BARRAS CORRUGADAS ARMADURAS:Características geométricas y adherencia.

Como ya se apuntó en 8.1-1°, al no ser constante Ja sección recta de las barras corrugadas es necesario definir su diámetro medio equivalente, que es el que corresponde a un cilindro de revolución de masa específica 7,85 kg/dm^3 y de igual masa por metro lineal que la barra en cuestión. Los diámetros y secciones equivalentes se determinan mediante las fórmulas: 

en donde el diámetro Ø se expresa en mm, la sección A en mm2 y la masa unitaria m en kg/m.

Los valores medios equivalentes deben coincidir con los nominales (tabla 8.3), que son aquellos respecto a los cuales se establecen las tolerancias de suministro.

TABLA 8.3 MEDIDAS NOMINALES DE LAS BARRAS CORRUGADAS 

 

Las características adherentes de las barras dependen de la forma del corrugado, que viene definida por una serie de parámetros, siendo los más importantes la altura de los resaltos, a la separación entre resaltos, c, y la inclinación de las corrugas, β. Tamo las normas europeas como la Norma UNE 36.068:94 consideran como indicador de calidad adherente el indice de corrugas, que mide en términos relativos la superficie que se opone al deslizamiento de la  barra, refiriéndola al área de la superficie de esta. El valor del índice de corrugas se obtiene co cociente del área de las corrugas proyectadas sobre una sección transversal y el área de la superficie de la barra, tomadas por unidad de longitud de la barra.

En la tabla 8.4 se dan los valores recomendados por la Norma UNE 36.068:94 para los parámetros mencionados, así como sus tolerancias.

Por su parte, la instrucción española considera como barras de alta adherencia las que cumplen el ensayo de adherencia por flexión indicado en 8.1-3, que es el empleado para s homologación con carácter obligatorio. En el certificado de homologación (sin el cual no debe utilizarse el acero) se consignan los valores límites, con sus tolerancias, de las características geométricas del corrugado, con lo que la comprobación de que el acero cumple con las condiciones de adherencia se efectúa en la práctica mediante simples determinaciones dimensionales (altura de corrugas, separación entre corrugas y perímetro sin corrugas).

TABLA 8.4 GEOMETRÍA DEL CORRUGADO 

Tipos de acero de las barras corrugadas - Hórmigon Armado.

a) La Instrucción española considera como barras corrugadas para hormigón armado única,. mente hs de acero soldable (ver su composición química en tabla 82) de las clases siguientes:

B400S     B500S     y     B400SD

en las que el número indica el límite elástico garantizado, expresado en N/mm2 (MPa). La letra 13 (del alemán beton y el francés béton) indica que se trata de aceros para hormigón. La letra S (so1dable) no debe confundirse con la clase S de aceros de gran ductilidad, según flOtación del Código Modelo CEB-FIP 90 (apartado 8.l-4.°). La letra 1) indica que se trata de un acero de ductilidad especial, recomendado para estructuras sometidas a acciones sísmicas (apartado 8.1-4°). En la fig. 8.4 puede verse la forma de las corrugas del acero 13 400 SD.

Las barras se fabrican a partir de semiproductos procedentes de lingotes o de colada continua, generalmente según alguno de los siguientes procedimientos:

• Laminación en caliente, sin tratamiento posterior
• Laminación en caliente y tratamiento térmico mediante calor de laminación
• Laminación en caliente y deformación posterior en frío.

Figura 8.4 Forma de corrugas de acero B 400 SO, Fuente: Calidad Siderúrgica

b) El diagrama tensión-deformación de estos aceros depende del método de fabricación, por lo que debe ser facilitado por el fabricante. A partir de este diagrama se obtiene el diagrama característico, que es aquel cuyos valores de tensión presentan, para cada deformación no mayor del 10 por 1.000, un nivel de confianza del 95% con respecto a los obtenidos en el ensayo de tracción (Norma UNE 7.474:92); o dicho con otras palabras, que existe una probabilidad del 95% de que el valor real iguale o supere al valor característico.

c) Tanto la Instrucción española como el Eurocódigo 2 admiten que, a falta de datos experimentales, puede adoptarse COmO diagrama característico tensión-deformación el birrectilíneo indicado en la figura 8.5. Dicho diagrama está formado por la recta de Hooke (con Es = 2. 1º^5 

Figura 8.5  Diagrama caracteristico ρ - E del acero.

