CIMENTACIONES: Tipos de Caissons y su proceso constructivo.

TIPOS DE CAISSONS:

Caissons estructurales:

Son aquellas que forman parte de de la cimentación de una estructura, trasmitiendo las cargas a un estrato resistente

Caissons de aproximación:

Son aquellas para llagar a una zona de trabajo.

PROCESO CONSTRUCTIVO:

1- Localización Geométrica:

Es ubicar el sitio exacto donde se debe construir dicho elemento

2- Trazando su Diámetro

rayamos el circulo por donde vamos a cortar para la excavacion

3- Excavando su primer anillo o cuerpo

Debemos procurar que al cortar y pulir las paredes, conservemos bien la forma inicial, sin dejar que se creen paredes con sobre excavaciones

Debemos tener en cuenta que esta forma de construir los anillos no es caprichosa, obedece a un diseño funcional para hacer más fácil su construcción tanto para la encofrada como para la fundida de estos.

4- BASEADO de su primer anillo

Para el BASEADO del primer anillo no hay mayores dificultades, basta tener elaborada la mezcla de concreto cerca del sitio y proceder a depositarla en su lugar

 

5- Colocando los postes para instalar el carretel

 

6- Asegurando el carretel de su eje

7- Excavar el segundo anillo

 

8- BASAEDO del segundo anillo

  

 

9- Preparando equipo para más profundidad

CIMENTACIONES: Caissons y sus características.

Son elementos estructurales para cimentación de grandes obras, de gran longitud, pues pueden llegar a profundidades hasta de 25 metros.

Estos elementos se construyen cuando van a soportar mucho peso o cuando el terreno donde se va a construir tiene poca capacidad portante; puede decirse que con la construcción de los caissons se mejoran las condiciones estructurales del suelo que se va a utilizar.

Características:

Los caissons tiene gran similitud con los pilotes, que también son elementos estructurales de cimentación y que cumplen sus mismas funciones; la diferencia está en que los caissons son de mayor diámetro y casi siempre van construidos en el sitio.

Estos elementos son muy utilizados en la construcción de edificios tanto residenciales como comerciales o de uso público; también los podemos encontrar en los estribos de muchos puentes, cimentando o recibiendo grandes pilastras.

La preparación del cuerpo del caissons se hace en forma modular, por un sistema de anillos de 1 m de altura; en una sección cónica, necesaria en el proceso constructivo, ya que permite el fundido de cada modulo de forma independiente.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE PILOTES Y PILAS:

Las ventajas y desventajas más importantes que se tienen al resolver una cimentación profunda a base de pilas, con respecto a una solución a base de pilotes son las siguientes:

Ventajas:

-considerando que las pilas son elementos fabricados in situ, no requieren de área adicional para una planta de fabricación y para su almacenamiento como elementos terminados.

-Las pilas no están expuestas a sufrir daños estructurales ya que no se requiere de que sean maniobradas y golpeadas para su instalación como sucede con los pilotes.

 -los decibeles generados durante la instalación de una pila son muy inferiores, a los que se generan al instalar un pilote prefabricado.

-la longitud de las pilas puede ser variable dependiendo de la profundidad de los estratos resistentes, pudiendo hacerse los ajustes correspondientes prácticamente en forma inmediata, lo cual no están versátil en el caso de los pilotes ya que estos son prefabricados.

-la fabricación de las pilas siempre es monolítica y no requiere de juntas especiales, como sucede en algunos pilotes que son instalados en tramos.

-las pilas pueden ser instaladas en subsuelos con presencia de gravas y boletos, aplicando el procedimiento adecuado que permita la estabilización de la pared de las perforaciones, lo cual no es posible llevar a cabo para cimentaciones a base de pilotes, ya que el diámetro de las perforaciones es inferior a 1.20m (4ft), dimensión que permite la extracción de los obstáculos.

-la capacidad de carga de las pilas es mayor que la de los pilotes, debiéndose sin embargo considerar el efecto de escala.

Desventajas:

-las pilas requieren siempre de perforaciones previas, mientras que los pilotes en ocasiones pueden ser instalados desplazando el subsuelo.

-cuando existen estratos de subsuelo sin consistencia, no es posible realizar la construcción de pilas con calidad, ya que su sección puede llegar a deformarse, lo cual no sucede con un elemento prefabricado; se puede resolver este problema con tubería metálica perdida, lo cual origina un incremento en el costo.

