Comportamiento de miembros de acero y madera en compresión

Los miembros en compresión son los que soportan y transmiten cargas desde un extremo al otro en su eje longitudinal. Estos miembros, debido a la naturaleza de las fuerzas que soportan, tienden a fallar principalmente por inestabilidad (pandeo) o por cedencia del material propio cuando los esfuerzos de diseño no son considerados correctamente.

Las consideraciones para el comportamiento de miembros en compresión son las mismas sin importar el material con el que se esté trabajando. El principio general es que los esfuerzos máximos de compresión fc inducidos por cargas no deben exceder el valor de diseño de compresión Fc, multiplicado por factores de ajuste aplicables para las condiciones de servicio.

 

El comportamiento de miembros de madera en compresión es ligeramente distinto de acuerdo al tipo de columna que se esté usando:

 

Las columnas sólidas, que consisten en una pieza única de madera. Aplican las consideraciones generales tales que fc = P / Ag ≤ F’c, donde:

P = carga axial en la columna

Ag = área total de la columna

F’c = valor de diseño en compresión paralelo al grano de la madera (dirección natural de las fibras) multiplicado por los factores de ajuste aplicables, incluido el factor de estabilidad de columna Cp

 

Las columnas compuestas o armadas son fabricadas uniendo varias láminas de madera con pasadores mecánicos, como clavos, pernos o tornillos de manera que se comporten como una unidad. Este tipo de columna es menos resistente y menos rígida que una columna solida de las mismas dimensiones y condiciones, sin embargo, resulta mucho más capaz de soportar pandeo gracias al soporte de los pasadores que las mantienen unidas. En general, entre menor deslizamiento entre laminas individuales exista al sufrir compresión, mayor será su resistencia a pandeo en comparación con columnas sólidas. Se ha observado un aumento de estabilidad de un 60% en columnas compuestas usando clavos, y un 75% en las que usan pernos en comparación con columnas solidas de dimensiones equivalentes, de acuerdo al American Forest and Paper Association.

 

Las columnas espaciadas consisten en dos o más laminas individuales unidas con sus caras más anchas en paralelo por bloques de madera en los extremos y en puntos determinados intermedios. Se unen usando pernos exclusivamente, estos pasan a través de los bloques de unión.  La ventaja principal de estas columnas es una capacidad mayor permitida en el valor de diseño de pandeo debido a la fijeza parcial en los extremos que presentan. Este aumento de capacidad puede ser de 3 a 10 veces en comparación a una columna solida pero solo aplica en la dirección perpendicular a las caras anchas de las láminas.

 

Para los miembros de acero, el comportamiento bajo compresión depende en gran medida de la longitud de la pieza y de las condiciones en los apoyos. Estos son clasificados usualmente en cortos, intermedios, o largos. Cada tipo tiene un comportamiento característico.

En los miembros cortos el pandeo local y/o la cedencia son preocupaciones mayores, mientras que en los largos el pandeo del miembro en general es más prevalente. Los miembros intermedios son los más complejos de analizar y al mismo tiempo son los más comunes en estructuras de acero. Pueden fallar por una combinación de cedencia, pandeo local o pandeo de todo el miembro, incluyendo interacciones entre modelos de pandeo. En la siguiente figura se muestra una relación esquemática entre la resistencia máxima de un miembro de acero en compresión y su longitud.

 

Jorge Carrero

C.I: 26.128.418