Columnas de Acero

materiales

Columnas

de acero

rellenas de concreto Por Ing. Jair Antonio Cárdenas Ramírez

Fotos: cortesía Jair Antonio Cárdenas Ramírez

Estos perfiles tubulares proporcionan mayor resistencia de carga sin aumentar las dimensiones de la columna e incrementan las propiedades de protección contra el fuego.

J

apón, Estados Unidos y España fueron los pioneros en la utilización de este sistema, y gracias a sus ventajas constructivas y económicas, su uso ya se ha extendido a Colombia y a otros países de la región latinoamericana. La alta resistencia de carga lo convierte en una alternativa eficiente en la construcción de superficies comerciales, pues permite desarrollar cerchas de gran magnitud, disminuyendo el número de soportes instalados.

Perfil tubular de acero estructural

Las columnas mixtas, como también se les conoce, son una solución más rápida en comparación con otros sistemas tradicionales, pues el acero actúa como una formaleta –en este caso permanente– eliminando los tiempos de fraguado o endurecimiento del concreto que afectan el cronograma de obra. Así pues, esta técnica ha demostrado un desempeño superior en edificaciones de grandes dimensiones, resultado de la suma de las propiedades de cada material que la componen.

Concreto

Columna compuesta

Alta resistencia

Alta rigidez

Alta ductilidad

Resistente al fuego

Buena resistencia a tensión

Durable

Liviano

Buena resistencia a la compresión

Fácil de ensamblar

Fácil de instalar

Sumatoria de las sinergias de materiales y propiedades

Rápido de instalar Disminución de pandeo local

Ver gráfico Sección compuesta circular

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Construcción Metálica 20

materiales

Sección compuesta circular

Detalles constructivos A-A

A

B-B

B

B

Recomendaciones

A

Unión de viga a columna con pieza de unión atravesando la columna

Conexión viga-columna

Detalles de conexión

Geometrías o secciones transversales Las secciones tubulares rellenas de concreto más utilizadas en la construcción de columnas compuestas son las redondas, rectangulares y cuadradas.

Columnas tubulares compuestas

Construcción Metálica 20

• Es necesario dejar pequeñas perforaciones en las paredes de la sección tubular para ventilación, con el fin de disminuir las presiones internas durante la fundida del concreto y, en caso de incendio, evitar la presión de vapor generada por la presencia de fuego. Es recomendable hacer dichas perforaciones en los extremos de la columna y en un punto intermedio de esta, con un diámetro menor a 20 mm.

• Antes de fundir el concreto, el interior de la sección tubular debe estar libre de agua, impurezas y otros agentes.

• La sección transversal del perfil tubular, utilizado como columna, no debe ser inferior a 200 mm, bien sea de diámetro o de ancho, cuando se trata de una sección cuadrada o rectangular. Esto facilita la instalación del concreto y la colocación del acero de refuerzo, de ser necesario su uso.

• Se recomienda el uso de concreto con resistencias mayores o iguales a 28 Mpa (4000 Psi) y con gravilla fina inferior a ½” (12,7 mm). Se permite el uso de plastificantes o fluidificantes siempre que estos no generen corrosión al interior de la sección tubular de acero.

• Se debe garantizar que el acero y el concreto trabajen como un sistema unitario, lo que exige la utilización de conectores de cortante.

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materiales

adHErEnCia Y ConECtorES dE CortantE aCEro-ConCrEto Adherencia por fricción

Conector de cortante

Sección tubular de acero Concreto

Concreto

Sección tubular de acero

VEntaJaS • Estas columnas tienen mayor ductilidad que las construidas en concreto reforzado, debido al alto confinamiento del hormigón y a la alta resistencia al pandeo local.

• Estructuralmente, este sistema es entre un 22 y 40 % más liviano que los soportes verticales de secciones tubulares de acero sin rellenar. El peso de la columna tubular dependerá de la zona de amenaza sísmica y del tipo de sección que se use (redonda, cuadrada o rectangular).

• Constructivamente, las secciones tubulares de acero eliminan el uso de formaleta y, en algunos casos, del acero de refuerzo. Esto reduce los tiempos de ejecución y los costos de construcción.

• El concreto utilizado como relleno aumenta la resistencia al fuego y a la corrosión, por lo que no es necesario usar protección pasiva o activa contra incendios (pinturas o aspersores de agua) o productos anticorrosivos.

• La mezcla de concreto da mayor rigidez a los perfiles tubulares, disminuye las derivas de la

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edificación y aumenta la capacidad de carga frente a efectos sísmicos.

• Se pueden obtener columnas más esbeltas y estéticas sin sacrificar la capacidad de carga. Además, generan mayor superficie o área útil en la planta del edificio como resultado de la disminución de las secciones.

• Las uniones o nudos de la estructura ya están resueltos, debido a las avanzadas técnicas de construcción en acero. Esto permite la prefabricación de elementos de conexión en taller, y un ensamble rápido y sencillo en obra.

• No se requieren equipos especiales ni mano de obra calificada para la instalación del concreto.

Jair Antonio Cárdenas Ramírez Ingeniero civil especializado en diseño de estructuras (Universidad Nacional de Colombia) y director del Área Técnica y Proyectos del Consorcio Metalúrgico Nacional Ltda. (Tubos Colmena).

FUENTES 1. CIDECT, Comité Internacional para el Desarrollo y el Estudio de la Construcción Tubular. Guía de Diseño N° 5: columnas de perfiles tubulares rellenos de hormigón bajo cargas estáticas y sísmicas.

2. Estructuras mixtas y diseño sísmico.

Cali, Colombia, agosto 23 y 24 de 2012.

Roberto T. Leónm Ph.D. Tiziano Perea, Ph.D. 3. El Acero Hoy. Construcción compuesta acero-concreto. Gerdau Corsa.

4. Sistema PRM con columnas rellenas de concreto. Tecmo S.A.

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