Las columnas son elementos estructurales que soportan cargas axiales y flexión. Pueden fallar por fluencia del acero, aplastamiento del concreto o pandeo. La capacidad de carga axial depende del área transversal, resistencia del concreto y acero. Se debe considerar la excentricidad y reducir la resistencia. La falla balanceada ocurre cuando el concreto y acero alcanzan su límite simultáneamente. El refuerzo longitudinal y transversal debe cumplir ciertos requisitos mínimos y máximos de espaciamiento seg

1. 1

2. 2
9.1 DEFINICION
Las columnas son elementos estructurales que trabajan en
compresión principalmente. Pero debido a su ubicación en el sistema
estructural deberá soportar también solicitaciones de flexión, corte y
tracción.
Las columnas llegan a la falla debido a tres casos:
i) Por fluencia inicial del acero en la cara en tensión.
ii) Por aplastamiento del concreto en la cara en compresión.
iii) Pandeo.

3. 3
9.2 CENTROIDE PLASTICO

4. 9.3 COLUMNAS CON CARGA AXIAL
Si la carga axial actúa en el centroide plástico, se obtendrá la capacidad máxima
de la columna sumando la contribución del concreto y la del acero; el concreto
alcanza su máxima resistencia cuando la deformación unitaria es
aproximadamente 0.003, para ésta deformación entonces todo el acero ya estará
en fluencia.
Po = 0.85 f’c (Ag – Ast) + Ast.fy
Lo anterior es un caso poco probable de tener excentricidad cero, en estructuras
reales la excentricidad se da por varias causas. El ACI con el objeto de tomar en
cuenta estás excentricidades reduce la resistencia a la carga axial y da las
siguientes expresiones:
- Para columnas con estribos Po = 0.80[0.85 f’c (Ag – Ast) + Ast.fy]
-Para columnas zunchadas Po = 0.85[0.85 f’c (Ag – Ast) + Ast.fy]
Las dos expresiones anteriores nos dan la capacidad máxima de carga axial de
las columnas

5. 9.4 COLUMNAS SOMETIDAS A CARGA AXIAL Y FLEXION
La flexión se produce por que hay un momento flector actuante, o si la carga axial
actuante es excéntrica.
La excentricidad (e) es igual a: e = M/P; donde P es la carga axial actuante en el
centroide plástico de la sección y M el momento actuante total.
En la figura siguiente se tiene un posible estado de esfuerzos del concreto y
fuerzas del acero en el estado de falla.

6. 6
Denominemos:
Cc = 0.85 f‘c.ba
Cs1 = As1. fs1
Cs2 = As2.fs2
Ts3 = As3.fs3
Ts4 = As4.fs4
Luego la fuerza axial nominal será: Pn = Cc + Cs1 + Cs2 + Ts3 + Ts4
y el momento nominal resistente será:
Mn =Cc.(yo – a/2) + Cs1(yo-d1) + Cs2(yo-d2) - Ts3(yo-d3) - Ts4(yo-d4)
Además: Mn = Pn.e

7. 7
Falla balanceada en columnas
es la condición para el cual se
produce simultáneamente la falla
del concreto y la fluencia de la
capa exterior en tensión del
acero.
9.5 CONDICIONES DE FALLA BALANCEADA
Donde "d" es la distancia de la fibra extrema al centroide de la capa de
acero exterior.
Para esta condición tendremos también una excentricidad balanceada:
eb = Pnb/Mnb

8. 9.6 FALLA DUCTIL
Falla primero el acero, para ésta condición tenemos. C < Cb
9.7 FALLA FRAGIL
Falla primero el concreto para ésta condición tenemos: C > Cb

9. 9.8 FACTOR DE REDUCCION DE RESISTENCIAS EN COLUMNAS (Ø)
Según el ACI el parámetro Ø no es constante, y depende de la magnitud de la
carga axial, este parámetro afecta tanto al momento nominal como a la carga
axial nominal de la columna. Así tenemos:
Si Pu > 0.10Ag.f’c
Ø = 0.70 (Para columnas estribadas)
Ø = 0.75 (Para columnas zunchadas)
Si Pu ≤ 0.10Ag.f’c
Ø = 0.9 - 2Pu/(f’c.Ag) ≥ 0.70 (Para columnas estribadas)
Ø = 0.9 -1.5Pu/(f’c.Ag) ≥ 0.75 (Para columnas zunchadas)
Donde Pu deberá tomar como máximo el menor valor entre 0.10f‘c.Ag y ØPnb

10. 9.9 REFUERZO MAXIMO Y MINIMO EN COLUMNAS
El código ACI recomienda lo siguiente:
Refuerzo máximo: Ast = 0.08 Ag, esto además deberá estar sujeto a la facilidad
de armado del acero y vaciado del concreto.
Refuerzo mínimo: Ast = 0.01 Ag
9.10 DISTRIBUCION DEL ACERO LONGITUDINAL Y TRANSVERSAL
A) COLUMNAS ESTRIBADAS
Las columnas con estribos rectangulares o circulares requieren cuatro
varillas longitudinales como mínimo.
En cualquier tipo de sección de columna deberá proporcionarse una
varilla longitudinal en cada esquina y además toda varilla longitudinal
deberá estar apoyado sobre estribos.

11. 11
Si las varillas longitudinales son menores a la Nº10 el diámetro del refuerzo
transversal será por lo menos 3/8", en caso contrario el diámetro del refuerzo
transversal será por lo menos 1/2".
Espaciamiento vertical de estribos "S".
S ≤ 16Øp (Øp es el diámetro de la varilla longitudinal).
S ≤ 48Øestribo
S ≤ menor dimensión de la sección transversal de columna.
Las varillas longitudinales deberán contar con estribos que doble alrededor de ellas
en forma alternada, la distancia libre entre varillas longitudinales contiguas deberá
ser menor a 15 cm en caso contrario las varillas longitudinales deberán contar con
estribos que doble alrededor de ellas.
B) COLUMNAS ZUNCHADAS
En columnas zunchadas se requiere como mínimo seis varillas longitudinales.
El diámetro del zuncho será por lo menos 3/8".
La distancia libre entre espirales estará entre 2.5 cm a 7.5 cm y mayor que
1 1/3”del tamaño máximo del agregado.