Empalmes por traslapo - Hierro

Hierro para la Construcción. 

Empalmes por traslape.
Longitud de desarrollo.

Como un dogma, hemos aceptado fielmente que el empalme por traslape o traslapo de las varillas longitudinales en las armaduras para concreto reforzado, es de 30 Ø de la varilla base o diámetro base. Este traslapo que afecta a ambas varillas, lo calculamos como "ld" o Longitud de Desarrollo.

En el reglamento y cometario de la norma ACI 318 -14 español, respecto a Concreto Reforzado, puede encontrarse las ecuaciones de cálculo de ampalmes por traslapo para armaduras que trabajan a tracción o tensión y a compresión.

Sin embargo; hay norma local a seguir: AGIES NSE 4-10.

En esta entrada; trataremos lo relativo a los empalmes por traslapo para varillas de hierro en la construcción, sugeridas por AGIES (Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica); y, en la parte final, trataremos el tema desde la apreciación del ACI.

Para poder comprender la relación estructural, es importante aclarar lo siguiente:

Las Columnas trabajan a Flexión y Compresión. 

Las Vigas trabajan a Tracción o Tensión, y a Compresión.

AGIES NSE 4-10:

4.3.1 Barras de refuerzo

4.3.1.1 Las barras de refuerzo deben cumplir con la norma NTG 36011(ASTM C915 ). Se prefieren  corrugadas porque mejora la adherencia entre el concreto y el acero.

4.3.1.2 La resistencia del refuerzo puede ser de 280 MPa (2,800 kg/cm2 ó grado 40), 420 MPa (4,200 kg/cm2 ó grado 60) ó 500 MPa (5,000 kg/cm2 ó grado 70), alta resistencia, de conformidad con norma NTG 36011.

4.3.1.3 El refuerzo denominado localmente como de grado 33 o comercial no debe usarse en vista que no posee ductilidad ni uniformidad y por el alto grado de variabilidad en resistencia, y dimensiones.

Las barras de refuerzo de 280 MPa (2,800 kg/cm2 ó grado 40) y/o 420 MPa (4,200 kg/cm2 ó grado 60) se identifican por números. (Este número es determinado por el perímetro de su sección en cm; ejemplo: (0.0254 X 3/8) X PI = 0.03 X 100 = 3 y sucesivamente).

4.3.1.11 El alambre usado para amarre debe tener un diámetro de 0.0625 ó 0.0800 pulgadas (1.59 á 2.03 mm), o calibre equivalente. No se permite el soldado de las intersecciones de barras de refuerzo.

Tabla 4-1

NÚMERO Y DIÁMETRO DE BARRAS MAS USADAS

EN LA CONTRUCCIÓN DE VIVIENDAS

4.3.1.13 El empalme de las barras será permitido donde lo indiquen los planos. Hasta donde sea factible, los empalmes en tensión deben localizarse alejados de los puntos de momento máximo o de las zonas de altos esfuerzos de tensión.

4.3.1.14 A menos que se indique de otra forma en los planos, la longitud del traslape en tensión, debe ser no menor de 24 y 36 diámetros de barra para barras de 280 MPa (2,800 kg/cm2 ó grado 40) ó menos, ni menor de 200 mm. La media de ambos diámetros nos devuelve 30 diámetros: (24+36)/2 = 30 Ø.

4.3.1.15 Los empalmes en zonas donde el esfuerzo crítico es de compresión y cuando se utilice concreto de 21 MPa (210 kg/cm² ó mayor), el traslape debe ser no menor de 20 y 25 diámetros de barra para barras 280 MPa (2,800 kg/cm² ó grado 40) ó menos y 420 MPa (4,200 kg/cm² ó grado 60) respectivamente, ni

menor de 200 mm. En concreto de clase inferior a 21 MPa (210 kg/cm²), las longitudes de traslape anteriores deben incrementarse en 1/3. 

Entonces; aclarando: Para concreto de 3,000 PSI o superior, armaduras con varillas grado 40, utilizar 20 Ø.

Y para 3,000 PSI con varillas grado 60, 25 Ø.

Si la resistencia del concreto es inferior a 3,000 PSI, no importando el grado del acero, el traslape de las varillas debe incrementarse 1/3 de las dimensiones descritas.

Veamos:
20 X 1.33333 = 26.666 Ø. Si el concreto es >= 3000 PSI, no importa el grado de la varilla.

25 X 1.33333 = 33.333 Ø. Si el concreto es <= 3000 PSI, no importa el grado de la varilla.

(26.666 + 33.333)/2 = 30 Ø. Mucha coincidencia, no?

