La-armadura-longitudinal-en-vigas-y-columnas-2508261.txt

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Bolivariana Núcleo Anzoátegui Extensión Puerto Píritu UNIDAD 1: LA ARMADURA LONGITUDINAL EN VIGAS Y COLUMNAS.

Profesora:

Bachiller:

Angelina Millán 20.714.393

Mora

Rosa

C.I. V-

CONCRETO ARMADO.

VIII Semestre de Ing. Civil Puerto Píritu, julio 2014. INTRODUCCIÓN La importancia de un correcto racionamiento de los materiales que componen las estructuras de las edificaciones, es importante para optimizar los recursos económicos destinados para tal fin. Esto además implica considerar otros aspectos de igual relevancia en el diseño y construcción de edificaciones, como lo son la seguridad, la funcionabilidad y la estética. El diseño de las conexiones viga- columna es considerado el aspecto más crítico dentro del diseño de un edificio de hormigón armado situado en zonas de alto riesgo sísmico, sobre todo en aquellas estructuras que carecen de diafragmas u elementos similares capaces de disipar la fuerza sísmica. Es por eso que en las estructuras aporticadas de concreto reforzado los nodos viga – columna deben garantizar el cabal desempeño global ante las solicitaciones a las que sean sometidas. Deben asegurar la continuidad de la estructura, lo que se traduce fundamentalmente en estar capacitados para resistir tensiones de origen gravitacional, eólico, sísmico y de cualquier otra índole y transmitir estas mismas tensiones adecuadamente de la losa a las vigas, de vigas a columnas, y de columnas hasta la infraestructura o sistema de fundación. Puesto a la ocurrencia de sismos recientes muchas estructuras colapsan durante estos eventos el cual lo hacen por problemas constructivos o por deficiencias en el detallado de los nodos viga-columna. El deterioro de la rigidez en los nodos viga– columna conducen a grandes desplazamientos en la estructura impiden que se desarrollen mecanismos de disipación de energía, poniendo en peligro la integridad de la misma.

UNIDAD 1: LA ARMADURA LONGITUDINAL EN VIGAS Y COLUMNAS.

ARMADURA LONGITUDINAL Es aquella requerida para absorber los esfuerzos de tracción en la cara inferior en vigas solicitadas a flexión compuesta, o bien la armadura longitudinal en columnas. La armadura longitudinal actúa ante la tracción, al igual que lo visto en Jácenas. Las fibras comprimidas, necesitan de la colaboración del acero ya que el hormigón solo no puede trabajar eficientemente. En un pórtico primario, las atracciones y compresiones de las fibras se generan en el mismo plano del pórtico, por ello la sección se arma en forma asimétrica, tal lo indicado en el gráfico. Los pilares están sometidos a flexión desviada, por esa razón van armados en cada plano según las compresiones y tracciones de sus fibras. En cada plano de la sección, el armado es diferente, nunca se coloca la misma armadura de ambos planos. Al ejecutar la sección con una armadura asimétrica, puede inducir a error al momento de colocar el pilar sobre la planta. Sobre todo cuando se trabaja con pilares de sección cuadrada. Para evitar errores o confusiones, es común disponer el armado de manera que la armadura resulte simétrica, es decir, conservando la misma cantidad en los dos planos. ADHERENCIA Capacidad de agarre entre materiales distintos, considerando la fricción entre los mismos. Por ejemplo, adherencia entre el cemento y los agregados, entre el mortero y el concreto, entre el concreto y las armaduras u otras superficies contra las cuales se coloca. La falta de adherencia se convierte en fisuras, desprendimientos, desconchamientos del material, así como en la exposición de los elementos a sustancias perjudiciales para su funcionamiento. Falta de adherencia entre mortero y concreto, y entre mortero y ladrillos. ADHERENCIA DEL CONCRETO AL ACERO Es el fenómeno básico sobre el que descansa el funcionamiento del hormigón armado como material estructural si no existiera 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 este sobrevendría bruscamente la rotura. La adherencia asegura el anclaje de las barras y transmite las tensiones tangentes periféricas que aparecen en la armadura principal como consecuencia de las variaciones de su tensión longitudinal. ANCLAJE Constituyen en la actualidad como un medio esencial para garantizar la estabilidad de diversas estructuras. Pueden usarse en forma muy ventajosa en cualquier situación en que se necesite ayuda de la masa de suelo para soportar un determinado estado de esfuerzos o tensiones. Es decir sistema de fijación que permite sujetar un elemento (normalmente a tracción) a otro para evitar que se mueva.

TIPOS DE ANCLAJE SEGÚN SU APLICACIÓN EN FUNCIÓN DE SU TIEMPO DE SERVICIO: • Anclajes temporales Tienen carácter de medio auxiliar y proporcionan las condiciones de estabilidad a la estructura durante el tiempo necesario para disponer otros elementos resistentes que lo sustituyan. La vida útil no debe de ser mayor a 18 meses.

