UNI
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL
TEMA:
RECUBRIMIENTO, ESPACIAMIENTO Y DETALLES DEL REFUERZO ALUMNA:
RAMÓN GAMBOA, Karina Yanet
20092664B
PROFESOR:
ROMANÍ LOAYZA , SEBASTIAN JAIME
1
UNI
RECUBRIMIENTO, ESPACIAMIENTO Y DETALLES DEL REFUERZO. 1. INTRODUCCION MECANISMO DE ADHERENCIA ENTRE REFUERZO Y CONCRETO La teoría que se desarrolla en los capítulos siguientes se fundamenta, entre otros principios, en que el concreto se deforma igual que el acero y en que el acero es capaz de desarrollar su esfuerzo de fluencia. Estas hipótesis son válidas siempre que se tomen provisiones para garantizar la adherencia entre ambos materiales. Son tres los mecanismos que permiten desarrollar la adherencia entre acero y concreto: Adhesión química Fricción Aplastamiento del concreto por las corrugaciones de las varillas El primero de ellos se presenta cuando los esfuerzos en el acero son pequeños, del orden de 14 a 21 kglcm2. Cuando la adhesión química se rompe entran a actuar los otros dos mecanismos, siendo el aplastamiento del concreto 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. En la figura 1 se muestran las fuerzas que actúan en la varilla cuando la adhesión se ha roto.
Figura 3.1. Interacción del concreto con las varillas de acero
2
UNI Como se aprecia, la reacción en el concreto no es paralela al acero sino forma un ángulo P con él. Esta inclinación varía entre 45" y 80" y, por lo tanto, la componente radial de esta fuerza no es despreciable. El concreto que rodea el refuerzo está sometido a un estado de esfuerzos como el mostrado en la figura 2, similar al de un recipiente de pared delgada sometido a presión interna.
Figura 2. Tensión en el concreto generada por las varillas de acero
Ante los esfuerzos a que está sometido, el concreto puede presentar dos tipos de falla. La primera se produce cuando los esfuerzos de tensión alrededor del acero superan la resistencia a la tracción del concreto. En la sección de menor espesor, se iniciará la formación de grietas que al desarrollarse ocasionarán la pérdida de adherencia con el refuerzo. El recubrimiento y el espaciamiento entre varillas son factores críticos en este caso, como se muestra en la figura 3.
Figura 3. Grietas potenciales en el concreto debido a los esfuerzos de adherencia
El segundo tipo de falla se presenta cuando el concreto entre las corrugaciones del acero falla por aplastamiento o desprendimiento, con el consecuente deslizamiento del refuerzo. Esta situación se presenta en la figura 4.
Figura 4, Aplastamiento del concreto entre corrugaciones de las varillas de acero 3
UNI Se han diseñado una serie de ensayos para cuantificar la adherencia entre acero y concreto. Uno de ellos consiste en preparar un dado de concreto con una varilla embebida en él. La varilla es traccionada haciendo uso de una gata que se apoya en el dado, comprimiéndolo. La distribución de esfuerzos de adherencia se muestra en la figura 3.5. Esta prueba tiene el inconveniente que el concreto no presenta fisuras, las cuales, en la práctica, alteran la distribución de los esfuerzos. Además, la plancha de apoyo del dado limita las deformaciones laterales del concreto debidas al efecto Poisson y por consiguiente, eleva la adherencia entre acero y concreto. Este ensayo fue muy usado hasta antes de 1950.
Figura 5. Ensayo para la determinación de la adherencia concreto-acero
Otro tipo de ensayo, desarrollado en la Universidad de Texas, consiste en cargar la viga mostrada en la figura 6. Este procedimiento supera de algún modo las deficiencias del anterior y conduce a esfuerzos de adherencia mayores que aquél. En los apoyos, el ancho de la viga se aumenta para evitar que la compresión inducida por ellos, influya en los resultados del ensayo. Siendo el esfuerzo de adherencia entre acero y concreto, supuesto uniforme, se ha podido determinar experimentalmente que:
√
Multiplicando la ecuación anterior por el perímetro de la varilla, se obtiene la fuerza de adherencia por unidad de longitud:
√ √
Figura 6. Ensayo para la determinación de la adherencia concreto-acero 4
UNI
2. RECUBRIMIENTO Y ESPACIAMIENTO MÍNIMO DEL REFUERZO El recubrimiento y espaciamiento del refuerzo deben ser controlados para evitar las fallas por adherencia descritas en la sección precedente 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 y siempre presenta fisuras debidas a la contracción de fragua. Sin embargo, el recubrimiento no debe ser demasiado grueso pues ésto puede ocasionar rajaduras en el concreto por falta de refuerzo.