BARRAS CORRUGADAS: Consideraciones generales e identificación - Hórmigon Armado.

Al ir la técnica del hormigón armado se hizo patente la necesidad e emplear aceros de mayor límite elástico; pero para ello era necesario mejorar la adherencia el hormigón y las tablas, con objeto de conseguir una distribución mas uniforme de las posibles fisuras (mayor con aberturas mas pequeñas). Surgió así la idea de imprimir, en toda la superficie de la barra, una serie de resaltos, corrugas o aletas, lo que originó las denominadas barras corrugadas, cuyo empleo es, hoy día, casi exclusivo en la técnica del hormigón armado.

Las barras corrugadas están normalizadas en España por la Norma UNE 36.068:94. En la figura 8.3 se indican las formas de las corrugas que dicha norma impone. Como se observa en la figura, los dos tipos de acero contemplados por la norma (ver punto 2.° siguiente) se diferencian por la disposición de las corrugas en cada uno de los dos sectores opuestos en que aparece dividida Ja barra. En el tipo B 400 S la separación entre corrugas es diferente entre un sector y otro, pero las corrugas de ambos sectores tienen la misma inclinación, Por el contrario, en el tipo B 500 S las corrugas de un sector tienen una misma inclinación y están separadas uniformemente, en tanto que en el otro sector las corrugas aparecen agrupadas en dos series, de igual separación pero de inclinación diferente a la de las corrugas del sector opuesto. 

Figura 8.3 Forma de corrugas y código de identificación de barras. Fuente: Calidad Siderúrgica.

Por otra parte, el organismo normalizador (AENOR) tiene asignado un código a cada fabricante y marca comercial, el cual se refleja a través de unas marcas que el tren de laminación imprime a las barras, marcas que se repiten a distancias en general no superiores a un metro. Una corruga ordinaria entre dos corrugas regruesadas anuncia el comienzo de las marcas de laminación. A partir de ahí  y hasta la siguiente corruga regruesada, el número de corrugas ordinarias indica el país de fabricación (a España, junto con Portugal. le corresponden siete corrugas) y, a partir de esa corruga y h la siguiente regruesada, el número de corrugas ordinarias indica el fabricante.

ARMADURAS - HORMIGÓN: Aptitud al soldeo del acero.

Las normas modernas, incluida la española, otorgan gran importancia a la aptitud al soldeo de las barras de acero para hormigón, aptitud que depende, fundamentalmente, de la composición química del acero. La Norma UNE 36.068:94 para barras corrugadas de acero soldable limita los contenidos máximos de carbono, carbono equivalente, fósforo, azufre y nitrógeno, tanto en la colada como en el producto final, según los valores de la tabla 8.2.

Más adelante se estudian los distintos tipos de empalme de barras por soldadura, así como los métodos que deben emplearse. No obstante, en cada caso será la empresa suministradora del acero la que deba especificar el método de soldeo adecuado a su producto. 

ARMADURAS - HORMIGÓN: Ductilidad del acero.

Las características plásticas de las barras de acero tienen una gran importancia en el comportamiento de las piezas de hormigón armado, pues gracias a ellas se obtienen importantes ventajas:

de un lado, pueden evitarse las roturas frágiles (sin aviso) de las piezas; de otro, es posible la redistribucic3n de esfuerzos en estructuras hiperestáticas, lo que permite neutralizar eventuales errores de proyecto o de obra, así como hacer frente a ciertas solicitaciones no tenidas en cuenta en los cálculos. Además, al aumentar la ductilidad de las piezas resulta aumentada su capacidad de disipar energía bajo solicitaciones dinámicas (acción sísmica).
Un acero será tanto más dúctil cuanto mayores sean la relación fs /fy  y el alargamiento bajo carga máxima, Eu El Eurocódigo 2 distingue entre aceros de alta ductilidad y de ductilidad normal, según los valores característicos siguientes: 

y preconiza el empleo de aceros de clase S para estructuras que precisen gran ductilidad, como el caso de las ubicadas en zonas sísmicas de alto riesgo.