-en la fabricación de pilas es necesario siempre garantizar que en el desplante de las excavaciones no existan material suelto.

-Los cambios de presión del agua subterránea pueden cercenar el fuste de las pilas durante su fabricación, cuando se utilizan además metálicos recuperables y no son retirados adecuadamente.

-el procedimiento constructivo de las pilas sobre agua se complica, al tener que evitar el vaivén de la plataforma flotante donde se apoya el equipo de construcción, así como tener que aislar el cuerpo de la pila en la zona donde no existen suelo que lo confine.

-el sistema de ademado de las perforaciones requiere mayor control que en el caso de los pilotes, ya que de este depende en forma importante la calidad de las pilas.

PILOTES Y PILAS: Inspercción que se debe hacer.

-Limpieza inadecuada del fondo de la excavación o paredes de la excavación con material removido y suelto.

-Desprendimientos del material de las paredes o de la superficie y segregación por el no uso del tremie.

-Falla del confinamiento lateral de una perforación por la excavación de otra adyacente y vaciado con nivel freático alto.

-Problemas durante la remoción de las camisas o forros de perforación, tales como vacios y disminución de la fricción lateral.

CIMENTACIONES - PILAS: Usos, aplicación y preoceso constructivo.

USOS Y APLICACION:

Construcción de muros pantalla.

La estabilidad del puente, excavados a profundidades considerables que puedan aguantar mayor número de cargas y nos permitan distanciar los apoyos del puente.

La maquinaria para su construcción ha de ser de mayor volumen para conseguir los rendimientos adecuados.

PROCESO CONSTRUCTIVO:

El procedimiento constructivo es similar a los de los pilotes.

El último método consiste en excavar las pilas con máquinas perforadoras provistas con barrenos.

Estas excavan hasta lugares donde el suelo lo permita sin derrumbarse

Cuando se alcanza la profundidad necesaria o se llega a un estrato cohesivo, se detiene la excavación y se inserta un tubo llamado camisa (o ademe).

Este tubo permite seguir excavando y evitar que el suelo se derrumbe dentro de la excavación.

Se introduce el refuerzo, 

Por último se funde el concreto recordando retirar la camisa.

ARMADURAS: Recubrimientos y distancia a los parámetros.

Se denomina recubrimiento geométrico de una barra, o simplemente recubrimiento, a la distancia libre entre su superficie y el paramento mas próximo de la pieza. El objeto del recubrimiento es proteger las armaduras, tanto de la corrosión corno de la posible acción del fuego. Por clic es fundamental la buena compacidad del hormigón del recubrimiento, más aun que su espesor.

Las diferentes normas establecen para los recubrirnientos unas limitaciones mas o menos coincidentes con las que recomendamos a continuación:

a) Como norma general, cualquier barra debe quedar a una distancia libre del paramento mas próximo igual o mayor a un diámetro y al tamaño máximo del árido. Según la Instrucción española, esta última limitación puede rebajarse en un 20% si ¡a di5posición de las armaduras es tal que no dificultan el paso del hormigón; por el contrario, debe aumentarse en un 25% si entorpecen dicho paso (caso de barras en cara superior, por ejemplo).

b) El valor máximo admisible para el recubrimiento de la capa exterior de armaduras es de cinco centímetros Si es, necesario disponer un mayor recubrimiento v salvo casos especiales de ambientes muy agresivos, conviene colocar una malla tina de reparto en medio del espesor del recubrimiento para sujetar el hormigón del mismo.

c) Además de lo indicado en a) y b), para cualquier clase de armaduras deben respetarse unos ciertos recubrimientos mínimos en función de las condiciones ambientales, con el objeto de pobeer al acero frente a la corrosión y asegurar la durabilidad de las piezas. Estos valores mínimos dependen del tipo de elemento estructural y de la resistencia característica del hormigón, y varían de unas normas a otras. En la tabla 9.2 se ofrecen, para los tipos de ambiente más habituales. 

Tabla 9.2  Recubrimientos Mínimos.

