Informe Empalmes de Acero

INDICE

1. ACERO 2. VENTAJAS DEL ACERO 3. CLASIFICACIÓN DEL ACERO 3.1. ACERO CORRUGADO CORRUGADO 4. TIPOS DE EMPALME 4.1. EMPALME TRASLAPADO 4.1.1. TRASLAPE A TRACCION 4.1.2. TRASLAPE A COMPRESIÓN 4.2. EMPALME POR SOLDADURA 4.2.1. UNIÓN A TOPE O EMPALMADA 4.2.2. UNIÓN DE DE SOLAPADO SOLAPADO O SUPERPUESTA 4.2.3. UNIÓN DE ESQUINA ESQUINA O ANGULO EXTERIOR EXTERIOR Y EN T 4.2.4. UNIÓN DE BORDE 4.2.5. SOLDADURA DE RECARGUE RECARGUE O DE DE SUPERFICIE 4.2.6. UNIÓN DE RANURA 4.3. EMPALME MECÁNICO 4.3.1. EMPALME MECÁNICO TIPO 1 4.3.2. EMPALME MECÁNICO TIPO 2 5. COMPARACIÓN COMPARACIÓN ENTRE EL CONCRETO CONCRETO Y EL ACERO ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL

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1. EL ACERO Los metales y las aleaciones empleados en la industria y en la construcción pueden dividirse en dos grupos principales: Materiales FERROSOS y NO FERROSOS. Ferroso viene de la palabra Ferrum que los romanos empleaban para el fierro o hierro. Por lo tanto, los materiales ferrosos son aquellos que contienen hierro como su ingrediente principal; es decir, las numerosas calidades del hierro y el acero. Los materiales No Ferrosos no contienen hierro. Estos incluyen el aluminio, magnesio, zinc, cobre, plomo y otros elementos metálicos. Las aleaciones el latón y el bronce, son una combinación de algunos de estos metales No Ferrosos y se les denomina Aleaciones No Ferrosas. Uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil, más adaptable y más ampliamente usado es el ACERO. A un precio relativamente bajo, el acero combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante muchos métodos. Además, sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades específicas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o mediante aleaciones. El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados. Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero. El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales térreos.

2. VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL 

Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de grandes claros.

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Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

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Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.

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Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los

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



aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.

Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

Otras ventajas importantes del acero estructural son: 

    

Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches. Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura. Rapidez de montaje. Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas. Resistencia a la fatiga. Posible rehúso después de desmontar una estructura.

3. CLASIFICACIÓN DEL ACERO  Clasificación de Acero por su composición química: • Acero al carbono • Acero de alto carbono Acero de bajo carbono • • Acero de mediano carbono • Acero de aleación • Acero inoxidable  Clasificación del Acero por su contenido de carbono: • Aceros Extrasuaves: el contenido de carbono varía entre el 0.1 y el 0.2 % • Aceros suaves: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 % • Aceros semisuaves: El contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 % • Aceros semiduros: El carbono está presente entre 0.4 y 0.5 % • Aceros duros: la presencia de carbono varía entre 0.5 y 0.6 % • Aceros extramuros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 07 %  Clasificación del Acero por sus propiedades: • Aceros especiales • Aceros inoxidables. • Aceros inoxidables ferríticos. • Aceros Inoxidables auténticos. • Aceros inoxidables martensticos • Aceros de Baja Aleación Ultrarresistentes. • Acero Galvanizado (Láminas de acero revestidas con Zinc)  Clasificación por función de uso: • Acero para herramientas • Acero para la construcción el acero que se emplea en la industria de la construcción

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•

Acero Estructural

Barras de acero para refuerzo del hormigón: Se utilizan principalmente como barras de acero de refuerzo en estructuras de hormigón armado. A su vez poseen su propia clasificación generalmente dada por su diámetro, por su forma, por su uso: • • • •

3.1.

