1

Instituto de Mecnica Estructural y Riesgo Ssmico

HORMIGN IUnidad 8:

ANCLAJES Y EMPALMES.Profesor: CARLOS RICARDO LLOPIZ.

2

Contenido.EL MATERIAL COMBINADO HORMIGN ARMADO.

8.1. INTRODUCCIN. 8.2. LA ADHERENCIA EN ELEMENTOS DE HORMIGN ARMADO. 8.2.1. ELEMENTO EN TRACCIN. 8.2.2. ELEMENTO EN FLEXIN. 8.3. NATURALEZA DE LA RESISTENCIA DE ADHERENCIA. 8.3.1. RELACIN TENSIN DE ADHERENCIA vs. DESLIZAMIENTO. 8.3.2. BARRAS LISAS. 8.3.3. BARRAS NERVURADAS. 8.4. INFLUENCIA DE LA POSICIN DE LA BARRA CON RESPECTO A LA COLOCACIN DEL HORMIGN QUE LAS RODEA. 8.5. INFLUENCIA DEL DIMETRO DE LA BARRA Y CONDICIONES DE LA SUPERFICIE. 8.6. EFECTO DEL CONFINAMIENTO. 8.7. PRESCRIPCIONES REGLAMENTARIAS DEL ACI-318 Y OTRAS NORMAS EN RELACIN AL DESARROLLO DE LAS ARMADURAS. 8.7.1. GENERALIDADES. 8.7.2. DESARROLLO DE BARRAS CONFORMADAS A TRACCIN CON EXTREMOS RECTOS. 8.7.3. DESARROLLO DE BARRAS LISAS A TRACCIN. 8.7.4. DESARROLLO DE BARRAS CONFORMADAS A COMPRESIN. 8.7.5. DESARROLLO DE BARRAS LISAS A COMPRESIN. 8.7.6. DESARROLLO DE PAQUETES DE BARRAS. 8.7.7. DESARROLLO DE BARRAS EN TRACCIN CON EXTREMOS CON GANCHOS NORMALES. 8.7.7.1. INTRODUCCIN. 8.7.7.2. LONGITUD DE DESARROLLO PARA BARRAS NERVURADAS CON EXTREMOS CON GANCHOS. 8.7.8. DESARROLLO DE MALLAS ELECTROSOLDADAS DE ACERO CONFORMADO SOMETIDAS A TRACCIN. 8.7.9. DESARROLLO DE MALLAS ELECTROSOLDADAS DE ACERO LISO SOMETIDAS A TRACCIN. 8.8. EMPALMES DE ARMADURAS. 8.8.1. INTRODUCCIN. 8.8.2. EMPALMES DIRECTOS. 8.8.2.1. EMPALMES SOLDADOS. 8.8.2.2. EMPALMES CON CONECTORES MECNICOS. 8.8.2.2.1. EMPALMES CON MANGUITOS ROSCADOS.

