La importancia de la adherencia en el hormigón/concreto reforzado es fundamental. La idea de hormigón armado en una hipótesis en la cual el acero “resbala” en la superficie del hormigón se antoja inviable.
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Importancia de la adherencia en el hormigón/concreto reforzado
Uno de los puntos importantes a considerar y una de las grandes ventajas que se presentan en elementos de concreto (hormigón) reforzado es la adherencia existente entre el concreto y las barras de refuerzo.
Debido a esta adherencia ambos materiales quedan ligados entre sí.
Al no existir adherencia, el comportamiento del elemento difiere mucho del comportamiento esperado al momento del diseño provocando daños en la estructura.
Esto se deberá al movimiento relativo del acero respecto al hormigón.
El logro de un comportamiento adecuado en adherencia es un aspecto importante del dimensionamiento de elementos de concreto reforzado.
Sin embargo, hoy en día, nuestro conocimiento del fenómeno de adherencia es aún un poco escaso, especialmente en lo que se refiere a la determinación de los esfuerzos internos y a los mecanismos de fallas por adherencia.
Experimentalmente se han encontrado métodos para estimarse manera aproximada los esfuerzos de adherencia en casos particulares, pero estos métodos no toman en cuentan todas las variables que pueden intervenir y sus efectos no han podido ser cuantificados en forma definitiva.
¿Por qué se presentan esfuerzos de adherencia en los elementos de hormigón reforzado?
Los esfuerzos de adherencia se presentan en los elementos de concreto reforzado por dos motivos:
- La de proporcionar un anclaje adecuado para barras
- La variación de fuerzas en éstas debido a la variación del momento a lo largo del elemento.
Naturaleza de la adherencia en hormigón reforzado
La adherencia o resistencia al deslizamiento tiene su origen en los fenómenos siguientes:
- Adhesión de naturaleza química entre el acero y el concreto.
- Fricción entre la barra y el concreto, que se desarrolla al tender a deslizar la primera.
- Apoyo directo de las corrugaciones de las barras sobre el concreto que las rodea.
Barras lisas frente a barras corrugadas.
En barras lisas sólo existen las dos primeras contribuciones.
Como su aportación a la resistencia al deslizamiento es mucho menor que la debida al apoyo de las corrugaciones sobre el concreto, la adherencia con frecuencia era un factor crítico en el diseño cuando las barras lisas eran de uso común.
La introducción de las barras corrugadas ha aliviado considerablemente los problemas de adherencia.
Además, el mejor comportamiento en adherencia de estas barras ha hecho menos crítico el anclaje en los extremos que con las barras lisas y ha disminuido los agrietamientos y deformaciones con respecto a los usuales en éstas.
Aunque en las barras corrugadas la adhesión y la fricción también contribuyen a la adherencia, la aportación más importante corresponde a las corrugaciones.
Es más, la adhesión se rompe al ocurrir pequeños deslizamientos de las barras dentro del concreto antes de que las corrugaciones se apoyen contra el concreto.
En la figura 1 se muestra en forma simple el mecanismo mediante el cual se transmiten fuerzas entre el concreto y las barras, cuando éstas tienen corrugaciones.
Las componentes normales a las barras de las fuerzas (figura 1.1c), originan tensiones que tienden a producir agrietamientos longitudinales con configuraciones semejantes a las ilustradas en la figura 2.
Las fallas de adherencia en barras corrugadas suelen ocurrir cuando estos agrietamientos longitudinales alcanzan una magnitud tal que permiten el deslizamiento de las barras.
¿por qué el uso de barras corrugadas?
El aspecto corrugado de las barras de acero de refuerzo en el concreto permite la mejor adherencia a los materiales aglomerantes de la mezcla-
Adicionalmente, inhiben el movimiento relativo longitudinal entre la varilla y el concreto que la rodea, evitando así daños estructurales.
A diferencia de la varilla lisa, estas líneas transversales evitan el escurrimiento o caída del cemento una vez adherido.
Aliviando de manera considerable los problemas de adherencia y ofreciendo un comportamiento más estable y menos crítico en los puntos de anclaje en los extremos del elemento estructural y disminuyendo así los agrietamientos y deformaciones.
Clonclusión sobre la adherencia en el concreto reforzado
La adherencia existente entre el concreto y el acero es un fenómeno básico sobre el que descansa el funcionamiento del concreto reforzado como material estructural.
Si no existiese tal adherencia, las barras de acero serían incapaces de tomar el menor esfuerzo de tracción, ya que el acero se deslizaría sin encontrar resistencia en toda su longitud y no complementaría al concreto en las deformaciones, causando fisuras que conllevarían a su ruptura.
Por lo tanto, la adherencia permite que el acero de refuerzo tome los esfuerzos de tracción, manteniendo la unión entre los dos materiales en las zonas entre fisuras.
Objetivos fundamentales de la adhesión
La adherencia cumple dos objetivos fundamentales que son:
- Asegurar el anclaje de las barras.
- Transmitir las tensiones tangentes que aparecen en la armadura principal como consecuencias de las variaciones de su tensión longitudinal.
Causas que originan la adhesión
Como se mencionó anteriormente el fenómeno de adherencia está originado por dos tipos de causas:
- Unas de naturaleza física (o físico-química) y
- Otras de naturaleza mecánica.
Causas físicas
Provocan la adhesión del acero con el concreto, a través de fuerzas capilares y moleculares.
Es como si el acero absorbiese pasta cementante, ayudado por el efecto de la retracción.
Causas mecánicas
Mucho más importantes, están constituidas por la resistencia al deslizamiento debida a la penetración de la mezcla de cemento en las corrugaciones de la superficie de las barras de acero.
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 concreto entre los resaltos, el cual es de vital importancia (Figura 3).
Mecanismo de la adhesión. Causas
Para finalizar se puede deducir que el mecanismo de la adherencia puede asignarse a tres causas:
- Adhesión.
- Rozamiento (tensiones tangentes en el concreto)
- Y acuñamiento (de las corrugaciones).
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.
El autor del presente artículo es nuestro colaborador para temas de estructuras el Ingeniero Hector Gutiérrez de la empresa Ingett 4x, al que agradecemos su participación en este proyecto.
Para seguir aprendiendo sobre el apasionante mundo de las estructuras te recomendamos que visites nuestro BLOG y más concrétamente el artículo “RESPUESTA SÍSMICA DE ESTRUCTURAS“.