Barra de acero liso Barra de acero corrugado. Barra de acero helicoidal se utiliza para la fortificación y el reforzar rocas, taludes y suelos a manera de perno de fijación. Malla de acero electro soldada o mallazo

ACERO CORRUGADO

En el campo de la construcción, específicamente para las estructuras de hormigón armado, se utiliza un tipo de acero laminado en forma de barras de diferentes diámetros con resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón, este tipo de acero comúnmente denominado acero corrugado está dotado de gran ductilidad y soldabilidad por lo tanto no sufre daños al momento de cortar y/o doblar, así que éstas operaciones resultan más seguras e implican menor gasto energético. Las varillas de acero corrugadas se utilizan como refuerzo en la construcción con concreto. Además de tener un papel fundamental en absorber los esfuerzos de tracción y torsión de la construcción. Las varillas de acero corrugadas se pueden utilizar en la construcción de losas aligeradas de claros cortos, vigas, trabes, dalas, castillos, losas sólidas de claros cortos, castillos ahogados, elementos prefabricados, postes de concreto, acero adicional para viguetas, estribos, refuerzo horizontal en muros de mampostería tipo escalerilla y tubería de concreto. Las varillas de acero corrugadas son barras de sección circular, con diámetros específicos a partir de un cuarto de pulgada y comercialmente disponibles hasta con diámetro de una pulgada. Normalmente la superficie de las varillas de acero corrugadas tiene rebordes, los cuales mejoran la adherencia a los materiales aglomerantes e inhiben el movimiento relativo longitudinal entre la varilla y el concreto que la rodea. Las corrugaciones de las varillas de acero corrugadas deben estar espaciadas a lo largo de las varillas a distancias sustancialmente uniformes. Las corrugaciones sobre los lados opuestos de las varillas deben ser similares en tamaño y forma.

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4.

TIPOS DE EMPALMES DE ACERO

Cuando instalamos las armaduras de acero en una obra, debido a diferentes razones constructivas o estructurales, nos vemos en la necesidad de unir diferentes segmentos de varillas de construcción. A estas uniones se les denomina "empalmes". Como se sabe, sólo se permite empalmes en zonas de mínimo esfuerzo, nunca en zonas de máximo esfuerzo, ni en aquellas donde pueden producirse articulaciones plásticas (o sea, donde hay momentos máximos de flexión); ni a distancias menores a 2 d de la cara de los apoyos (siendo "d" el peralte de las vigas). Los empalmes pueden ser de 3 clases: Traslapados, Soldados y Mecánicos

4.1.

EMPALMES TRASLAPADOS

En los empalmes traslapados, la fuerza de una barra se transfiere al concreto que la rodea por adherencia; y simultáneamente, por el mismo efecto, a la otra barra. La eficiencia de estos empalmes depende del desarrollo de la adherencia a lo largo de la superficie de las varillas, y de la capacidad del concreto para transferir los elevados esfuerzos cortantes que se generan.

Estos traslapes pueden hacerse con las barras separadas (no más de 1/5 de la longitud de empalme, ni más de 15 cm.); o con las barras en contacto, para lo cual se puede amarrar las varillas con alambres (operación que sirve para facilitar el proceso constructivo). El traslape de varillas es el mecanismo de empalme de mayor uso en nuestro medio. En principio las 2 varillas deben cruzarse una longitud apropiada para que el acero transmita esfuerzos al hormigón por adherencia, y este último los restituya a la otra varilla, sin acumular esfuerzos elevados de tracción en el hormigón, pues estos últimos provocarían una fisuración extensa, con sus consecuencias indeseables.

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Esfuerzos de adherencia por traslape 

La distancia transversal entre las varillas que conforman el traslape debe ser pequeña para lograr el objetivo planteado. En el ACI y el CEC se establece que dicha separación no debe superar un quinto de la longitud de traslape ni ser mayor a 15 cm. Por la forma en que trabajan estos empalmes, pueden ser: a Tracción, o a Compresión.

4.1.1.

