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EVALUACIÓN CUALITATIVA DEL EFECTO EN LA ADHERENCIA CON LA
VARIACIÓN DE DETALLES CONSTRUCTIVOS EN ESPECIMENES DE
CONCRETO REFORZADO
Ricardo Alvarez, Estudiante de pregrado de ingeniería civil, Universidad de la Salle. 300 y
(+057)3017877074 , [email protected] ;
Fernando Arias, Estudiante de pregrado de ingeniería civil, Universidad de la Salle.
(+057)3107518011 , [email protected] ;
Isabel Avellaneda, Estudiante de pregrado de ingeniería civil, Universidad de la Salle. (+057)
3192945232 , [email protected] ;
Víctor Fuentes, Estudiante de pregrado de ingeniería civil, Universidad de la Salle. (+057)
(+057) 3123701578 , [email protected] ;
Andrés Sierra, Estudiante de pregrado de ingeniería civil, Universidad de la Salle. (+057)
(+057) 3102691176 , [email protected] .
RESUMEN
Controlar la adherencia entre el acero y el concreto es fundamental para la construcción de
estructuras funcionales y seguras, lo que conlleva a la necesidad de identificar cuales
parámetros afectan la adherencia. En este trabajo se evaluó experimentalmente el efecto de:
las fibras de acero, del diámetro, del recubrimiento y de la rugosidad de las barras de acero
en el fenómeno de adherencia entre el acero y el concreto, a partir de 18 especímenes de
diferentes dimensiones y características de refuerzo, preparados con un concreto con
resistencia a la compresión a los 28 días de 20 Mpa. Los especimenes se sometieron a
tracción, lo cual permitió identificar el tipo de falla de cada uno.
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Palabras claves:
Esfuerzo de adherencia, concreto reforzado, longitud de desarrollo, esfuerzo de fluencia.
ABSTRACT
Control the bond between concrete and steel is fundamental for construction of save and
functional structures The present work presents an experimental evaluation about the effect of
fibers, concrete cover, diameter and rugosities of steel bars on the variation of bond between
steel and concrete based on 18 specimens with different dimensions and steel characteristics,
prepared from concrete with a resistance concrete of 20 Mpa. The specimens was subjected to
tensile forces, which permit identify the kind of failure for each specimen.
Key Word
Bond stress, reforced concrete, development length, yield stress.
INTODUCCIÓN
El concreto armado es un material estructural que ha permitido el desarrollo de la infraestructura
mundial (Domínguez Ramírez, 2013). El concreto por sí solo, es un material con alta
resistencia a compresión, pero con baja resistencia a la tensión; para conseguir que el concreto
soporte cargas a tensión y a compresión, es necesario reforzarlo con un acero dúctil que aporte
resistencia a la tensión; sin embargo, no solo con reforzarlo se consigue que los materiales
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trabajen en conjunto; para conseguirlo se debe garantizar adherencia entre los materiales
(McCormac, 2005). Por medio del fenómeno de la adherencia se trasmiten esfuerzos de
tracción entre el acero y el concreto, (Huelva, 2005), consecuentemente los materiales se
deforman proporcionalmente respecto al eje neutro, bajo diferentes condiciones, tales como
cargas, corrosión, altas temperaturas, fluencia, contracción, entre otras (Hasan & Semsi,
2013).
La adherencia entre el acero y el concreto se puede dar por tres mecanismos: adhesión
química, fricción, y/o aplastamiento del concreto por corrugaciones de las varillas, siendo el
último el que aporta más adherencia entre los materiales (Harmsen, 2005). Para asegurar que
un mecanismo se desarrolle y se pueda presentar adherencia se deben controlar varios factores,
como lo son: diámetro de la barra de acero, espesor de recubrimiento del concreto, longitud de
desarrollo, presión de confinamiento lateral, entre otros (Garzón, Almeida, Khalil, & Debs,
2008).
