14_HAP1_AdherenciayAnclaje_2011

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TEMA 14:ADHERENCIA Y ANCLAJE

Grupo de Construcción

Universidade da Coruña

HORMIGÓN ARMADO Y PRETENSADO I CURSO 2010/2011

TEMA 14 – ADHERENCIA Y ANCLAJE HAP I – 2010/2011

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1. Introducción. Métodos de anclaje

Hipótesis básica en HAP: correcta transferencia de tensiones entre hormigón y acero

Anclaje: garantizar la transferencia en los extremos, sin peligro para el hormigón

Tratamiento como estado límite:

1. Norma EHE: se considera dentro del estudio de regiones D (artículos 24 y 40), sin otra consideración particular

2. Normas EH-91 y EH-93: estado límite último


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1. Introducción. Métodos de anclaje

La pérdida de anclaje puede llevar al colapso de la estructura

Posibles fallos de anclaje:

1. Rotura de la adherencia deslizamiento (barras lisas, hormigón de baja resistencia, anclaje insuficiente)

2. Rotura del hormigón (barras corrugadas y hormigón de baja resistencia)

3. Rotura a tracción de la armadura


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1. Planteamiento básico

Adherencia y rozamiento– Armaduras pasivas

– Armaduras activas pretesas (pequeñas unidades)

Sistemas mecánicos– Armaduras activas postesas

– Armaduras pasivas (atados y barras grandes)


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2. Anclaje por adherencia de a. pasivas

Formas de actuación de la adherencia:

1. Contacto– Adhesión química entre hormigón y acero– Sólo válido hasta que se produce el

mínimo deslizamiento2. Rozamiento

– Combinación de rugosidad en el acero y presiones transversales

– Valor del coeficiente. de rozamiento: entre 0,3 y 0,6


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3. Acuñamiento– Acuñamiento del hormigón

entre resaltos de barras corrugadas

– Parámetro fundamental: relación entre altura de resalto (a) y separación (c).

– a/c demasiado grande: posible deslizamiento del hormigón por encima de los resaltos

– a/c demasiado bajo: formación de bielas comprimidas y tirantes fisuras

Óptimo: 0,057 > a/c >0,062 (ASTM)


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Norma: UNE 36068


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2. Factores que influyen en la adherencia

1. Materiales

Acero:– Ligera oxidación favorable (rugosidad)

– Oxidación fuerte desfavorable (formación de capas no adherentes)

– Diámetro de barra mayor adherencia para diámetros menores

Hormigón:– Mecanismos de bielas y tirantes influencia de la

resistencia del hormigón

– Importante: compensación entre estados tensionales de hormigón y acero limitación de la carga en el acero


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2. Geometría: posición de las barras dentro de la pieza (EHE, artículo 69)– Posición I (adherencia buena): para las

armaduras que durante el hormigonado forman con la horizontal un ángulo comprendido entre 45º y 90º o que en el caso de formar un ángulo inferior a 45º, están situadas en la mitad inferior de la sección o a una distancia igual o mayor a 30 cm de la cara superior de una capa de hormigonado.

– Posición II (adherencia deficiente): para las armaduras que, durante el hormigonado, no se encuentran en ninguno de los casos anteriores


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La posición II y los grupos horizontales

favorecen la formación de bolsas de lechada


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3. Tipo de solicitación

– Solicitaciones cíclicas: reducción de la calidad de la adherencia

– Influencia de las compresiones transversales: favorecen el anclaje


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2. Determinación experimental de adher.

Ensayo de arrancamiento simple (pull-out test)

Ensayo de arrancamiento modificado


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2. Determinación experimental de adher.

Ensayo de adherencia por flexión (ensayo de la viga): UNE-EN ISO 10080:2005. Según RILEM-CEB


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2. Tensión de adherencia en tramos rectos

Tensión media de adherencia (Art. 32.2 EHE2008, UNE 10080:2005)

– Diámetros inferiores a 8 mm:

– Diámetros entre 8 mm y 32 mm (inc.):

– Diámetros superiores a 32 mm:

6.88 MPabm

7.84 0.12 MPabm

4.00 MPabm


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Tensión máxima de adherencia según FIB Model Code 2010


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Tensión máxima de adherencia según EC2, en el caso de que las características de adherencia de las barras se comprueben a partir de la geometría de corrugas (área proyectada de corruga, apartado 7.4 de la UNE EN 10080):


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2. Longitud de anclaje

Longitud de anclaje en prolongación recta


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2. Longitud de anclaje en tramos curvos

Las tensiones normales a la barra generan fuerzas de rozamiento

4s s bm s bms

s s

A d u r d dN dr

dA d dN


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Solución de la ecuación diferencial para patillas de anclaje compuestas por arcos de circunferencia:

