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: 1. Adhesión química. 2. Fricción. 3. 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 Kg/cm 2. 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 fig. 3.1 se muestran las fuerzas que actúan en la varilla cuando la adhesión se ha roto. Como se aprecia, la reacción en el concreto no es paralela al acero
sino forma un ángulo β 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 3.2, similar al de un recipiente de pared delgada sometido a presión interna.
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 3.3. 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 3.4.
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 usado hasta antes de 1950.
Otro tipo de ensayo, desarrollado en la Universidad de Texas, consiste en cargar la viga mostrada en la figura 3.6. 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 u u el esfuerzo de adherencia entre acero y concreto, supuesto uniforme, se ha podido determinar experimentalmente que:
Multiplicando la ecuación (3-1) por el perímetro de la varilla, se obtiene la fuerza de adherencia por unidad de longitud:
