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¿Empalme Mecánico |
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Resumen El traslape de varillas de refuerzo se considera desde hace mucho un método de empalme efectivo y económico. Sin embargo, las nuevas demandas en términos de diseño de concreto han determinado que los constructores busquen alternativas que pueden resultar más convenientes según el uso. En casi todas las estructuras de concreto reforzado deben traslaparse algunas varillas de refuerzo. El largo de varilla requerido puede ser mayor que el de las varillas de acero en existencia, o la varilla puede ser demasiado larga para transportarse convenientemente. En cualquiera de los casos, los que instalan las varillas terminan con dos o más tramos de varilla que deben empalmarse. El empalme traslapado de varillas, como el que requiere el traslape de dos varillas paralelas, ha sido aceptado desde hace mucho como un método de empalme efectivo y económico. Normalmente, en este tipo de empalme las varillas están en contacto, pero en secciones de flexión, las varillas pueden estar separadas tanto como 15 cm. La adherencia entre el acero y el concreto transfiere la carga de una varilla al concreto y luego del concreto a la otra varilla de refuerzo, de manera continua. Esta transferencia de carga conduce a deformaciones de las varillas de refuerzo. En proyectos que tienen varillas de pequeñas dimensiones como son las número 6 u 8, el esfuerzo producido en el acero es relativamente pequeño y en construcciones de hasta 15 pisos, los empalmes traslapados trabajan bien a lo largo de los años. Sin embargo, recientemente ha habido cambios. El desarrollo de la investigación, proyectos más demandantes en términos del concreto, nuevos materiales y el desarrollo de un híbrido concreto / acero estructural han determinado que los proyectistas buscaran alternativas para el empalme traslapado de varillas. Las construcciones en concreto estructural han crecido en altura, llegando a los 100 niveles o más. Con esto, los proyectos estructurales pasan a ser dimensionados para el uso de varillas del número 8 al 11, con un límite de fluencia de 4,220 o 5,270 kg/cm2, y los reglamentos aceptan una resistencia del concreto entre 560 y 840 kg/cm2, la cual se utiliza cada vez más. El uso de concretos de alta resistencia permite un traslape de tamaño más pequeño. Empero, estos concretos son más susceptibles a las fallas de separación por tensión, lo que plantea preguntas acerca de la adecuación y confiabilidad de los empalmes traslapados.
Límites del reglamento
para el empalme traslapado Otros centros de investigación de Estados Unidos, como son el BOCA, ICBO y SBCCI, se han adherido a estas recomendaciones de límites en el uso de empalmes traslapados. Según Cagley & Apple,2 tales decisiones ponen en tela de juicio los principios del empalme traslapado, el cual requiere que el concreto transfiera las cargas de tensión y de cortante. El concreto es de por sí notablemente pobre en ambas propiedades.
Alternativas para el
empalme traslapado. Las varillas también pueden unirse utilizando una variedad de conexiones mecánicas (ACI 318-95, sección 12.14.3). La mayoría de éstas se presentan como conectores que sirven para alinear las varillas y mantenerlas en la posición deseada. Para las conexiones utilizadas en los esfuerzos de tensión y algunas utilizadas en los esfuerzos de compresión, los conectores transfieren estos esfuerzos directamente de una varilla a la otra. La conexión del conector a la varilla puede hacerse mediante una rosca, una sujeción por mordaza o llenando el espacio entre el conector y la varilla con metal fundido. Los reglamentos de construcción requieren que las conexiones mecánicas soporten 125 por ciento de la resistencia de fluencia especificada de la varilla.
