La columna es un componente estructural muy importante que aumenta la integridad estructural. Transfiere la carga de la estructura al suelo a través de los cimientos. Toda la estabilidad de la estructura depende de cuán perfecta esté diseñada y construida la columna.
La falla de columna y sus diferentes tipos de hormigón armado provoca la falla de toda la estructura. Por lo tanto, es muy importante identificar de antemano las fallas de la columna, si las hay, y tomar las medidas correctivas necesarias para erradicarlas. Si las fallas de las columnas no se controlan a intervalos regulares, esto puede provocar el colapso de toda la estructura. El fallo en la columna ocurre por muchas razones.
Motivo del error de columna:
Carga excesiva: Cuando la carga aplicada excede la capacidad de diseño de la columna, puede causar pandeo, aplastamiento o falla por corte.
Defectos materiales: Los defectos en el material o la fabricación de la columna, como grietas, corrosión u hormigón de baja calidad, pueden reducir su resistencia y durabilidad.
Efectos ambientales: La exposición a condiciones climáticas adversas, como humedad, cambios de temperatura o terremotos, puede dañar la columna y sus conexiones.
Errores de diseño: Los errores en el diseño o construcción de la columna, como un refuerzo inadecuado, una sección transversal insuficiente o una alineación incorrecta, pueden provocar fallas.
Aparte de estas causas comunes, existen algunas razones estructurales específicas que tienden a fallar el miembro de la columna.
Este artículo brinda una descripción detallada de los diferentes modos de falla que ocurren en la columna, el motivo de la falla y las medidas de prevención.
Modos de falla de la columna:
Los modos de falla de la columna son las formas en que una columna puede perder su capacidad de soportar una carga.
La falla de columna y sus diferentes tipos son elementos estructurales que están diseñados para resistir fuerzas de compresión, pero también pueden estar sujetos a flexión, corte y torsión. Dependiendo del material, la geometría y las condiciones de carga de una columna, pueden ocurrir diferentes modos de falla.
Algunos modos comunes de falla de la columna:
Pandeo: ocurre cuando una columna se vuelve inestable bajo una carga de compresión y se dobla fuera de su forma original. El pandeo se puede evitar aumentando la rigidez o la relación de esbeltez de la columna, o proporcionando soporte lateral.
Aplastamiento: Ocurre cuando una columna alcanza su resistencia máxima a la compresión y colapsa. El aplastamiento se puede prevenir aumentando la resistencia o el área de la sección transversal de la columna, o reduciendo la carga aplicada.
Falla por corte: ocurre cuando una columna falla debido a un esfuerzo cortante, que es perpendicular al eje longitudinal de la columna. La falla por corte se puede prevenir aumentando la resistencia al corte o el refuerzo de la columna, o reduciendo la carga transversal.
Falla torsional: ocurre cuando una columna falla debido a un esfuerzo de torsión, que se gira alrededor del eje longitudinal de la columna. La falla por torsión se puede prevenir aumentando la resistencia a la torsión o el refuerzo de torsión de la columna, o reduciendo la carga de torsión.
Es importante que los ingenieros y arquitectos que diseñan y construyen edificios y estructuras comprendan los modos de falla de las columnas. Al conocer los posibles modos de falla de una columna, pueden elegir el material, la geometría y las condiciones de carga adecuados para garantizar la seguridad y la estabilidad.
Tipos de fallas de columna:
La falla de columna y sus diferentes tipos son los miembros verticales que soportan cargas de compresión axiales de la superestructura.
Las fallas de columnas son uno de los problemas estructurales más comunes y peligrosos que pueden ocurrir en los edificios. Puede deberse a muchas razones.
Una causa principal de falla es la relación de esbeltez, que es la relación entre su longitud efectiva y su dimensión lateral mínima. Las columnas delgadas tienden a fallar por pandeo, mientras que las columnas cortas tienden a fallar por aplastamiento.
Según la relación de esbeltez, existen tres tipos de fallas que se observan principalmente en las columnas:
- Fallo de compresión pura
- Fallo de pandeo
- Falla por corte
Fallo de compresión:
La falla de columna y sus diferentes tipos, generalmente ocurre debido al desarrollo de tensiones de compresión mayores a las admisibles. Cuando las columnas se cargan axialmente, el acero y el hormigón de la columna experimentan algunas tensiones. Cuando la carga sobre la columna aumenta aún más y alcanza cantidades mayores que el área de la sección transversal de la columna. Entonces el acero y el hormigón alcanzarán el límite elástico que conduce a la falla sin deformación posterior.
