1. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y
ARQUITECTURA
UNIDAD TECAMACHALCO
11
INVESTIGACIÓN
COLUMNAS Y
EJERCICIO
ESTRUCTURAS DE CONCRETO
REFORZADO (TEORÍA PLASTICA)
Alumna: Villegas Esparza Beatriz Ebblin
Grupo: 6AM7
Profesor: Ing. Arq. Victor Villar Laguna

2. COLUMNAS DE CONCRETO
Las columnas de concreto se presentan, con mayor frecuencia, como miembros
reforzados, con el concreto colado en sitio y el acero de refuerzo compartiendo las
cargas de compresión y trabajando, cono en las vigas, para producir la resistencia
necesaria a la flexión. Las formas comunes consienten en secciones transversales
redondeas, cuadradas o rectangulares de concreto macizo, con varillas de acero
colocadas tan cerca como sea posible del perímetro de la columna. Con la altura
normal de las columnas, las varillas de acero por sí mismas son bastante esbeltas,
y para evitar su pandeo a través del delgado revestimiento de concreto, se utiliza
alguna forma de restricción para mantenerlas en el núcleo de la columna.
TIPOS DE COLUMNAS
Las columnas de concreto se presentan, con mayor frecuencia, como elementos
verticales de apoyo en una estructura hecha generalmente de concreto colado en
sitio. Las columnas también se presentan como elementos precoladas; las
consideraciones generales sobre la estructura precolada se analizan en la sección
3.10. Las columnas muy cortas, llamadas pedestales, se utilizan en ocasiones en
el sistema de apoyo para columnas u otras estructuras. El pedestal común se
analiza como un dispositivo de cimentación de transición. Los muros que sirven
como apoyos verticales sometidos a compresión, muros de carga.
La columna de concreto colada en sitio se encuentra por lo común dentro de una
de las siguientes categorías:
1. Columnas cuadradas con refuerzo zunchado.
2. Columnas oblongas con refuerzo zunchado.
3. Columnas redondas con refuerzo zunchado.
4. Columnas redondas con refuerzo en espiral.
5. Columnas cuadradas con refuerzo en espiral.
6. Columnas con otras formas geométricas (perfil L o T, octagonales, etc.) con
refuerzo zunchado o en espiral.
Obviamente, la selección de la forma de la sección transversal de la columna es
una decisión arquitectónica, lo mismo que estructural. Sin embargo, también habrá
que considerar los métodos y los costos de la cimbra, la disposición y la

3. instalación del refuerzo y las relaciones de la forma y las dimensiones de la
columna con otros componentes del sistema estructural.
En las columnas zunchadas, el refuerzo longitudinal se mantiene en su lugar
mediante zunchos cerrados hechos con varillas de refuerzo de diámetro pequeño,
comúnmente del No. 3 o No. 4. Esta columna está representada por la sección
cuadrada que se muestra en la figura 8.1 a. Este tipo de refuerzos se puede
adaptar con facilidad a otras formas geométricas, lo mismo que a la cuadrada.
Las columnas con refuerzos en espiral son aquellas en las que el refuerzo
longitudinal se coloca dentro de un círculo con todas las varillas encerradas por
una espiral cilíndrica continua hecha con varilla de acero o alambre de acero de
diámetro grande. Aunque este sistema de refuerzos trabajo mejor, de hecho, una
columna de sección redonda, también se puede utilizar con otras formas
geométricas.
La experiencia ha demostrado que la columna con refuerzos en espiral, es
ligeramente, más resistente que una columna zunchada equivalente con la misma
cantidad de concreto y refuerzo. Por esta razón, el reglamento permite una carga

