Actividad 8 Psicología Unad

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

HORMIGÓN 2

TEMA: ADHERENCIA Y LONGITUD DE DESARROLLO

INTEGRANTES:

ANDRÉS LÓPEZ

JUAN LAICA

GABRIELA MORETA

PABLO GAMBOA

SEMESTRE: 8vo

PARALELO: “B”

NOMBRE DEL PROFESOR: ING. JORGE CEVALLOS

FECHA DE ENTREGA: 19 DE MAYO DEL 2014

OBJETIVO GENERAL

Analizar cómo trabaja en conjunto el hormigón y el acero mediante la adherencia y la longitud de desarrollo.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Comprender la distancia mínima de recubrimiento en el acero estructural con el hormigón.

Estudiar los principales fallos derivados por una disminución de la adherencia del hormigón-acero.

Determinar la longitud de desarrollo a tención y a compresión en el hormigón armado.

LA ADHERENCIA ENTRE EL HORMIGÓN Y EL ACERO

A la palabra adherencia se la define como la unión de una cosa a otra mediante una sustancia que las liga. En este texto nos referiremos a la unión entre el hormigón y el acero.

La adherencia entre el hormigón y el acero es el fenómeno en el que se basa el trabajo del hormigón armado como material estructural, debido a que si no existe adherencia entre estos dos materiales, el acero no podría tomar ni el mínimo esfuerzo de tracción, ya que toda su longitud se deslizaría por el elemento estructural al no encontrar resistencia.

Adicionalmente el hormigón y el acero no se deformarían de una manera uniforme, por lo que sí existe una fisura en el hormigón, habrá a continuación una brusca rotura del elemento estructural.

La adherencia ayuda a que sí existe una rotura en el hormigón, el acero reciba los esfuerzos de tracción, para que así no se pueda romper la unión entre el acero y el hormigón en las zonas fisuradas.

Es decir que, gracias al fenómeno de adherencia, es posible que tanto el acero como el hormigón trabajen simultáneamente y en conjunto, cada uno resistiendo los esfuerzos para los que fueron programados.

La adherencia óptima requiere que el acero de refuerzo este totalmente recubierto por un hormigón estructural, es decir, que el acero de refuerzo no tenga contacto con la intemperie u otros elementos, sino únicamente con el hormigón estructural, en procesos constructivos esto se logra alzando el acero de refuerzo por encima del encofrado mediante alzas plásticas o de madera y pequeñas piedras.

La adherencia tiene como finalidad cumplir con los dos siguientes objetivos:

Asegurar el anclaje de las barras de acero

Transmitir las tensiones tangentes periféricas que aparecen en la armadura principal como consecuencia de las variaciones de su tensión longitudinal.

La adherencia se produce por las dos siguientes causas:

La de naturaleza física o físico – química.

La de naturaleza mecánica.

La adherencia se produce por causas físicas o físico – químicas debido a la adhesión (fuerza con la que se atraen las moléculas de diversos cuerpos que están en contacto entre sí) que se produce entre el hormigón y el acero, ésta adhesión permite que el acero absorba pasta de cemento gracias al efecto de retracción (disminución del volumen del hormigón en su proceso de fraguado).

La adhesión dependerá de la magnitud que se de en el deslizamiento de la barra, ya que cuando sobrepasa cierto valor, la adhesión queda totalmente anulada

Las causas de más importancia como son las de naturaleza mecánica, producen adherencia al resistir el deslizamiento de las barras de acero debido a la penetración de pasta de cemento en las irregularidades del acero que existen aunque se hable de barras de acero lisas. A este fenómeno se lo conoce como rozamiento.

Cuando se tratan de barras corrugadas además del rozamiento entra en juego el acuñamiento o trabazón (unión o enlace entre dos materiales) entre el hormigón y los resaltos o corrugas de la barra.

Los fenómenos de rozamiento y acuñamiento empezarán a trabajar en el momento en que la tensión alcance una cierta magnitud.

Influencia del tipo de Hormigón

Mediante investigaciones se llegó a concluir que uno de los principales factores que influyen en la adherencia entre el hormigón y el acero son los materiales con los que se fabrican el hormigón.

En el caso de la arena, ésta influye con la cantidad que se coloque, siendo ideal ponerla del 20 al 30% del volumen total de los agregados, si no se cumplen estos parámetros la adherencia hormigón – acero sufre una gran recaída.

En la adherencia también juega un papel muy importante la calidad de cemento que se coloque en la mezcla de hormigón, siendo el cemento Portland el de mejores resultados. Otros tipos como los cementos de escoria o puzolánicos pueden llegar a disminuir a la adherencia en un 25 a 75%.

Adicionalmente, si deseamos tener una adherencia eficaz entre el hormigón y el acero de refuerzo, no debemos utilizar hormigones poco resistentes y aceros de refuerzo con límites elásticos altos.