2.1. Recubrimiento mínimo del acero Cuando se usa concreto armado en la construcción de una edificación, es importante tener en cuenta el recubrimiento al momento de habilitar y colocar los refuerzos en los encofrados. Dicho recubrimiento es la capa de concreto de determinado espesor (e) que cubre el refuerzo de acero y lo aísla del medio ambiente.
Como sabemos, el espacio (e) que ocupa el recubrimiento se mide desde la superficie exterior del refuerzo hasta la cara interior de la madera del encofrado. En caso de que lleve estribos se medirá a partir de éstos, y si no los lleva será desde el refuerzo longitudinal, como ocurre con las viguetas.
Importancia y función
El espesor del recubrimiento es de gran importancia para lograr una protección adecuada del refuerzo de acero durante la vida útil de la estructura. La función principal del recubrimiento es proteger el acero contra la corrosión. Además, permite que el concreto se acomode entre las barras de acero y el encofrado, adhiriéndose adecuadamente. 5
UNI Otra función importante del recubrimiento es proteger el acero de las altas temperaturas que producen los incendios. Si el concreto colocado en los encofrados es de calidad controlada, proporcionará una protección completa contra el fuego. Las excelentes propiedades del concreto de resistencia al fuego, ampliamente demostradas, protegen al refuerzo que hay en su interior y retrasan cualquier daño estructural, impidiendo en la mayoría de los casos un colapso de las edificaciones. Esto beneficia a todos: constructores, residentes de edificios y propietarios. Cuando se supervisan los trabajos de encofrado de una construcción, antes de autorizar el vaciado de concreto, casi siempre se detecta que no existen los espacios apropiados para los recubrimientos entre los refuerzos y el encofrado. Por ejemplo, esto ocurre con frecuencia con las viguetas de los techos, donde las varillas que se ubican en la parte inferior (conocidas como acero positivo) se apoyan directamente sobre la madera del encofrado, tal como se puede apreciar en la Figura, donde no hay espacio para el recubrimiento.
Con respecto al tiempo que el concreto del recubrimiento protege a las armaduras, eso depende de su espesor. Una disminución del recubrimiento se refleja rá en una reducción del periodo de protección de la armadura.
Cuando el proyectista especifica los recubrimientos en los planos estructurales para todas las armaduras, lo hace con el fin de proporcionarles una adecuada protección contra el clima, la corrosión, la acción del fuego y la distribución del concreto. Los espacios para los recubrimientos se realizan colocando elementos separadores, como los dados de mortero previamente preparados o de plástico (Figuras 1 y 2), independientemente de que sean provisionales o definitivos.
6
UNI Si los separadores son de mortero, su calidad deberá ser semejante a la mezcla de concreto utilizada en la obra. No se debe usar piezas de madera u otro material residual de construcción, aunque sea ladrillo o concreto, ni materiales metálicos.
SEGÚN EL ACI:
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).
7
UNI
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.
2.2. ESPACIAMIENTO DEL REFUERZO El código del ACI sugiere los espaciamientos mínimos indicados en la figura 7 (a) (ACI-7.6).
8
UNI
Figura 7(a). Espaciamiento mínimo entre varillas
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 como indica la figura 7(b).
Figura 7(b). Distribución del refuerzo
2.3. DETALLES DEL ACERO DE REFUERZO ( ACI 318-XX) 2.3.1.
GANCHOS ESTANDAR: A un gancho estándar lo componen: a) Longitud posterior al doblez b) Diámetro del doblez Los ganchos estándar se clasifican en dos: 1. Ganchos estándar para refuerzo principal 2. Ganchos estándar para estribos, para anclaje del refuerzo, ganchos de amarre y malla electro soldada.
9
UNI 1. Ganchos estándar para refuerzo principal: El diámetro mínimo de doblado será:
db = Diámetro de la Varilla (a)Medido en el lado interior de la Varilla
- El doblez de 180° debe tener una extensión de 4 veces el diámetro de la varilla. - El doblez de 90° debe tener una extensión de 12 veces el diámetro de la varilla.
