EFICIENCIA DE LOS EMPALMES POR TRASLAPE Como sabemos, tanto nuestra Norma Técnica de Edificaciones E-060, así como también el American Concrete Institute (A.C.I), consideran tres tipos de empalme para el refuerzo de las estructuras de concreto armado: 1.- Por traslape
2.- Por soldadura
3.- Por uniones mecánicas
En este breve artículo comentaremos los aspectos básicos del primero de ellos. En el caso de un empalme por traslape, la transferencia de esfuerzos de una barra a otra, se hace a través del concreto que rodea ambas barras. En cualquier parte de la longitud de empalme (le), la fuerza se transmite de una barra al concreto por adherencia y también por este mecanismo, simultáneamente, se transmite del concreto hacia la otra barra. Como se podrá comprender, dentro del concreto se generan tensiones muy elevadas y fuerzas que tienden a la falla por separación. En consecuencia, la eficiencia de un empalme por traslape, radica básicamente de que se pueda desarrollar eficazmente la adherencia entre la barra y el concreto, sin que éste se desintegre o se induzcan excesivas deformaciones. Para el caso de barras de refuerzo sometidos a tracción, se han observado dos tipos de falla por adherencia: a.- Falla por desprendimiento directo de la barra: Lo cual ocurre cuando existe un buen confinamiento proporcionado por el concreto circundante. Este tipo de falla puede esperarse cuando se utilizan barras de diámetro relativamente pequeño, con recubrimientos de concreto y espaciamientos entre barras lo suficientemente adecuados. b.- Fracturamiento del concreto: Esto ocurre a lo largo de la barra cuando el recubrimiento, el confinamiento o el espaciamiento entre barras, es insuficiente, para resistir la tensión lateral en el concreto, que resulta de la acción de cuña producida por las deformaciones de la barra. La falla por adherencia que resulta del fracturamiento del concreto, es mas común en vigas que la falla por desprendimiento directo. Este fracturamiento ocurre principalmente en la acción de cuña cuando los resaltes de las barras se apoyan contra el concreto. Este puede ocurrir bien sea en su plano vertical como en la Fig. Nº 1a u horizontalmente en el plano de las barras como lo muestra la Fig. Nº 1b Investigaciones experimentales han identificado los factores que afectan la longitud de desarrollo, los cuales son: la resistencia a la tensión del concreto, el recubrimiento, el espaciamiento entre barras y la presencia de refuerzo transversal. Es claro que la resistencia a la tensión del concreto es importante, debido a que el tipo de falla por adherencia mas común en vigas, es el tipo de fracturamiento como el indicado en la Fig. Nº 1 Aunque la resistencia a la tensión no aparece en forma explicita en las ecuaciones desarrolladas experimentalmente para la longitud de desarrollo: Barras sujetas a tensión:
ldb = 0.006 Ab fy / √f’c
Barras sujetas a compresión:
ldb = 0.004 db fy / √f’c
N.T.E E-060
El termino (√f’c) aparece en el denominador de estas ecuaciones y refleja la influencia de la resistencia a la tensión del concreto. La magnitud del recubrimiento también afecta en el fracturamiento. Así, si se aumenta el recubrimiento vertical u horizontal (Fig. Nº 2), existe más concreto disponible para resistir la tensión que resulta del efecto de cuña de las barras corrugadas, se mejora la resistencia de fracturamiento y la longitud de desarrollo requerida es menor. De manera similar, la Fig. Nº 2 muestra que si incrementa el espaciamiento entre barras (por ejemplo, si se utilizan solo dos barras en vez de tres), habrá mas concreto disponible para cada barra para resistir el fracturamiento horizontal. En el caso de vigas, las barras están espaciadas únicamente alrededor de uno o dos diámetros de la barra entre si. Por otro lado, en losas, zapatas y algunos otros tipos de elementos, los espaciamientos entre barras, son generalmente mucho mayores y por tanto, la longitud de desarrollo requerida se reduce. El refuerzo transversal, como el proporcionado por los estribos, mejora la resistencia a la falla por fracturamiento vertical u horizontal de la barras sometidas a tracción, debido a que la fuerza de tensión en el acero lateral tiende a evitar el ensanchamiento de la grieta real o potencial. La efectividad de este refuerzo transversal depende de su esfuerzo de fluencia al igual que del área de su sección y del espaciamiento a lo largo de la longitud de desarrollo. Además de estos factores básicos, se han identificado otros que pueden afectar la longitud de desarrollo, por ejemplo, la ubicación vertical de la barra. Durante la construcción se presenta una tendencia del agua en exceso (esto sucede para mejorar la trabajabilidad de la mezcla) y del aire atrapado, a subir a la parte superior del concreto durante el proceso de vibrado. El aire y el agua tienden a acumularse en la parte inferior de las barras que tienen un espesor sustancial de concreto debajo de ellas. Ensayos experimentales han demostrado una perdida significativa en la resistencia a la adherencia para barras que tengan más de 30 cm. de concreto fresco por debajo de ellas, y de acuerdo con esto, la longitud de desarrollo debe aumentarse. Tanto la Norma Técnica de Edificaciones E-060 como el A.C.I, tienen en cuenta todos los anteriores efectos en las ecuaciones básicas para calcular la longitud de desarrollo (ld) de la cual depende la longitud de traslape de las barras corrugadas. Por otro lado, debido a la limitada longitud de las barras, es que con frecuencia es necesario empalmar las barras en obra. No debemos olvidar, que hay que evitar ubicar estos empalmes en las zonas de máximos esfuerzos; y cuando se utilicen, éstos deben colocarse de manera escalonada. Las barras traslapadas se colocan, a menudo, en contacto y se amarran ligeramente con alambre Nº 16, de modo que permanezcan en su posición a medida que se coloca el concreto en el encofrado. Empalmes por traslape a tracción La longitud requerida de traslape en empalmes sometidos a tensión, establecida mediante ensayos, se plantea en términos de la longitud de desarrollo “ld” Nuestra Norma E-060: Concreto armado, establece dos clasificaciones diferentes para los empalmes por traslape (longitud mínima requerida): Tipo B: le = 1.3 ld Tipo C: le = 1.7 ld
EMPALMES EN ZONAS DE ESFUERZOS ALTOS
Empalme
Cuando se empalmen menos de la mitad de las barras
Empalme
Cuando se empalmen más de la mitad de las barras
Empalmes por traslape a compresión: Las barras de refuerzo a compresión se empalman ante todo en columnas donde las barras llegan normalmente un poco más arriba de cada entrepiso. Esto se hace en parte por conveniencia en la construcción para evitar el manejo y soporte de barras muy largas en las columnas, pero también para permitir la reducción por etapas del área de acero de la columna a medida que las cargas disminuyen en los pisos superiores. En cuanto a la longitud mínima de traslape, nuestra Norma dice: “Será la longitud de desarrollo en compresión indicada anteriormente, pero no será menor a: (0.007db fy) ni a 30 cm. Para concretos con f`c menores a 210 kg/cm2, la longitud de empalme será incrementada en un tercio” Todo esto se resume en el siguiente cuadro:
Para concluir, aunque algunas de estas condiciones que se ha analizado, no sean practicas, hay que hacerlo así, si es que se pretende que los empalmes por traslape suministren una conexión
eficiente y completa entre las barras corrugadas al desarrollar su importante trabajo dentro de la estructura.
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Fig. Nº 1a Fracturamiento del concreto a lo largo del refuerzo
Fracturamiento
Fracturamiento
●● Fig. Nº 1b Fracturamiento del concreto a lo largo del refuerzo