EMPALME POR TRASLAPE A TRACCION

Los empalmes a Tracción, generan compresión diagonal en el concreto ubicado entre varillas; por este motivo, es importante incorporar estribos que limiten el desarrollo de las grietas originadas por estos esfuerzos, y que aseguren una falla dúctil. Es importante hacer notar que el Reglamento Peruano, no exige estos estribos adicionales; su actual exigencia es similar al  ACI-318-89, código que fue cambiado después de las malas experiencias detectadas en los terremotos de California, en Landers (1992, magnitud 7.3) y en Hector Mine (1999, magnitud 7.1). La longitud requerida de traslape en empalmes sometidos a tensión, establecida mediante ensayos, se plantea en términos de la longitud de desarrollo “ld”

Nuestra Norma E-060: Concreto armado, establece dos clasificaciones diferentes para los empalmes por traslape (longitud mínima requerida): Tipo B: le = 1.3 ld Tipo C: le = 1.7 ld

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4.1.2.

EMPALME POR TRASLAPE A COMPRESION

Los empalmes a Compresión, trabajan bajo condiciones más favorables, por lo que requieren de una menor longitud. La causa principal de falla de estos empalmes se da por el aplastamiento del concreto en el extremo de la varilla, sobre todo cuando éstas son de gran diámetro. El código del ACI recomienda no usar empalmes traslapados para varillas mayores a la de 1 3/8" (ACI -12.14.2.1)  A continuación se presenta un cuadro comparativo del cálculo de las longitudes de empalmes traslapados, de acuerdo al Reglamento Americano  ACI-318-08, y al Reglamento Peruano E-060-2001 para Concretos de f'c= 210 y 280 kg/cm2.

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En todos los casos, podemos ver que las longitudes de empalme que exige el Reglamento Americano son mucho mayores que las del Reglamento Peruano. Las barras de refuerzo a compresión se empalman ante todo en columnas donde las barras llegan normalmente un poco más arriba de cada entrepiso. Esto se hace en parte por conveniencia en la construcción para evitar el manejo y soporte de barras muy largas en las columnas, pero también para permitir la reducción por etapas del área de acero de la columna a medida que las cargas disminuyen en los pisos superiores.

 LONGITUD MÍNIMA DE TRASLAPE En cuanto a la longitud mínima de traslape, nuestra Norma dice: “Será la longitud de desarrollo en compresión indicada anteriormente, pero no será menor a: (0.007db fy) ni a 30 cm. Para concretos con f`c menores a 210 kg/cm2, la longitud de empalme será incrementada en un tercio ”. Todo esto se resume en el siguiente cuadro: Los refuerzos que se colocan en las estructuras de concreto no son siempre continuos, muchas veces se tienen que unir las barras para alcanzar la longitud necesaria. Cuando actúa una fuerza, el traslape de las barras resistirá debido a que toda su longitud está embebida en concreto, es decir hay adherencia entre ambos materiales. Es necesaria una longitud mínima de traslape que asegure que lo anterior se cumpla, y por lo tanto, la estructura pueda resistir la fuerza que se le aplique:

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La longitud de empalme variará de acuerdo con el diámetro de la barra, de la ubicación del empalme, de la resistencia del concreto y del tipo de elemento (columna o viga). Estas longitudes son dimensiones mínimas que deben cumplirse, pudiendo ser mayores.

 Longitud de empalme en columnas: Cuando se empalma una columna, lo ideal es hacerlo en los dos tercios centrales (empalme A). Sin embargo, a veces se empalman en la parte inferior de la columna (empalme B y C), lo que no es recomendable ya que debilita esa sección. En el caso que se hagan los empalmes B ó C, la longitud de empalme deberá aumentar.  A continuación se detallan cada uno de estos casos: Empalme A:   Las barras se empalman en los dos tercios centrales de la columna y alternadas. Este caso es el más recomendable.

Empalme B:   Las barras se empalman alternadas en la parte inferior de la columna.  Al realizar este tipo de empalme, se debe aumentar la longitud del empalme tipo A en 30%.

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Empalme C: Las barras se empalman sin alternar en la parte inferior de la columna. Al realizar este tipo de empalme, se debe aumentar la longitud del empalme tipo A en 70%.