Hipótesis de tensión en acero igual a la resistencia de cálculo, y cálculo de la relación con la longitud de anclaje para barra recta:

101s bm

re

0.44 2.5 1

0, 4

s yd

yd bbm b b b

b

f

f lr l s r l l

l e


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Conclusión: los anclajes curvos de radio r y arco reducen la longitud de anclaje necesaria


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2. Longitud de anclaje en la EHE2008

Longitud básica de anclaje 1. Posición I:

(fyk en MPa, en mm)

2. Posición II:

(fyk en MPa, en mm)

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2 ykbI

fml

21.414

ykbII

fl m


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Longitud básica de anclaje

B400S B400SD

B500S B500SD

25 1.2 1.5

30 1.0 1.3

35 0.9 1.2

40 0.8 1.1

45 0.7 1.0

50 0.7 1.0

mResistencia característica

del hormigón (MPa)


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Longitud neta de anclaje

Factor de reducción sd Tensión de trabajo de la armadura As Armadura necesaria por cálculo As,real Armadura realmente existente

,,

sd sb neta b b

yd s real

Al l l

f A


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Límites inferiores de la longitud neta :– 10;– 20 cm;– la tercera parte de la longitud básica de anclaje

para barras traccionadas y los dos tercios de dicha longitud

(*) Si el recubrimiento de hormigón perpendicular al plano de doblado es superior a 3ø. En caso contrario β = 1.


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Diámetros de doblado


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2. Longitud de anclaje en EC2

Longitud de anclaje: definida a partir de la tensión de adherencia y la longitud de anclaje básica.

Tensión de adherencia: fbd = 2,25 η1 η2 fctd, donde:

fctd valor de la resistencia a tracción del hormigón limitada a la de un C60.

η1 coeficiente relativo a la condición de adherencia según la posición de la barra:

1,0 para buenas condiciones

0,7 para otros casos

η2 relativo al diámetro de la barra

1,0 para ф 32

(132 – ф)/100 para ф>32

Longitud de anclaje básica: lb,rqd= ( ф / 4) ( sd / fbd), donde:

sd límite elástico del acero de la barra a anclar

fbd tensión de adherencia definida anteriormente

ф diámetro de la barra

Longitud de anclaje: lbd = a1 a2 a3 a4 a5 lb,rqd lb,min dónde:


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2. Longitud de anclaje en EC2

Factor Tipo de anclaje Tipo de barra

En tracción Compresión

Forma de las barras (α1)

Recta α1 = 1.0 α1 =1.0

Otraα1 = 0.7 si cd>3 ф

α1 = 0.7 resto casosα1 = 1.0

Recubrimiento del hormigón (α2)Recta α2 = 1‐0.15 (cd‐ ф)/ ф, 0.7 y 1 α2 = 1.0

Otra α2 = 1‐0.15 (cd‐ 3 ф)/ ф, 0.7 y 1 α1 = 1.0

Confinamiento con armadura transversal no soldada Todo tipo α3 = 1‐ K , 0.7 y 1 α3 = 1.0

Confinamiento con armadura transversal soldada Todo tipo α4 = 0.7 α4 = 0.7

Confinamiento con pretensado transversal Todo tipo α5 = 1‐0.04 p, 0.7 y 1 ‐‐

= (Ast‐Ast,min)/As: Ast = area de armadura transerversal a lo largo de ldb, Ast,min = area correspondiente a armadura transversal mínima (0.25 As para vigas y 0 para placas) y As = area de una barra anclada correspondiente a la de diámetro máximo α1 α2 α3 0.7K = según la figura p = tensión transversal correspondiente a estado limite último a lo largo de lbd


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2. Longitud de anclaje en FIB MC2010

• Longitud de anclaje:


2. Longitud de anclaje en FIB MC2010

• …Longitud de anclaje:


2. Longitud de anclaje comparada

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EC-2 EHE ACI FIBCOV 30.1499 39.5273 31.9305 16.4556

σens/σform 1.3349 2.0353 1.2963 0.9997R2 0.3680 0.3113 0.5129 0.6609

ECM 22896.2 48053.2 19839.8 4934.6EM 124.1 194.8 111.5 54.5

P.demerito 1756 2748 1645 1111

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 10001200

Valor de en

sayo

(kN

)

Valor de Predicción

EHE

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 10001200

Valor de en

sayo

(kN

)

Valor de Predicción

EC2

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 10001200

Valor de en

sayo

(kN

)

Valor de Predicción (kN)

ACI

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 10001200

Valor de en

sayo

(kN

)

Valor de Predicción (kN)

FIB


2. Longitud de anclaje comparada. Nuevas propuestas

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• Propuesta de longitud de anclaje (J.L. Pérez Ordóñez‐UDC)

COV σens/σform R2 ECM EM PD

FIB 16.456 1.000 0.661 4934.6 54.51 1111

PG7v3F2 13.952 1.039 0.736 3980.3 48.71 745

EHE 39.527 2.035 0.311 48053.2 194.8 2748

EHEPropuesta (PG7v3F2)


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2. Disposición de armadura en apoyos

1. Decalaje por cortante (Art. 44)

Simplificación habitual(conservadora):

sd d

cotgcotg

2

1-cotg

rd

sud V

Vzs


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2. Prolongación de la armadura de flexión(EHE 69.5.1): deberá continuarse hasta los apoyos al menos 1/3 de la armadura necesaria para resistir el máximo momento positivo, en el caso de apoyos extremos de vigas, y al menos 1/4 en los intermedios.


