Estrutura
Contenido
Las primeras columnas se construyeron con piedra, algunas de una sola pieza de piedra. Las columnas monolíticas se encuentran entre las piedras más pesadas utilizadas en la arquitectura.
Otras columnas de piedra se crean a partir de múltiples secciones de piedra, con mortero o con juntas en seco (grapas). En muchos sitios clásicos, las secciones (tambores) de columnas se tallaron con un orificio central o una depresión para poder unirlas con pasadores (clavijas) "Clavija (carpintería)") de madera, piedra o metal.
El diseño de la mayoría de las columnas clásicas incorpora entasis (la inclusión de una ligera curva hacia afuera en los lados) más una reducción en el diámetro a lo largo de la altura de la columna, de modo que la parte superior sea tan solo el 83 % del diámetro inferior. Esta reducción imita los efectos de paralaje que el ojo espera ver, y tiende a hacer que las columnas parezcan más altas y rectas de lo que son, mientras que el éntasis se suma a ese efecto.
Hay flautas y filetes que suben por el fuste de las columnas. La flauta es la parte de la columna que está indentada con forma semicircular. El filete de la columna es la parte entre cada una de las flautas de las columnas de orden jónico. El ancho de la ranura cambia en todas las columnas cónicas a medida que sube por el fuste y permanece igual en todas las columnas no cónicas. Esto se hizo con las columnas para agregarles interés visual. El jónico y el corintio son los únicos órdenes que tienen filetes y flautas. El estilo dórico tiene flautas pero no filetes. Las flautas dóricas están conectadas en un punto afilado donde se ubican los filetes en las columnas de orden jónico y corintio.
Nomenclatura
A maioria das colunas clássicas surge de uma base, que repousa sobre o estilóbato, ou fundação&action=edit&redlink=1 "Fundação (engenharia) (ainda não escrita)"), exceto aquelas da ordem dórica, que geralmente repousam diretamente sobre o estilóbato. A base pode ser constituída por vários elementos, começando por uma laje larga e quadrada conhecida como pedestal "Plinto (arquitetura)"). As bases mais simples consistem apenas no pedestal, às vezes separado da coluna por uma almofada circular convexa conhecida como toro. As bases mais elaboradas incluem dois toros, separados por uma seção côncava ou canal conhecido como scotiae (Scotiae) ou trochilus. Scotiae também pode ocorrer aos pares, separados por uma seção convexa chamada astrágalo, ou conta, mais estreita que um toro. Às vezes, essas seções eram acompanhadas por seções convexas ainda mais estreitas, conhecidas como annulets&action=edit&redlink=1 "Annulet (arquitetura) (ainda não elaborada)") ou filetes.[3][4].
No topo do eixo existe um capitel, sobre o qual repousa a cobertura ou outros elementos arquitetônicos. No caso das colunas dóricas, o capitel geralmente consiste em uma almofada redonda e afilada, ou equino, que sustenta uma laje quadrada, conhecida como ábax ou ábaco. Os capitéis jônicos apresentam um par de volutas "Voluta (arquitetura)"), enquanto os capitéis coríntios são decorados com relevos em forma de folhas de acanto. Qualquer tipo de capitel pode vir acompanhado das mesmas molduras da base.[3][4] No caso de colunas independentes, os elementos decorativos do fuste são conhecidos como remates.
As colunas modernas podem ser construídas em aço, concreto vazado ou pré-moldado, ou tijolo, deixadas nuas ou cobertas com uma cobertura arquitetônica ou chapa metálica. Usado para apoiar um arco, um imposto&action=edit&redlink=1 "Imposto (arquitetura) (ainda não elaborado)"), ou pilar, é o membro superior de uma coluna. A parte inferior do arco, chamada de salto, repousa sobre a fáscia.