Esta condición se la puede verificar utilizando la siguiente relación:

f^' c≥50+0,02fy

Siendo:

f^' c: Resistencia a compresión del hormigón a los 28 días de edad en kg/cm2

fy: Límite elástico del acero en kg/cm2

Si la relación expuesta anteriormente no llega a cumplirse se deberá considerar un fy menor al dado en la siguiente expresión:

fy=50f^' c-250

FALLAS POR ADHERENCIA

Las fallas por lo general suceden al haber concentración de esfuerzos, es muy común encontrar este tipo de concentraciones de esfuerzo en los nudos entre elementos estructurales como viga – columna.

A continuación algunos tipos de falla por adherencia:

Fisuras por adherencia (longitudinales): Son las fisuras que se forman a lo largo de la dirección de las varillas longitudinales por falta de adherencia entre el hormigón y el acero de refuerzo. Es muy poco común ver este tipo de fallas en construcciones bien calculadas y construidas. La falta de adherencia se produce porque durante la construcción las varillas de acero se impregnan de aceites, bentonita o tienen óxido suelto.

Falla por desconchamiento del concreto: Esta falla se produce al existir un anclaje muy débil entre la viga y la columna.

Fallas debido a la inexistencia de anclaje del acero de refuerzo de la columna con el refuerzo del piso.

Fallas debido a una ineficiente adherencia en la unión viga – columna. Principalmente al no realizarse el doblez a 90º para el desarrollo de fluencia necesaria para cualquier situación sísmica.

Fallas debido a un ineficiente recubrimiento del hormigón con el acero de refuerzo, y fallas debido a la separación entre los aceros de refuerzo. Se pueden presentar los siguientes casos:

Recubrimiento lateral y media separación libre entre varillas menores que el recubrimiento del fondo.

Recubrimiento en los lados menor o igual que media separación libre entre varillas.

Recubrimiento en el fondo menor que el recubrimiento lateral y a su vez menor que media separación libre entre varillas.

RECUBRIMIENTOS MÍNIMOS PARA EL ACERO DE REFUERZO

Con el objeto de proteger las armaduras contra la corrosión, se debe proporcionar un recubrimiento mínimo de hormigón al acero de refuerzo, este recubrimiento se mide desde la cara externa del elemento hasta la superficie más externa de la barra de acero, a la cual se aplica este recubrimiento.

LONGITUD DE DESARROLLO

La longitud de desarrollo o longitud de anclaje (Ld), es la distancia mínima de empotramiento que debe tener el acero de refuerzo, la cual se necesita para que trabaje con todos sus esfuerzos de fluencia (fy), más una cierta longitud que es necesaria para lograr la adherencia requerida.

Es la distancia requerida para impregnar al acero de refuerzo dentro del hormigón, para obtener los esfuerzos detallados en el diseño (generalmente Fy).

Los valores de √(〖f'〗_c ) usados no deben exceder de 8.3 MPa = 84,64 kg/cm2.

Siendo:

√(〖f'〗_c ): Esfuerzo a tracción del hormigón.

Factores que influyen en la longitud de desarrollo

Los siguientes factores principales afectan directamente a la longitud de desarrollo del acero de refuerzo en el hormigón armado:

Esfuerzo de Fluencia: Mientras mayor sea el esfuerzo de fluencia, se necesita una mayor longitud de anclaje.

Sección Transversal: Si el acero de refuerzo tiene mayor sección transversal, ésta desarrollará una mayor fuerza y necesitará una mayor longitud de desarrollo

Perímetro de la Varilla: Mientras mayor sea el perímetro del acero de refuerzo, habrá una mayor superficie de hormigón en la que se desarrolle adherencia, por lo que se necesitará proporcionalidad inversa con la longitud de desarrollo.

Resistencia del Hormigón: Cuanto mayor sea la resistencia a tracción del hormigón (√(〖f'〗_c )) se obtendrán esfuerzos más altos de adherencia, por lo que habrá proporcionalidad inversa con la longitud de desarrollo.

Principalmente uno de los tipos de fórmula para calcular la longitud de desarrollo que incluye los factores antes expuestos es:

L_d=∝(F_y*A_v)/(P_v*√(〖f'〗_c ))

Siendo:

Ld: Longitud de desarrollo

α: Coeficiente de proporcionalidad

Fy: Esfuerzo de fluencia del acero

Av: Área de una varilla

Pv: Perímetro de la varilla

√(〖f'〗_c ): Resistencia a la tracción del hormigón

Tomando en cuenta que:

Av (área de varilla) = π (*〖dv〗^2)/4

Y el Pv (perímetro de varilla) = π*dv

Reemplazando estos valores en la fórmula anterior obtenemos:

Ld=∝(Fy*dv)/√(〖f'〗_c )

Siendo:

Dv: Diámetro de la varilla o acero de refuerzo.