 

d) Cuando la superficie del hormigón va a ir tratada con martellina o chorro de arena, como sucede en ciertos casos de hormigones vistos, conviene aumentar los valores de la tabla 9.2 en un centímetro.

e) El recubrimiento de las barras levantadas y, en general, de aquellas cuyo trazado no sea totalmente rectilíneo, no debe ser inferior a dos diámetros, medido en dirección perpendicular al plano de la curva.

f) En los paramentos horizontales en contacto con el terreno, el recubrimiento mínimo será de 70 mm, salvo que se haya preparado el terreno y se haya dispuesto un hormigón de limpieza, en cuyo caso es de aplicación la tabla 9.2.

Armaduras - Encofrados: Distancias entre barras.

Las distintas barras que constituyen las armaduras de las piezas de hormigón armado deben tener unas separaciones mínimas, para permitir que la colocación y compactación del hormig pueda efectuarse correctamente, de forma que no queden coqueras. Las normas de los distintos países preconizan valores más o menos coincidentes con los que se indican a continuación.

a) La distancia libre, horizontal y vertical, entre dos barras aisladas consecutivas de ¡a armadura principal debe ser igual o mayor que el mayor de los tres valores siguientes:
• dos centímetros;
• el diámetro de la barra más gruesa;
• 1,25 veces el tamaño máximo del árido.

b) Si se disponen dos o más capas horizontales de barras, las de cada capa deben situarse e correspondencia vertical una sobre otra, y el espacio entre columnas de barras debe ser taj que permita el paso de un vibrador interno.

c) En forjados, vigas y elementos similares pueden colocarse en contacto dos barras de la armadura principal de Ø <= 32 mm (una sobre otra), e incluso tres barras de Ø <= 25 mm. El disponer estos grupos de barras (así como el aparear los estribos) es una práctica recomendable cuando haya una gran densidad de armaduras, para asegurar el buen paso del hormigón y que todas las barras quedarán perfectamente envueltas por dicho material.

d) En soportes y otros elementos comprimidos hormigonados en posición vertical pueden colocarse en contacto hasta cuatro barras de la armadura principal de Ø <= 32 mm. Tanto en este caso como en el anterior, se recomienda que los grupos de barras vayan bien sujetos por estribos o armaduras transversales análogas.

e) En los casos c) y d), para calcular los recubrimientos mínimos (ver punto 4. a continuación) y las distancias libres mínimas respecto a las armaduras vecinas (ver párrafo a anterior), se considerará como diámetro de cada grupo de barras (diámetro equivalente) el de una sola barra ficticia de igual centro de gravedad, cuya sección es la suma de las secciones de las diversas barras agrupadas.

Colocación de las armaduras - Encofrados.

Las armaduras deben colocarse limpias, exentas de óxido no adherido (se admite el óxido que queda después de cepillar las barras con cepillo de alambre), así como libres de pintura, grasa, hielo o cualquier otra sustancia perjudicial. Deberán sujetarse al encofrado y entre sí, de modo que se mantengan en su posición correcta, sin experimentar movimientos, durante el vertido y compactación del hormigón, y permitan a éste envolverlas sin dejar coqueras.

Para conseguirlo, las armaduras se colocan en los encofrados apoyadas en calzos o separad01 de rigidez adecuada en Número suficiente. El empleo de separadores es impresdible para garantizar que la distancia entre la armadura y el encofrado (recubrimiento) no será inferior al mínimo que prescriben normas, lo que res1lta fundamental para la durabilidad de las piezas. tos calzos se utilizan, con la misma finalidad, para sostener la armadura supe0t en losas o para separar capas de armadura en muros. La distancia entre separadores de una misma barra suele ser del orden de 50 veces su diámetro O 100 cm, decalándose los separadores entre barras contiguas.

Los calzos Y separadores pueden ser de mortero, hormigón, fibrocemento, plástico rígido o material similar, prohibiéndose el empleo de madera, 1drillo o cascotes de obra (figura 95). Tampoco deben utilizarse calzos o separadores metalicos (salvo que sean de alambre ga1vanizado o acero inoxidable), especialmente en hormigones vistos, por el riesgo de aparición de manchas debidas a su oxidación. En casi todos los tipos, la fijación a la armadura se efectúa mediante una pinza o por atado con alambre. 

Figura 9.5  Algunos tipos de separadores y calzos (a) separadores puntuales de mortero (b)separadores puntuales de plástico (c) separadores lineales de alambre o acero galvanizados; (d) separador lineal de mortero (e) calzos lineales metálicos y calzo puntual de plástico.