 Anclajes permanentes Se instalan con carácter de acción definitiva. Se dimensionan con mayores coeficientes de seguridad y han de estar proyectados y ejecutados para hacer frente a los efectos de la corrosión. Dichos anclajes están diseñados para una vida de servicio superior a 18 meses. SEGÚN SU FORMA DE TRABAJAR: • Anclajes pasivos: No se pretensa la armadura después de su instalación. El anclaje entra en tracción al empezar a producirse la deformación de la masa de suelo o roca. • Anclajes activos: Una vez instalado se pretensa la armadura hasta alcanzar su carga admisible, comprimiendo el terreno comprendido entre la zona de anclaje y la placa de apoyo de la cabeza. • Anclaje mixto: La estructura metálica se pretensa con una carga menor a la admisible, quedando una fracción de su capacidad resistente se reserva para hacer frente a posibles movimientos aleatorios del terreno. • Anclajes inyectados: Estos tipos de anclaje son armaduras metálicas, alojadas en taladros perforados cementadas mediante inyecciones de la lechada de cemento o mortero. El elemento estructural es sometido a tracción, generando un esfuerzo de anclaje el cual es soportado por la resistencia al corte lateral en la zona de inyección en contacto de terreno. A través de la inyección se forma un miembro empotrado en el extremo profundo del tirante metálico dentro el barreno, por lo tanto las fuerzas que actúan sobre el anclaje inyectado no se transmiten al terreno en toda su longitud, sino solamente en el tramo de la zona inyectada. Cabe destacar que adicionalmente a los anclajes inyectados se emplean también los pernos de anclajes puntuales, los cuales tienen un dispositivo para empotrar el sistema de anclaje en el fondo del barreno siendo en minería muy utilizados los de expansión. Con mayor frecuencia se utilizan los tirantes constituidos por un cierto número de hilos o cables unidos formando un haz. El anclaje se hace generalmente mediante enclavamientos cónicos.

PARTES DE LOS ANCLAJES La zona de anclaje El disp ositivo mecánico más elemental y de más instalación es el casquillo expansivo dado su carácter puntual, está concebido para anclar la roca sana o estabilizar bloques o cuñas de roca que se han desarrollado por la intersección de unos pocos planos de debilidad. La lechada se inyecta por la boca del barreno y el tubo de regreso llega hasta el final del mismo. La inyección termina después de la salida del aire y de la emisión de lechada por el tubo de regreso. De esta manera el anclaje actúa en forma permanente, evitándose efectos de corrosión. Una forma de eliminar el sistema de inyección del mortero o lechada de cemento, es aplicando el método perfo, sin lugar a dudas más versátil pero también más costoso. La inyección se lleva a cabo a través de tuberías de PVC y es frecuente inyectar a presión, alcanzándose valores de hasta 3.00 Mpa. En este caso es necesario separar la zona de anclaje de la zona libre y evitar la lechada. Puede ser ventajoso el uso de aditivos para celebrar el fraguado y disminuir la retracción. La zona libre Es la parte en la cual la armadura metálica se encuentra separada o independiente del terreno que la rodea, lo cual permite deformarse con plena libertad al ponerse

en tensión. La zona libre, cuando el terreno de la perforación puede separarse, queda independizado del mismo mediante camisas de PVC o metálicas. En cualquier caso debe protegerse de la corrosión mediante rellenos, productos y productores. La cabeza Corresponde a la zona de unión de la armadura a la placa de apoyo. El anclaje de los tirantes se coloca mediante inyecciones de mortero o lechada de cemento. El tirante tiene uno o dos tubos que sirven para la inyección y salida del aire. A partir del sitio en que la barra de acero alcanza su esfuerzo máximo, se debe desarrollar un mecanismo de anclaje en el hormigón para asegurar su funcionamiento adecuado [ACI 12.1]. Las alternativas utilizadas son: • ¾ Anclaje por desarrollo de la longitud de la varilla dentro del hormigón. • ¾ Ganchos de anclaje dentro del hormigón en el extremo de la varilla • ¾ Anclaje mecánico de la varilla a través de dispositivos especiales. LONGITUD DE DESARROLLO: Es la longitud que se requiere embeber a una varilla de acero dentro del hormigón, para alcanzar los esfuerzos especificados en el diseño (generalmente Fy). Factores que Influyen en la Longitud de Desarrollo: Los siguientes factores principales afectan directamente a la longitud de desarrollo de las varillas de acero en el hormigón armado: • ¾ Esfuerzo de Fluencia: Mientras mayor sea el esfuerzo de fluencia, se requerirá proporcionalmente una mayor longitud de desarrollo. • ¾ Sección Transversal: Cuanto mayor sea la sección transversal de la varilla, desarrollará una mayor fuerza, y se necesitará proporcionalmente una mayor longitud de desarrollo. • ¾ Perímetro de la Varilla: Mientras mayor sea el perímetro de la varilla, existirá una mayor superficie de hormigón en la que se desarrolle adherencia, por lo que se requerirá proporcionalidad inversa con la longitud de desarrollo. • ¾ Resistencia del Hormigón: Cuanto mayor sea la resistencia a tracción del hormigón se podrán desarrollar esfuerzos más altos de adherencia, por lo que existirá proporcionalidad inversa con la longitud de desarrollo.