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3. Anclaje en apoyos: esta armadura se prolongará a partir del eje de apoyo en una magnitud igual a la correspondiente longitud neta de anclaje.


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3. Anclaje con elementos añadidos (EC-2)


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Parámetro básico de estudio: fuerza máxima a anclar por barra

Capacidad de anclaje de una placa:

Ac0 superficie de la placa

Ac superficie de hormigón cobaricéntrica con Ac0 y de su misma forma geométrica

ydsd fAT

00

, 3,3 ccdc

ccdcouRd Af

A

AfAF


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Las superficies Ac deben limitarse para quedar dentro de la superficie de hormigón y no superponerse:

Ac0 Ac NO


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4. Empalme de armaduras

Función del empalme: asegurar la transmisión de fuerzas de una barra a otra

A evitar, por ser puntos de discontinuidad

No colocar empalmes en zonas fuertemente solicitadas

Distanciar los centros de los empalmes al menos una longitud igual a lb


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4. Empalme por solapo

Colocación de una barra junto a la otra, con separación máxima 4

También es función de la distancia transversal entre empalmes

Longitud de solapo: ,s b netal l


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4. Empalme por soldadura

A tope por resistencia: sin aportación de material

A tope por arco eléctrico: con aportación de material

Por solapo con cordones: 25 mm, en tramos sin curvatura y sin sobreespesar más del 10%


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4. Empalme por medios mecánicos

Manguitos de compresión: posicionadores


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Manguitos de tracción-compresión: roscados, con rellenos de aleación y prensados


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Manguitos de tracción-compresión: roscados, con rellenos de aleación y prensados


5. Anclaje de armaduras activas

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LONGITUD DE TRANSMISIÓN: LTLONGITUD COMPLEMENTARIA A TRACCIÓN: LC=LD‐LT

Lt

Lc

pe

pd

tensiónpretensado

distancia aextremo viga

longitud de anclaje

l. transmisión



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Efectos en la zona de anclaje– Se generan estados tensionales que provocan tracciones en el hormigón

Armadura pasiva. Atención durabilidad.

Estallido (1)

Exfoliación (2)

Hendimiento (3)



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• Se define la longitud de transmisión de una armadura dada como la necesaria para transferir al hormigón por adherencia la fuerza de pretensado introducida en dicha armadura, y por longitud de anclaje, la necesaria para garantizar la resistencia del anclaje por adherencia, hasta la rotura del acero.

• Las longitudes de transmisión y anclaje dependen de la tensión de adherencia entre el acero y el hormigón que, en general, se determinará experimentalmente.

• Simplificadamente, a falta de resultados experimentales específicos, la longitud de transferencia podrá estimarse como sigue:

– α1 Coeficiente con valor 1,00 cuando el pretensado se introduce gradualmente o 1,25 cuando se introduce rápidamente.

– α2 Coeficiente con valor 0,50 para comprobación en Estado Límite de Servicio o 1,00 para comprobación en ELU.

– Ø Diámetro del alambre o diámetro nominal del cordón.

– α3 Coeficiente con valor 0,50 para cordones y 0,70 para alambres grafilados.

– σpi Tensión del alambre o cordón en el momento de introducir el pretensado.

– fbpd (t) Tensión de cálculo de adherencia en el momento de la introducción del pretensado. En la Tabla 70.2.3 se indican los valores de la tensión de cálculo de adherencia de 28 días. Para edades diferentes deberá estimarse el valor de la tensión de cálculo de adherencia de acuerdo con la velocidad de crecimiento de la resistencia a tracción del hormigón. Cuando la armadura se sitúe en posición II, en relación con la dirección de hormigonado (art. 69.5.1.1.de EHE), el valor de fbpd(t) de la tabla se multiplicará por 0,7.



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• La longitud de anclaje puede estimarse de acuerdo con la siguiente expresión:

– α4 Coeficiente con valor 0,8 para cordones o 1,00 para alambres grafilados.– σpd Tensión de la armadura activa a anclar.– σpcs Tensión de la armadura activa en el momento de la comprobación, teniendo en cuenta las pérdidas

ocurridas.

• Valores aproximados de lbpt:

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