3

8.8.2.2.2. EMPALMES CON MANGUITOS A PRESIN PARA BARRAS NERVURADAS. 8.8.3. EMPALMES INDIRECTOS. 8.8.3.1. TRASLAPES DE TRACCIN. 8.8.3.2. TRASLAPES DE COMPRESIN. 8.8.4. PRESCRIPCIONES REGLAMENTARIAS RESPECTOS A LOS EMPALMES. 8.8.4.1. EMPALMES POR TRASLAPE EN TRACCIN. 8.8.4.2. EMPALMES POR TRASLAPE EN COMPRESIN. 8.8.4.3. DISPOSICIONES ESPECIALES PARA DISEO SSMICO. 8.9. DESARROLLO DE LA ARMADURA EN FLEXIN. 8.9.1. GENERALIDADES. 8.9.2. PRESCRIPCIONES REGLAMENTARIAS DEL NZS:3101 Y DEL ACI 318 8.9.2.1. INTERRUPCIN DE LA ARMADURA DE TRACCIN. LONGITUDES DE EMBEBIDO. 8.9.2.2. CONDICIONES PARA INTERRUMPIR LA ARMADURA. 8.9.2.3. ANCLAJES EN ELEMENTOS DE SECCIN VARIABLE. 8.9.2.4. DESARROLLO DE ARMADURA DE TRACCIN PARA MOMENTO POSITIVO. 8.9.2.5. DESARROLLO DE LA ARMADURA PARA MOMENTO NEGATIVO. 8.9.2.6. DESARROLLO DE LA ARMADURA DEL ALMA. 8.10. CONSIDERACIONES ESPECIALES DEL NZS:3101 PARA ANCLAJES Y EMPALMES EN ELEMENTOS SOMETIDOS A TERREMOTOS. 8.10.1. EMPALMES E INTERRUPCIN DE BARRAS. 8.10.2. LONGITUD EFECTIVA DE ANCLAJE EN NUDOS. 8.10.3. SITUACIN EN NUDOS INTERIORES VIGA-COLUMNA. RELACIN DIMETRO DE BARRA CON PROFUNDIDAD DE COLUMNA. 8.10.4. DIMETRO DE BARRAS DE LOSAS COLABORANTES. 8.10.5. ANCLAJES EN PROLONGACIN DE VIGAS (BEAM STUBS). 8.10.6. USO DE ARMADURA TRANSVERSAL PARA REDUCIR ldh. 8.10.7. CONDICIONES ESPECIALES PARA BARRAS DE COLUMNAS. 8.11. NUEVAS TENDENCIAS PARA EL ANCLAJE DE BARRAS. 8.12. BIBLIOGRAFA.Filename Anclajes y empalmes.doc Pginas Emisin 0 FEB 2002 90 Revisin 1 AGO2002 100 Revisin 2 SEP 2007 98 Revisin 2 OCT 2009 85 Obs.

4

EL MATERIAL COMBINADO HORMIGN ARMADO. 8.1. INTRODUCCIN.Tal cual se expres captulos anteriores, el hormign armado es un material compuesto. La eficiente interaccin de los dos componentes constituyentes requiere de una adherencia e interaccin confiable entre el acero y el hormign. Bsicamente, las recomendaciones y exigencias de los cdigos apuntan a asegurar que las barras de acero estn adecuadamente embebidas en un hormign bien compactado de modo que las mismas puedan desarrollar su resistencia (al menos de fluencia) sin que se produzcan deformaciones excesivas. Es decir se deben observar requerimientos de rigidez, resistencia y de compatibilidad de deformaciones.

Fig. 8.1(a). Falla de Anclaje de las Armaduras, en el Viaducto Cypres, durante el terremoto de Loma Prieta, 1989, San Francisco. California.

En la teora del hormign armado generalmente se asume como hiptesis de que las deformaciones especficas del hormign, c, y del acero s, son iguales. Esto implica suponer que la adherencia entre el hormign y las barras de acero es perfecta, por lo cual no habra desplazamiento relativo entre los materiales en la superficie de interfase. Si se recuerda que la deformacin lmite del hormign en traccin es del orden de 0.2x10-3, es decir de un orden menor que la deformacin del acero ADN-420 para fluencia (2x10-3, que es similar al valor de deformacin para mxima tensin de compresin en el hormign) se comprender que es imposible postular c = s, en particular para estados donde el hormign armado tenga comportamiento francamente no lineal. Tal cual se expres en el captulo 1, en zonas de alta sismicidad, las condiciones de diseo hacen que ciertas zonas crticas sean inducidas a plastificar. En ese contexto, pueden aparecer fisuras de traccin multi-direccionales por lo que las condiciones de adherencia se ven seriamente deterioradas a menos que se comprenda el fenmeno y se adopten condiciones especiales para el detalle y la construccin. Se ha dicho en varias oportunidades que para tener comportamiento dctil en el hormign

