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ANCLAJES Y EMPALMES.

CÁTEDRA: HORMIGÓN I.
Año 2002.

Profesor: CARLOS RICARDO LLOPIZ.

FACULTAD DE
INGENIERÍA.

UNIVERSIDAD NACIONAL
DE CUYO.
MENDOZA. ARGENTINA.
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Contenido.

EL MATERIAL COMBINADO HORMIGÓN ARMADO.

5.1. INTRODUCCIÓN.

5.2. LA ADHERENCIA EN ELEMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO.

5.2.1. ELEMENTO EN TRACCIÓN.
5.2.2. ELEMENTO EN FLEXIÓN.

5.3. NATURALEZA DE LA RESISTENCIA DE ADHERENCIA.

5.3.1. RELACIÓN TENSIÓN DE ADHERENCIA vs. DESLIZAMIENTO.
5.3.2 BARRAS LISAS.
5.3.3 BARRAS NERVURADAS.

5.4 INFLUENCIA DE LA POSICIÓN DE LA BARRA CON RESPECTO A LA

COLOCACIÓN DEL HORMIGÓN QUE LAS RODEA.

5.5 INFLUENCIA DEL DIÁMETRO DE LA BARRA Y CONDICIONES DE LA

SUPERFICIE.

5.6. EFECTO DEL CONFINAMIENTO.

5.7 PRESCRIPCIONES REGLAMENTARIAS DEL ACI-318 Y OTRAS NORMAS

EN RELACIÓN AL DESARROLLO DE LAS ARMADURAS.
5.7.1. GENERALIDADES.
5.7.2 DESARROLLO DE BARRAS CONFORMADAS A TRACCIÓN CON
EXTREMOS RECTOS.
5.7.3 DESARROLLO DE BARRAS LISAS A TRACCIÓN.
5.7.4. DESARROLLO DE BARRAS CONFORMADAS A COMPRESIÓN.
5.7.5 DESARROLLO DE BARRAS LISAS A COMPRESIÓN.
5.7.6. DESARROLLO DE PAQUETES DE BARRAS.

5.7.7. DESARROLLO DE BARRAS EN TRACCIÓN CON EXTREMOS CON

GANCHOS NORMALES.
5.7.7.1. INTRODUCCIÓN.
5.7.7.2. LONGITUD DE DESARROLLO PARA BARRAS
NERVURADAS CON EXTREMOS CON GANCHOS.

5.7.8. DESARROLLO DE MALLAS ELECTROSOLDADAS DE ACERO

CONFORMADO SOMETIDAS A TRACCIÓN.
5.7.9. DESARROLLO DE MALLAS ELECTROSOLDADAS DE ACERO
LISO SOMETIDAS A TRACCIÓN.
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5.8. EMPALMES DE ARMADURAS.

5.8.1. INTRODUCCIÓN.
5.8.2 EMPALMES DIRECTOS.
5.8.2.1. EMPALMES SOLDADOS.
5.8.2.2. EMPALMES CON CONECTORES MECÁNICOS.
5.8.2.2.1. EMPALMES CON MANGUITOS ROSCADOS.
5.8.2.2.2. EMPALMES CON MANGUITOS A PRESIÓN PARA
BARRAS NERVURADAS.

5.8.3 EMPALMES INDIRECTOS.

5.8.3.1. TRASLAPES DE TRACCIÓN.
5.8.3.2. TRASLAPES DE COMPRESIÓN.

5.8.4. PRESCRIPCIONES REGLAMENTARIAS RESPECTOS A LOS

EMPALMES.
5.8.4.1. EMPALMES POR TRASLAPE EN TRACCIÓN.
5.8.4.2. EMPALMES POR TRASLAPE EN COMPRESIÓN.
5.8.4.3. DISPOSICIONES ESPECIALES PARA DISEÑO SÍSMICO.

5.9. DESARROLLO DE LA ARMADURA EN FLEXIÓN.

5.9.1. GENERALIDADES.

5.9.2. PRESCRIPCIONES REGLAMENTARIAS DEL NZS:3101 Y DEL ACI

318-95.
5.9.2.1. INTERRUPCIÓN DE LA ARMADURA DE TRACCIÓN.
LONGITUDES DE EMBEBIDO.
5.9.2.2. CONDICIONES PARA INTERRUMPIR LA ARMADURA.
5.9.2.3. ANCLAJES EN ELEMENTOS DE SECCIÓN VARIABLE.
5.9.2.4. DESARROLLO DE ARMADURA DE TRACCIÓN PARA
MOMENTO POSITIVO.
5.9.2.5. DESARROLLO DE LA ARMADURA PARA MOMENTO
NEGATIVO.
5.9.2.6. DESARROLLO DE LA ARMADURA DEL ALMA.

