Columnas (Columns)

Las columnas son elementos estructurales lineales, comúnmente verticales.
Se utilizan primordialmente para soportar cargas de compresión a lo largo de su eje longitudinal.
También pueden estar sujetas a flexión (carga axial + momentos).
Son la parte medular de cualquier edificación y su falla puede llevar al colapso de estructuras.

Compresión: Es un esfuerzo resultante de presiones dentro de un sólido deformable o medio continuo que tiende a reducir el volumen del cuerpo y acortar su longitud.
Flexión: Es la tendencia que presenta un elemento a arquearse como resultado de cargas aplicadas perpendiculares a lo largo de su eje. Causa que una cara del elemento se estire (tensión) y la otra se acorte (compresión).
Carga axial: Es la resultante de un sistema de cargas que transcurre por el eje centroidal de la sección del elemento cargado, ya sea en tensión o compresión.
Pandeo: Es la súbita flexión, alabeo o arrugamiento de un elemento bajo esfuerzos de compresión.

Por su forma:
- Circulares
- Cuadradas
- Rectangulares
- L
Por el tipo de material:
- Concreto
- Madera
- Metal
- Compuestas
Por las cargas que soportan:
- Carga axial ( $P$ )
- Carga axial + flexión uniaxial ( $M$ )
- Carga axial + flexión biaxial ( $M{y1}, M{y2}$ )
Por su esbeltez:
- Cortas
- Intermedias
- Largas
Por el refuerzo transversal:
- Columnas zunchadas
- Columnas con estribos

Corta: Falla por fluencia.
Intermedia: Falla por fluencia y pandeo.
Larga: Falla por pandeo.
Columna corta: La carga última está gobernada por la resistencia de los materiales y las dimensiones de la sección transversal.
Columna esbelta (intermedia): La carga última está influida por la esbeltez, lo que produce flexión adicional debido a las deformaciones transversales.
Columna larga: La esbeltez es una limitante del diseño, ya que se pandea antes de alcanzar su máxima resistencia.

Diseño por pandeo
- Se considera la forma pandeada de la columna.
- Se utilizan valores de K (factor de longitud efectiva) teóricos y recomendados para diseño, dependiendo de las condiciones de apoyo.
- $P_{cr} = rac{\pi^2 EI}{(KL)^2}$
Diseño por carga axial
- La resistencia de una columna cargada axialmente se determina mediante la siguiente expresión:
- Donde:
  - $A_g$ = área total de la sección transversal del concreto
  - $A_{st}$ = área total de acero de refuerzo longitudinal
Diseño por flexocompresión
- Uso de diagramas de interacción.
- Fórmula de Bresler.
- Método del contorno.
- Método PCA.
- Columnas rectangulares.
- Acero en sus cuatro caras.
- Diagramas de Interacción P-M
  - Se representan curvas de interacción entre la carga axial (P) y el momento flector (M).
  - Se identifican zonas de falla por compresión y tensión.
  - Se considera el punto de falla balanceada.
- Ecuaciones:
  - \farc{1}{P'uo} = \farc{1}{P'xo} + \farc{1}{P'yo} - \farc{1}{Po}
  - \left(\farc{M{ux}}{M{nux}}\right)^\alpha + \left(\farc{M{uy}}{M{nuy}}\right)^\alpha = 1.0
  - $\alpha = \log(0.5) / \log(\beta)$

Para esfuerzos axiales y momentos pequeños, el refuerzo longitudinal se distribuye aproximadamente a la misma distancia alrededor del perímetro.
Cuando los momentos son grandes, la mayor parte del acero se concentra en las caras de tensión y compresión mayores.
Para columnas muy armadas, se generan paquetes ubicados principalmente en las esquinas y conformados de 3 varillas o más.

Funciones:
- Mantiene las barras longitudinales en posición dentro de las formaletas mientras se coloca el concreto.
- Es necesario para evitar que las barras longitudinales sometidas a tensiones elevadas y muy esbeltas pandeen hacia afuera haciendo saltar el delgado recubrimiento.
Tabla de Refuerzo transversal para columnas
- Condición:
  - $P \leq 0.3 \cdot f'_c$
  - P > 0.3 \cdot f'_c

Se considera el cortante de la columna ( $Ve$ ) en función de los momentos probables en los extremos de la columna ( $M{pr3}, M{pr4}$ ) y la longitud no arriostrada ( $lu$ ).

Se relaciona la capacidad de momento de la viga ( $M{nv}$ ) y la columna ( $M{nc}$ ).

La dimensión que pasa a través del centroide no debe ser inferior a 30 cm.
La relación entre la dimensión menor de la sección y la dimensión perpendicular debe ser al menos 0.4.
El acero mínimo para columnas es el 1% del área gruesa.
El acero máximo es el 8% del área gruesa para zonas “No sísmicas” y 6% para zonas “sísmicas”.
La columna cuadrada o rectangular debe tener 4 varillas de refuerzo longitudinal como mínimo y 6 varillas para columnas circulares.
El refuerzo transversal nunca podrá ser menor de 3/8” para barras longitudinales menores a la No. 10 y por lo menos de ½” para barras superiores a la No. 10 y barras empaquetadas.
El recubrimiento mínimo para columnas en condiciones normales debe ser 1 ½” (3.81 cm).
Se deben cumplir los requisitos del capítulo 18 del ACI 318-19 para separación de refuerzo transversal.

Columna débil - viga fuerte (no deseado).
Columna fuerte - viga débil (deseado).
Se debe manejar el criterio de rotulación plástica en viga, esto nos quiere decir que las vigas deben de fallar primero, antes que la columna.
Se debe manejar el criterio columna fuerte-viga débil, ya que la falla en varias columnas pueden producir el colapso de un sistema estructural de marcos.
Diseño inadecuado: