1.
Generalidades.
Toda armadura que se dispone dentro
del hormigón tiene una longitud necesaria por cálculo y esa longitud se debe
incrementar por sus dos extremos en una magnitud que se llama longitud de anclaje, al objeto de transmitir
sus esfuerzos de tracción o compresión al hormigón que la rodea sin peligro de
rotura para éste.
Los anclajes extremos de las barras
deben asegurar la transmisión mutua de
esfuerzos entre el hormigón y el acero, tal que se garantice que éste es
capaz de movilizar toda su capacidad mecánica sin peligro para el hormigón.
Un anclaje adecuado es fundamental
para el buen comportamiento frente a rotura de los elementos de hormigón
armado, ya que de él depende que las
barras puedan trabajar a la tensión necesaria. Por ello, el anclaje se
considera un Estado Límite Último,
aunque en la práctica su cálculo se sustituye por formulas sencillas que quedan
del lado de la seguridad.
Es recomendable situar las longitudes de anclaje dentro de las zonas comprimidas o,
al menos, de las débilmente traccionadas. En todo caso deben de evitarse las
zonas fuertemente traccionadas. (Esto conduce, en vigas, a llevar las armaduras
de momento negativo, sobre apoyos intermedios, una distancia de 1/3 de la luz; y en apoyos
extremos, a bajar las armaduras, dobladas a 90º, por la cara más alejada del
soporte o muro).
2.
Factores de los que depende la
longitud de anclaje.
De la resistencia del acero. Las barras de acero más resistente
llevarán más cargas que las de acero menos resistente, por lo que necesitarán
más longitud de anclaje para transmitir la carga al hormigón.
De la resistencia del hormigón. Si el hormigón es más resistente, las
barras necesitan menos longitud para transmitirle la carga.
De las propiedades de adherencia de
las barras. A mayor
adherencia, se necesita menos longitud de anclaje. La adherencia acero-hormigón
es buena de por sí, aunque la barra fuera lisa, pero las corrugas cuentan
además con el hormigón que rellena los senos entre resaltos.
De la posición de la barra dentro de
la pieza de hormigón,
porque no tiene la misma calidad en todas las zonas. El hormigón de la parte
inferior de la pieza estará mejor compactado, por el peso propio del hormigón
de la parte superior.
De la forma como se realiza el
anclaje. El anclaje
de las barras de hormigón armado se
consigue mayoritariamente mediante mecanismo
de adherencia, a través de diferentes disposiciones.
3.
Posiciones de las barras.
Las longitudes de anclaje dependen de
la posición que ocupan las barras en la
pieza con respecto a la dirección de hormigonado. Las barras superiores
están en peores condiciones de adherencia que las inferiores, debido a que el
hormigón que las circundan es de calidad algo más baja, a causa del efecto de
refluxión de aire y lechada hacia lo alto durante la compactación. La EHE
distingue dos posiciones de las barras:
Posición I, de adherencia buena. Aquella barra que durante el
hormigonado forma con la horizontal un ángulo de 45º a 90º o que, en caso de
ser menor de 45º, está situada en la mitad inferior de la sección de la pieza
de hormigón o a una distancia igual o mayor de 30 cm de la cara superior de
dicha pieza.
Posición II, de adherencia
deficiente. Para el
resto de casos.
El Eurocódigo es más preciso al definir las posiciones de las barras a
efectos de adherencia, introduciendo como variable al canto total h de la
pieza. Esta forma de definir la posición I se explica porque, en las piezas de
pequeño espesor (h ≤ 25 cm), el efecto de refluxión anteriormente mencionado es
inapreciable.
h ≤ 25 cm,
todas las barras están en posición I.
25 < h ≤ 60 cm, posición I barras colocadas en la mitad inferior de la pieza.
h > 60 cm, posición
I barras colocadas a una distancia igual o mayor que 30 cm de la cara superior
de la pieza.
4.
Formas de anclaje de armaduras.