5.10. CONSIDERACIONES ESPECIALES DEL NZS:3101 PARA ANCLAJES Y

EMPALMES EN ELEMENTOS SOMETIDOS A TERREMOTOS.
5.10.1. EMPALMES E INTERRUPCIÓN DE BARRAS.
5.10.2. LONGITUD EFECTIVA DE ANCLAJE EN NUDOS.
5.10.3. SITUACIÓN EN NUDOS INTERIORES VIGA-COLUMNA.
RELACIÓN DIÁMETRO DE BARRA CON PROFUNDIDAD DE
COLUMNA.
5.10.4. DIÁMETRO DE BARRAS DE LOSAS COLABORANTES.
5.10.5. ANCLAJES EN PROLONGACIÓN DE VIGAS (BEAM STUBS).
5.10.6. USO DE ARMADURA TRANSVERSAL PARA REDUCIR ldh.
5.10.7. CONDICIONES ESPECIALES PARA BARRAS DE COLUMNAS.
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5.11. NUEVAS TENDENCIAS PARA EL ANCLAJE DE BARRAS.

5.12. REFERENCIAS.
EL MATERIAL COMBINADO HORMIGÓN ARMADO.

5.1. INTRODUCCIÓN.

Tal cual se expresó capítulos anteriores, el hormigón armado es un material

compuesto. La eficiente interacción de los dos componentes constituyentes requiere
de una adherencia e interacción confiable entre el acero y el hormigón.

Básicamente, las recomendaciones y exigencias de los códigos apuntan a

asegurar que las barras de acero estén adecuadamente embebidas en un hormigón
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. 5.1(a). Falla de Anclaje de las Armaduras, en el Viaducto Cypres, durante el

terremoto de Loma Prieta, 1989, San Francisco. California.

En la teoría del hormigón armado generalmente se asume como hipótesis de

que las deformaciones específicas del hormigón, ε c, y del acero ε s, son iguales. Esto
implica suponer que la adherencia entre el hormigón y las barras de acero es
perfecta, por lo cual no habría desplazamiento relativo entre los materiales en la
superficie de interfase. Si se recuerda que la deformación límite del hormigón en
tracción es del orden de 0.2x10-3 , es decir de un orden menor que la deformación del
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acero ADN-420 para fluencia (2x10-3 , que es similar al valor de deformación para
máxima tensión de compresión en el hormigón) se comprenderá que es imposible
postular ε c = ε s, en particular para estados donde el hormigón armado tenga
comportamiento francamente no lineal. Tal cual se expresó en el capítulo 1, en zonas
de alta sismicidad, las condiciones de diseño hacen que ciertas zonas críticas sean
inducidas a plastificar. En ese contexto, pueden aparecer fisuras de tracción multi-
direccionales por lo que las condiciones de adherencia se ven seriamente
deterioradas a menos que se comprenda el fenómeno y se adopten condiciones
especiales para el detalle y la construcción. Se ha dicho en varias oportunidades que
para tener comportamiento dúctil en el hormigón armado se deben evitar o demorar
al máximo posible dos tipos de fallas por ser frágiles: las de corte por un lado, y las
de adherencia y anclaje por otro.

Para las situaciones normales, y las extremas cuando actúa por ejemplo el
sismo severo, se debe admitir en el hormigón armado convencional (no
precomprimido) la formación de fisuras debidas a tracción. Si bien ε c no es igual a
ε s, la hipótesis de igualdad de deformaciones, a los efectos del diseño de las
secciones, puede admitirse como válida pues está ampliamente demostrado que da
buenos resultados. Sin embargo, se debe cuidar el diseño y detalle de modo que las
fisuras puedan considerarse como capilares (del orden de la décima de mm). Para
esto, en las condiciones de trabajo del material compuesto hormigón armado la
adherencia cumple un rol fundamental, y por ello la ref. [1] indica que el aspecto más
importante en el detalle de las estructuras de hormigón armado apunta a que las
condiciones de adherencia sean las más efectivas. Lamentablemente esto no es
muy comprendido en la práctica real, y en general se han prior izado los cálculos
numéricos de las secciones de hormigón armado antes que el diseño 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. 5.1(a) y (b), durante los terremotos de Loma
Prieta (1989) y San Fernando (1971), ambos en California, EEUU.
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Fig. 5.1(b). Falla de arrancamiento de las barras durante el terremoto de San

Fernando, 1971. California. EEUU.