5

armado se deben evitar o demorar al mximo posible dos tipos de fallas por ser frgiles: las de corte por un lado, y las de adherencia y anclaje por otro. Para las situaciones normales, y las extremas cuando acta por ejemplo el sismo severo, se debe admitir como inevitable en el hormign armado convencional (no precomprimido), la formacin de fisuras debidas a traccin. Si bien c no es igual a s, la hiptesis de igualdad de deformaciones, a los efectos del diseo de las secciones, puede admitirse como vlida pues est ampliamente demostrado que da buenos resultados. Sin embargo, se debe cuidar el diseo y detalle de modo que las fisuras puedan considerarse como capilares (del orden de la dcima de mm). Para esto, en las condiciones de trabajo del material compuesto hormign armado la adherencia cumple un rol fundamental, y por ello la ref. [1] indica que el aspecto ms importante en el detalle de las estructuras de hormign armado apunta a que las condiciones de adherencia sean las ms efectivas. Lamentablemente esto no es muy comprendido en la prctica real, y en general se han prior izado los clculos numricos de las secciones de hormign armado antes que el diseo y detalle de las mismas, de los elementos estructurales completos y de sus conexiones. Muchos terremotos pasados han dado cuenta de falta de adecuados detalles de anclaje, como los que se muestran en la Fig. 8.1(a) y (b), durante los terremotos de Loma Prieta (1989) y San Fernando (1971), ambos en California, EEUU.

Fig. 8.1(b). Falla de arrancamiento de las barras durante el terremoto de San Fernando, 1971. California. EEUU.

Algunos autores, Ref.[2], hacen una distincin entre dos estados para el comportamiento del hormign armado: (i) Estado I: la zona traccionada no se encuentra fisurada, y el hormign contribuye a resistir la traccin; y (ii) Estado II: cuando superado el valor mximo de deformacin por traccin aparecen numerosas fisuras, y entonces es la armadura la que debe resistir la traccin.

Fig. 8.2. Generacin de fuerzas de anclaje y de adherencia por flexin.

6

El concepto fundamental alrededor del cual gira la interaccin entre el acero y el hormign radica en que se van a desarrollar tensiones de adherencia entre dos secciones en la superficie de contacto siempre y cuando exista variacin entre las tensiones del acero entre ambas secciones. La Fig. 8.2 muestra dos casos tpicos donde se desarrollan tensiones de adherencia indicadas con u, y designadas muchas veces como fuerzas de corte por unidad de rea. El otro concepto fundamental es que una barra se debe extender y estar embebida en el hormign una distancia ld, conocida como longitud de desarrollo, para poder transferir a ste, y por ende desarrollar la fuerza que se desee. En la Fig. 8.2(a), por ejemplo, caso de traccin simple, se ve que para que se transmita el esfuerzo T, cuantificado por la tensin en el acero fs actuando sobre el rea transversal de la barra, As, al bloque de hormign es necesario que se desarrollen las tensiones u en la longitud ld. Dos aspectos se hacen notar: primero que las tensiones u no son uniformes a lo largo de ld, sino que varan de acuerdo a lo que luego se explicar, y segundo que esas tensiones u existen porque seccin a seccin la tensin de traccin fs en el acero vara desde un mximo en el extremo libre (donde comienza el empotramiento) a cero al final de ld, por la transferencia de esfuerzos que se hace hacia el hormign. La distribucin de tensiones fs y u es bastante compleja, pero por el momento advirtase el fenmeno fsico de transferencia de esfuerzos. En la Fig. 8.2(b), caso de traccin por flexin, se observa que, dado que el momento flector vara a lo largo del tramo de viga analizado, los esfuerzos de traccin varan tambin, de T desde un extremo a T+T en el otro, y en consecuencia existen tanto esfuerzos de corte en el tramo de viga, como de corte por unidad de rea en la interfase acero-hormign, es decir tensiones u, que restituyen el equilibrio interno. Para el caso de la Fig. 8.2(a), la fuerza de corte por unidad de rea de superficie de barra se puede escribir as:

u=

q

o

=

f s Ab f sdb2 d b 1 = = f s o 4db 4 1m

(8.1)

q = cambio de fuerza en la barra por unidad de longitud.

o = rea nominal de la superficie de la barra por unidad de longitud.db = dimetro nominal de la barra

fs = cambio en la tensin del acero por unidad de longitud.Ab = rea nominal de la barra. Si u se considerara como uniforme a lo largo de ld, y T es el esfuerzo a transferir, entonces se puede calcular la longitud de desarrollo ld a partir de las siguientes expresiones: T = Ab fs = u o ldld = fs db 4u