4.3.1.16 En los empalmes de traslape, las barras deben colocarse en contacto entre sí y amarrarse con alambre, de tal manera, que mantengan la alineación de las mismas y su espaciamiento, dentro de las distancias libres mínimas especificadas, con relación a las demás barras y a las superficies del concreto.

4.3.1.17 Las barras no deben quedar torcidas ni tener curvaturas no especificadas al fundir el concreto.

01. Tabla de conversión de kg/cm² a PSI y MPa

ACI 318 - 14 español:

25.5 — Empalmes R25.5 

25.5.1 Generalidades

REGLAMENTO:

25.5.2 Longitudes de empalme por traslapo de barras y alambres corrugados a tracción

25.5.2.1 La longitud de empalme por traslapo en tracción, lst, para barras y alambres corrugados a tracción debe ser la requerida por la Tabla 25.5.2.1, donde ld se obtiene de acuerdo con 25.4.2.1(a).

        25.4.2.1 La longitud de desarrollo para barras corrugadas y alambre corrugado en tracción, ld , debe ser la mayor de (a) y (b):

                    (a) La longitud calculada de acuerdo con 25.4.2.2 ó 25.4.2.3 usando los factores de modificación de 25.4.2.4

                    (b) 12 pulg.

25.4.2.3 Para barras corrugadas y alambres corrugados ld debe ser:                                    

en donde el término de confinamiento (cb + Ktr )/db no debe tomarse mayor a 2.5 y;

en donde n es el número de barras o alambres que se empalman o desarrollan dentro del plano de  hendimiento. Se puede usar Ktr = 0 como una simplificación de diseño aún si hay refuerzo transversal presente.

Tabla 25.5.2.1— Longitud de empalme por traslapo de barras y alambres corrugados a tracción

25.5.2.2 Cuando se empalman por traslapo barras de diferente diámetro en tracción, la longitud del empalme por traslapo, lst, debe ser la mayor distancia entre el ld de la barra de mayor tamaño y el lst de la barra de diámetro menor tamaño. 

25.5.5 Longitud de empalme por traslapo de barras corrugadas a compresión

25.5.5.1 La longitud de un empalme por traslapo en compresión, lsc , de barras corrugadas No. 11 o menores sometidas a compresión, debe determinarse de acuerdo con (a) o (b):

    (a) Para f'y <= 60,000 lb./pulg²: lsc es la mayor de 0.0005 f' ydb y 12 pulg. (= 30 Ø o en su defecto; 0.3048 m).

    (b) Para f'y > 60,000 lb./pulg²: lsc es la mayor de (0.0009 f'y - 24)db y 12 pulg. (= 30 Ø o en su defecto; 0.3048 m).

Las ecuaciones del ACI 318 son admisibles para edificaciones de 1 o más niveles.

            Nótese que:  f´y = 60,000 lb/pulg² (PSI) = grado 60 para el acero. Si es menor, la fórmula (a); si es mayor la fórmula (b). No obstante, en ambas el resultado final es el mismo: 30 Ø de traslapo. Excepto que; en el ACI referencia que el grado del acero es 60. Es decir 60º C para la fluencia mínima en 60,000 PSI. Límite de fluencia máximo en 78,000 PSI. Resistencia a la tensión máxima: 80,000 PSI. . 

Para f'c < 3000 lb./pulg², la longitud del empalme por traslapo debe incrementarse en un tercio.(Lo mismo que indica AGIES NSE 4-10).

CONCLUSIONES:
1. Sobre la norma AGIES NS 4-10:

    Hay que observar que la norma se refiere a construcción de viviendas que no sobrepasen los 2 niveles.

2. Sobre la norma ACI 318 14 español:

    Es un tanto complejo de comprender los enunciados, pero, hemos aclararado en las notas mostaza el famoso dogma que siempre aceptábamos como verdadero e indiscutible.

3. Para ambos casos, es válido 30 Ø de traslape o traslapo; no importando el grado de fluencia del acero ni la resistencia a la compresión a 28 días del concreto.

    

Bibliografía:

1. Normas de Seguridad Estructural de Edificaciones y Obras de Infraestructura para la República de Guatemala. AGIES NSE 4-10 Requisitos prescriptivos para vivienda y edificaciones menores de uno y dos niveles.Guatemala, 2001.

2. Comité ACI 318, Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318RSUS-14 Español), Segunda Impresión. Enero de 2015. Farmington Hills, U.S.A.