Ganchos estándar para estribos, ganchos de amarre y para anclaje:
2.
(también en la malla soldada) El diámetro mínimo de doblado será:
db = Diámetro de la Varilla (b) Medido en el lado interior de la Varilla
10
UNI - El doblez de 90° en varillas del #5 y menores, tendrá una extensión de 6 veces el diámetro de la varilla - El doblez de 90° en varillas del #6 al #8, tendrá una extensión de 12 el diámetro de la varilla - El doblez de 135° en las varillas del #8 y menores, tendrá una extensión de 6 veces el diámetro de la varilla.
Nota importante:
1. Todo acero de refuerzo debe doblarse en frío a menos que el ingeniero lo permita se hará de otra manera. 2. El acero de refuerzo parcialmente ahogado en el concreto, NO SE DEBE DOBLAR en la obra, excepto cuando así se indique en los planos.
2.3.2. COLOCACIÓN DEL ACERO DE REFUERZO 1. El acero de refuerzo debe estar bien fijado, dispuesto para no desplazarse en ninguna etapa constructiva. 2. la tolerancia mínima de peralte d para recubrimiento en elementos sujetos a flexión, muros y elementos sometidos a compresión debe ser:
(b) el recubrimiento contara desde la terminación del área de acero.
Excepción: En lechos inferiores cimbrados la tolerancia sera 0.6 cm para distancia libre y de 0.8 de recubrimiento.
3. Cualquier doblez y corte se deberá hacer a ± 5 cm de distancia de otro corte o doblez, exceptuando los cortes o dobleces que se hagan por discontinuidad del elemento.
11
UNI 2.3.3. LIMITES PARA EL ESPACIAMIENTO DEL ACERO DE REFUERZO El espaciamiento para acero de refuerzo se divide en: 1. Espaciamiento para acero de refuerzo general 2. Espaciamiento para paquete de varillas 3. Espaciamiento para cables o ductos de preesfuerzo 1. Espaciamiento para acero de refuerzo general a) Las separación de varillas paralelas en un solo lecho no será menos de un diámetro de varilla o de 2.5 cm. b) Las varillas próximas paralelas en un lecho por arriba o debajo no estarán a menos de 2.5 cm c) En elementos circulares las varillas longitudinales no estarán a menos de 1.5 diámetros de la varillas o de 4 cm d) Lo anterior se aplicara también en los traslapes e) EN MUROS O LOSAS, EXCEPTUANDO LOSAS NERVADAS LA SEPARACIÓN DEL REFUERZO PRINCIPAL A FLEXIÓN NO DEBE SER MAYOR DE 3 VECES EL ESPESOR DEL MURO O DE LA LOSA, NI DE 45 CM. 2. a) b) c) d)
Paquete de varillas Se limitaran a 4 varillas para cada paquete como máximo Serán totalmente amarrados y anclados a los estribos o anillos En vigas, las varillas mayores de # 11 no se deben armar paquetes En elementos sujetos a flexión el corte de las diferentes varillas que componen un paquete, si son cortadas en diferentes tramos, estos deben esta espaciados por lo menos 40 diámetros de varilla. e) Donde el espaciamiento se determine por el área de la varilla, el área del paquete equivaldrá un área de la varilla. 3. Cables y ductos de presfuerzo a) la distancia libre entre alambres no será menor de 4 diámetros de alambre y de los torones no será menor de 3 diámetros de torones.
12
UNI 2.3.4. PROTECCIÓN DEL CONCRETO PARA EL ACERO DE REFUERZO
13
UNI En paquetes de varillas el diámetro se usara para definir recubrimientos pero no será mayor de 5 cm excepto en concreto colado en terreno y permanentemente expuesto a él, que deberá ser a 7.5 cm de espesor como mínimo.
3. REFERENCIAS ACI 318S-08, (2008), Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural y Comentario, American Concrete Institute. Diseño de estructuras de concreto, Teodoro Harmsen, pág. 43-49. http://aiestructurales.com/inicio/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gi d=30&Itemid=83 http://www.icsescra.com/EDU/PROTER/APUNTES/004_DETALLES%20DEL%20ACERO%20DE %20REFUERZO%20%20ACI%20318.pdf
14