Estos dos tipos de ecuaciones son empleadas para obtener la longitud de desarrollo del acero en los códigos de diseño.

Cuando se utilizan barras o alambres de diámetros pequeños, con separaciones entre ellos mayores que los prescriptos por el Reglamento, pero con buenos recubrimientos, la falla se producirá por arrancamiento de la barra o alambre del hormigón.

En cambio la falla por hendimiento se produce cuando el recubrimiento o la separación entre las barras o alambres, o su confinamiento es insuficiente, en cuyo caso la fractura del hormigón se extiende hasta el extremo de la barra o del alambre.

Longitud de Desarrollo del Acero a Tracción

La longitud básica de desarrollo Ld para barras y alambres con resaltes, en tracción [ACI 12.2.1 y 12.2.2], debe calcularse con las siguientes expresiones, pero en ningún caso podrá ser menor que 30 cm.

Para varillas de 36 mm de diámetro y menores:

Ld=0,0632 (Fy*Av)/√(〖f'〗_c )

Pero no menor que:

Ld=0,006dv*fy

Para varillas de 44 mm de diámetro:

Ld=0,79 Fy/√(〖f'〗_c )

Para varillas de 55 mm de diámetro:

Ld=1,106 Fy/√(〖f'〗_c )

Para alambre corrugado:

Ld=1,119 (Fy*dv)/√(〖f'〗_c )

En la tabla 2 se muestran las longitudes de desarrollo básicas en varillas a tracción.

Tabla 2

La longitud básica de desarrollo calculada previamente debe multiplicarse por los siguientes factores [ACI 12.2.3], cuando sean pertinentes:

Cuando el refuerzo de lecho superior se coloca de tal manera que existe al menos un espesor de 30 cm de hormigón fresco recubriéndolo por debajo:

ψ=1,4

Cuando el refuerzo tiene un esfuerzo de fluencia Fy mayor que 4200 Kg/cm2:

ψ=2-4200/fy

La longitud básica de desarrollo afectada por los factores previos puede ser reducida, cuando sea pertinente, por los siguientes factores [ACI 12.2.4]:

Cuando el refuerzo se ubica espaciado por lo menos 15 cm centro a centro y existen por lo menos 7 cm desde la cara del elemento estructural a la varilla externa, medido en la dirección del espaciamiento:

ψ=0,8

Donde exista refuerzo en exceso con respecto al requerido en el diseño:

ψ=(A requerida)/(A proporcionada)

Cuando el refuerzo esté confinado por armadura en espiral que tenga un diámetro no menor a 8 mm, y un paso no mayor a 10 cm:

ψ=0,75

Longitud de Desarrollo del Acero a Compresión

La longitud de desarrollo de varillas corrugadas a compresión debe calcularse mediante las siguientes ecuaciones, pero l_dc no debe ser menor de 200 mm:

Ld=0,079 (Fy*dv)/√(〖f'〗_c )

Ld=0,004dv*fy

Ld=20cm

En la tabla 3 se muestran las longitudes de desarrollo básicas en varillas a compresión.

Tabla 3

La longitud básica de desarrollo calculada previamente debe multiplicarse por los siguientes factores [ACI 12.3.3], cuando sean pertinentes:

Donde exista refuerzo en exceso con respecto al requerido en el diseño:

ψ=(A requerida)/(A proporcionada)

Cuando el refuerzo esté confinado por armadura en espiral que tenga un diámetro no menor a 8 mm, y un paso no mayor a 10 cm:

ψ=0,75

12.4 Longitud de Desarrollo en Paquetes de Varillas:

La longitud de desarrollo de cada varilla a tracción o compresión, dentro de un paquete de varillas, debe ser aumentada en un 20% para paquetes de tres varillas, y en un 33% para paquetes de cuatro varillas [ACI 12.4]. Sin embargo, cuando se trate de paquetes de varillas, los traslapos deberán ser escalonados.

Para determinar los valores adecuados de espaciamiento y recubrimiento en tabla 1, así como el parámetro de confinamiento en ecuación 12.1 y el factor ψ_e, un paquete de varillas debe ser tratado como una sola varilla de un diámetro derivado del área total equivalente y con un centroide que coincide con el del paquete de barras.

ESPECIFICACIONES PARA GANCHOS ESTÁNDARES O NORMALIZADOS

Los ganchos solamente se considerarán efectivos en varillas de tracción [ACI 12.1].

De acuerdo a [ACI 7.1], la expresión “gancho normalizado” tiene uno de los siguientes significados:

Doblez de 180º más una extensión de 4dv, pero no menos de 6 cm en el extremo libre de la varilla [ACI 7.1.1].

