Una columna de hormigón armado es un elemento estructural diseñado para soportar cargas de compresión , compuesto de hormigón con un marco de acero embebido para proporcionar refuerzo. Para fines de diseño, las columnas se dividen en dos categorías: columnas cortas y columnas esbeltas.
La resistencia de las columnas cortas está controlada por la resistencia del material y la geometría de la sección transversal. Las barras de refuerzo se colocan axialmente en la columna para proporcionar rigidez axial adicional. Teniendo en cuenta la rigidez adicional del acero, la capacidad de carga nominal P n para la columna en términos de la tensión de compresión máxima del hormigón f c ' , la tensión de fluencia del acero f y , el área de la sección transversal bruta de la columna A g , y el área de la sección transversal total de la barra de refuerzo de acero A st
donde el primer término representa la carga soportada por el hormigón y el segundo término representa la carga soportada por el acero. Debido a que la resistencia a la fluencia del acero es un orden de magnitud mayor que la del hormigón, una pequeña adición de acero aumentará en gran medida la resistencia de la columna. [1]
Para dar una estimación conservadora y crear redundancias en el sistema estructural final, los requisitos del Código de construcción ACI proporcionan una carga de diseño reducida máxima de donde es el factor de reducción de resistencia para el tipo de columna utilizada. Para columnas espirales
donde . Para columnas atadas
donde . La reducción adicional más allá del factor de reducción de resistencia es para tener en cuenta cualquier excentricidad en la carga de la columna. Distribuir una carga hacia un extremo de la columna producirá un momento en la columna y evitará que toda la sección transversal soporte la carga, lo que produce altas concentraciones de tensión hacia ese extremo de la columna.
Las columnas espirales son columnas cilíndricas con una barra helicoidal continua que envuelve la columna. La espiral actúa para proporcionar soporte en la dirección transversal y evitar que la columna se desvíe. La cantidad de refuerzo es necesaria para proporcionar una capacidad de carga adicional mayor o igual a la atribuida por la cubierta para compensar la resistencia perdida cuando la cubierta se descascara. Con un mayor engrosamiento de la barra de refuerzo espiral, el hormigón cargado axialmente se convierte en el eslabón más débil del sistema y la contribución de resistencia de la barra de refuerzo adicional no surte efecto hasta que la columna ha fallado axialmente. En ese punto, la resistencia adicional del refuerzo espiral entra en acción y evita una falla catastrófica, dando lugar en cambio a una falla dúctil mucho más lenta. [2]
Los requisitos del Código de construcción ACI establecen las siguientes restricciones sobre la cantidad de refuerzo en espiral.
Código ACI 7.10.4.2: Para la construcción en el lugar, el tamaño de las espirales no debe ser inferior a 3/8 pulg. de diámetro.
Código ACI 7.10.4.3: El espacio libre entre espirales no debe exceder 3 pulgadas ni ser menor a 1 pulgada.
La sección 10.9.3 agrega un límite inferior adicional a la cantidad de refuerzo en espiral a través de la relación de refuerzo en espiral volumétrico ρ s .
donde A ch es el área de la carcasa, el área de la sección transversal medida hasta los bordes exteriores del refuerzo transversal. [3] P = f/A
Las columnas atadas tienen tirantes laterales cerrados espaciados aproximadamente de manera uniforme a lo largo de la columna. El espaciamiento de los tirantes es limitado, ya que deben estar lo suficientemente cerca para evitar fallas por abultamiento entre ellos y lo suficientemente separados para no interferir con el fraguado del hormigón. El libro de códigos ACI establece un límite superior para el espaciamiento entre tirantes.
Código ACI 7.10.5: El espaciamiento vertical de los tirantes no debe exceder 16 diámetros de barras longitudinales, 48 diámetros de barras o alambres de tirantes, o la dimensión mínima del elemento de compresión.
Si los tirantes están demasiado separados, la columna experimentará una falla por corte y se formará un barril entre los tirantes. [4]
Las columnas se consideran esbeltas cuando su área de sección transversal es muy pequeña en proporción a su longitud. A diferencia de las columnas cortas, las columnas esbeltas están limitadas por su geometría y se combarán antes de que ceda el hormigón o el refuerzo de acero.