Doblando la barra en forma de patilla
o en gancho, lo que
necesitará menos longitud. El anclaje en patilla se utiliza cuando no puede
realizarse en prolongación recta, por falta de espacio en la pieza. El anclaje
en gancho debe evitarse.
Estos dispositivos permiten reducir
la longitud de anclaje por prolongación recta. Para que sean eficaces es
necesario que se encuentren recubiertos de un espesor suficiente de hormigón
(al menos tres diámetros).
En el hormigón
pretensado también se utiliza estos mecanismos de adherencia, a diferencia
de lo que sucede en hormigón postensado. En elementos postensado el mecanismo de anclaje de las barras o cables
(armadura activa) se desarrolla usualmente mediante placas de reparto.
Los diámetros de doblado deben de ajustarse a lo indicado en la
siguiente tabla.
5.
Consideraciones sobre longitudes de
anclaje.
A efectos de anclaje de barras en tracción, para tener en cuenta el efecto de fisuración oblicua debida al esfuerzo cortante, debe suponerse le envolvente de momentos flectores trasladada paralelamente al eje de la pieza, en el sentido más desfavorable, en una magnitud igual al canto útil.
Cuando
puedan existir efectos dinámicos o
cíclicos (en zonas sísmicas), las longitudes de anclaje deben de aumentar
en 10 Ø.
En las zonas de anclaje de barras de gran diámetro (Ø40), estas deben quedar situadas en esquinas de estribos; y si existen más de dos capas, las barras situadas junto a los paramentos deben llevar estribos adicionales.
6.
Anclajes de barras corrugadas
aisladas.
Para
calcular la longitud de anclaje, la EHE define primero la longitud básica de anclaje Lb, haciéndose en prolongación recta y
en la posición I de adherencia, como la necesaria para anclar un fuerza de
valor T = As . fyd (la máxima que
puede transmitir la barra a tracción), suponiendo una tensión de adherencia
constante.
Esta
tracción se equilibra con la tensión de
adherencia τ que se desarrollar en
todo el perímetro de la longitud de anclaje Lb de la barra: T = Lb . 2 . π . R . τ
Si
igualamos ambas expresiones, obtenemos: Lb
= Ø . fyd / 4 . τ
Si las
características de adherencia de las barras corrugadas están certificadas según
el ensayo UNE EN 10080, el valor τ (N/mm2),
para barras de diámetros comprendidos entre Ø8 y Ø32 mm, es el siguiente: τ ≥ 7,84 – 0,12 . Ø
Para
simplificar la EHE da la siguiente formulación para calcular la longitud básica de de anclaje Lb:
Posición I: LbI = m . Ø2 y
LbI ≥ fyk . Ø / 20
Posición II: LbII = 1,4 . m . Ø2
y LbII ≥ fyk . Ø / 14
m. Coeficiente experimental según tabla.
Ø. Diámetro de la barra en cm (Lb se obtiene en cm).
fyk. Límite elástico garantizado del
acero, en N/mm2.
Como
se podrá comprobar, en la posición II se obtiene un valor mayor, dado que está
penalizada con un 40% y divida por 14 en lugar de por 20.
Para
el caso de obras de edificación, en
que se suelen emplear hormigones de fck 25 y 30 N/mm2 y aceros B 500
SD.
A
partir de la longitud básica de anclaje se obtiene la longitud neta Lb,net que considera otros dos factores favorables
que permiten acortar la longitud de anclaje.
Lb,net = Lb . β . As/As,real
β. Factor de reducción según la forma del anclaje.
As. Área de la sección de armadura necesaria por cálculo.
As,real. Sección real del acero colocado que,
como suele ser algo superior al estrictamente necesario por cálculo (por el
redondeo al alza que se realiza al pasarlo a redondos comerciales), precisa de
menor longitud de anclaje ya que su tensión será proporcionalmente menor.
