CARGA AXIAL 

Se puede decir que carga axial es aquella que aparece como resultante de un sistema de cargas, misma que transcurre por el eje centroidal de la sección del elemento cargado, ya sea en tensión o compresión.

El estudio de comportamiento bajo carga axial es de suma importancia para poder entender varios aspecto del funcionamiento de las estructuras de concreto reforzado, y por que el valor de la resistencia a carga axial se utiliza para calcular la resistencia de elementos sujetos a carga axial combinada con otras acciones.

ESFUERZOS A TRACCIÓN

la tracción es el esfuerzo al que se somete un objeto cuando hay dos fuerzas que resultan opuestas y tienden, a partir de su aplicación, a alargarlo o estirarlo, como se indica en la imagen.

Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción. Sin embargo el estiramiento en ciertas direcciones generalmente va acompañado de acortamientos en las direcciones transversales; así si en un prisma mecánico la tracción produce un alargamiento sobre el eje "X" que produce a su vez un encogimiento sobre los ejes "Y" y "Z". Este encogimiento es proporcional al coeficiente de poisson.

Cuando se trata de cuerpos sólidos, las deformaciones pueden ser permanentes: en este caso, el cuerpo ha superado su punto de fluencia y se comporta de forma plástica, de modo que tras cesar el esfuerzo de tracción se mantiene el alargamiento; si las deformaciones no son permanentes se dice que el cuerpo es elástico, de manera que, cuando desaparece el esfuerzo de tracción, aquél recupera su longitud primitiva.

La relación entre la tracción que actúa sobre un cuerpo y las deformaciones que produce se suele representar gráficamente mediante un diagrama de ejes cartesianos que ilustra el proceso y ofrece información sobre el comportamiento del cuerpo de que se trate.

ESFUERZOS A COMPRESIÓN 

Un cuerpo se encuentra sometido a compresión si las fuerzas aplicadas tienden a aplastarlo o comprimirlo. Los pilares y columnas son ejemplo de elementos diseñados para  resistir esfuerzos de compresión.

Cuando se somete a compresión una pieza de gran longitud en relación a su sección, se arquea recibiendo este fenómeno el nombre de pandeo

Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada. Tiene varias limitaciones:

• Dificultad de aplicar una carga concéntrica o axial, sin que aparezca pandeo.
• Una probeta de sección circular es preferible a otras formas.

El ensayo se realiza en materiales:

• Duros.
• Semiduros.
• Blandos.

PANDEO

El pandeo es un fenómeno de inestabilidad elástica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de compresión.

Puede calificarse al pandeo como un fenómeno que obedece a la inestabilidad de ciertos materiales al ser sometidos a una compresión. La manifestación de fenómeno se evidencia a partir de una deformación transversal.

Existen diferentes tipos de pandeos. Puede hablarse de pandeo torsional, pandeo flexional, pandeo lateral-torsional y otros. Cada clasificación depende de la manera en que se produce la deformación a partir de una cierta compresión.

 

ÁREA EFECTIVA

Producto de la superficie de sección transversal de una armadura de acero por el coseno del ángulo que viene determinada por su eje y la dirección para la que se considera efectiva

FLEXOTRACCIÓN

La Flexotracción se da principalmente en las vigas y como resulta complicado realizar los ensayos de tracción pura en el concreto, se simplifican a través del  Ensayo de Flexotracción, el cual consiste en someter a una deformación plástica una probeta recta de sección plena, circular o poligonal, mediante el pliegue de ésta, sin inversión de su sentido de flexión, sobre un radio especificado al que se le aplica una presión constante.

                                              ENSAYO DE FLEXOTRACCIÓN 



MIEMBROS SUJETOS A TRACCIÓN



Es común encontrar miembros sujetos a tracción en puentes, armaduras de techo, torres, sistemas de arriostramiento y en miembros usados como tirantes. La sección de un perfil para usarse como miembro a tracción es uno de los problemas más sencillos en el diseño de estructuras . Como no existe el problema de pandeo, el proyectista sólo necesita calcular la fuerza factorizada cargada al miembro y dividirla entre un esfuerzo de diseño para determinar el área de la sección transversal efectiva necesaria. Luego se selecciona un perfil estructural que posea un área que satisfaga el requerimiento.

