La adherencia del concreto

ESFUERZOS DE ADHERENCIA

La adherencia del concreto

Es la resistencia a deslizarse desarrolladamente entre el concreto y las varillas. El esfuerzo de adherencia se expresa en kg/cm², del área superficial de contacto de varillas lisas, redondas.

El lograr evitar el deslizamiento entre las varillas de refuerzo y el concreto es de gran importancia en toda construcción de concreto armado y la resistencia al deslizamiento, puede ser la resultante de la fricción y/o resistencia adhesiva al deslizamiento para lograr el equivalente de resistencia se emplean a veces anclajes en los extremos, extensiones y varillas con gancho.

La resistencia a la adherencia varía considerablemente el tipo de cemento, de los aditivos y la relación agua-cemento; todo esto influye en la calidad de la mezcla del concreto. Esto no se reduce notablemente mediante aire arrastrado; aumenta por la vibración retardada si se aplica debidamente y durante un tiempo adecuado lo que mejora aparentemente al contacto, después que tiene lugar el encogimiento por asentamiento. Es mayor para concreto seco que para concreto húmedo; es menor para varillas horizontales que para varillas verticales debido a la acumulación de aguas de bajo de las varillas horizontales.

La resistencia a la adherencia se reduce por la humidificación y secado alternos por la carga aplicada, o temperaturas bajas. El acero de las varillas proviene de la laminación en caliente, y en algunos casos se determina mediante un proceso en frío de lingotes de acero (obtenidos en distintos tipo de hornos: de hogar abierto, horno eléctrico etc.), partiendo de minerales de hierro, o bien de desperdicios de metales (chatarra), pudiendo notar la calidad de los aceros comparando las superficies de dos tipos de varilla.

En un elemento de concreto reforzado es necesario que exista adherencia entre el concreto y las varillas de refuerzos, de manera que ambos materiales estén íntimamente ligados entre sí.

Si no existe esta adherencia, el comportamiento del elemento difiere. Por ejemplo, si la diferencia en comportamiento entre viga con refuerzo adherido y otra en la que el refuerzo se encuentra libre dentro de la masa de concreto. En el primer caso, los esfuerzos en refuerzo varían a lo largo del elemento, ya que son prácticamente proporcionales a la magnitud del momento flexionante. En cambio, en el segundo caso, los esfuerzos en el refuerzo son constantes a lo largo del claro, ya que, como las varillas están libres, el elemento se comporta como un arco atirantado y no como una viga; en este caso es necesario anclar mecánicamente las varillas en los extremos del elementos por medio de placas u otro dispositivos adecuados.

Una hipótesis básica que se hace en el diseño del concreto reforzado es que no debe existir ningún deslizamiento de las varillas en relación con el concreto circundante. En otras palabras, el acero y el concreto deben aglomerarse o permanecer adheridos para que actúen como una unidad. Si no hay adherencia entre ambos materiales y si las varillas no están ancladas en sus extremos, estas se zafarán del concreto.

Como consecuencia, la viga de concreto se comportara como un miembro sin refuerzo y estará sujeta a un colapso repentino tan pronto como el concreto se agriete.

Es obvio que la magnitud de los esfuerzos de adherencia cambiará en una viga de concreto reforzado conforme cambien los momentos flexionantes en la viga. Cuanto mayor sea la tasa de cambio del momento flexionante (que ocurre en las posiciones de alto esfuerzo cortante), mayor será la tasa de cambio de la tensiones en las varillas, y por lo tanto, de los esfuerzos de adherencia.

Esfuerzo de adherencia:

La adherencia de las varillas de refuerzo al concreto se debe a varios factores, incluyendo la adherencia química entre los dos materiales, la fricción debida a la rugosidad natural de las varillas y el apoyo en el concreto de las corrugaciones estrechamente espaciadas en las superficies de las varillas. Como resultado de estos hechos, las varillas de refuerzo se fabrican con corrugaciones, para que además de la adhesión y de la fricción, hubiera también una resistencia debido al apoyo del concreto en las corrugaciones (o deformaciones) de las varillas, así como también la llamada resistencia de fricción al cortante del concreto entre las corrugaciones.

Si los esfuerzos de adherencia en una viga llegan a ser muy grandes, el concreto alrededor de las varillas se separa y eventualmente la separación se extenderá hasta el lado y/o la parte inferior de la viga. Cuanto más cercana sea la separación entre las varillas y menor sea el recubrimiento, más delgado será el cilindro de concreto alrededor de cada varilla y más probable será una falla debido a la ruptura de la adherencia.

La resistencia a la separación a lo largo de las varillas depende de un buen numero de factores, tales como el espesor del recubrimiento de concreto, el espaciamiento de las varillas, la presencia de recubrimiento en las varillas, los tipos de agregados que se usen, el efecto del confinamiento transversal de los estribos, etc.

El esfuerzo de adherencia se presenta principalmente como consecuencia de la fuerza cortante, entre el elemento de refuerzo y el concreto que lo envuelve, originada por:

La adhesión entre el concreto y los elementos de refuerzo.

El efecto de sujeción que resulta al secarse y contraerse el concreto que rodea a la varilla y el concreto en el que esta ahogada.

Adherencia por anclaje:

Las barras de esfuerzo deben estar ancladas en el concreto a ambos lados de la sección donde se requieren de manera que puedan desarrollaras en ellas el esfuerzo de adherencia requerido. Supóngase que ld es la longitud de la varilla ahogada en el concreto y sujeta a una fuerza neta de extracción dT y si db es el diámetro de la cabilla, u el esfuerzo promedio de adherencia y fs el esfuerzo ocasionado en la varilla de acero por la fuerza de tensión o el esfuerzo de flexión en la viga. La fuerza de anclaje dT es:

Es decir la fuerza será igual al esfuerzo de adherencia u multiplicado por el área de contacto de refuerzo con el concreto que lo rodea. Y si se considera que esta fuerza dT, es igual a la fuerza de tensión de la sección transversal de la varilla, es decir:

Si se igualan las expresiones (4.1) y (4.2)

De la expresión anterior se puede obtener un esfuerzo promedio de adherencia:

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