(8.2a) (8.2b)

Para la Fig. 8.2(b), la tensin de adherencia responde a la expresin: u = T / db x (8.3)

7

Algunos cdigos, Ref. [3] seccin 18.4, tabla 24, especifican valores permisibles para las tensiones u, lo cual permite calcular, en funcin de otras variables que luego se mencionarn, la longitud de desarrollo ld. Ms adelante se har referencia a los requisitos que estipula el cdigo ACI-318, Ref.[4], y la norma de Nueva Zelanda, Ref. [5]. Estas son las bases de las actuales normas en nuestro pas, CIRSOC 201-2005 e INPRES-CIRSOC 103-parte2-2005.

8.2. LA ADHERENCIA EN ELEMENTOS DE HORMIGN ARMADO.8.2.1. ELEMENTO EN TRACCIN. La Fig. 8.3(a) muestra una barra prismtica de hormign armado sometida en sus extremos a un esfuerzo de traccin P. Si bien el caso que se presenta es general, vamos a suponer, a los efectos de hacer algunas evaluaciones numricas, que la pieza tiene seccin cuadrada, de 500 x 500 mm de lado, con una barra simple de 40 mm de dimetro en su eje y que la misma sobresale apenas del hormign para poder aplicar la fuerza slo en el acero. Suponemos que la longitud embebida de la barra es de 4000mm. Se asume adems que el hormign tiene una resistencia caracterstica fc=21MPa, por lo que de acuerdo al ACI-318, el material poseera un mdulo de elasticidad longitudinal cercano a Ec= 21000 MPa y una resistencia a traccin del orden de f cr= 0.33 f c = 1.5MPa . Para el acero, supngase que es una barra conformada, tipo ADN 420, es decir con fy= 420 MPa y Es= 210000 MPa. La relacin de mdulos de materiales es entonces n=10. El rea total de acero es As= 1250 mm2, por lo que la cuanta es s= 0.005 = 0.5 %. Para permanecer en estado I se supone que la carga axial P alcanza un valor mximo de 250 KN (es decir 25 ton). La Fig. 8.3 pertenece a la ref.[2], por lo cual la nomenclatura no es la misma que corresponde al ACI ni a la utilizada en el curso. De todas maneras, las relaciones, por observacin, son inmediatas.

(a)

(b)

(c)

(d)

Fig. 8.3. (a) Vista longitudinal y Seccin transversal; (b) Distribucin de tensiones fs en estado I; (c) Tensiones de traccin en el hormign; (d) Tensiones de adherencia.

8

Las Fig. 8.3(b), 3(c) y 3(d) muestran respectivamente y a lo largo de la longitud de la barra, la distribucin de tensiones de traccin fs (e en la figura) en el acero, de tensiones de traccin ft (b en la figura) en el hormign y de adherencia u (1 en la figura). Corresponden las siguientes observaciones: (i) Note la variacin de las tensiones del acero desde un mximo de 200 MPa a un mnimo de 9.6 MPa (se deja al lector la demostracin respectiva). A partir de la seccin extrema comienza la transferencia de esfuerzos desde el acero al hormign, el que toma tensiones desde cero hasta 0.96 MPa. Este valor es menor que el lmite de traccin de 1.50 MPa, supuesto antes. Estado I. En este tramo de transicin, debido a la variacin de tensiones en el acero, deben aparecer tensiones de adherencia, que tienen una distribucin bastante compleja, segn muestra la figura. La fuerza que se debe transferir por adherencia no es el total T=250 KN, sino la diferencia entre Pso, fuerza que toma el acero en la seccin 0 o extrema, y Ps1 que es la fuerza que permanece en el acero en la seccin 1-1. Esta es la seccin donde se alcanza la compatibilidad de deformaciones, es decir donde c = s. Esa misma fuerza a tomar en la transicin de superficie de ambos materiales es entonces la que el acero descarga en el hormign, y por ende tambin, la que el hormign tiene que tomar en el tramo central de la barra, de valor constante, hasta la transicin en el otro extremo. Ese valor vale entonces, 238 KN (de nuevo se deja al lector su derivacin). En las zonas extremas, zona de tensiones axiales variables y u distinta de cero, no es vlida la aseveracin de que c = s, y la barra presenta un deslizamiento dentro del hormign hasta que se alcanza la total compatibilidad. En el tramo central, se supone que existe contacto perfecto, no hay deslizamiento, las tensiones axiales permanecen constantes y u= 0. Si se admitiera una distribucin uniforme de tensiones para u (lejos de la realidad, pero que se admite a los fines prcticos), y se tomara como valor lmite el de u =0.3 21 = 1.37 MPa, la longitud de desarrollo sera cercana a 1450 mm, es decir la relacin ld / db del orden de 36, lo cual es tpico de admitir en estos casos. Para tener como referencia, vale la pena mencionar que el texto ref.[6] da valores para la tensin de adherencia para estado ltimo del orden de 1.2 f c , y los autores del texto admiten que en experimentos y bajo ciertas condiciones se han llegado a medir valores de u 2.5 f c . Si ahora la carga P se aumenta en forma considerable, digamos cerca de dos veces ms, es obvio que, tal cual se indica en la Fig. 8.4(a), aparecern en el hormign fisuras en las zonas ms dbiles de su estructura interna por haberse superado el lmite de su capacidad de deformacin de traccin, seccin 1 por ejemplo. En ese caso, el hormign debe transferir todo el esfuerzo en esa seccin al acero, el cual tendr un pico de tensin nuevamente, e igual al que corresponde a las secciones extremas. El