Disposiciones en el Hormigón armado de las ARMADURAS.

Las armaduras que se disponen en el hormigón armado pueden clasificarse en principales y secundarias, debiendo distinguirse entre las primeras las armaduras longitudinales y las transversa les.
 

Las armaduras longitudinales tienen por objeto, bien absorber los esfuerzos de tracción originados en los elementos sometidos a flexión o a tracción directa, o bien reforzar las zonas comprimidas del hormigón. Las armaduras transversales se disponen para absorber las tensiones de tracción originadas por los esfuerzos tangenciales (cortantes y torsores), para zunchar las zonas de hormigón comprimido y para asegurar la necesaria ligadura entre armaduras principales, de forma que se impida su pandeo y la formación de fisuras localizadas.

En la figura 9.3 se ha representado un pilar de hormigón armado, cuyas armaduras longitudinales trabajan a compresión, estando constituida la armadura transversal por cercos, encargados de asegurar la ligadura entre las armaduras principales, de evitar el pandeo de las barras y de coser las eventuales fisuras inclinadas que, de no existir cercos, podrían producirse.

En la figura 9.4 se ha representado una viga de hormigón armado, en donde la armadura A trabaja a tracción y la A’ a compresión. En la misma figura pueden apreciarse unas barras levantadas a 45º y una armadura transversal constituida por cercos y estribos (fig. 9.4), encargada de absorber las tracciones originadas por los esfuerzos cortantes. Otras formas de estribos pueden verse en la figura 19.18

Figura 19.18  Diversas formas de estribos.

En cuanto a las armaduras secundarias, son aquellas que se disponen, bien por razones meramente constructivas, bien para absorber esfuerzos no preponderantes, más o menos parásitos. Su trazado puede ser longitudinal o transversal, y se incluyen entre ellas: las armaduras de montaje, cuyo fin es facilitar la organización de las labores de ferralla; las armaduras de piel, que se disponen en los paramentos de vigas de canto importante las armaduras para retracción y efectos térmicos, que se disponen en los forjados y losas en general; las armaduras de reparto, que se colocan bajo cargas concentradas  y, en general, cuando interesa repartir una carga; etc. Además de su misión específica las armaduras secundarias ayudan a impedir una fisuración excesiva y contribuyen & buen atado de los elementos estructurales, facilitando que su trabajo real responda al Supuesto en el cálculo. 

 

Figura 9.3 Disposición de armaduras en pilares.

Figura 9.4  Disposición de armaduras en vigas.

 

CIMENTACIONES PROFUNDAS: Pilas y sus características.

Las pilas son elementos de cimentación profunda con secciones mayores que la del los pilotes, las cuales también transmites al subsuelo las cargas provenientes de una estructura y de la misma cimentación con el propósito de lograr la estabilidad del conjunto.

CARCTERISTICAS:

-Las pilas se fabrican directamente en el subsuelo por los que se les conoce como elementos fabricados in situ

-Las pilas pueden fabricarse prácticamente de cualquier material, siendo los más utilizados la grava, la cal, el mortero, y el concreto armado. Siendo las características de los estratos del subsuelo, así como las condiciones del agua subterránea, definirán el material que deberá emplearse para la fabricación de las pilas.

-La sección utilizada con mayor frecuencia es la circular, cuyo diámetro no debe de ser menor a 60cm pudiendo llegarse a especificar un diámetro hasta de 300cm

-Existen pilas que se diseñan con secciones rectangulares, “T” y “H”

Capacidad mecánica de las armaduras: secciones de hormigón armado.

Con objeto de facilitar el proyecto y cálculo de las secciones de hormigón armado, que más adelante se desarrolla, se incluyen en este apartado unas tablas con las capacidades mecánicas de las armaduras.
Se llama capacidad mecánica Us de una armadura al producto del área de su sección por su resistencia de cálculo, es decir: 

En la tabla 8.8 se dan las secciones y masas de las barras para cualquier tipo de acero. Para las barras corrugadas de acero B 400 se ofrece una sola tabla de capacidades mecánicas, la 8.9, correspondiente a Ys = 1,15 (único valor admitido por la Instrucción española), válida para trabajo a tracción Y compresión. Para las barras corrugadas de acero B 500 se ofrecen dos tablas de capacidades mecánicas, las 8.10 y 8.11. La primera es válida para trabajo a tracción, con coeficiente de seguridad Ys = 1,15; y la segunda, para trabajo a compresión, caso en el que la resistencia de cálculo fyd está limitada al valor 420 N/mm2. 