En fin, la Instrucción española recomienda utilizar, para estructuras sometidas a acciones
sísmicas, un acero soldable de características especiales de ductilidad, siguiendo la Norma UNE 36065 EX. Este acero, denominado B 400 SD, tiene una relación (fs,fy)k igual o superior a 1,20 (pero no mayor que 1,35) y un alargamiento bajo carga máxima e no menor del 9,0 %.
Aún cuando, como se ha dicho, cada una de las variables (fs,fy)k y Euk influye de forma positiva en la ductilidad (a mayor valor de cada una de ellas, mayor ductilidad), en el estado actual de conocimientos los investigadores no se han puesto de acuerdo acerca de la influencia relativa de cada una de ellas. Dicho de otro modo, si dos aceros A y B presentan valores cruzados entre sí (cada acero presenta un valor mayor que el otro de una de las variables y menor de la otra) no es posible saber cuál de los dos es más dúctil. A la resolución de este problema se dedican hoy esfuerzos, siendo destacables los trabajos de Honorino Ortega, quien propone medir la ductilidad del acero mediante un parámetro único, denominado factor de ductilidad, igual al área delimitada por el diagrama Ρ - E, la horizontal que pasa por el límite elástico fy y la vertical que pasa por el alargamiento bajo carga máxima Eu.

ARMADURAS - HORMIGÓN: Características de adherencia.

El problema de asignar a una barra de acero un número que exprese sus características de adherencia con el hormigón ha originado gran cantidad de estudios teórico-experimentales, sin que hasta la fecha pueda decirse que se haya resuelto definitivamente. Existen diversos métodos de ensayo en uso y esta multiplicidad de soluciones es la mejor prueba de que ninguno es completamente satisfactorio.

En general, siempre que entra en juego la resistencia del hormigón a la tracción o al cizallamiento resulta difícil cuantificar los fenómenos y reflejados en fórmulas precisas. Dos buenos ejemplos son los de adherencia y fisuración, cuyo tratamiento en el calculo cs bastante aleatorio y, con frecuencia, escasamente aproximado.
Modernamente ha cristalizado un acuerdo internacional respecto a un método desarrollado por Baus (Lieja) de ensayo de adherencia por flexión. El método de Baus, modificación del beam-test (ensayo de la viga) norteamericano, ha sido adoptado por la RILEM, el CEB y la HP.

La probeta consiste en dos medias viguetas de hormigón armadas con un redondo pasante —que es la barra objeto de ensayo— y unidas por una rótula metálica en la zona de compresión (fig, 8.2). La barra va provista de manguitos de plástico que dejan, en cada semiviga, una longitud adherente de 10Ø.

Con esta disposición se obtienen tres ventajas importantes: se anula el efecto local de apoyos; se conoce con precisión la tensión en la armadura, al conocer exactamente el brazo del par interno; y se obtienen dos resultados por ensayo.

ARMADURAS - HORMIGÓN: Características Mecánicas.

Las características mecánicas más importantes para la definición de un acero son: la resistencia, el límite elástico, la relación entre los dos valores mencionados, el alargamiento y la aptitud al doblado-desdoblado. Las dos primeras califican al acero desde el punto de vista resistente y las tres últimas desde el punto de vista de sus cualidades plásticas. Ambos grupos de propiedades son necesarios y, en general, se contraponen entre sí, por lo que el resultado final obtenido durante el proceso de fabricación es siempre una solución de compromiso.

Las cuatro primeras características mencionadas se determinan mediante el ensayo de tracción, que consiste en someter una barra bruta, sin mecanizar, a un esfuerzo axil de tracción hasta su rotura (Euronorm 2-57, Recomendación ISO-R82 y Norma UNE 7.474:92), obteniéndose así el diagrama tensión-deformación del acero. La aptitud al doblado-desdoblado se determina a través del ensayo correspondiente (Norma UNE 36.068:94). A continuación comentamos estas características (figura 8.1 a y b). 