(ii)

(iii)

(iv)

(v)

(vi)

9

efecto de adherencia hace que el acero intente nuevamente transferir parte de los esfuerzos a ambos lados de las fisuras hacia el hormign. Se van generando longitudes de desarrollo ld a medida que la carga aumenta, con aparicin de nuevas fisuras, cuya configuracin y separacin depende del grado de adherencia. Las Fig. 8.4(b), (c) y (d) muestran cmo han variado para este estado II las distribuciones de tensiones en el acero y en el hormign, como as tambin las zonas del interior de la barra donde se generan tensiones de adherencia, con el signo distinto (cambio de sentido) a cada lado de la fisura.

Fig. 8.4 distribucin de tensiones para el estado II, hormign fisurado.

Entre fisuras principales, que son aquellas que abarcan todo el ancho por lo que la seccin de hormign es completamente interrumpida, se generan fisuras menores o secundarias, que no se propagan hasta la superficie externa. En este ltimo caso la seccin de hormign puede tomar cierta proporcin de traccin. La Fig. 8.5 muestra un esquema de fisuras principales, secundarias y sentido de las tensiones de adherencia.

Fig. 8.5. Deformacin del hormign entre fisuras y sentido de las tensiones de adherencia.

10

8.2.2. ELEMENTO EN FLEXIN. La Fig. 8.6 muestra un tramo de elemento en flexin sometido a momento positivo donde en la zona inferior aparecen fisuras de traccin.

Fig. 8.6. Elemento sometido a flexin con fisuras por traccin.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Fig. 8.7. Efecto de fisuracin en elementos de hormign armado.

11

Suponiendo que los momentos varen desde M1 en la cara izquierda a M2 en la cara derecha de dicha porcin de viga, tal cual se esquematizan en la Fig. 8.7(a), se generarn tensiones de corte en el tramo ya que hay variacin de las fuerzas de traccin en el acero. Las Fig. 8.7(b) a (f) indican respectivamente la distribucin de momentos flectores M, de tensiones de adherencia u, de tensiones de traccin ft en el hormign, de tensiones de traccin en el acero fs y del mdulo de rigidez a flexin EI. Tal cual muestra la Fig. 8.2(b), las fuerzas de adherencia en una porcin de viga de longitud x, se generan a causa de que las tensiones en el acero, y en consecuencia las fuerzas de traccin, varan de T a T+T. Si se supone una distribucin uniforme de u en ese tramo, por equilibrio deber ser:

T = u o x

(8.4a)

y se puede admitir que la fuerza interna de traccin T debe variar en la misma forma que lo hace el momento externo M, por lo que entonces, siendo jd el brazo elstico es:T = M V = x jd jd