TABLA 8.8  CUALQUIER TIPO DE ACERO: Secciones en cm2 y masas en kg/m

TABLA 8.9  ARMADURAS  TRACCIONADAS O COMPRIMIDAS.

TABLA 8.10 ARMADURAS TRACCIONADAS.

TABLA 8.10  ARMADURA COMPRIMIDAS.

ESTRUCTURAS: Armaduras básicas electrosoldadas en celosía.

Las armaduras básicas electrosoldadas en celosía son productos concebidos para formar parte de piezas prefabricadas semirresistentes, que se emplean como semiviguetas o prelosas en la construcción de forjados (figura 8.1 1). Están formadas por tres barras o alambres que forman uy cuerpo único mediante una celosía triangular (encargada de resistir los esfuerzos cortantes) cuyos puntos de contacto se unen a las barras principales por soldadura eléctrica ejecutada en un proceso automático. A veces se emplean como separadores para la armadura superior de losas de hormigón. 

Figura 8.11 Armaduras básicas electrosoldadas.

Básicamente, existen dos tipos de celosías. En uno de ellos, la celosía rodea a las barras principales. (Figura 8.1 2a) y en el otro, que es el más frecuente en España, va unida a ellas so lamente por la soldadura (figura 8.1 2b).

Figura 8.12 Dos tipos de cetosía: (a) rodeando a las armaduras; (b) soldada a las armaduras

Los diámetros nominales de los alambres o barras empleados en estas armaduras son:  5, 6, 7, 8, 9, 10 y 12 mm 

que deben ser corrugados para los elementos longitudinales, Y pueden ser lisos o corrugados para la celosía de conexión (celosía que también puede hacerse con alambres de 4 mm de diámetro). La clase de acero empleado para las barras es la B 400 S O B 500 S, y para los alambres, la ¡3 500 T.

Estas armaduras están reguladas en España por la Norma UNE 36.739:95 EX “Armaduras básicas de acero electrosoldadas en celosía para hormigón armado”.

ESTRUCTURAS: Comportamiento a la fatiga de los aceros.

No se conoce a fondo el comportamiento de los aceros a la fatiga, es decir, a solicitaciones variables repetidas gran número de veces (del orden de un millón al menos) que provocan en el material variaciones de tensión entre dos valores extremos.

Las solicitaciones oscilantes (que hacen variar la tensión entre + σy- σ) tienen menos importancia práctica en hormigón armado (excepción hecha del caso de sismos) que las solicitaciones alternadas, que hacen variar la tensión entre σ y σ + Δσ En cualquier caso, se llama endurancia o límite de fatiga al valor máximo de la carrera de tensiones IU tal que se puede repetir infinitas veces sin que se alcance la rotura del material (fig. 1)

Normalmente y a efectos prácticos, se denomina resistencia a la fatiga de un acero a la mayor carrera de tensiones Au que es capaz de soportar en 2 millones de ciclos sin romperse. La resistencia a la fatiga es función de la tensión inferior σ, siendo tanto menor cuanto más próximo a cero es el valor de σ. 

Figura 1  Endurancia o limite de fatiga del acero.

Las estructuras que pueden verse sometidas a fatiga no son muy frecuentes: ciertos puentes de ferrocarril, cimentaciones de algunas máquinas oscilantes, ciertos puentes-grúa o estructuras afines, obras marítimas sujetas a la acción de las olas, algunos casos de estructuras expuestas a] viento, etc. En estos casos, las cargas variables pueden provocar fallos por fatiga, los cuales son siempre bruscos y sin posibilidad de detección previa.

