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Instituto de Mecnica Estructural y Riesgo Ssmico

HORMIGN IUnidad 8:

ANCLAJES Y EMPALMES.Profesor: CARLOS RICARDO LLOPIZ.

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Contenido.EL MATERIAL COMBINADO HORMIGN ARMADO.

8.1. INTRODUCCIN. 8.2. LA ADHERENCIA EN ELEMENTOS DE HORMIGN ARMADO. 8.2.1. ELEMENTO EN TRACCIN. 8.2.2. ELEMENTO EN FLEXIN. 8.3. NATURALEZA DE LA RESISTENCIA DE ADHERENCIA. 8.3.1. RELACIN TENSIN DE ADHERENCIA vs. DESLIZAMIENTO. 8.3.2. BARRAS LISAS. 8.3.3. BARRAS NERVURADAS. 8.4. INFLUENCIA DE LA POSICIN DE LA BARRA CON RESPECTO A LA COLOCACIN DEL HORMIGN QUE LAS RODEA. 8.5. INFLUENCIA DEL DIMETRO DE LA BARRA Y CONDICIONES DE LA SUPERFICIE. 8.6. EFECTO DEL CONFINAMIENTO. 8.7. PRESCRIPCIONES REGLAMENTARIAS DEL ACI-318 Y OTRAS NORMAS EN RELACIN AL DESARROLLO DE LAS ARMADURAS. 8.7.1. GENERALIDADES. 8.7.2. DESARROLLO DE BARRAS CONFORMADAS A TRACCIN CON EXTREMOS RECTOS. 8.7.3. DESARROLLO DE BARRAS LISAS A TRACCIN. 8.7.4. DESARROLLO DE BARRAS CONFORMADAS A COMPRESIN. 8.7.5. DESARROLLO DE BARRAS LISAS A COMPRESIN. 8.7.6. DESARROLLO DE PAQUETES DE BARRAS. 8.7.7. DESARROLLO DE BARRAS EN TRACCIN CON EXTREMOS CON GANCHOS NORMALES. 8.7.7.1. INTRODUCCIN. 8.7.7.2. LONGITUD DE DESARROLLO PARA BARRAS NERVURADAS CON EXTREMOS CON GANCHOS. 8.7.8. DESARROLLO DE MALLAS ELECTROSOLDADAS DE ACERO CONFORMADO SOMETIDAS A TRACCIN. 8.7.9. DESARROLLO DE MALLAS ELECTROSOLDADAS DE ACERO LISO SOMETIDAS A TRACCIN. 8.8. EMPALMES DE ARMADURAS. 8.8.1. INTRODUCCIN. 8.8.2. EMPALMES DIRECTOS. 8.8.2.1. EMPALMES SOLDADOS. 8.8.2.2. EMPALMES CON CONECTORES MECNICOS. 8.8.2.2.1. EMPALMES CON MANGUITOS ROSCADOS.