Equilíbrio, instabilidade e cargas
À medida que a magnitude da carga axial em uma coluna delgada perfeitamente reta com propriedades de material elástico aumenta, esta coluna ideal passa por três estados: equilíbrio estável, equilíbrio neutro e instabilidade. A coluna reta sob carga está em equilíbrio estável se uma força lateral, aplicada entre as duas extremidades da coluna, produz uma pequena deflexão lateral que desaparece e a coluna retorna à sua forma reta quando a força lateral é removida. Se a carga na coluna for aumentada gradualmente, atinge-se uma condição na qual a forma de equilíbrio reto se torna o chamado equilíbrio neutro, e uma pequena força lateral produzirá uma deflexão que não desaparece e a coluna permanecerá nesta forma ligeiramente curvada quando a força lateral for removida. A carga na qual o equilíbrio neutro de uma coluna é alcançado é chamada de carga crítica ou de flambagem. O estado de instabilidade é alcançado quando um ligeiro aumento na carga espinhal causa deflexões laterais crescentes e incontroláveis, levando ao colapso total.
Para um pilar reto carregado axialmente com qualquer condição de apoio final, a equação de equilíbrio estático, na forma de equação diferencial, pode ser resolvida para a forma defletida e a carga crítica do pilar. Sob condições de apoio articulado, fixo ou de extremidade livre, a forma flexionada em equilíbrio neutro de um pilar inicialmente reto com seção transversal uniforme em todo o seu comprimento segue sempre uma forma de curva senoidal parcial ou composta, e a carga crítica é dada por.
onde E = módulo de elasticidade do material, I = momento mínimo de inércia da seção transversal e L = comprimento real do pilar entre seus dois apoios extremos. Uma variante de (1) é dada por.
onde r = raio "Raio (geometria)") de giração da seção transversal da coluna que é igual à raiz quadrada de (I/A), K = razão entre a metade mais longa da onda senoidal "Seno (trigonometria)") para o comprimento real da coluna, E = módulo tangente em tensão F, e KL = comprimento efetivo (comprimento de uma coluna articulada equivalente). Da Equação (2) pode-se observar que a resistência à flambagem de um pilar é inversamente proporcional ao quadrado do seu comprimento.
Quando a tensão crítica, F (F =P/A, onde A = área da seção transversal do pilar), é maior que o limite proporcional do material, o pilar está sofrendo flambagem inelástica. Como nesta tensão a inclinação da curva tensão-deformação do material, E (chamada de módulo tangente"), é menor do que abaixo do limite proporcional, a carga crítica na flambagem inelástica é reduzida. Fórmulas e procedimentos mais complexos se aplicam a tais casos, mas em sua forma mais simples, a fórmula para a carga crítica de flambagem é dada como Equação (3).
Tipos de falhas de coluna
Existem diferentes tipos de falhas estruturais em pilares, estas podem ser causadas por diferentes critérios, por exemplo: corrosão, má qualidade dos materiais de construção, maus processos de fundição (no caso do betão)/instalação (no caso do aço), entre outros. Os principais tipos de ruptura que podem ser observados em pilares são ruptura por compressão, ruptura por adesão de varões de armadura, ruptura por flexão-compressão, ruptura por torção, ruptura por efeito de pilar curto, tensões de cisalhamento, entre outros. O nível de perigo que cada um representa dentro de um sistema estrutural varia, desde mau funcionamento estrutural até colapso. Quando um membro estrutural sofre danos, deve ser monitorado para evitar o colapso do próprio membro.
Extensões
Quando uma coluna é muito longa para ser construída ou transportada inteira, ela deve ser estendida ou emendada no canteiro de obras. Uma "coluna de concreto armado" é estendida com vergalhões de aço estendidos alguns centímetros ou pés acima do topo do concreto, então o próximo nível de vergalhão é colocado para se sobrepor e o concreto do próximo nível é derramado. Uma coluna de aço é estendida soldando ou aparafusando placas de topo aos flanges e almas ou paredes das colunas para fornecer alguns centímetros de transferência de carga da seção superior para a inferior da coluna. Uma coluna de madeira geralmente é estendida usando um tubo de aço ou uma placa de chapa metálica aparafusada às duas seções de madeira conectadas.
Bases
Uma coluna que transporta a carga para uma fundação deve ter meios para transferir a carga sem sobrecarregar o material da fundação. Pilares de concreto armado e alvenaria são geralmente construídos diretamente sobre fundações de concreto. Ao assentar sobre uma fundação de concreto, uma coluna de aço deve ter uma placa de base para distribuir a carga por uma área maior e, portanto, reduzir a pressão de apoio. A placa de base é uma placa de aço retangular espessa, geralmente soldada na extremidade inferior da coluna.