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

Fig. 5.2. Generación de fuerzas de anclaje y de adherencia por flexión.

El concepto fundamental alrededor del cual gira la interacción entre el acero y

el hormigón es que se van a desarrollar tensiones de adherencia entre dos
secciones en la superficie de contacto siempre y cuando exista variación entre las
tensiones del acero entre ambas secciones. La Fig. 5.2 muestra dos casos típicos
donde se desarrollan tensiones de adherencia indicadas con u, y designadas
muchas veces como fuerzas de corte por unidad de área. El otro concepto
fundamental es que una barra se debe extender y estar embebida en el hormigón
una distancia ld, conocida como longitud de desarrollo, para poder transferir a éste, y
por ende desarrollar la fuerza que se desee.

En la Fig. 5.2(a), por ejemplo, caso de tracción simple, se ve que para que se
transmita el esfuerzo T al bloque de hormigón 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 varían de acuerdo a lo que luego se
explicará, y segundo que esas tensiones u existen porque sección a sección la
tensión de tracción fs en el acero varía desde un máximo en el extremo libre (donde
comienza el empotramiento) a cero al final de ld, por la transferencia de esfuerzos
que se hace hacia el hormigón. La distribución de tensiones fs y u es bastante
compleja, pero por el momento adviértase el fenómeno físico de transferencia de
esfuerzos. En la Fig. 5.2(b), caso de tracción por flexión, se observa que, dado que el
momento flector varía a lo largo del tramo de viga analizado, los esfuerzos de
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tracción varían también, de T a T+∆T, y por lo tanto existen tanto esfuerzos de corte
en el tramo de viga, como de corte por unidad de área en la interfase acero-
hormigón, es decir tensiones u, que restituyen el equilibrio interno.

Para el caso de la Fig. 5.2(a), la fuerza de corte por unidad de área de

superficie de barra se puede escribir así:

q ∆f s Ab d b
u= = = ∆f (5.1)
∑o ∑o 4 s
Donde:
q = cambio de fuerza en la barra por unidad de longitud.
∑o = área nominal de la superficie de la barra por unidad de longitud.
db = diámetro nominal de la barra
∆fs = cambio en la tensión del acero por unidad de longitud.
Ab = área 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 = A b fs = u ∑o ld (5.2a)

db
ld = fs (5.2b)
4u

Para la Fig. 2(b), la tensión de adherencia responde a la expresión:

u = ∆T / π db ∆x (5.3)

Algunos códigos, Ref. [3] sección 18.4, tabla 24, especifican valores
permisibles para las tensiones u, lo cual permite calcular, en función de otras
variables que luego se mencionarán, la longitud de desarrollo ld. Más adelante se
hará referencia a los requisitos que estipula el código ACI-318, Ref.[4], y la norma de
Nueva Zelanda, Ref. [5]. La tendencia actual de normas de hormigón armado en
nuestro país hace que sean estas dos últimas las normas que se aplicarán en el
futuro cercano. Para zonas sísmicas, además, ambas normas son las más
racionales de aplicación.

5.2. LA ADHERENCIA EN ELEMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO.

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5.2.1. ELEMENTO EN TRACCIÓN.

La Fig. 5.3(a) muestra una barra prismática de hormigón armado sometida en

sus extremos a un esfuerzo de tracción P. Si bien el caso que se presenta es
general, vamos a suponer, a los efectos de hacer algunas evaluaciones numéricas,
que la pieza tiene sección cuadrada, de 500 x 500 mm de lado, con una barra simple
de 40 mm de diámetro en su eje y que la misma sobresale apenas del hormigón
para poder aplicar la fuerza sólo en el acero. Suponemos que la longitud embebida
de la barra es de 4000mm. Se asume además que el hormigón tiene una resistencia
característica f´c= 21 MPa, por lo que de acuerdo al ACI-318, el material poseería un
módulo de elasticidad longitudinal cercano a Ec= 21000 MPa y una resistencia a
tracción del orden de fcr= 0.33√f´c=1.5 MPa. Para el acero, supóngase que es una
barra conformada, tipo ADN 420, es decir con fy= 420 MPa y Es= 210000 MPa. La
relación de módulos de materiales es entonces n=10. El área total de acero es As=
1250 mm2, por lo que la cuantía es ρs= 0.005 = 0.5 %. Para permanecer en estado I
se supone que la carga axial P alcanza un valor máximo de 250 KN (es decir 25 ton).