Respecto a los efectos del diámetro y el recubrimiento en la adherencia entre el acero y el
concreto Molina, Gutiérrez y García (2004) realizaron un estudio, cuyos ensayos fueron
orientados a evaluar la adherencia de especímenes de concreto reforzado con diferentes
recubrimientos a barras de acero de diferentes diámetros. Del estudio obtuvieron que la
tensión máxima de adherencia local aumenta con el recubrimiento hasta una cierta relación
recubrimiento- diámetro igual a 4, el aumento después de este límite no les mostro influencia
en la adherencia; con estos resultados dedujeron que partir de esta relación se garantiza la
formación del anillo de tracciones en el concreto estructural que equilibra las fuerzas de
adherencia, es decir al alcanzar recubrimiento- diámetro igual a 4, el concreto se fisura
externamente.
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El uso de microfibras en la mezcla de concreto ha incentivado la investigación, ya que
conceptualmente se afirma que acon la adición de estas se incrementa el comportamiento
dúctil del concreto y mejora las propiedades mecánicas. Frente a este tema Haddad, Al-Saleh,
& Al-Akhras (2008) realizaron su estudio del efecto de la alta temperatura, en concretos
reforzados con contenido de 2% en volumen de fibras, del cual determinaron que el concreto
con fibras tiene un efecto positivo bajo la influencia de altas temperaturas, aumentando la
adherencia en un 23 % respecto a concretos convencionales. Por otro lado (Söylev, 2011)
también involucro el uso de microfibras en la investigación, afirmó que los concretos
reforzados con contenido de fibras aumentan la adherencia entre el concreto y el acero, siendo
el aporte muy variable de acuerdo al tipo de fibras empleado, particularmente en su caso de
estudio las fibras de acero con una densidad de 40 kg/m3 fueron las que mejor
comportamiento mostraron en cuanto al mejoramiento de la adherencia.
Mediante el presente estudio se pretende evaluar la influencia del diámetro de barra de
refuerzo, el recubrimiento del acero, la rugosidad de la barra y la presencia de microfibras en
el fenómeno de adherencia entre el acero y el concreto.
METODOLOGÍA
1. Materiales
Para la preparación de concreto simple se usó: cemento gris argos tipo I con una densidad de
2.98 gr/cm3 y las características presentadas en la Tabla 1; agregado grueso de ¾ de pulgada
con una masa unitaria suelta de 1380.5 kg/cm3, masa unitaria compactada de 1510,1 Kg/cm3
y una absorcion de 1.66%; agregado fino con masa unitaria suelta de 1378 Kg/cm3, masa
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unitaria compactada de 1451 Kg/cm3 y un porcentaje de absorcion de 3.2. Ademas, por
limitación de tiempo fue necesario el uso de un acelerarte de fraguado para alcanzar la
resistencia a la compresión 7 días antes.
Tabla 1 Ficha técnica cemento Argos tipo I
Parámetros químicos Porcentaje oxido de magnesio 6% Porcentaje trióxido de azufre 3,5 % Porcentaje oxido de magnesio 7%
Parámetros físicos Fraguado inicial mínimo 45 min Fraguado final máximo 420 min
porcentaje de expansión en agua 0,02% Resistencia a los tres días 16 Mpa Resistencia a los siete días 28 días Resistencia a los 28 días 26 Mpa
Fuentes:(Argos Colombia)
Se emplearon los mismos materiales mencionados anteriormente con la adicion de fibras de
acero Dramiz en porporcion de 1% del volumen total para la preparación de concreto simple
con macrofibras.
Se emplearon 10 varillas de acero N.2 (diámetro nominal 6,4 mm, área nominal 32mm2) de
una longitud de 80 cm y 10 varillas de acero N.4 (diámetro nominal 12,7 mm, área nominal
129 mm2) de una longitud de 80 cm, para reforzar 20 especímenes de ensayo. La rugosidad de
las barras variaba para cada espécimen. (Ver Tabla 2)
Los especímenes se fundieron empleando 16 moldes de 40 mm x 40 mm x 600 mm, de ancho,
alto y largo respectivamente, y 4 moldes de 80 mm x 80 mm x 600 mm, de ancho, alto y largo
respectivamente.
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2. Programa experimental
El programa experimental se realizó para evaluar diferentes factores que afectan la adherencia,
y como estos en conjunto pueden aportar o perjudicar el comportamiento de una estructura.