En
cualquier caso, los valores de Lb,net no
podrán ser inferiores a:
≥ 10 Ø ≥
15 cm ≥ Lb . 1/3 barras traccionadas ≥ Lb . 2/3 barras comprimidas
Conviene advertir que si se dobla una barra en su zona de anclaje
por prolongación recta, esta circunstancia no autoriza a disminuir la longitud
Lb de anclaje, la cual debe disponerse completa. La eficacia de la longitud
Lb es prácticamente independiente de que el trazado de la barra sea recto o
curvo.
En las zonas de anclaje debe disponerse armadura transversal para evitar una
posible fisuración longitudinal provocada por las tracciones transversales
que aparecen juntos a los anclajes. La armadura transversal existente para
esfuerzos cortante es suficiente para absorber dichas tracciones.
7.
Anclaje de grupos de barras.
El anclaje de grupos de barras debe
hacerse por prolongación recta. En
resumen, la EHE aumenta la longitud de anclaje que correspondería a una sola
barra, entre un 20% y un 60% según los casos.
Si todas las barras del grupo dejan de ser necesarias en la misma sección (por ejemplo, anclaje de las barras
de tracción de una pieza en voladizo, a partir de la sección de empotramiento),
la longitud de anclaje, será como mínimo:
1,3 Lb para grupos de dos barras.
1,4 Lb para grupos de tres barras.
1,6 Lb para grupos de cuatro barras.
Si las barras del grupo dejan de ser necesarias en secciones diferentes, la longitud de anclaje de cada
barra será, como mínimo:
1,2 Lb si va acompañada de una sola
barra.
1,3 Lb si va acompañada de dos
barras.
1,4 Lb si va acompañada de tres
barras.
En ningún caso, los extremos finales
de las barras disten entre sí menos de la longitud Lb.
8.
Anclaje de mallas electrosoldadas.
Las
longitudes de anclaje básica y neta se calculan igual que para las barras
aisladas, y se tiene en cuenta que si en la zona de anclaje hay, al menos, una
barra transversal soldada, la longitud de anclaje se puede reducir en un 30%
(es decir, β = 0,7).
Lb,net = 0,7 . Lb . As/As,real ≥ 0,33
Lb ≥ 10 Ø ≥ 15 cm
Para que la
barra transversal soldada se pueda tener en cuenta en el anclaje de la malla,
es necesario que la resistencia a esfuerzo cortante, es necesario que la
resistencia a esfuerzo cortante de cada nudo soldado (ensayo de despegue) sea
como mínimo igual a la cuarta parte de la capacidad mecánica total de la barra
que se ancla.
9.
Anclaje por dispositivos especiales.
La
resistencia de anclaje cuando se emplean dispositivos especiales debe determinarse
mediante el cálculo o mediante ensayos realizados al efecto. Estos últimos son
recomendables cuando existen esfuerzos dinámicos o gran preponderancia de las
cargas variables sobre las permanentes.
10.
Anclaje en cercos.
La longitud de anclaje de un cerco es
sustancialmente menor que la de otro tipo de armaduras, debido a que los cercos abrazan a
las barras longitudinales y esto mejora su capacidad de anclaje.
La norma norteamericana ACI indica que,
para diámetros de 16 mm o menores, el anclaje a 90º se puede realizar con una
longitud libre final de 6 diámetros. Para diámetros mayores de 16 mm,
dicha longitud debe ser de 12 diámetros.
11. Caso práctico.
Nos llega a obra una jácena en la que
accidentalmente la armadura de montaje ha quedado corta y no llega al pilar.
Habría que hacer dos cálculos por zonas: una para la de montaje superior y otra
para la de montaje inferior, y dentro de cada una de ellas para cada diámetro.
En caso de armadura superior
(posición II), Ø 20 mm, HA – 25, B 500 S y patilla (β = 0,7); tenemos una longitud de anclaje neta Lb,net = 60 cm,
valor distinto de las 40 veces el
diámetro (80 cm) que se utiliza en obra para cualquier tipo de posición,
acero, hormigón o solape.
12. Ejemplos de anclaje de barras.
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