. La flexión de

miembros a tensión probablemente no será muy seria, ya que las cargas de tensión tenderán a

enderezar a esos miembros; pero la flexión de cualquier miembro a compresión es un asunto

muy serio, ya que las cargas de compresión tenderán a incrementar la flexión en esos

miembros.

El análisis precedente debe mostrar claramente que las imperfecciones en columnas ocasionan

flexión en éstas y el proyectista debe considerar los esfuerzos debidos a esa flexión, así como a

cargas axiales.

2.2.2 PERFILES USADOS PARA COLUMNAS

En teoría puede seleccionarse un sinfín de perfiles para resistir con seguridad una carga de

compresión en una estructura dada. Sin embargo, desde el punto de vista práctico, el número

de soluciones posibles se ve limitado por el tipo de secciones disponibles, por problemas de

conexión y el tipo de estructura en donde se va a usar la sección. Los párrafos que siguen

intentan dar un breve resumen de las secciones que han resultado satisfactorias para ciertas

condiciones. Esas secciones se muestran en la figura 4; las letras entre paréntesis en los

apartados que siguen se refieren a las partes de esa figura.

Las secciones utilizadas para miembros a compresión por lo común son similares a las

empleadas para miembros a tensión con ciertas excepciones. Las excepciones las causa el hecho

de que las resistencias de los miembros a compresión varían en cierta relación inversa con las

relaciones de esbeltez y se requieren entonces miembros rígidos.

Las barras, placas y varillas individuales son generalmente demasiado esbeltas para funcionar en

forma satisfactoria como miembros a compresión, a menos que sean muy cortas y reciban carga

pequeña.

Los miembros formados por ángulos sencillos (figura2.4a) son satisfactorios como

arriostramientos y miembros a compresión de armaduras ligeras. Los ángulos de lados iguales

pueden ser más económicos que los de lados desiguales porque sus radios de giro mínimo son

mayores para la misma área de acero. Las cuerdas superiores de armaduras atornilladas para

techos pueden consistir en un par de ángulos espalda con espalda (figura 2.4b). Generalmente

se deja un espacio entre éstos para insertar una placa de unión en los nudos, necesaria para

efectuar la conexión a otros miembros; en algunos casos conviene usar ángulos de lados

desiguales con los lados largos espalda con espalda para lograr una mejor distribución de los

radios de giro respecto a los ejes X e Y.