Existen algunos modelos analíticos de esfuerzo-deformación e índices de daño para hormigones confinados y no confinados para simular columnas de hormigón armado que permiten, sin ningún ensayo experimental, evaluar la relación esfuerzo-deformación y el daño de hormigones confinados y no confinados situados dentro y fuera de estribos. Para ver dichos modelos y simulaciones de columnas sometidas a cargas cíclicas y monótonas, consulte los siguientes enlaces: [5] [6] [7]
El aprendizaje automático (ML) es un subcampo de la inteligencia artificial (IA) y una forma avanzada de análisis y computación de datos que emplea la alta velocidad de elaboración y las técnicas de reconocimiento de patrones de las computadoras para la salida de conocimiento a partir de los datos. En otras palabras, es una técnica de programación informática inspirada en la IA que permite a las computadoras mejorar sus habilidades de aprendizaje a través del suministro de datos o el acceso a los mismos. Esto se asemeja a la forma en que los seres humanos mejoran su inteligencia en la vida real. Hay cuatro categorías generalizadas de ML. Para ser más específicos, existe el aprendizaje supervisado, el aprendizaje semisupervisado, el aprendizaje no supervisado y el aprendizaje de refuerzo. En el aprendizaje supervisado, el resultado deseado es conocido por el entrenador, donde el entrenador es el ser humano que puede atribuir un significado físico a los datos y caracterizarlo agregando una etiqueta o corrigiendo errores del sistema. La máquina se entrena en función de las entradas con etiquetas que están conectadas a una salida correspondiente. A través de este proceso, la máquina desarrolla un modelo predictivo para la conexión de esta entrada a una determinada salida. Esto no difiere de la forma en que se aprende el conocimiento en un aula, con un maestro disponible para corregir cualquier error. El modo de falla de los elementos estructurales, como las columnas de hormigón armado, depende de varios factores, como sus características geométricas, el refuerzo longitudinal, la eficiencia de confinamiento a través del refuerzo transversal y el historial de carga. Su comportamiento a lo largo del rango de carga está controlado por mecanismos competitivos de resistencia como la flexión, el cortante, el pandeo de las barras longitudinales cuando están sujetas a cargas de compresión y, en el caso de empalmes traslapados, el mecanismo de empalme traslapado del desarrollo de las barras de refuerzo. Muy a menudo, una combinación de tales mecanismos caracteriza el comportamiento macroscópico de la columna, especialmente en casos de inversiones de carga cíclicas. En el pasado se han desarrollado varios modelos predictivos para determinar tanto la resistencia como la capacidad de deformación de las columnas, siendo la incertidumbre al menos un orden de magnitud mayor en términos de capacidad de deformación en lugar de resistencia, como lo evidencian las comparaciones con los resultados de las pruebas. La identificación del sistema y la detección de daños es un área doble que utiliza ML para imitar un sistema estructural y predecir su respuesta sísmica determinista. Las pruebas de laboratorio de estructuras de hormigón armado (HA) han proporcionado una fuente de datos que permite a los métodos de ML identificar sus modos de falla, resistencia, capacidades y comportamientos constitutivos [8].
"Malla de refuerzo para hormigón"."Tamaño estándar de columna".
![{\displaystyle {\begin{aligned}{\phi }P_{\mathrm {n(máx)} }&=0,85\phi [0,85f'_{\mathrm {c} }(A_{\mathrm {g} }-A_{\mathrm {st} })+A_{\mathrm {st} }f_{\mathrm {y} }]\\\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc855dddb95cb3c7cbd5f0ad415d760cde4cd9f3)
![{\displaystyle {\begin{aligned}{\phi }P_{\mathrm {n(máx)} }&=0,80\phi [0,85f'_{\mathrm {c} }(A_{\mathrm {g} }-A_{\mathrm {st} })+A_{\mathrm {st} }f_{\mathrm {y} }]\\\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bf124ad8ad605cef6566d63c790b1add47227476)