4. un poco mayor sobre las columnas con refuerzo en espiral. Sin embargo, el
refuerzo es espiral tiende a ser caro, y el patrón redondo de las varillas no siempre
se lleva bien con otros detalles de de la construcción en edificios. Por lo tanto se
prefiere, a menudo, con las columnas zunchadas cuando las restricciones en las
dimensiones externas de las secciones no son severas.
REQUISITOS GENERALES PARA EL DISEÑO DE COLUMNAS DE CONCRETO
REFORZASO
Las especificaciones del reglamento y las consideraciones prácticas con respecto
a la construcción imponen varias restricciones en las dimensiones de las columnas
y en las selecciones del refuerzo.
• Tamaño de la Columna
Por razones prácticas se recomiendan los límites siguientes. Las columnas
rectangulares zunchadas se deben limitar a un área mínima de 625 cm² y
una dimensión por lado de 25 centímetros si son cuadradas y de 20
centímetros si son oblongas. Las columnas con refuerzo en espiral deben
limitarse a un tamaño mínimo de 30 centímetros, ya sean redondas o
cuadradas.
• Refuerzo
El tamaño mínimo de varilla es el No. 5. El número mínimo de varillas es 4
para la columna zunchada y 5 para columnas con refuerzo en espiral. El
área mínima de acero es de 1% del área total de la columna. Se permite un
área máxima de acero de 8% del área total, pero las limitaciones en cuanto
a la separación entre las varillas hacen que lo anterior sea difícil de lograr;
4% es un límite más práctico.
• Zunchos
Los zunchos será por lo menos del No. 3 con varillas del No. 10 y más
pequeñas. Se deben usar zunchos del No. 4 con varillas del No. 11 y más
grandes. La separación vertical de los zunchos no será mayor que 16 veces
el diámetro del zuncho, o la menor dimensión de la columna. Los zunchos
se colocarán de modo que toda esquina y varilla longitudinal alterna queda
sujeta por la esquina de un zuncho. Con un ángulo inclinado no mayor a
135°, y ninguna varilla quedará separada más de 15 centímetros de dicha
varilla soportada. Se usan zunchos circulares completos para varillas
colocadas en un patrón circular.
• Revestimiento de Concreto
Se requiere un mínimo de 3.75 centímetros cuando la superficie de la
columna no queda expuesta a la intemperie o en contacto con el suelo; se

5. debe usar 5 centímetros para superficies que permanecen en la cimbra
expuestas a la intemperie o en contacto con el suelo; se necesitan 7.5
centímetros si el concreto se cuela directamente sobre el terreno natural.
• Separación entre las Varillas
La distancia libre entre varillas no será menor que 1.5 veces el diámetro de
la varilla, 1.33 veces el tamaño máximo especificado para el agregado
grueso, o bien, 3.75 centímetros.
TIPOS DE FALLAS EN COLUMNAS
• Falla frágil de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas
Es muy importante que las edificaciones cuenten con una capacidad de
deformación suficiente para soportar adecuadamente la solicitación sísmica
sin desmeritar, obviamente, su resistencia. Cuando la respuesta sísmica de
la edificación es dúctil, se presentan elevadas deformaciones en
compresión debidas a efectos combinados de fuerza axial y momento
flector.
Con sólo colocar refuerzos transversales estrechamente separado y bien
detallado en la región de la rótula plástica potencial, puede evitarse que el
concreto se astille seguido del pandeo por inestabilidad del refuerzo a
compresión. Esto implica el detallado de las secciones para evitar una falla
frágil y proporcionar suficiente ductilidad.

6. En las figuras 4.22 y 4.23 se ilustran el colapso de columnas de planta baja
debido al deficiente confinamiento del núcleo de concreto en su base. Se
pude apreciar como el concreto, ante la falta de confinamiento por estribos,
se desconcha al abrirse éstos seguidos del pandeo lateral del refuerzo
longitudinal. Este tipo de falla se origina debido a la gran concentración de
refuerzos que se producen precisamente en los extremos de las columnas
por las elevadas acciones internas como son una carga axial, fuerza
cortante y momento flector, causadas por las fuerzas sísmicas. Muchas
estructuras se han colapsado como resultado de un inadecuado
confinamiento del núcleo de concreto en columnas. El mismo tipo de falla
puede presentarse también en secciones intermedias y superiores de las
columnas. El confinamiento del núcleo de concreto evita también la falla por
tensión diagonal producida por fuerza cortante. Este tipo de falla está
caracterizado por la formación de grietas inclinadas.
• Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna
debida al deslizamiento de las varillas ancladas o a falla de cortante.
Con frecuencia, las conexiones entre los distintos elementos estructurales
se presentan elevadas concentraciones y complejas condiciones de
refuerzos, mismos que han conducido a distintos y numerosos casos de
falla especialmente en las uniones entre muros y losas de estructuras a
base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre
columnas y losas planas, y entre columnas y cimentaciones.
En la figura 4.31 muestra una falla por desconchamiento del concreto
debido a un anclaje defectuoso entre viga y columna.

7. La falla de una conexión viga-columna debida a la escasez del anclaje del
refuerzo de la columna en su unión con el sistema de puso se ilustra en la
figura 4.32.
• Falla en columnas de pisos superiores por la amplificación de los
desplazamientos en la cúspide de los edificios.
Al propagarse las vibraciones inducidas por el sismo desde la base hasta la
cúspide de los edificios, se presentan amplificaciones de la vibración a lo
largo de su altura, que se acentúan en sus niveles superiores,
principalmente en edificios altos, lo que conduce a una elevada
concentración de acciones de acciones internas que provocan el colapso de
una parte del edificio a partir de determinada altura.