La 5.3 pertenece a la ref.[2], por lo cual la nomenclatura no es la misma que

corresponde al ACI ni a la utilizada en el curso. De todas maneras, las relaciones son
inmediatas.

Fig. 5.3. (a) Vista longitudinal y Sección transversal; (b) Distribución de tensiones fs
en estado I; (c) Tensiones de tracción en el hormigón; (d) Tensiones de adherencia.
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Las Fig. 5.3(b), 3(c) y 3(d) muestran respectivamente y a lo largo de la

longitud de la barra, la distribución de tensiones de tracción fs (σe en la figura) en el
acero, de tensiones de tracción ft (σb en la figura) en el hormigón y de adherencia u
(τ1 en la figura). Corresponden las siguientes observaciones:

(i) Note la variación de las tensiones del acero desde un máximo de

200 MPa a un mínimo de 9.6 MPa (se deja al lector la demostración
respectiva).
(ii) A partir de la sección extrema comienza la transferencia de
esfuerzos desde el acero al hormigón, el que toma tensiones desde
cero hasta 0.96 MPa. Este valor es menor que el límite de tracción
de 1.50 MPa, supuesto antes.
(iii) En este tramo de transición, debido a la variación de tensiones en
el acero, deben aparecer tensiones de adherencia, que tienen una
distribución bastante compleja, según muestra la figura.
(iv) La fuerza que se debe transferir por adherencia no es el total T=250
KN, sino la diferencia entre Pso, fuerza que toma el acero en la
sección 0 o extrema, y Ps1 que es la fuerza que permanece en el
acero en la sección 1-1. Esta es la sección donde se alcanza la
compatibilidad de deformaciones, es decir donde ε c = ε s. Esa
misma fuerza a tomar en la transición de superficie de ambos
materiales es entonces la que el acero “descarga en el hormigón”, y
por ende también, la que el hormigón tiene que tomar en el tramo
central de la barra, de valor constante, hasta la transición en el otro
extremo. Ese valor vale entonces, 238 KN (de nuevo se deja al
lector su derivación).
(v) En las zonas extremas, zona de tensiones axiales variables y u
distinta de cero, no es válida la aseveración de que ε c = ε s, y la
barra presenta un deslizamiento dentro del hormigón hasta que se
alcanza la total compatibilidad. En el tramo central, se supone que
existe contacto perfecto, no hay deslizamiento, las tensiones axiales
permanecen constantes y u= 0.
(vi) Si se admitiera una distribución uniforme de tensiones para u (lejos
de la realidad, pero que se admite a los fines prácticos), y se
tomara como valor límite el de u =0.3 21 = 1.37 MPa, la longitud de
desarrollo sería cercana a 1450 mm, es decir la relación ld / db del
orden de 36, lo cual es típico de admitir en estos casos. Para tener
como referencia, vale la pena mencionar que el texto ref.[6] da
valores para la tensión de adherencia para estado último del orden
de 1.2 f ´ c , y los autores del texto admiten que en experimentos y
bajo ciertas condiciones se han llegado a medir valore de u ≈
2.5 f ´ c .
 10

Si ahora la carga P se aumenta en forma considerable, digamos cerca de

dos veces más, es obvio que, tal cual se indica en la Fig. 5.4(a), aparecerán en el
hormigón fisuras en las zonas más débiles de su estructura interna por haberse
superado el límite de su capacidad de deformación de tracción, sección 1 por
ejemplo. En ese caso, el hormigón debe transferir todo el esfuerzo en esa sección al
acero, el cual tendrá un pico de tensión nuevamente, e igual al que corresponde a las
secciones extremas. El efecto de adherencia hace que el acero intente nuevamente
transferir parte de los esfuerzos a ambos lados de las fisuras hacia el hormigón. Se
van generando longitudes de desarrollo ld a medida que la carga aumenta, con
aparición de nuevas fisuras, cuya configuración y separación depende del grado de
adherencia. Las Fig. 5.4(b), (c) y (d) muestran cómo han variado para este estado II
las distribuciones de tensiones en el acero y en el hormigón, como así también las
zonas del interior de la barra donde se generan tensiones de adherencia, con el
signo distinto (cambio de sentido) a cada lado de la fisura. Entre fisuras principales,
que son aquellas que abarcan todo el ancho por lo que la sección de hormigón es
completamente interrumpida, se generan fisuras menores o secundarias, que no se
propagan hasta la superficie externa. En este último caso la sección de hormigón
puede tomar cierta proporción de tracción.

