Una columna de hormigón armado es un miembro estructural diseñado para soportar cargas de compresión , compuesto de hormigón con un marco de acero embebido para proporcionar refuerzo. A efectos de diseño, las columnas se separan en dos categorías: columnas cortas y columnas delgadas.
La resistencia de las columnas cortas está controlada por la resistencia del material y la geometría de la sección transversal. Se colocan barras de refuerzo 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 ' , el límite elástico del acero f y , el área de la sección transversal bruta de la columna A g , y el área total de la sección transversal de la barra de acero A st
donde el primer término representa la carga soportada por el concreto y el segundo término representa la carga soportada por el acero. Debido a que el límite elástico del acero es un orden de magnitud mayor que el del concreto, 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 dan una carga de diseño reducida máxima de donde está el factor de reducción de resistencia para el tipo de columna utilizada. Para columnas en espiral
dónde . Para columnas ligadas
dónde . 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 e impedirá que toda la sección transversal soporte la carga, produciendo así altas concentraciones de esfuerzos hacia ese extremo de la columna.
Las columnas en espiral 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 doble. La cantidad de refuerzo se requiere para proporcionar una capacidad de carga adicional mayor o igual a la atribuida por el armazón para compensar la resistencia perdida cuando el armazón se desprende. Con un mayor espesamiento de la barra de refuerzo en 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 tiene efecto hasta que la columna ha fallado axialmente. En ese punto, la resistencia adicional del refuerzo en espiral se activa y previene una falla catastrófica, dando lugar a una falla dúctil mucho más lenta. [2]
Los requisitos del Código de Construcción ACI imponen las siguientes restricciones sobre la cantidad de refuerzo en espiral.
Código ACI 7.10.4.2: Para construcciones fundidas in situ, el tamaño de las espirales no debe ser inferior a 3/8 de pulgada de diámetro.
Código ACI 7.10.4.3: El espacio libre entre espirales no deberá exceder las 3 pulgadas ni ser inferior 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 volumétrica de refuerzo en espiral 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 amarres laterales cerrados espaciados aproximadamente uniformemente a lo largo de la columna. El espaciamiento de los tirantes está limitado en el sentido de que deben estar lo suficientemente cerca para evitar una falla en forma de barril entre ellos, y lo suficientemente separados como para no interferir con el fraguado del concreto. El libro de códigos ACI pone un límite ascendente al espacio entre los vínculos.
Código ACI 7.10.5: El espaciamiento vertical de los tirantes no debe exceder 16 diámetros de barra longitudinal, 48 diámetros de barra o alambre de tirante, o la mínima dimensión del miembro comprimido.
Si los tirantes están demasiado espaciados, la columna experimentará una falla por corte y se abombará 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 delgadas están limitadas por su geometría y se pandearán antes de que ceda el refuerzo de hormigón o acero.
Existen algunos modelos analíticos de tensión-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 tensión-deformación y el daño de hormigones confinados y no confinados situados dentro y fuera de los 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 técnicas de alta velocidad de elaboración y reconocimiento de patrones de las computadoras para generar conocimiento a partir de datos. En otras palabras, es una técnica de programación informática inspirada en la IA que permite a las computadoras mejorar sus capacidades de aprendizaje mediante el suministro de datos o el acceso a ellos. Esto se parece 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 por refuerzo. En el aprendizaje supervisado, el entrenador conoce el resultado deseado, donde el entrenador es el ser humano que puede atribuir significado físico a los datos y caracterizarlos agregando una etiqueta o corrigiendo errores del sistema. La máquina se entrena en base a 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 aprenden los conocimientos en un aula, con un profesor disponible para corregir cualquier error. El modo de falla de los miembros estructurales, como las columnas de hormigón armado, depende de varios factores, como sus características geométricas, el refuerzo longitudinal, la eficiencia del confinamiento a través del refuerzo transversal y la historia de carga. Su comportamiento en todo el rango de carga está controlado por mecanismos de resistencia competitivos tales como flexión, corte, pandeo de barras longitudinales cuando se someten a cargas de compresión y, en el caso de empalmes por traslapo, el mecanismo de empalme por traslapo del desarrollo de barras de refuerzo. Muy a menudo, una combinación de estos mecanismos caracteriza el comportamiento macroscópico de la columna, especialmente en casos de inversiones cíclicas de carga. 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 que de resistencia, como lo demuestran las comparaciones con ensayos. resultados. 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 (CR) 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(max)} }&=0,85\phi [0,85f'_{\mathrm {c} }(A_{\mathrm {g} } -A_{\mathrm {st} })+A_{\mathrm {st} }f_{\mathrm {y} }]\\\end{alineado}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc855dddb95cb3c7cbd5f0ad415d760cde4cd9f3)
![{\displaystyle {\begin{aligned}{\phi }P_{\mathrm {n(max)} }&=0,80\phi [0,85f'_{\mathrm {c} }(A_{\mathrm {g} } -A_{\mathrm {st} })+A_{\mathrm {st} }f_{\mathrm {y} }]\\\end{alineado}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bf124ad8ad605cef6566d63c790b1add47227476)