Los factores ivolucrados fueron: a) Rugosidad de las barras de refuerzo, b) Diámetro de las
barras de refuerzo, c) Recubrimiento de las barras de refuerzo y d) contenido de macrofibras
de acero.
2.1. Elaboración de los especimenes
Para evaluar los factores se realizarón 20 especimenes con diferentes caracteriticas , en la
Tabla 2 se presenta las especificaciones de cada uno de los especimentes.
Tabla 2: Especímenes elaborados
No. Espécimen
Designación de la varilla
Diámetro de la varilla (mm))
Rugosidad de la varilla
Macro-Fibras S/N
sección del espécimen (mm*mm)
Recubrimiento (mm)
1 No 2 6,4 LISA NO 40*40 16,8
2 No 2 6,4 LISA NO 40*40 16,8
3 No 4 12,7 LISA NO 40*40 13,65
4 No 4 12,7 LISA NO 40*40 13,65
5 No 2 6,4 CORRUGADA NO 40*40 16,8
6 No 2 6,4 CORRUGADA NO 40*40 16,8
7 No 4 12,7 CORRUGADA NO 40*40 13,65
8 No 4 12,7 CORRUGADA NO 40*40 13,65
9 No 4 12,7 LISA SI 40*40 13,65
10 No 4 12,7 LISA SI 40*40 13,65
11 No 2 6,4 LISA SI 40*40 16,8
12 No 2 6,4 LISA SI 40*40 16,8
13 No 4 12,7 CORRUGADA SI 40*40 13,65
14 No 4 12,7 CORRUGADA SI 40*40 13,65
15 No 2 6,4 CORRUGADA SI 40*40 16,8
16 No 2 6,4 CORRUGADA SI 40*40 16,8
17 No 4 12,7 CORRUGADA NO 80*80 33,65
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18 No 4 12,7 CORRUGADA NO 80*80 33,65
19 No 2 6,4 CORRUGADA NO 80*80 36,8
20 No 2 6,4 CORRUGADA NO 80*80 36,8
2.2 Proceso de carga y falla de los especímenes
El proceso de carga y falla se realizó con la máquina universal de ensayos Versa Tester de la
Universidad de la Salle, La prueba consistió en la aplicación de cargas en los extremos de las
barras de acero para alcanzar su esfuerzo de fluencia, similar al ensayo descrito en la NTC-
3353. Finalmente, obteniendo resultados de deformación, carga ultima y esfuerzo calculado
en el área de la barra, además de parámetros cualitativos que reflejan el comportamiento de
adherencia.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
Análisis de los tipos de falla
Análisis de especímenes con tipología de falla pull-out (pérdida de adherencia).
Para los especímenes N.3, N.4, N.9 y N.10 con recubrimiento de 40 mm y varilla lisa N.4 la
tipología de la falla mostrada en la Figura 1 corresponde a una falla pull-out, es decir hay un
desprendimiento de la varilla del medio y no se generan fisuras externas en el concreto.
Las barras quedaron libres con respecto al concreto, ya que la longitud de desarrollo alcanzada
no cumple el mínimo requerimiento para que el acero desarrolle su esfuerzo de fluencia,
principalmente por la falta de corrugaciones. Por tanto haría falta una longitud embebida
mayor para que los esfuerzos que son desarrollados en la superficie de la varilla de acero
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logren compensar el efecto que producen las corrugaciones, conociendo que la unión química
y la fricción mecánica son relativamente débiles.
Cuando estas fuerzas de adherencia y la fricción son superadas por el esfuerzo producido por
tracción, ocurre el deslizamiento. Para evitar esto, se podrían además usar ganchos, pero
surgiría un problema adicional que tiene que ver con la concentración de esfuerzos en puntos
cercanos a los ganchos. Visto de otra forma se debería adicionar un esfuerzo de tracción en la
superficie de la varilla lisa, aumentando la longitud de desarrollo y conformando una traba al
deslizamiento. Aun así actualmente no está permitido el uso barras lisas, solo barras
corrugadas para refuerzos en vigas ya que las estrías de las barras corrugadas producen un
incremento en la fuerza de fricción y por lo tanto aumento de la resistencia de adherencia.