 Longitud de empalme en vigas: El acero superior debe empalmarse en el centro de la viga; y los inferiores, cerca de los extremos. En el caso de usar los empalmes tipo B ó C, se debe aumentar la longitud del empalme obtenida para el tipo A en un 30% y 70% respectivamente.

4.2.

E MPALMES POR SOLDADURA

Los empalmes Soldados, sólo pueden usarse si las barras son de Acero ASTM A 706 (acero soldable de baja aleación que ha recibido un tratamiento térmico controlado, dentro de su proceso de laminación). En determinados casos, se podrían usar barras convencionales, si se cumplen con algunos requisitos especiales. Asimismo, la soldadura debe cumplir con las especificaciones del "Structural Welding Code - Reinforcing Steel (ANSI-/AWS D 1.4)".

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Normalmente se usan para empalmar varillas de diámetros grandes (3/4" o mayores), siendo obligatorio para las barras mayores o iguales a la 1 3/4". Un empalme soldado debe poder desarrollar por lo menos el 125% del límite elástico (fy) del acero de la varilla. Los empalmes soldados no deben producir excentricidades en el esfuerzo. En la siguiente figura se muestran algunos de los más utilizados:

Para la realización de uniones soldadas, por otra parte, se debe verificar que el tipo de acero constitutivo de las varillas admita este tipo de procesos (existen aceros que se vuelven frágiles luego de un proceso de soldado, y existen otros tipos de aceros cuyas características mecánicas no se ven afectadas con la soldadura), y se deberá realizar un diseño y control de calidad de las soldaduras. Generalmente se utilizan pedazos del mismo diámetro de varilla que se sueldan, en el extremo coincidente de las 2 varillas para lograr la continuidad.

Soldadura de varillas 

Los empalmes soldados deben desarrollar al menos un 25% más que el esfuerzo de fluencia de las barras y deberán cumplir con las especificaciones del Structural Welding Code – Reinforcing Steel.

4.2.1. UNION A TOPE O EMPALMADA

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Es la más utilizada y consiste en unir las chapas situadas en el mismo plano para chapas superiores a 6 mm o para soldar por ambos lados, hay que preparar los bordes. El objetivo de esta soldadura es conseguir una penetración completa y que constituya una transición lo más perfecta posible entre los elementos soldados.

 Algunas soldaduras a tope típicas: (a) soldadura a tope cuadrada, un lado (b) soldadura de bisel único (c) soldadura a tope en V único (d) soldadura a tope en U único (e) soldadura con a tope único; (f) soldadura a tope en V doble para secciones más gruesas.

 Soldadura a tope sin bisel posición plana horizontal Esta operación consiste en unir piezas por sus bordes, soldadas desde el lado superior en posición plana, siendo la más común y conveniente en todo trabajo del soldador. Es usada frecuentemente en las construcciones metálicas, por ejemplo: Cubiertas de barcos, fondos de estanques y carrocerías. .

 Soldadura a tope con chaflán o bisel simple

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Tiene por objeto unir piezas de espesores superiores a 3 mm, para lo cual se efectuará un chaflanado o bisel previo a la ejecución de la soldadura, con la finalidad de conseguir la mayor penetración lo que dará a la soldadura una mayor resistencia. Se aplica en construcciones de estanques, trenes, refinerías y

construcciones de gran envergadura. En

una

soldadura a tope de chapas de distinta sección, la de mayo sección se adelgazará en la zona de contacto, con pendientes no mayores que el 25 por 100, para obtener una transición suave de sección. La soldadura a tope no debe producir discontinuidad en la sección, y su sobreespesor s no será mayor que el 10 por 100 del espesor e de la chapa más delgada.

4.2.2. UNION DE SOLAPADO O SUPERPUESTA Este tipo de uniones consiste en dos partes que se sobreponen. Se utiliza normalmente para la fabricación de carrocerías de vehículos. Este tipo de unión da resultados satisfactorios en la sustitución parcial de paneles exteriores, pudiendo verificarse que esta configuración de costura cumple todas las condiciones necesarias para restablecer la resistencia original.