De la literatura especializada se entresacan a continuación algunas ideas fundamentales que pueden ser útiles:
 

• Las variables que más influyen en el fenómeno son: la carrera de tensiones Δσ, el valor inferior de la tensión σ y las características geométricas de las barras (forma del corrugado)
• La presencia de entalladuras, resaltos discontinuos y puntos singulares en general, hace disminuir la resistencia a fatiga, especialmente cuando su posición coincide con la zona de barra sometida a tensión máxima.
• Las consideraciones de fatiga no son determinantes en el dimensionamiento de armaduras trabajando a tracción, cuando se emplean aceros de límite elástico inferior a 420 N/rnm2.
• Las consideraciones de fatiga no son determinantes en el dimensionamiento de armaduras trabajando a compresión, cuando se emplean aceros de límite elástico inferior a 500 N/mrn2.
• Según demuestra la experiencia, cuando la carrera de tensiones Δσ se mantiene por debajo de los 150— 180 N/mm2 no se presentan fallos por fatiga en aceros de hasta 500 N/mm2 de límite elástico. Por ello, la Instrucción española prescribe que la variación de tensión debido a las sobrecargas que producen fatiga no exceda de 150 N/mm2 para barras y 100 N/mm2 para mallas electrosoldadas.

COLOCACIÓN DE LOS PILOTES.

-Introduciéndolos bajo carga estática con un gato.
-Hincándolos por medio de golpes con un martillo.
-Perforando un hoyo y vaciando concreto o insertando el pilote y luego hincándolo.

Pilotes hincados bajo carga estática de un gato:

-Este método de hincado se emplea donde no se permiten vibraciones o en las pruebas de carga para verificar la capacidad del pilote.
-Requiere de un apoyo o marco de reacción.

Pilotes hincados por medio de golpes:
-Este método introduce el pilote con golpes de una maza (martillo), aplicados en la parte superior o cabeza del pilote.
-Martillo de caída libre, simple efecto, doble efecto, diferencial, diesel, vibratorio.
-Características importantes del equipo: energía adecuada y capacidad de guía.

Pilotes perforados:
-En este método se perfora un hoyo, se introduce el emparrillado de acero y se vacía el concreto.
-También existen los que se perfora el hoyo y se inserta el pilote prefabricado, para posteriormente hincarlo.

-Exploración y profundidad de desplante.

-Calidad de los materiales.

-Energía adecuada de hincado.

-Desplazamiento (máx. 5.0 cm)

-Inclinación (máx. 1 a 2 % de l)

-Colocación del acero de refuerzo:
     desmoronamientos y limpieza del agujero.
     fondo seco o con menos de 4” de agua.
     brindar el recubrimiento mínimo.

-Colocación del hormigón:

     vaciado continúo

     uso de tremie (por agua y altura de caída).

-Descabece: La demolición de la parte superior de las pilas y pilotes, para integrarlos –generalmente mediante un cabezal- al resto de la estructura o de la cimentación. Para ello, se ha utilizado comúnmente equipo neumático (pistolas de aire comprimido).

CIMENTACIONES PROFUNDAS: Requisitos.

• Resistir las cargas de diseño.
• No exceder la capacidad portante del suelo causando su falla.
• No experimentar asentamientos excesivos que ocasionen daños a la estructura soportada.

CIMENTACIONES PROFUNDAS: Usos y aplicación.

• Transmitir las cargas a estratos más firmes.
• Transmitir la carga a un suelo blando por fricción lateral.
• Para soportar fuerzas de volamiento o levantamiento.

 

• En estructuras marítimas costa afuera y en muelles.
• Alcanzar con las cimentaciones profundidades sin peligro de erosión o socavación.

• Para consolidar o compactar suelos granulares.
• Como estructuras de retención o drenaje verticales.

Proceso constructivo de cimentaciones profundas: Pilotes.

Los pilotes son elementos estructurales más esbeltos que las pilas, los cuales pueden alcanzar grandes profundidades.

Son construidos de diferentes formas, tamaños y materiales (madera, concreto y acero).

Se clasifican dependiendo de su forma de trabajo en:

a) Pilotes de Punta

b) Pilotes de Fricción

HORMIGÓN ARMADO: Determinación de la tensión de adherencia.

Se trató en post anteriores  la adherencia entre las barras de acero y el hormigón, como del ensayo de flexión (beam test) que se emplea para medirla. Antes de la aparición de este ensayo se utilizaba otro de tracción (ensayo de arrancamiento, pull out test), más intuitivo pero mucho menos representativo que el ensayo de adherencia por flexión. En base al mismo y de forma esquemática, cabe hacer las siguientes consideraciones. 