• Longitud para el diseño: la longitud de diseño de los miembros traccionados normalmente, L, será la longitud no arriostrada lateralmente, definida como la distancia entre los baricentros de los miembros que los restringen lateralmente. 

• Relación de esbeltez: será solo su longitud no arriostrada, L, dividida por el correspondiente radio de giro, r, es decir L/r. La relación de esbeltez de los miembros traccionados distintos a las barras, preferiblemente no debe exceder de 300. Este método de límite puede ser obviado cuando se dispone de otros medios para controlar la flexibilidad, la vibración, y el aflojamiento que puedan ocurrir durante las condiciones de servicio de la estructura. 

• Área total (A): se determinará sumando las áreas obtenidas al multiplicar el espesor y el ancho de cada uno de los elementos componentes, debiéndose medir los anchos perpendiculares al eje longitudinal del miembro

• Área neta (An): se determinará sumando las áreas obtenidas al multiplicar el espesor y el ancho neto de cada uno de los elementos

CRITERIOS Y MÉTODOS DE DISEÑO EN ELEMENTOS DE COMPRESIÓN Y TRACCIÓN 

Criterios de diseño

El dimensionamiento de las estructuras y de los elementos que las componen se efectuará de acuerdo con los criterios relativos a los estados límite de falla y de servicio establecidos en las normas del Reglamento.

Según el criterio de estados límite de falla, las estructuras deben dimensionarse de manera que la resistencia de diseño de toda sección con respecto a cada fuerza o momento interno que actúe en ella (fuerza axial, fuerza cortante, momento flexionante, momento de torsión) o a la combinación de dos o más de ellos, sea igual o mayor que el o los valores de diseño de dicha fuerza o momento internos. Las resistencias de diseño deben incluir el factor de resistencia F_R correspondiente. Las fuerzas y momentos internos de diseño se obtienen, en general, multiplicando por el factor de carga F_C correspondiente los valores de las fuerzas y momentos internos calculados bajo acciones nominales.

En los casos en que los efectos geométricos de segundo orden influyan significativamente en la respuesta de la estructura, las fuerzas y momentos internos de diseño deben obtenerse multiplicando las acciones nominales por los factores de carga antes de efectuar el análisis, el que se lleva a cabo con las acciones nominales factorizadas.

Además de los estados límite de falla, deben revisarse también los estados límite de servicio; es decir, se comprobará que las respuestas de la estructura (deformaciones, vibraciones, entre otros.) queden limitadas a valores tales que el funcionamiento en condiciones de servicio sea satisfactorio.

Toda construcción debe contar con una estructura que tenga características adecuadas para asegurar su estabilidad bajo cargas verticales y que le proporcione resistencia y rigidez suficientes para resistir los efectos combinados de las cargas verticales y de las horizontales que actúen en cualquier dirección. Cuando sean significativos, deberán tomarse en cuenta también los efectos producidos por otras acciones, como se indica en el artículo 150 del Título Sexto del Reglamento.

Pueden utilizarse estructuras de alguno de los dos tipos básicos que se describen a continuación. En cada caso particular el análisis, diseño, fabricación y montaje deben hacerse de manera que se obtenga una estructura cuyo comportamiento corresponda al del tipo elegido. Debe prestarse particular atención al diseño y construcción de las conexiones.

Las estructuras tipo 1, comúnmente designadas marcos rígidos o estructuras continuas, se caracterizan porque los miembros que las componen están unidos entre sí por medio de conexiones rígidas, capaces de reducir a un mínimo las rotaciones relativas entre los extremos de las barras que concurren en cada nudo, de manera que el análisis puede basarse en la suposición de que los ángulos originales entre esos extremos se conservan sin cambio al deformarse la estructura. Las conexiones deben satisfacer todos los requisitos aplicables de la sección 5.8.