Beneficios de los empalmes mecánicos Los empalmes mecánicos ofrecen los siguientes beneficios a los constructores: Mejoría de la integridad estructural. Los empalmes mecánicos mantienen la continuidad de la trayectoria del acero de refuerzo independientemente de las condiciones o de la existencia del concreto. Estos empalmes en las áreas de tensión deben desarrollar 125 por ciento de la resistencia de fluencia de la varilla y este desempeño está incluso asegurado para áreas sujetas a endurecimiento por deformación. Así, en las aplicaciones sísmicas, el empalme mecánico mantiene la integridad estructural cuando las varillas son tensadas para trabajar en el límite inelástico. Los empalmes traslapados muchas veces infringen los límites de las áreas de articulación plástica, lo que significa una violación de las limitaciones contenidas en los reglamentos. Los empalmes mecánicos pueden ubicarse más fácilmente fuera de estas áreas de altos esfuerzos. Independencia del concreto para la transferencia de cargas. En regiones costeras o muy frías sujetas a nevadas, la corrosión de la varillas de refuerzo puede producir agrietamiento y astillamiento del concreto. Puesto que los empalmes traslapados transfieren la carga al concreto que los circunda, cuando el concreto desaparece, el empalme traslapado en realidad ha fallado. Los empalmes mecánicos no dependen del concreto para realizar dicha transferencia de carga. Eliminación del cálculo inherente a los empalmes traslapados. La utilización de empalmes mecánicos elimina el trabajo tedioso de cálculo necesario para determinar la longitud apropiada del traslape y las equivocaciones en este mismo cálculo. Reducción del costo de material. Como los empalmes mecánicos no traslapan, se utiliza menos varilla, lo que reduce los costos de material. Este ahorro en costos es particularmente significativo para los proyectos que requieren varillas con una capa epóxica, toda vez que los reglamentos de construcción requieren que los empalmes que utilizan este tipo de varilla sean 50 por ciento más largos que los empalmes traslapados proyectados para utilizar varillas de refuerzo tipo estándar. Reducción del congestionamiento de varillas de refuerzo. Una de las quejas más comunes de quienes colocan el concreto es la casi total imposibilidad de lograr colar de manera satisfactoria las áreas de gran afluencia de varillas, principalmente en los armados que contienen varillas de refuerzo. Este congestionamiento restringe el flujo y la distribución de las partículas de los agregados más grandes que componen el concreto y limita la efectividad de la vibración en áreas de traslape. Aunque la proporción de acero / concreto estipulada sea menor de 8 por ciento (ACI 318-95), es difícil de seguir esta especificación y lograr un diseño equilibrado por la presencia de las varillas de refuerzo en la zona de traslape. El empalme mecánico reduce significativamente este congestionamiento.
Consideraciones acerca de los costos Aunque se reconozcan las ventajas del empalme mecánico, llama la atención el problema de su alto costo en regiones cuyos reglamentos de obras permiten el uso de los empalmes traslapados. Sin embargo, ¿el empalme mecánico es realmente más caro que el empalme traslapado?. Si la respuesta es afirmativa, ¿cuál es la ventaja en costos? Para responder a estas preguntas, Cagley & Asociados, ingenieros estructurales, estudiaron recientemente dos estructuras diseñadas en su oficina de Rockville, Md.2 Cada proyecto requirió aproximadamente 7,650 metros cúbicos de concreto, y ambos fueron diseñados según las especificaciones de ACI 318-95. Una de las estructuras es un edificio para estacionamiento de 12 pisos en Harrisburg, Pa. El otro es un laboratorio de química de tres pisos para el National Institute of Standards and Technology (NIST). Se utilizaron empalmes traslapados en el proyecto del edificio y empalmes mecánicos en el proyecto del NIST porque en este proyecto la proporción acero / concreto rebasaría el 8 por ciento que permite el reglamento en la zona de empalme. Como las vigas de la estructura del NIST no necesitaban empalmes, se hizo análisis de costo fue solamente para las columnas de acero (véase el cuadro). Para determinar el costo de mano de obra, se preguntó a cinco instaladores de varillas de refuerzo acerca del costo comparado de instalación de empalmes traslapados y empalmes mecánicos unidos por rosca en las puntas. Hubo consenso en que los costos de instalación eran iguales. Si se hubieran considerado las vigas (usualmente éstas tienen traslapes más largos), el costo para los empalmes traslapados hubiera sido más alto que lo presentado en el cuadro. Los resultados muestran que los costos de construcción de una estructura mediante el uso de empalmes mecánicos son menores de 0.2 por ciento del costo total de la estructura. Si se hubieran incluido los empalmes de las vigas, la comparación hubiera sido aún más favorable para los empalmes mecánicos. El documento de Cagley llega a la conclusión de que "las ventajas estructurales y económicas de los empalmes mecánicos sobre los empalmes traslapados hacen la relación costo / beneficio extremadamente atractiva" porque "los empalmes mecánicos dan a la estructura resistencia y continuidad en la transferencia de carga, cosa que los traslapes no pueden ofrecer". Los autores recomiendan investigaciones adicionales sobre el desempeño de los empalmes mecánicos utilizando materiales de alta resistencia. M.K. Hurd es ingeniera y escritora especializada en métodos de construcción en concreto y autora del libro Formwork for Concrete publicado por el American Concrete Institute. Bibliografía: 1- ACI 318-95 "Building
Code requirements for Reinforced Concrete", American Concrete
Institute, Framington Hills, Mich., 1995. 3- John W. Wallace. "Headed Reinforcement: a viable option". Concrete International, ACI, december, 1997. 4- Russell S. Fling. "Practical Design of Reinforced Concrete". John Wiley & Sons, New York, 1987.
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Instituto Mexicano
del Cemento y del Concreto, A.C. |
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