(8.4b)

de donde resulta:u= V jd o

(8.5)

Esta ecuacin indica que cuando el grado de variacin del momento flector (esto es el esfuerzo de corte) es alto, las tensiones de adherencia resultarn elevadas. Debe aclararse, sin embargo, que la ecuacin 8.5 es muy simplificada y sobre estima el valor real de las tensiones de adherencia. Esto es porque, tal cual muestra la Fig. 8.7, la presencia de fisuras en el hormign a intervalos discretos a lo largo del elemento hace que aparezcan tensiones adicionales de adherencia debido a la traccin que es posible que el hormign an pueda desarrollar entre las grietas. Es decir, hay cierta redistribucin de las tensiones, por lo que la ecuacin anterior es muy conservadora. Es de hacer notar que, an cuando la fuerza de corte sea nula (por ser zona de momento constante), se van a producir tensiones de adherencia debidas a la variacin de la fuerza de traccin en el acero. A tal respecto es interesante analizar la Fig. 8.8, tomada de Ref.[2]. En esta figura, note adems que para el estado I no deberan aparecer tensiones de adherencia en el tramo central, entre las fuerza P, pues como no deberan aparecer fisuras, no hay razn para que las fuerzas en el acero varen en ese tramo. S aparecern, tal cual se indican, en el estado II.

12

Fig.8.8. Distribucin de tensiones en viga de hormign armado para estados I y II.

13

8.3. NATURALEZA DE LA RESISTENCIA DE ADHERENCIA.8.3.1. RELACIN TENSIN DE ADHERENCIA vs. DESLIZAMIENTO. Como para cualquier otro tipo de esfuerzo, es conveniente tratar de establecer para los esfuerzos de adherencia una relacin entre la rigidez y la resistencia. En este caso carece de sentido hablar de ductilidad. La Fig. 8.9, ref.[2], muestra distintas formas de llevar a cabo el ensayo de arrancamiento (pull-out). Consiste en traccionar una barra de acero embebida en el hormign en una cierta longitud de anclaje, lv en la figura, midiendo el desplazamiento de la barra con respecto al hormign en la parte de la misma que sobresale de este ltimo.

Fig. 8.9. Probetas para el ensayo de arrancamiento y las correspondientes distribuciones de las tensiones de adherencia.

La forma y dimensiones de las probetas, ubicacin y longitud del tramo empotrado, y otros factores influyen considerablemente en los resultados. As por ejemplo, si se quiere medir la respuesta para anclaje en hormign no confinado, la disposicin mostrada en Fig. 8.9(a) no sera muy adecuada por la compresin transversal en la barra que se induce por la restriccin a la deformacin transversal de las placas de apoyo. Se dispondra en este caso de una adherencia adicional por resistencia al deslizamiento por la accin de presin transversal. De todas maneras este tipo de circunstancias muchas veces est presente en las estructuras de hormign armado debido a presiones laterales de confinamiento, sea por masa de hormign o por accin de armaduras transversales. Las probetas dispuestas segn Fig. 8.9(b) y(c) eliminan el efecto anterior. La figura muestra adems las complejas distribuciones de

14

adherencia sobre el tramo empotrado. A los efectos prcticos se adopta como tensin de arrancamiento la que corresponde al valor medio, es decir:u= P o.lv

(8.6)

donde en la figura, debe tomarse a u = 1m. Lo correcto sera tomar una tensin media tal que no modifique la fuerza efectiva de adherencia (resultante de los diagramas de tensin).

Fig. 8.10. Relacin resistencia vs. deslizamiento en barras lisas y barras nervuradas en hormign armado.