Figura 9.2 Ensayo de arrancamiento (pull out test)

Sea una barra de acero de diámetro Ø embebida en un bloque de hormigón. Si la sometemos a un esfuerzo de tracción N creciente, para cada valor de N habrá una distribución de las tensiones τ de adherencia como la indicada en la figura 9.2a, cuyo valor medio τm valdrá:

y a este valor le corresponderá un cierto deslizamiento (expresado en mm) de la barra con respecto al hormigón. Si dibujamos el diagrama τm - deslizamientos, obtenemos unas curvas como las de la figura 9.2b.

En el ensayo descrito termina con la rotura de la barra fuera del hormigón (caso de anclaje total) o con su arrancamiento. De acuerdo con lo indicado, se define como tensión media de adherencia el valor 

es decir, la media aritmética de las tensiones correspondientes a los deslizamientos de 0,1 mm y 1,0 mm en el ensayo de flexión.

En lo sucesivo, denominamos por fb, al valor limite de la tensión de adherencia, refiriéndonos con ello al valor medio τm en las condiciones límites, y por fbd correspondiente valor de cálculo.

El valor límite de la tensión de adherencia, fb varía con la resistencia a compresión del hormigón, con las características adherentes de las barras y con la posición que ocupan en la pieza respecto a la dirección de hormigonado; también depende, según algunos autores, del diametro de las barras. El Eurocodigo 2 recomienda, como valores de cálculo de la tensión límite de adherencia,fbd, los indicados en la tabla 9.1.

Por último, las longitudes prácticas de anclaje adoptadas para las barras corrugadas, han sido determinadas a partir de valores de fb obtenidos mediante ensayos .

TABLA 9.1  VALORES DE CÁLCULO DE LA TENSIÓN DE ADHERENCIA fbd

Adherencia entre el hormigón y el acero.

La adherencia hormigón-acero es el fenómeno básico sobre el que descansa el funcionamiento del hormigón armado como material estructural. Si no existiese adherencia, las barras serian incapaces de tomar el menor esfuerzo de tracción, ya que el acero deslizaría sin encontrar resistencia en toda su longitud y no nacompañaría al hormigón en sus deformaciones, con lo que, al fisurarse éste, sobrevendría bruscamente la rotura. Por el contrario, radas a la adherencia son capaces las armaduras de trabajar, inicialmente, a la vez que el hormigón; después cuando éste se fisura, lo hace de forma más o menos regularmente distribuida a lo largo de la pieza, en virtud de la adherencia; Y la adherencia permite que el acero tome los esfuerzos de tracción, manteniendo la unión entre los dos materiales en las zonas entre fisuras.

La adherencia cumple fundamentalmente dos objetivos: asegurar el anclaje de las barras y transmitir las tensiones tangentes periféricas que aparecen en la armadura principal como consecuencias de las variaciones de su tensión longitudinal.

El fenómeno de adherencia está originado por dos tipos de causas, unas de naturaleza física (o físico-química) y otras de naturaleza mecánica.

Las primeras provocan la adhesión del acero con el hormigón, a través de fuerzas capilares y moleculares desarrolladas en la interfaz; es como si el acero absorbiese pasta cementante, ayudado por el efecto de la retracción.

Las segundas mucho más importantes, están constituidas por la resistencia al deslizamiento debida a la penetración de pasta de cemento en las irregularidades de la superficie de las barras. Esta causa de origen mecánico, que puede denominarse rozamiento, es la que produce la mayor parte de la adherencia en las barras lisas (hoy día prácticamente en desuso) y varía apreciablemente con el estado de su superficie. En el caso de barras corrugadas, a este rozamiento se añade el efecto de acuñamiento del hormigón entre los resaltos, de primordial importancia (figura 9.1). 

Figura 9.1 Efecto de acuñamiento del hormigón entre corrugas.

En resumen, el mecanismo de la adherencia puede asignarse a tres causas: adhesión, rozamiento (tensiones tangentes en el hormigón) y acuñamiento (de las corrugas). De estas tres causas, la adhesión queda anulada cuando el deslizamiento de la barra alcanza una cierta magnitud. Por su parte, el rozamiento comienza a actuar cuando la tensión alcanza un cierto valor; y a él se añade el acuñamiento, no siendo posible separar ambos efectos.