Figura 8.1 Diagrama ρ-E de acero (a) con escalón de cedencia (b) sin escaón de cedencia

a) Resistencia o. carga unitaria de rotura, f x
Es la máxima fuerza de tracción que soporta la barra, cuando se inicia la rotura, dividida por el área de la sección nominal de la probeta. Se denomina también, más precisamente, carga unitaria maxima a tracción.
b) Límite elástico, fy
Es la máxima tensión (también referida a la sección nominal de la barra) que puede soportar el natenal sin que se produzcan deformaciones plásticas (remanentes) significativas. Según el tipo de acero, puede tratarse de límite elástico aparente o de límite elástico convencional. A diferencia del segundo, el primero es claramente observable en el ensayo de tracción, al presentar escalón de cedencia o de relajamiento (fig. 8. la). El segundo se define convencionalmente como la tensión que produce una deformación remanente del 0,2 por 100 (fig. 8.lb).
c) Relación fx /fy
Cuanto más alta sea esta relación más dúctil es el acero.

d) Alargamiento

En la figura 8.1 aparece representado el alargamiento bajo carga máxima o alargamiento último, Eu, que corresponde al momento de la rotura. Para determinarlo no se requiere efectuar ninguna medición especial sobre la probeta, ya que su valor se mide en el diagrama ρ-E resultante del ensayo de tracción. 

La Instrucción española no alude a este alargamiento, sino al llamado alargamiento de rotura (que, en rigor, debería llamarse alargamiento después de la rotura). Este alargamiento es el incremento de longitud de la probeta correspondiente a la carga máxima, medido después de la rotura y expresado en tanto por ciento: 

en donde I0 e I1 son, respectivamente, las longitudes inicial y final de la base de medida marcada sobre la probeta. La base de medida tiene una longitud de n veces el diámetro nominal, variando n según las normas (en general, n vale cinco o diez).

Hay que distinguir dos clases de alargamiento de rotura:

• Cuando la base de medida está centrada en la probeta, incluyendo la zona de estricción, se determina el alargamiento concentrado remanente de rotura o simplemente alargamiento de rotura. Este es el valor que limita la Instrucción española (con base de medida igual a cinco diámetros) y, para medirlo, hay que juntar a tope, después de la rotura, las dos semiprobetas resultantes. Su valor es poco significativo para el proyectista.
• Cuando, por el contrario, la zona de rotura no está incluida en la base, se determina el alargamiento repartido de rotura, cuyo valor es más pequeño que el anterior. Se trata, al igual que el anterior, de un alargamiento remanente, es decir, se mide después de retirada la carga (sobre una semiprobeta, ya rota la probeta) y no bajo ésta como sucede con el alargamiento bajo carga máxima, e. Su valor es algo más significativo que el del alargamiento concentrado, a efectos de comportamiento estructural del acero.
Ambos alargamientos de rotura varían con la longitud inicial de la base de medida. Como hemos dicho, la Instrucción española prescribe valores mínimos para el alargamiento concentrado de rotura, medido sobre base de cinco diámetros (tabla 8.5) y no se refiere al alargamiento repartido de rotura ni al alargamiento bajo carga máxima, Eu,. Sin embargo, tanto el Código Modelo CEBF1P como el Eurocódigo, sí consideran este último parámetro, más significativo que los anteriores por ser un indicador de la deformación del acero justo antes de la rotura, que puede utilizarse en cálculos no lineales o en situaciones extremas (caso de sismos).

e) Ensayo de doblado-desdoblado
Tiene por objeto comprobar la plasticidad del acero, necesaria para prevenir roturas frágiles durante las manipulaciones de ferralla y transporte. El fenómeno de rotura frágil, es decir, sin absorción importante de energía, se presenta cuando el acero se ve sometido a tensiones multidireccionas aplicadas rápidamente. El riesgo es tanto mayor cuanto más baja es la temperatura ambiente. Por esta causa se presentan alguna vez roturas en ganchos y pantillas cuando las barras experimentan fuertes impactos, como puede ser el caso durante la descarga de redondos ya preparados de ferralla si la maniobra se realiza con poco cuidado en días muy fríos.

El ensayo de doblado-desdoblado se efectúa a la temperatura ambiente, sobre un mandril cuyo diámetro depende de la clase de acero y del diámetro de la barra (ver tabla 8.6). La fuerza de doblado se aplica constante y uniformemente hasta alcanzar un ángulo de 900. A continuación se somete la probeta a un calentamiento de 1000 C durante 30 minutos y se enfría al aire, desdoblándose como mínimo 200. El ensayo se considera satisfactorio si durante el mismo no se producen grietas o pelos en la zona curva de la probeta, apreciables a simple vista (Norma UNE 36.068:94).