I. Estudios
Estudio 6: ESTUDIOS SOBRE LOS ESFUERZOS DE ADHERENCIA DESARROLLADOS ENTRE EL ACERO Y EL CONCRETO CON CABILLAS DE DIÁMETRO 3/8 ”, 5/8 ”, 3/4 ”, 1” AUTORES: Alexander Cedeño y Jhonny González. RESUMEN: El concreto en masa presenta una buena resistencia a la compresión, como ocurre en algunas rocas naturales, pero ofrece escasa resistencia a la tracción por lo que resulta inadecuado para elementos estructurales que vayan a trabajar a tracción y flexión. Pero si se refuerza el concreto en masa disponiendo de barras de aceros en las zonas de tracción, el elemento resultante llamado concreto armado está en condiciones de poder absorber los distintos estados de solicitaciones que se presenten en la construcción.
Los iniciadores del concreto armado como material de construcción fueron los Franceses Monier y Coignet dando para la fecha de 1861 reglas para la fabricación de vigas, bóvedas, etc. Desde entonces a lo largo de casi mas de un siglo y medio la técnica de concreto armado ha experimentado un amplio desarrollo pudiendo decirse que en la actualidad ha llegado a ser de empleo preferente en numerosas aplicaciones, siendo estas más amplias que las de cualquier otro material de construcción.
El empleo del concreto armado resulta económico y casi siempre competitivo con el acero en perfiles, ofreciendo sobre estos la ventaja de su mayor monolitísmo y continuidad.
La durabilidad y resistencia al fuego del concreto son superiores a las que presenta la madera y el acero, siempre que los recubrimientos y la calidad de este sean acordes con las condiciones del medio que rodea las estructura. Sin embargo comparando con las estructura metálicas tiene el inconveniente de conducir a mayores dimensiones y pesos, así como a una menor rapidez de construcción, salvo en el caso de construcciones prefabricadas o industrializadas.
Por lo tanto uno de los fenómenos básicos sobre el que descansa el funcionamiento del concreto armado como material estructural es la adherencia entre el concreto y el acero. Si no existiera adherencia las barras de aceros o cabillas serian incapaces de tomar el menor esfuerzo de tracción ya que el acero deslizaría sin encontrar resistencia en toda su longitud y no acompañaría al concreto en sus deformaciones con lo que al fisurarse este sobrevendría bruscamente a la rotura. Por lo contrario gracias a la misma es capaz la armadura de trabajar inicialmente a la vez que el concreto. Después cuando este se fisura lo hace regularmente distribuido a lo largo de la pieza en virtud de la adherencia, permitiendo que el acero tome los esfuerzos de tracción, manteniendo la unión entre los dos (2) materiales en las zonas con fisuras.
La adherencia cumple dos objetivos, asegurar el anclaje. que esta dado por la longitud de desarrollo de la cabilla y transmitir los esfuerzos tangenciales periféricos que aparecen en la armadura principal como consecuencia de las variaciones de su tensión longitudinal. Además dicho fenómeno de adherencia está originado por dos tipos de causas, una de naturaleza físico - química y otra de naturaleza mecánica donde interviene la longitud de desarrollo.
La primera provoca la adhesión de acero y concreto a través de fuerzas capilares y moleculares desarrolladas en la interface, donde el acero absorbe pasta cementante ayudado por el efecto de retracción.
La segunda en la cual se concentra nuestro estudio, está constituido por la resistencia al deslizamiento debido a la penetración de la pasta de cemento en las irregularidades de la superficie de las barras de acero. Esta causa de origen mecánico que puede denominarse rozamiento, depende en gran parte de la longitud de desarrollo que tenga la barra sembrada dentro del concreto, así como el efecto de acuñamiento entre el concreto y los resaltos o estrías de las cabillas.
Como la longitud de desarrollo de una armadura es función de sus características geométricas de adherencia, de la resistencia del concreto, de la posición de la barra con respecto al concreto, del esfuerzo en la armadura y de la forma del dispositivo de anclaje por ello su cálculo es complicado y aún cuando el fallo del anclaje es un estado límite que debería dar origen en rigor al cálculo semiprobabilístico correspondiente en la práctica se sustituye por el empleo de longitudes de desarrollo dadas por fórmulas sencillas que tienden hacia el lado de la seguridad, pero incidiendo en forma contundente en el costo económico que la misma acarrea.
Cuando se proyecta una obra civil, uno de los aspectos en los que se tiene cuidado al momento de diseñar es la adherencia y en especial la longitud de anclaje. La razón fundamental en la determinación de las longitudes de desarrollo se debe a que las vigas sometidas a grandes solicitaciones tienden a agrietarse si los recubrimientos son delgados; produciéndose por consiguiente grietas en el plano de las barras. La longitud de desarrollo consiste por lo tanto, en la prolongación de la cabilla una cierta distancia mas allá de las secciones de esfuerzos máximos en el acero, para así asegurar la unión acero-concreto; sin embargo el prolongar demasiado las cabillas pudiera significar un gasto innecesario.
Desde hace varias décadas se ha venido estudiando la adherencia acero-concreto siendo Baus (1965), quien realizó múltiples ensayos para aceros con distintos esfuerzos de cedencia y con diferentes longitudes de anclaje, definiendo de esta manera las expresiones que miden las longitudes prácticas de desarrollo en función de la resistencia del concreto y de las longitudes de anclajes experimentales. Más tarde en nuestro país Ramos (1967) repite la experiencia pero sólo para cabillas de límite elástico 2400 Kg/cm2, definiendo de esta forma una expresión que calculara la longitud práctica de anclaje para aceros con estas características. No fue sino hasta 1971 cuando las Normas ACI introducen en forma explícita la longitud de desarrollo satisfaciendo en un todo los requerimientos de adherencia por flexión y por anclaje.
En este Trabajo Especial de grado, el estudio se realizó en cabillas de acero especial por composición química A-42, con un limite elástico convencional de 4200 Kg/cm2, de diámetros 3/8", 1/2", 5/8", 3/4" y 1", y las /longitudes practicas de desarrollo fueron de 5φ, 10φ y 15φ.
En total se ejecutaron 45 ensayos de extracción (Pull-Out) y 27 ensayos a compresión. A partir de los resultados se presenta una fórmula par la determinación de las longitudes de desarrollo la cual viene en función de los esfuerzos de adherencia correspondiente a una determinada longitud de desarrollo experimental y de la resistencia del concreto.
Finalmente, se hace una comparación de los resultados obtenidos en el presente trabajo, con las normas COVENIN-MINDUR, y con los resultados obtenidos por Baus en su trabajo titulado "Algunas consideraciones acerca de la adherencia acero-concreto ".