Se observa principalmente en columnas cortas y más anchas. En este modo de falla, la columna no colapsa directamente, sino que el material mismo falla por aplastamiento o fluencia. Los tres factores principales responsables de este tipo de falla son la carga, la resistencia a la compresión de los materiales y el área de la sección transversal de la columna.
Para evitar este tipo de falla, se debe evitar la sobrecarga de la columna, el área de la sección transversal de la columna proporcionada dependiendo de las condiciones de carga y, finalmente, las tensiones desarrolladas debido a la resistencia a la compresión en la columna deben ser menores que las diseñadas para la columna.
Fallo de pandeo:
Este tipo suele observarse en columnas largas o esbeltas. Para las columnas delgadas o largas, la dimensión lateral mínima es mayor que 12 y tiene una capacidad de carga muy menor.
Cuando se aplica la carga sobre dichas columnas, la columna se vuelve inestable y puede fallar mostrando una curvatura lateral llamada pandeo de la columna. Esto puede ocurrir incluso para cargas muy pequeñas. Esto significa que el hormigón y el acero de la columna alcanzan el límite elástico incluso para la aplicación de cargas pequeñas que muestran la falla.
El pandeo de las columnas se puede evitar no construyendo columnas largas cuya relación de esbeltez sea superior a 30. Para diseñar las columnas esbeltas se debe tener especial cuidado de modo que la columna pueda resistir el pandeo. Si es posible es mejor aumentar el ancho mínimo de la columna para evitar esbeltes.
Falla por corte:
Este tipo de falla ocurre cuando la fuerza cortante desarrollada en la columna es mayor que la capacidad cortante de la columna. La carga de corte sobre la columna desarrolla una falla por deslizamiento que, en forma de grietas por corte, se desarrolla en la columna a lo largo del plano paralelo o diagonal a la dirección de aplicación de la fuerza.
Para resistir la fuerza cortante desarrollada en la columna tenemos que proporcionar refuerzo de corte o barras de unión, si no son adecuadas para soportar la fuerza cortante entonces la columna puede fallar. Este tipo de falla se puede evitar diseñando la columna con las barras de refuerzo necesarias para confinar las barras principales.
Otros modos de falla de la columna:
De acuerdo con los modos de fallas anteriores, algunos otros tipos de fallas observados en la columna son los siguientes. Elemento vertical sometido a cargas cíclicas sometido a fallo de esta naturaleza.
Las causas de falla principalmente se deben a la falta de eslabones en la zona donde existen mayores fuerzas de corte. En elementos estructurales como vigas y columnas, se generan tensiones más altas cerca de las conexiones. La falta de enlaces en estas áreas causa fallas estructurales cuando se aplican cargas cíclicas.
Fallas torsionales:
Existe una probabilidad de que las columnas estén sometidas a momentos de torsión.
Por lo general, las columnas están diseñadas para fuerzas axiales, de flexión y de corte. Sin embargo, debido a las irregularidades en la estructura, se puede observar el comportamiento torsional de la columna.
Las columnas son rígidas a la torsión en comparación con la viga, ya que tienen refuerzo alrededor de la sección y los eslabones se proporcionan a espaciamientos más cortos.
Sin embargo, si el par excede los valores límite, las columnas podrían fallar por torsión.
Falla por errores en la construcción:
Pueden ocurrir muchos errores en la construcción y también se pueden clasificar en tipos de fallas de columnas. Emplear ingenieros calificados para el proyecto y una estrecha supervisión del trabajo de construcción minimizará este tipo de fallas de las columnas.
- Reducir por error el diámetro de la barra
- Construya una columna incorrecta en la ubicación
- Cambios en el grado del hormigón.
- Falta de resistencia en el concreto por falla del proveedor de concreto
Prevención y reparación de fallos de columnas:
La falla de columna y sus diferentes tipos se pueden prevenir siguiendo buenas prácticas de diseño y construcción, tales como:
- Elección de materiales y especificaciones adecuados para la columna y sus conexiones.
- Proporcionar refuerzo y sección transversal adecuados para la columna.
- Considerando los efectos de la carga y las condiciones ambientales en la columna.
- Realizar inspecciones y mantenimiento periódicos de la columna.
Métodos de reparación:
Si se produce una falla en la columna, se debe reparar lo antes posible para restaurar su funcionalidad y seguridad. El método de reparación depende del tipo y alcance del daño, pero algunas técnicas comunes incluyen:
- Reemplazo o refuerzo de la columna dañada o sus conexiones.
- Aplicar chaquetas externas o envolturas alrededor de la columna.
- Inyectar epoxi o lechada en las grietas o huecos de la columna.
- Agregar soportes o tirantes suplementarios a la columna.
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