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CAPÍTULO 6: DISEÑO DE MIEMBROS CARGADOS AXIALMENTE A COMPRESIÓN
Proceso de Diseño Básico
El diseño de columnas por fórmulas es un proceso de ensayo y error
Estimación Inicial: Se estima la relación de esbeltez (KL/r) (usualmente entre 40 y 60 para columnas promedio de 10 a 15 pies de longitud)
Se usa ese KL/r para obtener el esfuerzo de diseño (ϕc *Fcr o Fcr/Ωc) de la Tabla 4-22 del AISC, y se calcula el área requerida
Se selecciona un perfil de prueba que cumpla con el área requerida y se verifica su resistencia real
AISC Tablas de Diseño (6.2): Se recomienda el uso de las tablas de columnas de la Parte 4 del Manual del AISC para simplificar los cálculos y realizar la selección de perfiles de manera rápida (W, HSS, tubos)
Longitudes No Soportadas Diferentes (Lx ≠Ly)
El diseño se rige por el valor de esbeltez más grande
Para tener resistencias iguales en ambas direcciones, se busca que se cumpla la relación: Lx/rx=Ly/r
Empalmes de Columnas
Generalmente se colocan 4 pies arriba de los pisos terminados para evitar interferencia con las conexiones de vigas y columnas y por seguridad durante el montaje
Transferencia de Carga
Si los extremos están maquinados, la mayor parte de la carga axial se transfiere por contacto directo. Las placas de empalme absorben un porcentaje menor (25% al 50% de la carga axial, o 50% al 75% si hay flexión)
Si los extremos no están maquinados, las placas de empalme deben diseñarse para soportar el 100% de la carga
Las placas son necesarias para mantener las secciones unidas durante el montaje, y para resistir fuerzas cortantes y momentos
Columnas Compuestas (Armadas)
Miembros construidos con dos o más perfiles (ej., secciones W con cubreplacas, pares de ángulos o canales)
Componentes en Contacto
Si las partes están continuamente conectadas (ej. soldadura continua), trabajan como una unidad y su momento de inercia es el del conjunto
Requisitos de Conexión (AISC E6): Los conectores (tornillos o soldaduras) deben ser lo suficientemente fuertes para impedir el deslizamiento entre las partes y permitir que actúen como una unidad
Relación de Esbeltez Modificada (KL/r)m: Si el pandeo genera cortante en los conectores (tendencia a la separación), debe calcularse un KL/r modificado (usando Ec. E6-1 o E6-2 del AISC) para asegurar que no exceda el límite permisible
Componentes sin Contacto
Partes ampliamente separadas (ej. dos canales) deben unirse con celosías (lacing) o cubreplacas perforadas
La celosía mantiene las partes paralelas y a la distancia correcta, impidiendo el pandeo lateral individual y forzando a las partes a actuar como una unidad estructural. Se requieren placas de unión en los extremos y en interrupciones de la celosía
Estados Límite Avanzados
Secciones con Elementos Esbeltos
Aplica a secciones cuyas paredes son delgadas (ej., muchas HSS) y podrían experimentar pandeo local antes de la falla global
Las tablas del AISC incorporan los efectos de la esbeltez. Si la sección es esbelta, su resistencia de diseño se reduce según la Especifiación E7 del AISC (usando el factor de reducción Q)
Pandeo Flexotorsional
Falla en la que el miembro se flexiona y tuerce simultáneamente
Es crítico para miembros con un solo eje de simetría (ej., canales o perfiles T) o secciones con placas delgadas
Para evitar torsión, la carga debe pasar a través del centro de cortante de la sección
La resistencia nominal (Pn) se determina a partir del menor esfuerzo crítico (Fcr) calculado para flexión y para pandeo flexotorsional