26.7 : Diseño de columnas bajo carga excéntrica

Diseñar columnas para soportar cargas excéntricas es un aspecto crítico de la ingeniería estructural, ya que garantiza que las estructuras puedan soportar cargas descentradas sin fallar. Este proceso de diseño debe tener en cuenta las tensiones normales adicionales introducidas por la carga excéntrica, que puede influir significativamente en la distribución de tensiones y la estabilidad general de una columna. Una carga excéntrica aplicada a una columna induce esfuerzos normales que pueden conceptualizarse como una combinación de esfuerzos debidos a una carga céntrica equivalente y esfuerzos de flexión adicionales. Esto conduce a una distribución no uniforme de la tensión que debe analizarse cuidadosamente para evitar fallas estructurales. Se emplean dos métodos principales en el diseño de columnas bajo cargas excéntricas: el método de esfuerzo permisible y el método de interacción.

El método de tensión permitida es un enfoque sencillo en el que la tensión permitida para una columna cargada excéntricamente se equipara con la tensión máxima permitida para una columna cargada centralmente. Este método simplifica el proceso de diseño al tratar la tensión permitida como una función de la relación de esbeltez de la columna, que es una medida de su propensión a pandearse bajo carga. Sin embargo, este método supone que la tensión permitida para la carga céntrica abarca las tensiones adicionales debidas a la flexión, lo que lleva a diseños conservadores que pueden no utilizar todo el potencial del material. El conservadurismo inherente a este enfoque garantiza la seguridad, pero puede dar lugar a columnas más grandes y más caras de lo necesario.

El método de interacción ofrece un enfoque más matizado al considerar tanto las tensiones permitidas debidas a la carga céntrica como las tensiones que surgen de los momentos de flexión. Este método proporciona un marco para calcular la tensión máxima que la columna puede soportar sin un momento de par (carga céntrica pura) y la tensión máxima debida a flexión pura (sin carga axial). Al tener en cuenta estas condiciones simultáneamente, el método de interacción permite una estimación más precisa y menos conservadora de las tensiones permitidas en columnas cargadas excéntricamente.

En la práctica, el método de interacción suele ser el preferido por su capacidad para equilibrar la seguridad con la eficiencia del material. Requiere un análisis detallado de la distribución de tensiones dentro de la columna, considerando tanto cargas axiales como momentos flectores.