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En este método hay un solapado de las piezas a unir de unos 12 mm. En la zona de la costura. Este solapamiento se realizará por medio del escalonado de uno de los bordes de la costura, en función de la rigidez de la superficie, bien en el borde que permanece en la carrocería o bien en el de la pieza nueva. Este escalonado se realiza por medio de un alicate de filetear o por medio de una dobladora neumática. Las uniones con solape se podrán realizar mediante alguno de los siguientes métodos de soldadura: • •

Soldadura por resistencia eléctrica por puntos. Soldadura MIG/MAG.

4.2.3. UNION DE ESQUINA O ANGULO EXTERIOR Y EN T Consiste en unir dos chapas situadas en distinto plano bien ortogonales o superpuestas , para rellenar los bordes de las placas creadas mediante uniones de esquina, sobrepuestas y en T, igual que en la siguiente figura. Se usa un metal de relleno para proporcionar una sección transversal de aproximadamente la forma de un triángulo. Es el tipo de soldadura más común en la soldadura con arco eléctrico y en la de oxígeno y gas combustible porque requiere una mínima preparación de los bordes; se usan los bordes cuadrados básicos de las partes.

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Las soldaduras de ángulo o filete pueden ser sencillas o dobles (esto es, soldarse en uno o ambos lados) y continuas o intermitentes (esto es, soldadas a lo largo de toda la longitud de la unión o con espacio sin soldar a lo largo de una orilla). La soldadura en ángulo puede ser en ángulo de esquina o en solape. Se realiza con cordón continuo de espesor de garganta G, siendo G la altura del máximo triángulo isósceles inscrito en la sección transversal de la soldadura (ver gráfico). Si la longitud del cordón no supera los 500 mm, para su ejecución se comienza por un extremo siguiendo hasta el otro. Cuando la longitud se encuentra entre 500 mm y 1000 mm, la soldadura se Ejecuta en dos tramos, iniciándola en el centro. Cuando la longitud supera los 1000 mm, la soldadura se ejecuta por cordones parciales, terminando el tramo donde comienza el anterior. Las esquinas de chapas donde coinciden los puntos de cruce de cordones, debe recortase para evitar el cruce. Nunca se ejecuta una soldadura a lo largo de otra ya realizada. Los parámetros en cuanto al ángulo de avance suelen ser de 60 grados aproximadamente, el ángulo de posicionamiento con la pieza es de 45 grados, o sea la mitad de 90 grados que forman las piezas a unir. Se deberá indicar en los planos del proyecto el tipo de soldadura y sus medidas (longitud y espesor de garganta G). Los planos de taller deben indicar la preparación de bordes.

4.2.4. UNION DE BORDE Una soldadura en flanco se hace en los bordes de dos (o más) partes, por lo general láminas metálicas o placas delgadas, en donde las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el borde común. Se utiliza normalmente para espesores finos sin aporte de material (soldadura oxiacetilénica y TIG), el procedimiento de soldeo es crear un baño de fusión con el metal base y desplazarlo por toda la junta. Los ángulos de avance y posicionamiento son iguales que en la posición horizontal pero se realiza de derechas a izquierdas, para que la atmósfera inerte producida por la llama o el gas proteja el baño de fisión.

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4.2.5. SOLDADURA DE RECARGUE O DE SUPERFICIE Una soldadura en superficie no se usa para unir partes, sino para depositar metal de relleno sobre la superficie de una parte base en una o más gotas de soldadura. Las gotas de soldadura se incorporan en una serie de pasadas paralelas sobrepuestas, con lo que se cubren grandes áreas de la parte base. El propósito es aumentar el grosor de la placa o proporcionar un recubrimiento protector sobre la superficie. Los parámetros a tener en cuenta en cuanto al ángulo de avance y de posicionamiento son los mismos que en la posición horizontal.

Se suele utilizar para el rectificado de ejes y los cordones habrá que ejecutarlos alternamente (paso peregrino), para evitar deformaciones debido a las tensiones producidas por altas temperaturas que origina la soldadura.  Al a ver aumentado su diámetro con los cordones de soldadura procederíamos a su rectificado en la maquina adecuada.