Las estructuras tipo 2 son las que están formadas por miembros unidos entre sí por medio de conexiones que permiten rotaciones relativas, y que son capaces de transmitir la totalidad de las fuerzas normales y cortantes, así como momentos no mayores del 20 por ciento de los momentos resistentes de diseño de los miembros considerados. En el análisis se ignoran las restricciones a las rotaciones.

Las estructuras tipo 1 pueden analizarse y diseñarse utilizando métodos elásticos o plásticos; estos últimos son aplicables cuando se satisfacen los requisitos siguientes:

a)   El valor mínimo garantizado del esfuerzo correspon­diente al límite inferior de fluencia del acero, F_y, no es mayor que el 80 por ciento de su esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión, F_u, ni que 440 MPa (4500 kg/cm²).

b)   La curva carga–deformación del acero tiene las características necesarias para que pueda presentarse la redistribución de momentos requerida para la formación del mecanismo de colapso. Para ello, debe tener una zona de cedencia, de deformación creciente bajo esfuerzo prácticamente constante, correspondiente a un alargamiento máximo no menor de uno por ciento, seguida de una zona de endurecimiento por deformación, y el alargamiento correspondiente a la ruptura no debe ser menor de 20 por ciento.

c)   Las relaciones ancho/grueso de los elementos planos que componen los perfiles cumplen los requisitos de las secciones tipo 1 ó 2, cuando los efectos sísmicos no son críticos, y de las secciones tipo 1 cuando sí lo son.

d)   Los miembros están contraventeados lateralmente de acuerdo con los requisitos de la sección 3.3.2.1.

e)   Se colocan atiesadores dobles, en los dos lados del alma, en las secciones de los miembros que reciben cargas concentradas en las que aparezcan articulaciones plásticas en el eventual mecanismo de colapso.

f)   Ninguno de los miembros de la estructura que interviene en el mecanismo de colapso está sometido a cargas que puedan producir fallas por fatiga, ni son posibles fallas de tipo frágil ocasionado por cargas de impacto, bajas temperaturas u otros factores.

g)   Se cumplen las condiciones indicadas en las secciones para estructuras diseñadas plástica­mente.

En las estructuras tipo 1 analizadas elásticamente se admite redistribuir los momentos obtenidos del análisis, satisfaciendo las condiciones de equilibrio de fuerzas y momentos en vigas, nudos y entrepisos, y de manera que ningún momento se reduzca en valor absoluto en más de 30 por ciento en vigas que cumplan con los requisitos para secciones tipo 1 ó 2 y cuyo patín comprimido esté soportado lateralmente en forma continua, o esté provisto de soportes laterales con separaciones no mayores que L_p en zonas de formación de articulaciones plásticas, ni en más de 15 por ciento en vigas tipo 3 provistas del soporte lateral mencionado arriba y en columnas tipo 1, 2 ó 3.

Las estructuras tipo 2 pueden usarse en elementos secundarios, y se aceptan en la estructura principal si se utilizan muros, contraventeos, marcos rígidos, o una combinación de ellos que junto con las losas u otros diafragmas horizontales proporcionen a la construcción en conjunto rigidez lateral adecuada y capacidad para resistir las fuerzas horizontales que puedan obrar sobre ella.

Si se conocen las características de resistencia, rigidez y ductilidad de conexiones comprendidas entre las correspondientes a los dos tipos de estructuras mencionadas arriba, esas características pueden incorporarse en el análisis y diseño. Estas conexiones, “parcialmente restringidas”, pueden usarse en la estructura principal de edificios cuya altura no exceda de ocho pisos o 30 m, o de altura mayor, si se complementan con muros, contraventeos, marcos rígidos, o una combinación de ellos.

Las características de las conexiones parcialmente restringidas deben estar documentadas en la literatura; en caso contrario, se establecerán con métodos analíticos o experimentales.