¡Descarga Longitud de Desarrollo y más Apuntes en PDF de Elasticidad y Resistencia de materiales solo en Docsity!
ADHERENCIA, ANCLAJE Y LONGITUD DE DESARROLLO
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL – CONCRETO ARMADO I Página 1
Adherencia, Anclaje y Longitud de Desarrollo
ALUMNOS:
ALEJANDRIA GARCIA JAIME
BRAVO PASTOR CRISTIAN
FERNANDEZ SALAZAR ANTHONY
LLANOS SANCHEZ DAVY
MONTENEGRO SALAZAR IRIS
DOCENTE: ING. FARIAS FEIJOO JUAN
Adherencia, Anclaje y Longitud de Desarrollo
TRABAJO DE INVESTIGACION
CONCRETO ARMADO I
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
1.1) Introducción
En un elemento de concreto reforzado, es indispensable que exista adherencia entre el acero de refuerzo y el concreto que rodea el acero, de manera que ambos materiales trabajen juntos logrando la acción compuesta. Por ejemplo, en una sección fisurada de una viga de concreto armado en flexión simple, las compresiones originadas por la flexión son resistidas por el concreto mientras que las tracciones las soporta el acero de refuerzo. Para que exista este trabajo conjunto concreto – acero, debe existir transferencia de esfuerzos a adherencia entre los dos materiales.
Si no existiera adherencia, las barras de refuerzo deslizarían dentro de la masa de concreto sin encontrar resistencia en toda su longitud y no acompañarían al concreto en sus deformaciones. Al fisurarse el concreto se producirá una falla brusca, la resistencia de la viga será prácticamente la correspondiente al agrietamiento del concreto en tracción por flexión, es decir como si el refuerzo de acero no existiera. La figura 21-1 (adaptada de Nilson)ilustra esta situación en una viga simple sin adherencia entre concreto y acero.
Fig. 21-
Viga sin adherencia entre el acero y el concreto
Situaciones como las indicadas en la figura 21-1 son frecuentes cuando se emplean barras lisas, sin corrugaciones. Si bien existe algo de adherencia entre las barras y el concreto, provenientes de la adhesión y la fricción, estos mecanismos se vencen fácilmente. La fricción se encuentra afectada por el efecto de Poisson que reduce el diámetro de las barras en tracción, en consecuencia es indispensable proveer anclajes mecánicos (los ganchos a 180º eran muy frecuentes) en todas las terminaciones de las barras.
En el caso en el cual las barras tengan un anclaje mecánico en sus extremos, como por ejemplo un gancho a 90º 0 180º, la situación seria un tanto distinta adherencia, la viga trabajará como un arco con un tirante constituido por el acero de refuerzo. La tracción en el tirante es prácticamente
produce la mayor parte de la adherencia en las barras lisas (hoy en día prácticamente en desuso) y varía notablemente con el estado de la superficie del refuerzo.
En el caso de barras corrugadas, a la fricción se le añade el efecto de acuñamiento o de apoyo directo de las corrugaciones o resaltos de ¡as barras contra el concreto circundante. En las barras corrugadas este efecto es el más importante.
Los dos primeros mecanismos, adhesión y fricción, son los únicos presentes en las barras lisas. El primero es un mecanismo débil que se vence fácilmente cuando la barra está en tracción. Vencida la adhesión el único mecanismo que resta es la fricción. Al aumentar la carga, la fricción se debilita ya que las barras por efecto de Poisson, reducen su diámetro, por este motivo las barras lisas necesitan anclajes del tipo mecánico (normalmente ganchos) en sus extremos.
En las barras corrugadas también están presentes estos mecanismos, sin embargo, la adhesión queda anulada cuando el deslizamiento de la barra alcanza una cierta magnitud. La fricción y las fuerzas de acuñamiento son las únicas que quedan, no siendo posible separar ambos efectos, sin embargo, las fuerzas de acuñamiento son las más importantes. Las fuerzas de acuñamiento dependen de las características de las corrugaciones de las barras de refuerzo.
La figura 21-3 (CEB, 2000) muestra la evolución de los diversos mecanismos que generan la adherencia. Las fallas de adherencia se desarrollan en cuatro grandes etapas, estas son:
1.) A esfuerzos de adherencia bajos, están presentes los tres grandes mecanismos (adhesión, fricción y fuerzas de aplastamiento sobre el concreto o efecto de acuñamiento). No existe desplazamiento relativo de la barra con respecto al concreto que la circunda. El único movimiento de la barra proviene de la deformación elástica del concreto circundante.
2.) Se inicia el deslizamiento del acero. Se forman micro fisuras transversales a la barra detrás de las corrugaciones. Restan dos mecanismos, la fricción y el aplastamiento que producen las corrugaciones sobre el concreto. 3.) Las microfisuras se propagan radialmente hacia afuera. El confinamiento que provee el concreto circundante y/o el refuerzo transversal presente resiste la propagación de las grietas. La trituración (aplastamiento o crushing) local del concreto al frente de las corrugaciones acelera el deslizamiento y reduce la pendiente del diagrama (ver figura 21-3). 4.) Finalmente ocurre la falla de adherencia ya sea por extracción (pullout) de la barra o por excesivo agrietamiento del concreto (agrietamiento por adherencia). La falla de extracción ocurre en presencia de fuerzas de confinamiento importantes Como las producidas por refuerzo transversal a las barras (estribos a poco espaciamiento o una espiral envolviendo a la barra).