ANCLAJE DE ARMADURAS LONGITUDINALES Nudos externos: Las armaduras longitudinales de la viga se anclaran en el nudo de la columna o eventualmente en un segmento sobresaliente de la viga. La longitud básica del anclaje se computara a partir del borde de la columna. Nudos interiores: Las armaduras superiores e inferiores que atraviesan el nudo deben ser continuas a través de este. Cuando no pueden ser continuas a través del nudo como consecuencia de diferentes dimensiones o ejes de vigas las barras se anclaran de acuerdo a los nodos externos. ARMADURA LONGITUDINAL EN VIGAS: En las caras superiores en inferiores la armadura longitudinal ara su resistencia flexional en las secciones de los bordes de columnas deberá cumplir los siguientes requerimientos: Encuentro con columnas interiores: Si el ancho de la viga excede el de la columna, al menos 75% de la armadura deberá atravesar el nudo de la columna. Encuentro con columnas exteriores: Si el ancho de la viga excede al de la columna y además concurren al nodo vigas transversales de dimensiones similares, al menos el 75% de la armadura deberá anclarse en el nodo de la columna. Vigas de sección t ó l: Construidas integralmente con las losas una parte de la armadura podra disponerse en la placa disponiéndose prever las correspondientes armaduras de enlace al menos el 75% de la armadura debe atravesar el nudo de las columnas interiores o anclarse en el nudo de las columnas exteriores.

ARMADURAS LONGITUDINALES EN COLUMNAS Cuantías máximas y mínimas: La sección total de la armadura longitudinal no podrá ser menor que el 1% de la sección total del hormigón ni mayor que el 6%. En las zonas de empalmes se admitirá, como mínimo una sección total de la armadura longitudinal del 8% de la sección total del hormigón. DISTANCIA ENTRE BARRAS Las distintas barras que constituyen la armadura de las piezas de hormigón armado deberán tener unas separaciones mínimas para permitir que la colocación y compactación del hormigón pueda efectuarse correctamente de forma que no queden coqueras. SEPARACION MAXIMA ENTRE BARRAS LONGITUDINALES La separación máxima de columnas no podrá ser mayor de 20 z (cm) siendo z el factor de zona sísmica. En columnas con dimensiones transversales iguales o menores que 30 cm se podrá colocar una barra en cada esquina de la sección. EMPALME DE BARRAS Ubicación: Los centros de empalmes se ubicaran en la mitad de la altura de la columna. Tipos de empalmes: Conexiones roscadas, soldadura o manguitos. Mientras el hormigón, por su consistencia plástica en estado fresco, puede tener las dimensiones continuas que el diseño estructural requiera, las dimensiones longitudinales comerciales de las barras de acero pueden ser insuficientes para cubrir las necesidades de los elementos estructurales. En dichos casos será necesario empalmar algunas varillas o algunos segmentos de varillas, colocados de manera continua, para asegurar el comportamiento de cada sección de los elementos estructurales [ACI 12.14.2.2]. La discontinuidad del acero de refuerzo puede atentar contra la capacidad resistente de la estructura, por lo que se requeriría de algún mecanismo de transferencia de los esfuerzos de una varilla hacia la varilla de continuidad geométrica. En caso de ser necesaria esa transferencia, se puede recurrir a varillas traslapadas, varillas soldadas o dispositivos mecánicos de continuidad. El traslape de varillas es el mecanismo de empalme de mayor uso en nuestro medio. En principio las 2 varillas deben cruzarse una longitud apropiada para que el acero transmita esfuerzos al hormigón por adherencia, y este último los restituya a la otra varilla, sin acumular esfuerzos elevados de tracción en el hormigón, pues estos últimos provocarían una fisuración extensa, con sus consecuencias indeseables. La distancia transversal entre las varillas que conforman el traslape debe ser pequeña para lograr el objetivo planteado. En el ACI y el CEC [ACI 12.14.2.3] se establece que dicha separación no debe superar un quinto de la longitud de traslape ni ser mayor a 15 cm. Para la realización de uniones soldadas, por otra parte, se debe verificar que el tipo de acero constitutivo de las varillas admita este tipo de procesos (existen aceros que se vuelven frágiles luego de un proceso de soldado, y existen otros tipos de aceros cuyas características mecánicas no se ven afectadas con la soldadura), y se deberá realizar un diseño y control de calidad de las soldaduras. Generalmente se utilizan pedazos del mismo diámetro de varilla que se sueldan, en el extremo coincidente de las 2 varillas para lograr la continuidad [ACI 12.14.3]. Los empalmes soldados deben desarrollar al menos un 25% más que el esfuerzo de fluencia de las barras y deberán cumplir con las especificaciones del Structural Welding Code – Reinforcing Steel [ANSI/AWS D1.4]. Las uniones mecánicas de manguitos enroscables, por último, son muy utilizadas en