Figura 1 Tipología de la falla donde la barra se deslizo sin grietas.
Análisis de la fisuración del concreto debido a la adherencia.
En el momento en que se aplica una carga F a la barra de acero, inmediatamente se presenta
una fuerza en sentido contrario definida como μ * (At *Ld), donde μ es un esfuerzo de
adherencia entre ambos materiales, At es el área radial de la barra y Ld la longitud embebida
en el concreto. Para que se generen grietas en el concreto, la deformación unitaria en el mismo
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(εc) debe llegar a 0.003 y resistencia a tracción de concreto debe ser superada, es decir, μ
debe ser mayor a 0,1*f´c.
Entonces, μmax = 0.1* f´c.
Por ley de Hooke, f´c = Ec*ε
Se plantea equilibrio y se obtiene:
�� � � �� � � � � � � � � � ���� ��
Ecuación 1
Despejando Lb.
�� � ����
�� � � � � � � � � �
Ecuación 2
Evaluamos la longitud necesaria para que las barras de acero alcancen el esfuerzo de fluencia
y se presente una deformación en el concreto de 0.003 mm/mm; se tiene que para un diámetro
nominal de 12,7 la longitud de desarrollo (Ld) debe ser 259,528 mm.
La longitud embebida de los especímenes 7,8 y 13,14 fue de 600 mm, longitud suficiente para
que el acero desarrolle su esfuerzo de fluencia ya la deformación en el concreto llegue a su
punto máximo generando fisuras a lo largo de la sección como se muestra en la figura 2.
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Figura 2 Falla por fisuración causada por longitud de desarrollo
Análisis confinamiento del acero en el concreto por efecto del recubrimiento
El concreto reforzado debe tener un recubrimiento mínimo sobre las varillas de acero para
protegerlo y para asegurar que no se van a provocar fisuras ante el efecto de cargas sobre el
elemento, aun así para asegurar que el concreto reforzado se comporte de manera que muestre
avisos claros de su falla, se debe asegurar que el recubrimiento no sea tal, que no presente
fisuras ante la aplicación de una carga a tracción por el extremado confinamiento en el que
embebió la barra de acero y pueda fallar repentinamente por la ruptura del acero. Para
determinar el punto en que el recubrimiento no permite una falla dúctil con fisuras en el
concreto se analizó el modelo propuesto por Tepfers (1973), donde se propone un anillo de
tensiones donde son transferidas las cargas que se generan en la extracción de la varilla de
acero.
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Figura 3 Distribución de los anillos de tensión en el concreto. (Tepfers, 1973)
Al aplicarse un esfuerzo traccionante, se genera una tensión de adherencia (τb) y un
componente de tensión radial de adherencia (τbr= τb * tan α) en el concreto que deben ser
contra restados por una fuerza de fricción producida sobre la barra de acero a lo largo de su
longitud de desarrollo y una fuerza normal a la varilla que se define como la resistencia a
cortante del concreto.
���
�� � �� � ���
����� � �� � �� � ��
Ecuación 3
En donde ��= es el módulo de elasticidad del acero, ��=deformación unitaria del acero, As=
área de acero transversal, ��= es el módulo de elasticidad del concreto, ��=deformación
τb
α
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unitaria del concreto, Al= área de contacto entre el acero y el concreto.
Figura 4 espécimen con falla en el acero por ruptura.
Considerando el Vc =���� � �� � � !� � "# � $, se determinó que a medida que el espesor
aumenta la resistencia a la tensión del concreto aumenta hasta un punto que supera la
resistencia a tensión del acero (τb>fy*as) por lo que la falla ocurre de manera repentina en el
acero sin que se presenten fisuras en el concreto.
En los especímenes No. 1, 2, 5, 6, 11, 12, 15, 16, 17 y 18 se observó como el recubrimiento
permitió que se desarrollara un esfuerzo de tracción mayor que el esfuerzo de tracción del
acero, fallando de manera repentina por ruptura del acero.