Figura 1: Dimensiones mínimas del gancho de 180º

Doblez de 90º más una extensión de 12dv en el extremo libre de la varilla [ACI 7.1.2].

Figura 2: Dimensiones mínimas del doblez de 90º

En Estribos

En varillas de 14 mm y menores, doblez de 90º más una extensión de 6dv en el extremo libre de la varilla, pero no menor de 6.5 cm.

Figura 3: Dimensiones mínimas del doblez de 90º en estribos de hasta 14 mm de diámetro

En varillas de 16 mm a 25 mm, doblez de 90º más una extensión de 12db en el extremo libre de la varilla.

Figura 4: Dimensiones mínimas del doblez de 90º en estribos de 16 mm a 25 mm de diámetro

En varillas de 25 mm y menores, doblez de 135º más una extensión de 6dv en el extremo libre de la varilla.

Figura 5: Dimensiones mínimas del doblez de 135º en estribos de hasta 25 mm de diámetro

El diámetro interior de doblez de estribos y anillos con diámetro entre 8 mm y 16mm no debe ser menor de 6dv [ACI 7.2].

El diámetro de doblez de la cara interior de los estribos de más de 16 mm, deberá cumplir con la tabla 4.

Todas las otras varillas requeridas en las estructuras deberán cumplir con las especificaciones de la tabla 4.

Tabla 4: Diámetros mínimos de doblado

DESARROLLO DE GANCHOS ESTÁNDAR EN TRACCIÓN

La longitud de desarrollo para varillas corrugadas a tracción que terminen en ganchos estándar (l_dh) deberán ser calculadas mediante la siguiente ecuación, pero l_dh no deberá ser menor que el mayor de 8dv y 150mm

l_dh = (0.24ψ_e fy)/(λ √(f'c))

Los factores de modificación a utilizarse serán:

Ψe es un factor de revestimiento de la armadura que contempla el revestimiento con epóxico y valdrá 0.75 para concreto con agregados livianos. Para otros casos Ψe y λ deben tomarse igual a 1.

Siendo λ un factor que contempla la menor resistencia a la tracción del hormigón liviano y la consiguiente reducción de la resistencia a la tracción por compresión diametral, lo que origina que en el hormigón liviano aumente la longitud de anclaje.

Hormigón Liviano

Se designa convencionalmente como hormigones livianos a aquellos que producen una densidad inferior a 1.9 kg/dm3.

Los hormigones livianos tienen un amplio campo de uso en los casos en que se desea obtener aislación térmica y también para rebajar el peso muerto actuante sobre los elementos estructurales resistentes.

Tienen como principal limitación su baja resistencia y su alta retracción hidráulica, aspectos que deben ser debidamente considerados al contemplar su uso.

1.3 Propiedades de los Hormigones Livianos

Retracciones Hidráulicas: No existen estudios sistemáticos al respecto, pudiendo señalarse que su valor es aproximadamente del orden del doble de los hormigones convencionales.

Durabilidad: Tampoco ha sido estudiada, pero se puede señalar que los hormigones livianos son más susceptibles a los ataques agresivos externos y a los fenómenos de corrosión que los hormigones convencionales. En cambio, su resistencia a los procesos de hielo-deshielo es similar al de los hormigones convencionales con aire incorporado.

Mediante ensayos se ha comprobado que estribos espaciados cerca colocados en las cercanías de la zona del doblez en varillas con ganchos son muy efectivos para confinar la varilla con ganchos. En obra esto no siempre es posible.

Figura 6: Estribos colocados perpendicularmente a la barra en desarrollo, espaciadas a lo largo de la longitud de desarrollo l_dh

Los ganchos de las varillas son muy susceptibles a fallas por hendimiento del hormigón, cuando los recubrimientos, tanto lateral como superior o inferior son pequeños.

Cuando el confinamiento por el hormigón es mínimo, es esencial el confinamiento proporcionado por estribos, especialmente cuando se debe desarrollarse la resistencia completa de una varilla con gancho con recubrimiento tan pequeño.

En compresión, los ganchos no son muy efectivos y no se puede utilizar como anclaje.

Algunos casos típicos en que los ganchos requieren estribos para confinamiento son los extremos de vigas simplemente apoyadas, el extremo libre de voladizos y los extremos de elementos que concurren más allá del nudo.

Figura 7: Recubrimiento del hormigón según 12.5.4.

CONCLUSIONES

Se concluyó que la adherencia y la longitud de desarrollo en conjunto evitan las fallas por arrancamiento principalmente por la longitud de anclaje que se brinda por el acero de refuerzo.

Se determinó que la distancia de recubrimiento esta medido convencionalmente a partir del centro de la barra hasta la cara de concreto más cercana.

Se analizó que las barras corrugadas aumenta la adherencia en el hormigón armado.

...