Fig. 4.
distribución de
tensiones para el
estado II, hormigón
fisurado.

La Fig. 5.5
muestra un esquema
de fisuras principales,
secundarias y sentido
de las tensiones de
adherencia.
 11

Fig. 5. Deformación del hormigón entre fisuras y sentido de las tensiones de adherencia.

5.2.2. ELEMENTO EN FLEXIÓN.

La Fig. 5.6 muestra un tramo de elemento en flexión donde aparecen fisuras

de tracción.

Fig. 5.6. Elemento sometido a flexión con fisuras por tracción.

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Fig. 5.7. Efecto de fisuración en elementos de hormigón armado.

Suponiendo que los momentos varíen desde M 1 en la cara izquierda a M 2 en

la cara derecha de dicha porción de viga, tal cual se esquematizan en la Fig. 5.7(a),
se generarán tensiones de corte en el tramo ya que hay variación de las fuerzas de
tracción en el acero.

Las Fig. 5.7(b) a (f) indican respectivamente la distribución de momentos

flectores M, de tensiones de adherencia u, de tensiones de tracción ft en el
hormigón, de tensiones de tracción en el acero fs y del módulo de rigidez a flexión EI.
Tal cual muestra la Fig. 5.2(b), las fuerzas de adherencia en una porción de viga de
longitud ∆x, se generan a causa de que las tensiones en el acero, y en consecuencia
las fuerzas de tracción, varían de T a T+∆T. Si se supone una distribución uniforme
de u en ese tramo, por equilibrio deber ser:

∆T = u ∑o ∆x (5.4a)

y se puede admitir que la fuerza interna de tracción T debe variar en la misma forma
que lo hace el momento externo M, por lo que entonces, siendo jd el brazo elástico
es:

∆M V
∆T = = ∆x (5.4b)
jd jd

de donde resulta:

V
u= (5.5)
jd ∑ o

Esta ecuación indica que cuando el grado de variación del momento flector
(esto es el esfuerzo de corte) es alto, las tensiones de adherencia resultarán
elevadas. Debe aclararse, sin embargo, que la ecuación 5.5 es muy simplificada y
sobre estima el valor real de las tensiones de adherencia. Esto es porque, tal cual
muestra la Fig. 5.7, la presencia de fisuras en el hormigón a intervalos discretos a lo
largo del elemento hace que aparezcan tensiones adicionales de adherencia debido
a la tracción que es posible que el hormigón aún pueda desarrollar entre las grietas.
 13

Es decir, hay cierta redistribución de las tensiones, por lo que la ecuación anterior es
muy conservadora.

Es de hacer notar que, aún cuando la fuerza de corte sea nula (por ser zona
de momento constante), se van a producir tensiones de adherencia debidas a la
variación de la fuerza de tracción en el acero. A tal respecto es interesante analizar la
Fig. 5.8, tomada de Ref.[2]. En esta figura, note que para el estado I no deberían
aparecer tensiones de adherencia en el tramo central, entre las fuerza P, pues como
no deberían aparecer fisuras, no hay razón para que las fuerzas en el acero varíen en
ese tramo. Sí aparecerán, tal cual se indican, en el estado II.
 14

Fig. 5.8. Distribución de tensiones en viga de hormigón armado para estados I y II.
5.3. NATURALEZA DE LA RESISTENCIA DE ADHERENCIA.
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5.3.1. RELACIÓN TENSIÓN DE ADHERENCIA vs. DESLIZAMIENTO.

Como para cualquier otro tipo de esfuerzo, es conveniente tratar de

establecer para los esfuerzos de adherencia una relación entre la rigidez y la
resistencia . En este caso carece de sentido hablar de ductilidad. La Fig. 5.9, ref.[2],
muestra distintas formas de llevar a cabo el ensayo de arrancamiento (pull-out).
Consiste en traccionar una barra de acero embebida en el hormigón en una cierta
longitud de anclaje, lv en la figura, midiendo el desplazamiento de la barra con
respecto al hormigón en la parte de la misma que sobresale de este último.

Fig. 5.9 Probetas para el ensayo de arrancamiento y las correspondientes distribuciones

de las tensiones de adherencia.