Análisis de la influencia de las variables
Para el análisis de las variables presentadas que inciden en la adherencia se realizaron cuatro
(4) series de comparación. La primera, es la variación de diámetro nominal que relaciona las
probetas 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8. La segunda es la adición de fibras de acero que relaciona las
probetas 5, 6, 7, 8, 13, 14, 15, y 16. La una tercera es la variación de recubrimiento que
relacionas las probetas 5, 6, 7, 8, 17, 18, 19, y 20 y la 4 seria corresponde a la variación del
corrugado de las varillas donde todas las varillas tuvieron un homólogo en iguales condiciones
pero con diferenciación en corrugado.
Serie 1. Efecto de la variación del diámetro nominal
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El diámetro nominal del acero de refuerzo es uno de los factores más importante en el cálculo
de la longitud de desarrollo. En la Figura 5 Fuerza vs Deformación de los ensayos
representativos, se encuentran los resultados de fuerzas y deformaciones, arrojados por los 10
especímenes en la maquina universal. Se observa que existe un grupo de 5 curvas que poseen
mayores deformaciones y fuerzas máximas más grandes. Esto es debido a que la mitad de
estas vigas tienen acero de refuerzo con diámetro nominal de 6,4 mm, es decir una barra No.
2; mientras que las restantes su refuerzo tiene un diámetro nominal de 12,7 mm, que
corresponde a una barra No.4. Se puede apreciar claramente el efecto del diámetro de la barra
en el punto de fluencia y la fuerza máxima. En conclusión a mayor diámetro, mayor fuerza
resiste la barra a la fluencia y adicionalmente presenta mayores deformaciones.
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Figura 5 Fuerza vs Deformación de los ensayos representativos
Se observó que al aumentar el diámetro nominal de la barra, se incrementó la fuerza máxima
en aproximadamente al doble. Esto es válido comparando dos especímenes en las mismas
condiciones donde solamente varía el diámetro nominal y se comprobó con la ecuación:
τ=Afy., en la cual si se aumenta al doble el diámetro nominal, directamente la fuerza en una
proporción igual.
A partir de la Ecuación 4 se dedujo que el diámetro es directamente proporcional a la longitud
de desarrollo, esto se vio reflejado en los especímenes de menor diámetro nominal (6,4 mm),
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
Fu
erz
a (
KN
)
Deformacion (mm)
Fuerza vs Deformacion
Especimen 2 (No.2 Lisa) Especimen 3 (No.4 Lisa) Especimen 5 (No.2 Corrugada)
Especimen 7 (No.4 Corrugada) Especimen 9 (No.4 Lisa) Especimen 12 (No.2 Lisa)
Especimen 14 (No.4 Corrugada) Especimen 16 (No.2 corrugada) Especimen 18 (No.4 Corrugada)
Especimen 19 (No.2 Corrugada)
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en los cuales no hubo desprendimiento del acero de refuerzo, y los especímenes de diámetro
mayor (12,7 mm), donde algunos presentaron desprendimiento. La explicación está en que a
mayor diámetro nominal, se requiere una mayor longitud de desarrollo. Lo anterior quiere
decir que las barras No.2 desarrollaron su esfuerzo de fluencia mientras que las barras No.4 no
lo hicieron, debido a que requería una mayor longitud del acero embebida en el concreto.
��% � &'$(
')*+)!,
Ecuación 4
Serie 2. Efecto de la adición de fibras de acero en la mezcla.
Las Macro-fibras son elementos discretos que generalmente se distribuyen aleatoriamente en
la masa del hormigón para mejorar el comportamiento del concreto cuando es sometido a
cargas de tracción principalmente, con base en esto se hicieron comparaciones directas entre
probetas con el mismo diámetro de varilla y mismo recubrimiento, pero con la inclusión, en la
mezcla, de un porcentaje en volumen de Macro-fibras. Para establecer la influencia de las
macrofibras, se caracterizaron los tipos de falla de las probetas No. 5, No. 6, No. 7 y No. 8
que no tenían adición de macrofibras versus las probetas No. 13, No. 14, No. 15 y No. 16 que
tenían un 1% en volumen de macrofibras en la mezcla, para ambos casos se varió el diámetro
del acero de refuerzo entre ¼ y ½ de pulgada.
