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• remy smith yarleque cordero

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NOCIONES PRELIMINARES ADHERENCIA DEL CONCRETO ENTRE EL ACERO Y CONCRETO 1. ¿Qué mecanismo de adherencia hay entre acero y concreto? Son 3 mecanismos que permiten desarrollar la adherencia entre el acero y el concreto  Adhesión química  Fricción  Aplastamiento del concreto por las corrugaciones de las barrilas El primero de ellos se presenta cuando los esfuerzos en el acero son muy pequeños de 14 a 21 Kg/cm² cuando la adhesión química se rompen entran a actuar los otros dos mecanismos siendo el aplastamiento del concreto el más efectivo que la fricción lo que queda demostrado al observar que las varillas sin corrugaciones se desprenden casi inmediatamente después de perder la adhesión química 2. ¿Qué tipos de fallas existen? a) Falla por desprendimiento directo de la barra: Lo cual ocurre cuando existe un buen confinamiento proporcionado por el concreto circundante. Este tipo de falla puede esperarse cuando se utilizan barras de diámetro relativamente pequeño, con recubrimientos de concreto y espaciamientos entre barras lo suficientemente adecuados. b) Fracturamiento del concreto: Esto ocurre a lo largo de la barra cuando el recubrimiento, el confinamiento o el espaciamiento entre barras, es insuficiente, para resistir la tensión lateral en el concreto, que resulta de la acción de cuña producida por las deformaciones de la barra. La falla por adherencia que resulta del fracturamiento del concreto, es más común en vigas que la falla por desprendimiento directo. Este fracturamiento ocurre principalmente en la acción de cuña cuando los resaltes de las barras se apoyan contra el concreto. Este puede ocurrir bien sea en su plano vertical como en la Fig. Nº 1a u horizontalmente en el plano de las barras como lo muestra la Fig. Nº 1b Investigaciones experimentales han identificado los factores que afectan la longitud de desarrollo, los cuales son: la resistencia a la tensión del concreto, el recubrimiento, el espaciamiento entre barras y la presencia de refuerzo transversal. Es claro que la resistencia a la tensión del concreto es importante, debido a que el tipo de falla por adherencia más común en vigas

3. ¿Qué tipos ensayos PULL OUT típicos se realizan? a) ENSAYOS DE ADHERENCIA TIPO PULL - OUT El objeto de esta parte del programa experimental es determinar el efecto de la relación recubrimiento/diámetro (c/Ø) en la capacidad de adherencia de elementos estructurales. Este ensayo consiste en la extracción de una barra de acero embebida en hormigón y medir la fuerza necesaria que se aplica para romper la adherencia. Se realizan 31 ensayos sobre probetas prismáticas según las especificaciones del ensayo normalizado pull -out propuesto por el CEB (1983) en el Bulletin d´

Information nº 13, introduciendo algunas modificaciones en lo que respecta a la posición de la barra para simular piezas de hormigón armado con recubrimientos variables (Figura 2). Se ensayan tres series con barras de diámetros representativos empleados en edificación: Ø12, Ø16 y Ø20. Para cada diámetro se ha variado la posición de la barra desde el centro de la probeta (recubrimiento máximo) hasta la posición trema (recubrimiento mínimo)

b) ENSAYO DE TRACCIÓN A LOSAS COMPUESTAS (PULL OUT) Descripción Cuando los ensayos de tracción (pull out) se aplican sobre barras corrugadas, se utilizan para medir la fuerza necesaria para arrancarlas de una probeta de hormigón en la que han sido previamente embebidas. Al dividir dicha fuerza por la superficie adherente se obtiene la tensión media de cizallamiento entre la barra y el bloque de hormigón. (AISC, 2007) La probeta para el ensayo de Pull-out, desarrollado en el ICOM por Daniels (1988), consiste en dos pequeñas secciones de losa compuesta, concretamente dos entre-nervios, encarados por la parte de la lámina. El ancho del bloque de hormigón debera ser igual a la distancia entre nervios, su longitud 300mm y su espesor aproximadamente 150 mm. (Ferrer, 2006) Sobre el conjunto se aplica un esfuerzo de cizallamiento entre la chapa y el hormigón, sujetando las láminas por la parte superior y desplazando el hormigón hacia abajo, con el fin de provocar el deslizamiento entre ambos materiales. Unas placas de acero servirán como elementos de enlace y rigidizarían (López, 2007).

RECUBRIMIENTO Y ESPACIAMIENTO MAXIMO EN EL REFUERZO El recubrimiento y espaciamiento del refuerzo deben ser controlados para evitar las fallas por adherencia y para garantizar una distribución del acero que facilite el procedimiento constructivo. Además, es necesario asegurar un recubrimiento mínimo de concreto para proteger el refuerzo contra la corrosión, el fuego, la abrasión, etc. Las varillas colocadas muy cerca de los bordes del elemento pueden ser atacadas por agentes externos pues el concreto es un material poroso siempre presenta fisuras debidas a la contracción de fragua. Sin embargo, el recubrimiento no debe ser demasiado grueso pues esto puede ocasionar rajaduras en el concreto por falta de refuerzo 1.

RECUBRIMIENTO MÍNIMO DEL ACERO El código del ACI sugiere algunos valores para el recubrimiento mínimo los cuales se indican en las Tabla 3.1 y Tabla 3.2 (ACI-7.7.1,7.7.2).