La forma y dimensiones de las probetas, ubicación y longitud del tramo

empotrado, y otros factores influyen considerablemente en los resultados. Así por
ejemplo, si se quiere medir la respuesta para anclaje en hormigón no confinado, la
disposición mostrada en Fig. 5.9(a) no sería muy adecuada por la compresión
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transversal en la barra que se induce por la restricción a la deformación transversal

de las placas de apoyo. Se dispondría en este caso de una adherencia adicional por
resistencia al deslizamiento por la acción de presión transversal. De todas maneras
este tipo de circunstancias muchas veces está presente en las estructuras de
hormigón armado debido a presiones laterales de confinamiento, sea por masa de
hormigón o por acción de armaduras transversales. Las probetas dispuestas según
Fig. 5.9(b) y(c) eliminan el efecto anterior. La figura muestra además las complejas
distribuciones de adherencia sobre el tramo empotrado. A los efectos prácticos se
adopta como tensión de arrancamiento la que corresponde al valor medio, es decir:

P
u= (5.6)
∑ o.lv

donde en la figura, debe tomarse a u = τ1m. Lo correcto sería tomar una tensión
media tal que no modifique la fuerza efectiva de adherencia (resultante de los
diagramas de tensión).

Fig. 5.10. Relación resistencia vs deslizamiento en barras lisas y barras nervuradas en

hormigón armado.

La Fig. 5.10 permite establecer la relación entre las variables estáticas y

cinemáticas, y poder expresar características de resistencia y rigidez. Se ve la clara
distinción entre la respuesta de barras nervuradas o conformadas y la de barras
redondas lisas. Se puede definir entonces la rigidez al deslizamiento o rigidez de
adherencia como la relación u/∆ = τ1/∆. Convencionalmente además, se define como
resistencia de adherencia aquella que se corresponde con un deslizamiento de 0.10
mm. A su vez, la parte de rigidez infinita, que corresponde a contacto perfecto, se
designa como adherencia por contacto. A continuación se comentan las
características de estas curvas en relación a los dos tipos de barras mencionados,
lisas y nervuradas.
 17

5.3.2 BARRAS LISAS.

La adherencia en barras lisas es atribuida fundamentalmente a la adhesión

química entre la pasta de mortero y la superficie de la barra. El inconveniente con el
uso de las barras lisas es que aún con un nivel de tensiones axiales bajas se
producirá la rotura de tal mecanismo de ligazón debida a la tendencia de
deslizamiento de la barra en el hormigón que la rodea. Una vez que tal deslizamiento
ocurre, la adherencia será posible si se puede desarrollar cierta fricción entre las
rugosidades del agregado del hormigón y de la superficie de la barra. En
consecuencia, esta reserva de adherencia en las barras lisas dependerá
fuertemente de las condiciones de la superficie del acero. La Fig. 5.11, ref.[1],
muestra diferentes configuraciones de la superficie de barras de acero redondas
bajo diferentes condiciones de oxidación. La variación de las irregularidades,
salientes y depresiones, es significativa, y por ende no es casual que los
diseñadores prefieran utilizar en el hormigón armado barras que estén con cierto
grado admisible de oxidación.
 18

Fig. 5.11. Ampliación del perfil de la superficie de barras lisas con cierto grado de
oxidación.

Cuando las barras redondas de acero liso son sometidas a los ensayos
standard de carga para determinar su comportamiento al arrancamiento, tal cual se
mostró en la sección anterior, la respuesta es la que muestra la Fig. 5.10. El
incremento de la resistencia de adherencia por rozamiento es poca, el diagrama
tiende a ser horizontal explicando de esta manera el fenómeno de deslizamiento que
se observa en el ensayo.

Dado que la reserva de resistencia de adherencia después de vencida la

resistencia inicial química es mínima para las barras lisas, todos los códigos están
de acuerdo en que para el empalme y anclaje de barras redondas lisas en
estructuras de hormigón armado deben utilizarse ganchos reglamentarios en sus
extremos.

5.3.3 BARRAS NERVURADAS.

En las barras con algún tipo de configuración superficial, obtenida

normalmente durante la operación de laminado de las barras, se aumenta
notablemente la capacidad de adherencia debido a la interacción entre las
nervaduras y el hormigón que las rodea. La Fig. 5.12 muestra, por ejemplo, las
diferentes tensiones inducidas entre dos nervios de una barra conformada.

Fig. 5.12. Mecanismos de resistencia que aparecen

entre dos nervaduras de una barra conformada.