Se obtuvo que los especímenes con diámetros de ¼ de pulgada (6.4 mm) no fueron
influenciados por la inclusión de la adherencia ya que ninguno mostró fisuras en el concreto y
su comportamiento y resistencia última fueron similares.
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La Figura 6 muestra el número de fisuras que hubo en los especímenes No.7 y No.14. Los
especímenes con diámetros de ½ de pulgada (12.7 mm) No. 7 y No. 8 sin macrofibras,
presentaron entre tres y cuatro grietas transversales de gran magnitud distribuidas a distancias
equitativas a lo largo de la probeta como se muestra en (Figura 7), y fisuras longitudinales
bien desarrolladas entre las fisuras transversales.
Figura 6 Efecto de las macrofibras en el número de fisuras de los especímenes No.7 y No.14
En los especímenes No. 13 y No. 14 con diámetros de ½ de pulgada y con macrofibras, se
presentaron pequeñas fisuras transversales a lo largo de la probeta pero solo se desarrolló una
fisura transversal aproximadamente en la mitad de la longitud de la probeta con pequeñas
fisuras longitudinales a partir de esta (Figura 9). Además se presentaron pequeñas fisuras
longitudinales en los contactos con las mordazas, con longitudes aproximadas entre 5 a 8 cm.
0
1
2
3
4
5
N°
de
fis
ura
s
Especimen No.7 Especimen No.14
Sin
Macrofibras
Con
Macrofibras
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Figura 7 Falla por fisuración en el concreto en espécimen No. 8.
La carga máxima para la probeta N-7 fue de 65869 Newton (6,72 Toneladas) y para la N-8
de 72657,33 Newton (7,41 Toneladas) con un valor promedio de carga de 7,065 Toneladas y
el valor promedio de carga máxima para las probetas N-13 Y N-14 es de 7,74 Toneladas
(Figura 8).
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Figura 8 Fuerza vs Deformación de los especímenes 7 y 14
Esta figura muestra que el acero de estos dos especímenes se comportó de manera similar, con
fuerzas máximas superiores a los 50000KN. Los especímenes No. 7 y No. 14 tenían el mismo
diámetro de refuerzo (barra No. 4), eran corrugadas y con un recubrimiento de 40mm.
Diferenciándose en la adición de microfibras en el espécimen No. 14. Al principio los dos
especímenes se comportan de manera similar, en el momento en que se alcanza una fuerza de
51300 KN, fluye el acero del espécimen No.7 y se presenta la primera fisura del concreto,
mientras que el espécimen No.14 alcanza una resistencia de 64000 antes de presentar grietas.
Por medio del análisis de las fuerzas últimas obtenemos un aumento en la capacidad de carga
con adición de Macro- fibras de:
Aumento capacidad de carga (Ac):
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Fu
erz
a (
KN
)
Deformacion (mm)
Fuerza vs Deformacion
Especimen 7 (No.4 Corrugada) Especimen 14 (No.4 Corrugada)
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�� �-./0.�1/2345�675�89 : �-./0.�1/2345�75;9
-./0.�1/2345�75;9� ���
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Es decir la resistencia aumentó un 9,554% con una dosificación del 1% en Volumen de
Macro-fibras en la mezcla.
Figura 9 Falla por fisuración en el concreto con macrofibras en espécimen No. 13.
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La ausencia de múltiples fisuras en los especímenes No. 13 y No. 14 evidencia la mejora en
la resistencia a tracción del concreto, disminuyendo la propagación de las fisuras por efecto de
la transferencia de esfuerzos que existe entre fisuras por la presencia de macrofibras entre
ellas. Esto incrementa el aporte del concreto a la resistencia a tracción y permite que aun
después de la fisuración el concreto siga aportando una resistencia. Los especímenes con de
diámetros 12,7 mm y con macrofibras desarrollaron mayores esfuerzos de adherencia; a
diferencia de las probetas sin macro fibras ya que permitieron una mejor transferencia de
esfuerzos aun después de la fisuración.