países del primer mundo, pero prácticamente no se los emplea en nuestro país por su costo elevado. Por tener rosca interior en los 2 extremos que deben unirse, requieren que las varillas a integrar sean roscadas en los extremos de unión, lo que se lo puede hacer en obra o se puede adquirir en fábrica [ACI 12.14.3]. • Barras de Repartición: En general, son aquellas barras destinadas a mantener el distanciamiento y el adecuado funcionamiento de las barras principales en las losas de hormigón armado. • Barras de Retracción: Son aquellas barras instaladas en las losas donde la armadura por flexión tiene un sólo sentido. Se instalan en ángulo recto con respecto a la armadura principal y se distribuyen uniformemente, con una separación no mayor a 3 veces el espesor de la losa o menor a 50 cm entre sí, con el objeto de reducir y controlar las grietas que se producen debido a la retracción durante el proceso de fraguado del hormigón, y para resistir los esfuerzos generados por los cambios de temperatura. FACTORES DE CORRECCIÓN • En elementos comprimidos, con zunchos transversales que contengan a la armadura empalmada, se puede aplicar un factor de corrección igual a 0,75 (artículo 12.17.2.5). • En elementos comprimidos, en los que existan estribos a lo largo de la longitud de empalme, cuya sección sea ≥ 0,0015 • h • s , se permite aplicar un factor 0,83 (artículo 12.17.2.4). En la expresión anterior, h es la altura total del elemento, y s la separación de los estribos (ambas dimensiones en mm). De cualquier manera, la longitud de empalme final no debe ser menor que 300 mm. Inmediatamente se deduce que, para acero ADN 420 (fy = 420 MPa) y hormigones con f´c ≥ 20 MPa, el factor de corrección 0,75 solamente se puede aplicar para barras db16 y mayores, mientras que el factor 0,83 puede ser utilizado para db12 y mayores. Diámetros menores conducirían a una longitud de empalme inferior a 300 mm. CONCLUSIÓN En nuestro país es costumbre doblar parte de las barras de los tramos para utilizarlas como armaduras de apoyo. Cuando las barras dobladas de ambos tramos adyacentes a un apoyo no alcanzan a cubrir la armadura necesaria según cálculo, se agregan barras suplementarias denominadas caballetes. La armadura de flexión está ubicada de modo de tomar las tracciones. En el caso de tratar con vigas continuas (p.e. las V2 y V3) los apoyos intermedios se armarán con el aporte de las barras dobladas de los tramos adyacentes y con caballetes. Las armaduras destinadas a resistir corte están constituidas por los estribos y, como se verá más adelante en el curso, por las barras dobladas. La armadura de estribos se expresa en cm²/m de longitud de viga. Según la cantidad de estribos que haya que colocar en una sección podremos tener 2, 4 , 6 , o más ramas. En el caso de las denominadas columnas simples, y partiendo del supuesto de que están solicitadas solamente a compresión, las armaduras aportan resistencia (las longitudinales) y fundamentalmente ductilidad (longitudinales y estribos). También existe otro tipo de columnas, las zunchadas, en las que la armadura transversal también cumple un papel importante en la faz resistente, pero es necesario respetar varias condiciones en lo que hace a separaciones, diámetros, etc. Donde para asegurar una adecuada protección frente a la corrosión, las barras deben estar separadas del exterior por una capa de hormigón de espesor y compacidad adecuados denominada recubrimiento. Esta capa se hormigona simultáneamente con el resto de la pieza. El espesor del recubrimiento será función de la agresividad del medio (condiciones de exposición), de la susceptibilidad del acero a los fenómenos de corrosión y de la calidad del hormigón.

BIBLIOGRAFÍA • • •

http://www.ecured.cu/index.php/Anclajes. http://www.cicp-ec.com/pdf/hormigon05.pdf. http://www.ing.unlp.edu.ar/constr/ha1/Ejercicios/HAI-TP1-web-3.pdf.