Básicamente, la resistencia al deslizamiento está asociada con las siguientes

tensiones:

(i) Tensiones de corte va debidas a la adherencia química en la

superficie de contacto.
(ii) Tensiones de normales de apoyo fb, que actúan contra la cara de los
nervios.
(iii) Tensiones de corte vc, que actúan sobre la superficie cilíndrica de
hormigón entre las nervaduras adyacentes.
 19

La relación entre estos mecanismos de resistencia se puede consultar, por

ejemplo, en la ref.[1]. Al sólo efecto de comprender cualitativamente el fenómeno,
pueden observarse las Fig. 5.13, de ref.[1] y Fig. 5.14, de ref.[2]. El mecanismo de
resistencia más importante es el llamado resistencia de corte, mediante el cual, para
que se produzca algún deslizamiento de la barra, deben romperse por corte las
ménsulas de hormigón que se forman entre las salientes de la barra. En ambas
referencias se marca la importancia de la relación a/c.

Fig. 5.13. Mecanismos de fallas en las nervaduras de barras conformadas. (a) cuando a/c
> 0.15, (b) a/c < 0.10.

En la ref.[1] se deduce numéricamente la relación aproximada dada por:

a
vc ≈ fb (5.7)
c

es decir la relación entre la tensión de corte y la presión sobre las nervaduras.

Trabajos de investigación demostraron que la relación a / c debería

mantenerse cercana a 0.065. Así por ejemplo, los requerimientos de las normas
ASTM son tales que 0.057< a / c <0.072, y para las DIN 488, se impone
0.065< a / c <0.10. Si las nervaduras son muy altas y su separación pequeña, la
relación a / c crece, por lo que vc es elevada, y entonces este valor es el que controla
la respuesta. En este caso la barra tenderá a deslizarse, por lo cual este tipo de falla
debe evitarse. Si la separación c es mayor que 10 veces la altura a , entonces se
puede producir la desintegración del hormigón por compresión frente a la cara del
nervio, y luego la falla se produce por separación del hormigón que rodea la barra.
Note que fb puede alcanzar varias veces el valor de la resistencia cilíndrica f´c debido
a las condiciones de hormigón confinado en que se encuentra.

Las nervaduras son normalmente, tal cual se muestra en la Fig. 14, del tipo
medialuna, paralelas entre sí e inclinadas con respecto al eje de la barra, pues se ha
demostrado que frente a las del tipo anulares y nervios perpendiculares al eje de la
barra, tienen un mejor comportamiento frente a la fatiga y cargas cíclicas.
 20

La Fig. 5.10 muestra el comportamiento ampliamente superior de las barras

conformadas respecto de las lisas. Note el incremento de resistencia por encima de
la de adherencia por contacto que poseen aquellas, que se atribuye a la resistencia
por corte antes explicada.
 21

Fig. 5.14. Ver leyenda de Fig. 4.7 de ref. [2].

Uno de los aspectos más influyentes de una buena adherencia está asociado
a el desarrollo de fisuras. Esto depende fuertemente de la relación resistencia de
adherencia vs. deslizamiento, la que es función como se vio de las distintas
configuraciones de barras y, como se verá, de las diferentes situaciones tanto en
relación a los esfuerzos como a la posición de la barra dentro del hormigón.

A continuación se evalúan otros factores que hacen a la disposición y

construcción de los elementos de hormigón armado.

5.4 INFLUENCIA DE LA POSICIÓN DE LA BARRA CON RESPECTO A LA

COLOCACIÓN DEL HORMIGÓN QUE LAS RODEA.

La relación adherencia vs. deslizamiento para las barras conformadas está

afectada notablemente por el comportamiento del hormigón que se encuentra frente
a las nervaduras. A su vez, la calidad del hormigón en esta región depende de su
posición relativa al momento de hormigonado. Las diferencias más importantes son
por un lado si la barra está colocada en forma horizontal o vertical, y por otro la
distancia de la barra al encofrado.

Fig. 5.15. Formación de oquedades o poros debajo de barras horizontales como

consecuencia del asentamiento y exudación de agua (bleeding).

Debido al asentamiento del hormigón fresco, existe la tendencia de

acumularse agua debajo de las barras y de las partículas más gruesas del agregado
(bleeding o ganancia de agua). Esa agua es luego reabsorbida por el hormigón y
quedan oquedades y poros como se muestra en forma esquemática en la Fig. 5.15.
Cuando se necesita el concurso del hormigón en esas zonas y el mismo es
deficiente, se producen deslizamientos.
 22

La Fig. 5.16 muestra tres casos diferentes de efectos de capas con poros en
el hormigón y los efectos en la respuesta en términos de deslizamiento. Los
comportamientos son diferentes aunque se tienda a alcanzar la misma relación de
carga última. Se nota claramente la ventaja que tiene la barra en posición vertical.