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8.8.2.2.2. EMPALMES CON MANGUITOS A PRESIN PARA BARRAS NERVURADAS. 8.8.3. EMPALMES INDIRECTOS. 8.8.3.1. TRASLAPES DE TRACCIN. 8.8.3.2. TRASLAPES DE COMPRESIN. 8.8.4. PRESCRIPCIONES REGLAMENTARIAS RESPECTOS A LOS EMPALMES. 8.8.4.1. EMPALMES POR TRASLAPE EN TRACCIN. 8.8.4.2. EMPALMES POR TRASLAPE EN COMPRESIN. 8.8.4.3. DISPOSICIONES ESPECIALES PARA DISEO SSMICO. 8.9. DESARROLLO DE LA ARMADURA EN FLEXIN. 8.9.1. GENERALIDADES. 8.9.2. PRESCRIPCIONES REGLAMENTARIAS DEL NZS:3101 Y DEL ACI 318 8.9.2.1. INTERRUPCIN DE LA ARMADURA DE TRACCIN. LONGITUDES DE EMBEBIDO. 8.9.2.2. CONDICIONES PARA INTERRUMPIR LA ARMADURA. 8.9.2.3. ANCLAJES EN ELEMENTOS DE SECCIN VARIABLE. 8.9.2.4. DESARROLLO DE ARMADURA DE TRACCIN PARA MOMENTO POSITIVO. 8.9.2.5. DESARROLLO DE LA ARMADURA PARA MOMENTO NEGATIVO. 8.9.2.6. DESARROLLO DE LA ARMADURA DEL ALMA. 8.10. CONSIDERACIONES ESPECIALES DEL NZS:3101 PARA ANCLAJES Y EMPALMES EN ELEMENTOS SOMETIDOS A TERREMOTOS. 8.10.1. EMPALMES E INTERRUPCIN DE BARRAS. 8.10.2. LONGITUD EFECTIVA DE ANCLAJE EN NUDOS. 8.10.3. SITUACIN EN NUDOS INTERIORES VIGA-COLUMNA. RELACIN DIMETRO DE BARRA CON PROFUNDIDAD DE COLUMNA. 8.10.4. DIMETRO DE BARRAS DE LOSAS COLABORANTES. 8.10.5. ANCLAJES EN PROLONGACIN DE VIGAS (BEAM STUBS). 8.10.6. USO DE ARMADURA TRANSVERSAL PARA REDUCIR ldh. 8.10.7. CONDICIONES ESPECIALES PARA BARRAS DE COLUMNAS. 8.11. NUEVAS TENDENCIAS PARA EL ANCLAJE DE BARRAS. 8.12. BIBLIOGRAFA.Filename Anclajes y empalmes.doc Pginas Emisin 0 FEB 2002 90 Revisin 1 AGO2002 100 Revisin 2 SEP 2007 98 Revisin 2 OCT 2009 85 Obs.

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EL MATERIAL COMBINADO HORMIGN ARMADO. 8.1. INTRODUCCIN.Tal cual se expres captulos anteriores, el hormign armado es un material compuesto. La eficiente interaccin de los dos componentes constituyentes requiere de una adherencia e interaccin confiable entre el acero y el hormign. Bsicamente, las recomendaciones y exigencias de los cdigos apuntan a asegurar que las barras de acero estn adecuadamente embebidas en un hormign bien compactado de modo que las mismas puedan desarrollar su resistencia (al menos de fluencia) sin que se produzcan deformaciones excesivas. Es decir se deben observar requerimientos de rigidez, resistencia y de compatibilidad de deformaciones.

Fig. 8.1(a). Falla de Anclaje de las Armaduras, en el Viaducto Cypres, durante el terremoto de Loma Prieta, 1989, San Francisco. California.

En la teora del hormign armado generalmente se asume como hiptesis de que las deformaciones especficas del hormign, c, y del acero s, son iguales. Esto implica suponer que la adherencia entre el hormign y las barras de acero es perfecta, por lo cual no habra desplazamiento relativo entre los materiales en la superficie de interfase. Si se recuerda que la deformacin lmite del hormign en traccin es del orden de 0.2x10-3, es decir de un orden menor que la deformacin del acero ADN-420 para fluencia (2x10-3, que es similar al valor de deformacin para mxima tensin de compresin en el hormign) se comprender que es imposible postular c = s, en particular para estados donde el hormign armado tenga comportamiento francamente no lineal. Tal cual se expres en el captulo 1, en zonas de alta sismicidad, las condiciones de diseo hacen que ciertas zonas crticas sean inducidas a plastificar. En ese contexto, pueden aparecer fisuras de traccin multi-direccionales por lo que las condiciones de adherencia se ven seriamente deterioradas a menos que se comprenda el fenmeno y se adopten condiciones especiales para el detalle y la construccin. Se ha dicho en varias oportunidades que para tener comportamiento dctil en el hormign