La Fig. 8.10 permite establecer la relacin entre las variables estticas y cinemticas, y poder expresar caractersticas de resistencia y rigidez. Se ve la clara distincin entre la respuesta de barras nervuradas o conformadas y la de barras redondas lisas. Se puede definir entonces la rigidez al deslizamiento o rigidez de adherencia como la relacin u/ = 1/. Convencionalmente adems, se define como resistencia de adherencia aquella que se corresponde con un deslizamiento de 0.10 mm. A su vez, la parte de rigidez infinita, que corresponde a contacto perfecto, se designa como adherencia por contacto. A continuacin se comentan las caractersticas de estas curvas en relacin a los dos tipos de barras mencionados, lisas y nervuradas. 8.3.2. BARRAS LISAS. La adherencia en barras lisas es atribuida fundamentalmente a la adhesin qumica entre la pasta de mortero y la superficie de la barra. El inconveniente con el uso de las barras lisas es que an con un nivel de tensiones axiales bajas se producir la rotura de tal mecanismo de ligazn debida a la tendencia de deslizamiento de la barra en el hormign que la rodea. Una vez que tal deslizamiento ocurre, la adherencia ser posible si se puede desarrollar cierta friccin entre las rugosidades del agregado del hormign y de la superficie de la barra. En consecuencia, esta reserva de adherencia en las barras lisas depender fuertemente de las condiciones de la superficie del acero. La Fig. 8.11, ref.[1], muestra diferentes configuraciones de la superficie de barras de acero redondas bajo diferentes condiciones de oxidacin. La variacin de las irregularidades, salientes y depresiones, es significativa, y por ende no es casual que los diseadores prefieran utilizar en el hormign armado barras que estn con cierto grado admisible de oxidacin. Ver tambin Fig. 8.17.

15

Fig. 8.11. Ampliacin del perfil de la superficie de barras lisas con cierto grado de oxidacin.

Cuando las barras redondas de acero liso son sometidas a los ensayos standard de carga para determinar su comportamiento al arrancamiento, tal cual se mostr en la seccin anterior, la respuesta es la que muestra la Fig. 8.10. El incremento de la resistencia de adherencia por rozamiento es poca, el diagrama tiende a ser horizontal explicando de esta manera el fenmeno de deslizamiento que se observa en el ensayo. Dado que la reserva de resistencia de adherencia despus de vencida la resistencia inicial qumica es mnima para las barras lisas, todos los cdigos estn de acuerdo en que para el empalme y anclaje de barras redondas lisas en estructuras de hormign armado deben utilizarse ganchos reglamentarios en sus extremos. 8.3.3. BARRAS NERVURADAS. En las barras con algn tipo de configuracin superficial, obtenida normalmente durante la operacin de laminado de las barras, se aumenta notablemente la capacidad de adherencia debido a la interaccin entre las nervaduras y el hormign que las rodea. La Fig. 8.12 muestra, por ejemplo, las diferentes tensiones inducidas entre dos nervios de una barra conformada.

Fig. 8.12. Mecanismos de resistencia que aparecen entre dos nervaduras de una barra conformada.

Bsicamente, la resistencia al deslizamiento est asociada con las siguientes tensiones: (i) Tensiones de corte va debidas a la adherencia qumica en la superficie de contacto.

16

(ii) (iii)

Tensiones de normales de apoyo fb, que actan contra la cara de los nervios. Tensiones de corte vc, que actan sobre la superficie cilndrica de hormign entre las nervaduras adyacentes.

La relacin entre estos mecanismos de resistencia se puede consultar, por ejemplo, en la ref.[1]. Al slo efecto de comprender cualitativamente el fenmeno, pueden observarse las Fig. 8.13, de ref.[1] y Fig. 8.14, de ref.[2]. El mecanismo de resistencia ms importante es el llamado resistencia de corte, mediante el cual, para que se produzca algn deslizamiento de la barra, deben romperse por corte las mnsulas de hormign que se forman entre las salientes de la barra. En ambas referencias se marca la importancia de la relacin a/c. En la ref.[1] se deduce numricamente la relacin aproximada dada por:

vc

a fb c

(8.7)

es decir la relacin entre la tensin de corte y la presin sobre las nervaduras.

Fig. 8.13. Mecanismos de fallas en las nervaduras de barras conformadas. (a)cuando a/c > 0.15, (b) a/c < 0.10.

Trabajos de investigacin demostraron que la relacin a / c debera mantenerse cercana a 0.065. As por ejemplo, los requerimientos de las normas ASTM son tales que 0.057< a / c