Fig. 21-3 Esfuerzos de adherencia y deslizamiento de la barra.
La figura 21-4 (adaptada de MacGregor) ilustra el mecanismo de apoyo directo de las corrugaciones o resaltes de las barras sobre el concreto circundante, también lo hemos llamado efecto de acuñamiento. La corrugación de la barra se “apoya” sobre el concreto generando aplastamiento, el ángulo de inclinación de estas fuerzas depende de muchas variables, entre ellas las características de los resaltes. Las fuerzas en el concreto pueden descomponerse en una componente tangencial o longitudinal y una componente radial. Esta última genera esfuerzos circunferenciales de tracción en el concreto que producen agrietamiento (split o hendidura) y cuando el agrietamiento se propaga hasta la superficie del elemento se produce la falla de adherencia.
Fig. 21-4 Mecanismo de apoyo directo de las corrugaciones
Fig. 21-6 Superficies típicas asociadas con fallas de adherencia (splitting o hendidura).
La figura 21-6 también permite imaginar la influencia que tiene el refuerzo transversal en el control de la falla de adherencia. Por ejemplo, si la barra estuviese rodeada por una espiral de acero, las grietas de adherencia estarían interceptadas por el refuerzo aumentando de manera importante la resistencia. También los estribos con poco espaciamiento, interceptan a las potenciales grietas restringiendo su crecimiento.
La carga a la cual puede desarrollarse una falla de adherencia depende de: a) La distancia entre la barra y la superficie del elemento o de la distancia a la barra próxima, la que sea menor. Cuanta más pequeña sea esta distancia menor será la carga de falla. b) La resistencia a la tracción del concreto. c) La intensidad promedio de los esfuerzos de adherencia. Cuantos mayores sean los esfuerzos de adherencia mayores serán las fuerzas radiales de tracción que obran sobre el concreto. d) La presencia de refuerzo transversal que retarde el crecimiento de las grietas por hendidura.
Si el recubrimiento y el espaciamiento entre barras son grandes, en comparación al diámetro de las barras, puede ocurrir una falla de extracción (pullout) en la cual la barra y un cilindro de concreto adherido a ella, tangente a la parte superior de las corrugaciones, se sale del elemento.
1.3 Esfuerzos de Adherencia en una Viga
La figura 21-7 muestra el diagrama de cuerpo libre de un pedazo (cercano al apoyo) de una viga y el diagrama de la barra de refuerzo con las fuerzas de adherencia necesarias para mantener el equilibrio de la misma. Si las fuerzas de adherencia desaparecen, las barras serían incapaces de tomar los esfuerzos de tracción, las barras se “saldrán” delconcreto causando el colapso de la viga, salvo que en sus extremos tengan algún tipo de anclaje mecánico.
Fig. 21-7 Esfuerzos de adherencia en las barras de refuerzo.
En todos los casos en que los esfuerzos de las barras cambien de un punto o sección a otro, será necesario que se desarrollen esfuerzos de adherencia. Esta situación se ilustra en el diagrama de cuerpo libre mostrado en la parte inferior de la figura 21-7, si la fuerza 72 es mayor que 77, en la superficie de la barra deberán producirse esfuerzos de adherencia para mantener el equilibrio de la barra en la dirección de la misma. El equilibrio horizontal exige:
Las ecuaciones 21-1 y 21-2 son equivalentes y representan el esfuerzo de adherencia promedio necesario en la longitud L (ó Ax) de la barra para mantener el equilibrio de la misma. Se denomina promedio porque no toma en cuenta las fuertes variaciones en la intensidad de la adherencia que se producen dentro del segmento de barra analizado.
El esfuerzo real de adherencia en un punto puede obtenerse de 21-1 considerando una longitud de barra L muy pequeña.
Para diferenciar ei esfuerzo de adherencia promedio del real, consideremos un segmento de viga entre dos grietas consecutivas en una viga sometida a flexión pura. El segmento se indica en la figura 21-8 (Nilson) junto con la variación de las fuerzas de tracción en el acero (figura c). Ya que entre las grietas el concreto resiste tracciones, es evidente que el esfuerzo en las barras de refuerzo debe variar entre ellas. La tangente a la curva de variación de las tracciones (dT/ dx) es directamente proporcional al esfuerzo de adherencia real presente en ese punto como lo indica la ecuación 21-4. Sin embargo el esfuerzo de adherencia promedio entre las dos grietas es nulo ya que el cambio de tracción en la barra también lo es (ecuación 21-2). En consecuencia los esfuerzos de adherencia deben variar como se indica en la figura d, con una resultante horizontal neta nula.