Fig. 5.16. Influencia de la posición de la barra durante el llenado y de la dirección de

los esfuerzos sobre la respuesta de adherencia.
 23

El efecto de la posición de la barra en el llenado del hormigón es aún más

severo para el caso de barras lisas. La Fig. 5.17 muestra que la resistencia última de
adherencia es drásticamente reducida en el caso de barras horizontales con
respecto a las verticales. Las curvas que están por encima en cada par
corresponden a superficies bastante oxidadas.

Fig. 5.17. Relación carga vs. deslizamiento para una barra diámetro 16 mm de
acero lisa en distintas posiciones y con distinto grado de oxidación superficial.

Con respecto a la posición de la barra en el encofrado, hay que destacar que

en general se espera que las barras horizontales ubicadas en la parte superior van a
tener desfavorables condiciones de adherencia con respecto a las ubicadas cerca
del fondo del encofrado o de la capa de hormigón llenada previamente. Esto es
porque el fenómeno de ganancia de agua (exudación) y consecuente porosidad
mencionada es mayor en las barras ubicadas en la parte superior.

En tal sentido, el ACI-318-1995 estipula, sección 12.2.4. que para el caso de

armaduras horizontales que estén colocadas de tal forma que se colocan por debajo
de ella más de 300 mm de hormigón fresco en el elemento para el cual se está
determinado la longitud de desarrollo, debe aplicarse un factor de amplificación de
1.3. Si el elemento está vertical, o con menos de ese espesor de hormigón fresco
por debajo el factor es 1.0.

La Fig. 5.18 muestra en forma esquemática cuando una barra debe

considerarse en posición favorable, I, o desfavorable, II, tomada de ref.[7], aunque en
este caso el umbral lo define un espesor de 250 mm en vez de 300 mm como
estipula el ACI. Si la barra está inclinada entre 45 a 90 grados, se puede considerar
como ubicada en zona I.
 24

5.5 INFLUENCIA DEL DIÁMETRO DE LA BARRA Y DE LAS CONDICIONES DE

LA SUPERFICIE.

La Fig. 5.19 muestra la influencia de las indentaciones de la superficie de la

barra, en particular la relación f r = a / c a la que antes se hizo referencia. Además, el
ángulo entre la cara de la nervadura y el eje de la barra, ángulo α en Fig. 5.12, no
tiene mayor influencia siempre y cuando éste sea mayor de 70o. Si el ángulo es
menor de 40o, por ejemplo, y la superficie es suave, se podría producir el
deslizamiento a lo largo de las caras de las nervaduras, por lo que éstas tenderían a
empujar al hormigón fuera del contacto con las barras. Esto puede ser causal de
deslizamiento.

Fig. 5.18. Ejemplos para determinar si las barras de la armadura quedan ubicadas
en zonas de adherencia favorable (zona I) o desfavorable (zona II).

Ya se dijo que la oxidación controlada de las barras produce beneficios

adicionales a la adherencia. Por ello, siempre y cuando se cumplan los requisitos
 25

mínimos de condición y diámetro de las barras, no es necesario limpiar para eliminar

esa leve oxidación que sería beneficiosa.

El diámetro de la barra influye poco sobre el valor de la adherencia. Sin

embargo, se prefiere el uso de barras de diámetro menor por dos razones: (i) las
condicºvvvvv iones de anclaje y manejo en obra serán más favorables, y (ii) la
sección y por ende el esfuerzo que deben transmitir crece cuadráticamente con el
diámetro, (db2), mientras que el perímetro lo hace linealmente, por lo que serán más
efectivas las de menor que las de mayor diámetro.

La Fig. 5.20, ref. [2], muestra la influencia del diámetro de la barra sobre la
tensión media de adherencia.

Fig. 5.19. Influencia de la superficie nervurada relativa, fr, sobre el valor de cálculo de la
resistencia de adherencia relativa, τ1r, para la longitud de anclaje lv = 10 db = 10 de
constante.
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Fig. 5.20. Influencia del diámetro de la barra de = db sobre la tensión media de adherencia
relativa, para ∆= 5x10-3 , fr = 0.065, lv=14cm, βw =f´c = 22.5 MPa.