El refuerzo puede ser protegido contra la intemperie por medios, alternativos al recubrimiento de concreto, siempre que se demuestre que son equivalentes a éste. En cualquier caso, el recubrimiento no será menor que el requerido por el acero no expuesto a la intemperie. En ambientes corrosivos ó para exposiciones severas se recomienda un recubrimiento 5% mayor que los especificados anteriormente. Para protección especial contra incendios es recomendable un recubrimiento de 5 cm. Para muros y losas y 6 cm. para otros elementos. En estos casos, es conveniente armar el recubrimiento con malla de alambre.

2.

Espaciamientos mínimos entre varillas

El código del ACI sugiere los espaciamientos mínimos indicados en la figura 3.7(a) (ACI-7.6).

Las barras de acero colocadas en varias capas deberán alinearse para facilitar el colado del concreto e impedir que los agregados sean retenidos en la armadura. Los elementos sometidos a flexión casi siempre fallan por compresión del concreto, sin embargo el concreto puede fallar antes o después que el acero fluya. La naturaleza de la falla es determinada por la cuantía de refuerzo y es de tres tipos: 1. FALLA POR TENSIÓN: Es la correspondiente a la viga analizada en la sección 5.1. El acero fluye y el elemento exhibe una falla dúctil. Se aprecian grandes deflexiones y rajaduras antes del colapso lo cual alerta a los usuarios acerca del peligro inminente. Estas secciones son llamadas también subreforzadas. 2. FALLA POR COMPRESIÓN: El acero no tiene oportunidad de fluir y el concreto falla repentinamente. Estas secciones son llamadas sobre-reforzadas. La resistencia de una sección sobre-reforzada es mayor que la de otra sub-reforzada de dimensiones similares. Sin embargo, la primera no tiene comportamiento dúctil y el tipo de colapso no es conveniente. En el diseño se evita este tipo de falla. 3. FALLA BALANCEADA: Se produce cuando el concreto alcanza la deformación unitaria Última de 0.003 simultáneamente al inicio de la fluencia del acero (ACI-10.3.2). La falla es frágil y no deseada.

Para cada sección existe una cuantía única de acero que ocasiona una falla balanceada la que se denomina c~tantía balanceada o básica (pb). Si la sección contiene mayor cantidad de refuerzo fallará por compresión y si contiene menor cantidad la falla será por tracción. Por seguridad, el código del ACI recomienda que todas las secciones se diseñen para fallar por tracción y por ello limita la cuantía del refuerzo a 0.75pb (ACI-10.3.3). En la figura 5.5. se muestra la distribución de deformaciones para cada uno de los tres tipos de falla y en la figura 5.6, el diagrama momento versus curvatura para cada caso. En este último se puede apreciar la ductilidad que desarrollan las secciones sub-reforzadas y la mayor capacidad resistente de las secciones sobre-reforzadas.

LONGITUD DE ANCLAJE O DESARROLLO DE ROTURA DE REFUERZO

MECANISMO DE ADHERENCIA La adherencia hormigón-acero es el fenómeno básico sobre el que descansa el funcionamiento del hormigón armado como material estructural. Si no existiese adherencia, las barras serían incapaces de tomar el menor esfuerzo de tracción, ya que el acero deslizaría sin encontrar resistencia en toda su longitud y no acompañaría al hormigón en sus deformaciones, con lo que, al fisurarse éste, sobrevendría bruscamente la rotura. Por el contrario, radas a la adherencia son capaces las armaduras de trabajar, inicialmente, a la vez que el hormigón; después cuando éste se fisura, lo hace de forma más o menos regularmente distribuida a lo largo de la pieza, en virtud de la adherencia; Y la adherencia permite que el acero tome los esfuerzos de tracción, manteniendo la unión entre los dos materiales en las zonas entre fisuras. La adherencia cumple fundamentalmente dos objetivos: asegurar el anclaje de las barras y transmitir las tensiones tangentes periféricas que aparecen en la armadura principal como consecuencias de las variaciones de su tensión longitudinal. El fenómeno de adherencia está originado por dos tipos de causas, unas de naturaleza física (o físicoquímica) y otras de naturaleza mecánica. 

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Las primeras provocan la adhesión del acero con el hormigón, a través de fuerzas capilares y moleculares desarrolladas en la interfaz; es como si el acero absorbiese pasta cementante, ayudado por el efecto de la retracción. Las segundas mucho más importantes, están constituidas por la resistencia al deslizamiento debida a la penetración de pasta de cemento en las irregularidades de la superficie de las barras. Esta causa de origen mecánico, que puede denominarse rozamiento, es la que produce la mayor parte de la adherencia en las barras lisas (hoy día prácticamente en desuso) y varía apreciablemente con el estado de su superficie. En el caso de barras corrugadas, a este rozamiento se añade el efecto de acuñamiento del hormigón entre los resaltos, de primordial importancia.

EFECTO DE ACUÑAMIENTO DEL HORMIGÓN ENTRE CORRUGAS

En resumen, el mecanismo de la adherencia puede asignarse a tres causas: adhesión, rozamiento (tensiones tangentes en el hormigón) y acuñamiento (de las corrugas). De estas tres causas, la adhesión queda anulada cuando el deslizamiento de la barra alcanza una cierta magnitud. Por su parte, el rozamiento comienza a actuar cuando la tensión alcanza un cierto valor; y a él se añade el acuñamiento, no siendo posible separar ambos efectos.

RECUBRIMIENTO Y ESPACIAMIENTO MAXIMO