8. • Falla frágil de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al
desplazamiento acusado por elementos no estructurales
La intersección entre elementos no estructurales, tales como muros
divisorios de mampostería, y las columnas de marcos de concreto, provoca
concentraciones de fuerza cortante en los extremos libres de las columnas,
mismas que tienden a fallar frágilmente por cortante.
La figura 4.10.1 ilustra la forma en que los muros divisorios adosados a la
columna restringen a ésta hasta donde llega la altura de ellos. Esto
conduce a que la porción libre de la columna a ésta donde llega la altura de
ellos. Esto conduce a que la porción libre de la columna adquiera mucha
mayor rigidez en comparación de las demás columnas del mismo piso, que
no están confinadas ni restringidas, en ninguno de sus lados, por elementos
no estructurales, generándose así elevados esfuerzos de corte en la
columna corta dando lugar a consecuencias desastrosas.
Ante la insuficiente ductilidad de la columna acortada, la falla se genera por
tensión diagonal producida por elevados esfuerzos cortantes y es más frágil
respecto a la de las columnas no restringidas parcialmente debido a que se
longitud deformable es mucho menor. Esta situación puede evitarse si se
deja suficiente separación entre la columna y el muro de relleno para que
así ésta se deforme libremente durante la solicitación sísmica.

9. CRITERIOS PARA DETERMINAR ESTRIBOS
El refuerzo transversal de toda columna no será menor que el necesario por
resistencia a fuerza cortante y torsión, en su caso, y debe cumplir con los
requisitos mínimos de los párrafos siguientes.
Todas las barras o paquetes de barras longitudinales deben restringirse contra el
pandeo con estribos o zunchos con separación no mayor que:
a) 269/ f y veces el diámetro de la barra o de la barra más delgada del paquete
(fy, en MPa, es el esfuerzo de fluencia de las barras longitudinales, o 850 / f y ,
con fy en kg/cm²);
b) 48 diámetros de la barra del estribo; ni que
c) La mitad de la menor dimensión de la columna. La separación máxima de
estribos se reducirá a la mitad de la antes indicada en una longitud no menor que:
a) la dimensión transversal máxima de la columna;
b) un sexto de su altura libre; ni que

10. c) 600 mm arriba y abajo de cada unión de columna con trabes o losas, medida a
partir del respectivo plano de intersección.
• Estribos y zunchos
Los estribos se dispondrán de manera que cada barra longitudinal de esquina y
una de cada dos consecutivas de la periferia tenga un soporte lateral suministrado
por el doblez de un estribo con un ángulo interno no mayor de 135 grados.
Además, ninguna barra que no tenga soporte lateral debe distar más de 150 mm
(libres) de una barra soportada lateralmente. Cuando seis o más varillas estén
repartidas uniformemente sobre una circunferencia se pueden usar anillos
circulares rematados como se especifica en la sección 5.1.7; también pueden
usarse zunchos cuyos traslapes y anclajes cumplan con los requisitos de la
sección 6.2.4.
La fuerza de fluencia que pueda desarrollar la barra de un estribo o anillo no será
menor que seis centésimas de la fuerza de fluencia de la mayor barra o el mayor
paquete longitudinal que restringe. En ningún caso se usarán estribos o anillos de
diámetro menores de 7.9 mm (número 2.5). Los estribos rectangulares se
rematarán de acuerdo con lo prescrito en la sección 5.1.7.
• Grapas
Para dar restricción lateral a barras que no sean de esquina, pueden usarse
grapas formadas por barras rectas, cuyos extremos terminen en un doblez a 135
grados alrededor de la barra o paquete restringido, seguido de un tramo recto con
longitud no menor que seis diámetros de la barra de la grapa ni menor que 80 mm.
Las grapas se colocarán perpendiculares a las barras o paquetes que restringen y
a la cara más próxima del miembro en cuestión. La separación máxima de las
grapas se determinará con el criterio prescrito antes para estribos.
• Columnas zunchadas
El refuerzo transversal de una columna zunchada debe ser una hélice
continua de paso constante o estribos circulares cuya separación sea igual
al paso de la hélice.
La cuantía volumétrica del refuerzo transversal, ps, no será menor que

11. El esfuerzo especificado de fluencia del acero de la hélice o estribo no debe ser
mayor que 412 MPa (4 200 kg/cm²).
La distancia libre entre dos vueltas consecutivas o entre dos estribos no será
menor que una vez y media el tamaño máximo del agregado, ni mayor que
70 mm. Los traslapes tendrán una vuelta y media. Las hélices se anclarán en los
extremos de la columna mediante dos vueltas y media. Los estribos se anclarán