4.2.6. SOLDADURA DE RANURA Las soldaduras con insertos y las soldaduras ranuradas se usan para unir placas planas, como se muestra en la siguiente figura, usando uno o más huecos o

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ranuras en la parte superior, que después se rellenan con metal para fundir las dos partes.

(a) Soldadura con inserto y (b) soldadu ra en ranura.

La soldadura de puntos y la soldadura engargolada, usadas para uniones sobrepuestas, se muestran en la siguiente figura. Una soldadura de puntos es una pequeña sección fundida entre las superficies de dos chapas o placas. Normalmente se requieren varias soldaduras de puntos para unir las partes. Se asocia más estrechamente con la soldadura por resistencia. Una soldadura engargolada es similar a una de puntos, excepto que consiste en una sección fundida más o menos continua entre las dos chapas o placas.

(a)

4.3.

Soldadura de untos (b) soldadura engargolada.

EMPALMES MECÁNICOS

Son piezas metálicas que conectan una varilla con la otra. Actualmente son muy usados y son más seguros que los empalmes soldados. En el mercado existen diversos dispositivos patentados para estos empalmes mecánicos, como manguitos que se presionan mecánicamente a las varillas, dispositivos con rosca en la varilla, manguitos que se presionan con tornillos, etc. Las uniones mecánicas de manguitos enroscables, por último, son muy utilizadas en países del primer mundo, pero prácticamente no se los emplea en nuestro país por su costo elevado. Por tener rosca interior en los 2 extremos que deben unirse, requieren que las varillas a integrar sean roscadas en los extremos de unión, lo que se lo puede hacer en obra o se puede adquirir en fábrica.

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Manguito s ro scables y de agarre para un ión mecánica de varillas.

Desde el punto de vista antisísmico, hay dos tipos:

4.3.1. EMPALME MECÁNICO TIPO 1: Que debe desarrollar por lo menos 125% del esfuerzo de fluencia (fy) del acero de la varilla. En pórticos asísmicos especiales o muros estructurales especiales (ver ACI 318-08, 21.1.1.7), no deben usarse dentro de una distancia igual al doble del peralte de la viga o donde sea probable se produzca la fluencia del refuerzo, como resultado de desplazamientos laterales inelásticos, como en el caso de rótulas plásticas.

4.3.2. EMPALME MECÁNICO TIPO 2: Que debe desarrollar por lo menos un esfuerzo igual a la carga de rotura (f's) del acero de la varilla. Se pueden usar en cualquier localización.

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Los empalmes mecánicos son obligatorios para barras 1 3/4" o mayores, donde están prohibidos los empalmes traslapados. Estos deben estar escalonados cuando menos 60 cm; pero en elementos de amarre en tracción, deben estarlo por lo menos 75 cm. Si se usan para varillas de acero A-615 Grado 40 (2800 Kg/cm2), deben poder resistir una fuerza = 4200 kg/cm2. Si se usa acero A-615 Grado 40 o Grado 60, deben poder resistir = 6200 kg/cm2. En las zonas donde no se puede usar empalmes traslapados, y cuando el esfuerzo está en elementos a tracción, estos empalmes se tienen que usar obligatoriamente con varillas recubiertas con epoxi. En general, los empalmes mecánicos se usan para fierros gruesos de 1" o más; resultan más económicos, cómodos de usar, y facilitan el llenado de concreto. Se debe tomar precauciones especiales en los espaciamientos entre barras, y en los recubrimientos, dado que el diámetro exterior del empalme mecánico es mayor que el de la barra. Si se trata de ampliaciones de edificios antiguos, en los que se usaba acero grado 40 o menor, se deben hacer pruebas del empalme con ese tipo de acero.

 BENEFICIOS DE LOS EMPALMES MECÁNICOS Los empalmes mecánicos ofrecen los siguientes beneficios a los constructores:

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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.