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armado se deben evitar o demorar al mximo posible dos tipos de fallas por ser frgiles: las de corte por un lado, y las de adherencia y anclaje por otro. Para las situaciones normales, y las extremas cuando acta por ejemplo el sismo severo, se debe admitir como inevitable en el hormign armado convencional (no precomprimido), la formacin de fisuras debidas a traccin. Si bien c no es igual a s, la hiptesis de igualdad de deformaciones, a los efectos del diseo de las secciones, puede admitirse como vlida pues est ampliamente demostrado que da buenos resultados. Sin embargo, se debe cuidar el diseo y detalle de modo que las fisuras puedan considerarse como capilares (del orden de la dcima de mm). Para esto, en las condiciones de trabajo del material compuesto hormign armado la adherencia cumple un rol fundamental, y por ello la ref. [1] indica que el aspecto ms importante en el detalle de las estructuras de hormign armado apunta a que las condiciones de adherencia sean las ms efectivas. Lamentablemente esto no es muy comprendido en la prctica real, y en general se han prior izado los clculos numricos de las secciones de hormign armado antes que el diseo y detalle de las mismas, de los elementos estructurales completos y de sus conexiones. Muchos terremotos pasados han dado cuenta de falta de adecuados detalles de anclaje, como los que se muestran en la Fig. 8.1(a) y (b), durante los terremotos de Loma Prieta (1989) y San Fernando (1971), ambos en California, EEUU.

Fig. 8.1(b). Falla de arrancamiento de las barras durante el terremoto de San Fernando, 1971. California. EEUU.

Algunos autores, Ref.[2], hacen una distincin entre dos estados para el comportamiento del hormign armado: (i) Estado I: la zona traccionada no se encuentra fisurada, y el hormign contribuye a resistir la traccin; y (ii) Estado II: cuando superado el valor mximo de deformacin por traccin aparecen numerosas fisuras, y entonces es la armadura la que debe resistir la traccin.

Fig. 8.2. Generacin de fuerzas de anclaje y de adherencia por flexin.

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El concepto fundamental alrededor del cual gira la interaccin entre el acero y el hormign radica en que se van a desarrollar tensiones de adherencia entre dos secciones en la superficie de contacto siempre y cuando exista variacin entre las tensiones del acero entre ambas secciones. La Fig. 8.2 muestra dos casos tpicos donde se desarrollan tensiones de adherencia indicadas con u, y designadas muchas veces como fuerzas de corte por unidad de rea. El otro concepto fundamental es que una barra se debe extender y estar embebida en el hormign una distancia ld, conocida como longitud de desarrollo, para poder transferir a ste, y por ende desarrollar la fuerza que se desee. En la Fig. 8.2(a), por ejemplo, caso de traccin simple, se ve que para que se transmita el esfuerzo T, cuantificado por la tensin en el acero fs actuando sobre el rea transversal de la barra, As, al bloque de hormign es necesario que se desarrollen las tensiones u en la longitud ld. Dos aspectos se hacen notar: primero que las tensiones u no son uniformes a lo largo de ld, sino que varan de acuerdo a lo que luego se explicar, y segundo que esas tensiones u existen porque seccin a seccin la tensin de traccin fs en el acero vara desde un mximo en el extremo libre (donde comienza el empotramiento) a cero al final de ld, por la transferencia de esfuerzos que se hace hacia el hormign. La distribucin de tensiones fs y u es bastante compleja, pero por el momento advirtase el fenmeno fsico de transferencia de esfuerzos. En la Fig. 8.2(b), caso de traccin por flexin, se observa que, dado que el momento flector vara a lo largo del tramo de viga analizado, los esfuerzos de traccin varan tambin, de T desde un extremo a T+T en el otro, y en consecuencia existen tanto esfuerzos de corte en el tramo de viga, como de corte por unidad de rea en la interfase acero-hormign, es decir tensiones u, que restituyen el equilibrio interno. Para el caso de la Fig. 8.2(a), la fuerza de corte por unidad de rea de superficie de barra se puede escribir as:

u=

q

o

=

f s Ab f sdb2 d b 1 = = f s o 4db 4 1m

(8.1)

q = cambio de fuerza en la barra por unidad de longitud.

o = rea nominal de la superficie de la barra por unidad de longitud.db = dimetro nominal de la barra

fs = cambio en la tensin del acero por unidad de longitud.Ab = rea nominal de la barra. Si u se considerara como uniforme a lo largo de ld, y T es el esfuerzo a transferir, entonces se puede calcular la longitud de desarrollo ld a partir de las siguientes expresiones: T = Ab fs = u o ldld = fs db 4u

(8.2a) (8.2b)

Para la