Serie 3. Efecto variación de recubrimiento
La tensión media de adherencia local se calcula como la carga aplicada en el ensayo dividida
por la superficie adherente de la barra (Diámetro Nominal de la barra mm; longitud adherente
mm). (M. Molina, 2003)
Figura 10 Relación del esfuerzo de adherencia con el recubrimiento
En la gráfica se presenta la influencia del recubrimiento en la adherencia, para el mismo
diámetro nominal de 12,7 se observa que el aumento en el recubrimiento es directamente
proporcional al esfuerzo de adherencia debido a un confinamiento pasivo que realiza el
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
20.000
30 40 50 60 70
Esf
ue
rzo
Ad
he
ren
cia
(M
pa
)
Recubrimiento (mm)
Diametro 6,4 mm
Diametro 12,7
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concreto sobre la barra. Sin embargo, existe un límite; para un diámetro inferior de 6,4 mm y
un recubrimiento mayor este confinamiento es excesivo generando una compresión sobre la
barra tal que no permite su longitud de desarrollo, es decir, no se presenta fluencia en la
longitud que se encuentra embebida
Figura 11 Falla por fluencia.
Serie 4. Efecto del corrugado en la longitud de desarrollo
Figura 12 Comparación superficie de las barras en esfuerzo de adherencia.
La presencia de corrugaciones en las barras evidencia un mayor efecto de resistencia a la
carga aplicada, producto del anclaje en el concreto. Gráficamente (Figura 12), se observa que
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
5 7 9 11 13 15
Ca
rga
Ult
ima
Tra
ccio
n (
N)
Diametro Barras (mm)
BARRAS LISAS
BARRAS CORRUGADAS
Linear (BARRAS LISAS)
Linear (BARRAS
CORRUGADAS)
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para un mismo diámetro nominal la magnitud de carga, antes de la falla, es mayor. Sin
embargo, en las barras lisas se observa una resistencia de carga aplicada, consecuencia de la
adhesión química entre el concreto y la superficie de la barra, esta resistencia varía ente
1.3729 Mpa y 2.059 Mpa (Harmsen, 2005). En la Figura 13 se presenta la falla de adherencia
en barras lisas cuando se supera este valor, ocasionando que la barra se deslice sin encontrar
resistencia XXX.
Figura 13 Deslizamiento de la barra.
Las corrugaciones en las barras disminuyen los problemas de adherencia que presentas las
barras completamente lisas, pues cuando se supera adhesion quimica, la corrugacion reacciona
como un anclaje mecanico en la superficie del concreto.
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Figura 14 Vista del relieve formado por el concreto dentro del corrugado del acero.
En la Figura 14 se puede apreciar como el concreto sufrió un aplastamiento en las caras
cercanas al relieve del acero, lo que confirma la presencia de fuerzas cortantes entre los
relieves de la varilla de acero, aun así el concreto no falló dado que la longitud de desarrollo
era suficiente para que el acero desarrollara su esfuerzo de fluencia máximo.
CONCLUSIONES
La longitud de desarrollo está directamente relacionada con las características geométricas de
la varilla de acero, se comprobó que una disminución en el perímetro de la varilla disminuye
la longitud de desarrollo necesaria para que se desarrolle un esfuerzo de fluencia en el acero.
Las macrofibras pueden disminuyen la fisuración del concreto ante esfuerzos de tracción por
lo que una mayor longitud de desarrollo es necesaria para asegurar que la resistencia del
concreto no va a superar resistencia a fluencia de las varillas de acero.
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La adición de macrofibras mejora la resistencia a tracción del concreto, disminuyendo la
propagación de las fisuras por efecto de la transferencia de esfuerzos que existe entre las
mismas. Esto incrementa el aporte del concreto a la resistencia a tracción y permite que aun
después de la fisuración el concreto siga aportando una resistencia, ya que las macrofibras
trasmiten los esfuerzos a través de las fisuras.
El aumento en el recubrimiento de concreto en los especímenes ocasionó que se produjeran
fallas en el acero sin previo aviso en la estructura de concreto, esto se debió a que los
esfuerzos internos que es capaz de soportar el concreto por el aumento del recubrimiento
superaron los esfuerzos de fluencia y falla del acero. Esto no es deseable en una edificación ya
que ante un evento que lleve al acero a su esfuerzo máximo de fluencia las vigas fallaran
repentinamente y podrá colapsar la edificación sin previo aviso.
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