5. COMPARACION ENTRE CONCRETO Y ACERO ESTRUCTURAL

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CONCRETO

ACERO

Material monolítico, producido con materiales de cantera

Material producido industrialmente, explotación industrializada en minas

Se fabrica a pie de obra

Se obtienen perfiles normalizadas

El material es un producto de la obra

El material es un suministro para la obra

Mediante moldes adopta la forma que se desee

Se conforma un esqueleto o entramado, la forma para ser eficiente debe ser regular, las uniones revisten gran importancia

La tipología presenta su propia identidad en color, textura y apariencia

Exige acabados los cuales se logran mediante recubrimientos o con forros de materiales adicionales

El control de calidad se debe hacer en la obra, depende no solo de la calidad del material, sino de la habilidad de los operarios y otras circunstancias del entorno Es posible prefabricar, aunque esto se considere una técnica especializada, demanda equipos importantes debido al peso de la piezas, las uniones son muy delicadas

El control de calidad de la materia prima se efectúa en fábrica o en taller, la certificación de origen satisface los requerimientos del interventor Siempre es prefabricada el transporta limite el peso y la dimensión de los elementos, demanda técnicas especializadas de montaje, el equipo es normal

El material es más ineficiente estructuralmente, al ser más débil por unidad de peso

La alta eficiencia estructural hace que las piezas, sean muy resistentes con muy bajo peso propio

Es casi invulnerable al efecto del medio ambiente ordinario

El material es muy susceptible al efecto del medio ambiente

La mano de obra siendo calificada es de común obtención

La mano de obra resulta especializada, por lo general debe ser subcontratada

El límite de la resistencia puede estar entre 200 y 400 Kg/cm2

El límite de resistencia puede estar entre 2000 y 6000 Kg/cm2

La conducta en tracción es muy deficiente, debe usarse acero de refuerzo para mejorarla

La capacidad bruta en todos los estados de tención es equivalente, debe controlarse la esbeltez para la compresión

No influye por separado la resistencia a las uniones

La resistencia en las uniones afecta la capacidad general

Por lo general la estructura no es sensible a la deformación, la necesidad de arriostramiento es menor

La estructura es sensible a la deformación, exige altos niveles de arriostramiento

Una vez que se presentan agrietamientos la situación de falla es inevitable, el retirar la carga no hace desaparecer las grietas

La conducta es más elástica, si se reduce carga se recuperan las propiedades originales con mayor capacidad

La conducta general es más desconocida y su comportamiento es más aleatorio

Se conoce mejor la conducta y es más controlable su comportamiento

Hay más profesionales familiarizados con el reglamento y el comportamiento del material

El manejo del material es más delicado, es materia de especialistas

bajo

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Las técnicas de análisis permiten capacidad de fluencia del material

usar

la  Aun no se sabe utilizar adecuadamente la técnica del diseño plástico o el diseño por estados limite

El costo del material es el resultado de una serie de insumos disponibles en obra

El costo del material es producto de un mercado externo, controlado por la oferta y la demanda

El valor es controlable mediante operaciones de planeación u organización

El valor es un factor no controlable por medio de planeación u organización

En ocasiones la economía no es determinante, pues en el material se busca el carácter ornamental y no monumental

Por lo general la economía es determinante ya que el carácter de las obras es utilitario

En el material se entiende la economía se  A menudo se identifica economía con bajo obtiene con calidad de diseño costo, por desconocimiento de los recursos, este se obtiene con deterioro en la calidad del producto La disponibilidad generalizada de materia prima, El material puede resultar prohibitivo en hace que el material se pueda utilizar en algunas regiones del país cualquier parte del país El costo inicial suele ser el único factor del costo La búsqueda de economía en los cálculos suele ser causa de sobrecosto en la obra

A menudo el mantenimiento es determinante en el costo La economía en los cálculos puede llevar a fracasos en la obra.

Un diseño armónico puede producir fácilmente un resultado económico

Un diseño lógico puede producir fácilmente un resultado económico

Cuando se combinan los dos materiales es posible que se aumente la exigencia debido a las condiciones de soporte de la estructura de acero

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