EMPALMES EN BARRAS En general, las barras de refuerzo están disponibles en longitudes de 60 pies para tamaños desde el No. 5 hasta el No. 18 y en longitudes de 20 ó 40 pies para tamaños menores. Por esta razón, y porque resulta más conveniente trabajar con barras de longitudes más pequeñas, con frecuencia es necesario empalmar las barras en el campo. Deben evitarse los empalmes del refuerzo en los puntos de máximo esfuerzo, y cuando se utilicen deben escalonarse, aunque ninguna de estas condiciones sea práctica, por ejemplo, para el caso de empalmes a compresión en columnas. Los empalmes para las barras No. 11 y menores se realizan simplemente mediante traslapo de las barras a lo largo de una distancia suficiente para transmitir el esfuerzo por adherencia desde una barra hasta la otra. Las barras traslapadas se colocan, a menudo, en contacto y se amarran ligeramente con alambre, de modo que permanezcan en su posición a medida que se vacía el concreto. Como alternativa, los empalmes pueden realizarse con soldadura o mediante camisas o dispositivos mecánicos que suministran una "conexión efectiva y completa" entre las barras. El Código ACI 12.14.2 prohíbe el uso de empalmes traslapados para barras mayores que las No. 11. Para barras que van a estar sometidas a compresión únicamente, es posible transmitir la carga con el apoyo, uno sobre otro, de los extremos cortados en forma transversal, siempre y cuando las barras se mantengan con seguridad en su posición mediante una camisa o cualquier otro dispositivo. Los empalmes por traslapo de barras en paquete se basan en la longitud de empalme por traslapo que se requiere para las barras individuales dentro del paquete, pero debido a la reducción en perímetro efectivo, la longitud de empalme debe aumentarse en un 20 por ciento para paquetes de tres barras y en un 33 por ciento para paquetes de cuatro barras. Los empalmes de las barras individuales dentro de un paquete no deben superponerse y los paquetes enteros no deben empalmarse por traslapo. Con respecto al Código ACI 12.14.3, los empalmes soldados deben colocarse a tope y soldarse de manera que la conexión desarrolle a tensión por lo menos el 125 por ciento de la resistencia a la fluencia especificada de la barra. El mismo requisito se aplica a las conexiones puramente mecánicas. Esto asegura que una barra empalmada y sobrecargada falle por fluencia dúctil en una región alejada del empalme, en vez de que se presente en el empalme mismo donde es posible una falla frágil. Conexiones con barras No. 5 o menores que no cumplan con este requisito pueden utilizarse en puntos donde los esfuerzos sean menores que los máximos.
Empalmes por traslapo a tensión La longitud requerida para traslapos en empalmes a tensión, establecida mediante ensayos, puede plantearse en términos de la longitud de desarrollo l d. En el proceso de calcular l d se aplican los mismos factores de modificación anteriores excepto que el factor de reducción por refuerzo en exceso no debe aplicarse porque ya se tiene en cuenta en la especificación misma del empalme. Se han establecido dos clasificaciones diferentes para los empalmes por traslapo según la longitud mínima requerida para el traslapo: el empalme clase A requiere un traslapo de 1.0/ d y el empalme clase B, uno de 1.3 l d. En los dos casos debe aplicarse la longitud
mínima de 12 pulg. Los empalmes por traslapo deben ser, por lo general, clase B conforme al Código ACI 12.15.2, excepto que los de clase A se permiten cuando el área suministrada de refuerzo es por lo menos el doble de la exigida por análisis a lo largo de toda la longitud del empalme, y cuando la mitad o menos del refuerzo total se empalma dentro de la longitud requerida de traslapo. El efecto de estos requisitos es motivar al diseñador para que ubique los empalmes lejos de las regiones de máximo esfuerzo, en zonas donde el área real de acero sea por lo menos el doble de la requerida por análisis, y para que realice los empalmes en forma escalonada.
Empalmes a compresión Las barras de refuerzo a compresión se empalman ante todo en columnas donde las barras llegan normalmente un poco más arriba de cada piso o en pisos de por medio. 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. Las barras a compresión pueden empalmarse por traslapo, mediante contacto directo en los extremos, soldadura o mediante dispositivos mecánicos que proporcionen una conexión efectiva. La longitud mínima de traslapo para empalmes a compresión está definida por el Código ACI 12.16: Para barras con f y 60,000 lb/pulg
2
0.0005 f y d b
2
(0.0009 - 24)d b
Para barras con > 60,000 lb/pulg
2
pero no menos de 12 pulg. Para f´ c menor que 3000 lb/pulg , el traslapo requerido se incrementa en un tercio. Cuando se realizan traslapos a compresión con barras de diferente tamaño, la longitud de empalme debe ser la mayor entre la longitud de desarrollo de la barra mayor y la de empalme de la barra menor. Como una excepción a la restricción usual para el empalme por traslapo de barras de gran diámetro, las Nos. 14 y 18 sí pueden empalmarse por traslapo con las No. 11 y menores. Mediante ensayos y experiencias se ha encontrado que el contacto directo en los extremos puede ser un medio efectivo para transmitir la compresión. En este caso, las barras deben mantenerse adecuadamente alineadas con un dispositivo apropiado. Con relación al Código ACI 12.16.4, los extremos de las barras deben terminar en superficies planas, en ángulo o recto con una desviación más o menos de 1.5° y con una tolerancia máxima de 3 con respecto al contacto total después de ensamblarse. Se debe utilizar flejes, estribos cerrados o espirales.
c. Empalmes en columnas Los empalmes por traslapo, los de soldadura a tope, las conexiones mecánicas o los empalmes por contacto en los extremos pueden utilizarse en columnas con ciertas restricciones. Las barras de refuerzo en las columnas pueden estar sometidas a compresión o tensión o, para diferentes combinaciones de carga, tanto a tensión como a compresión.
De acuerdo con esto, los empalmes en columnas deben ajustarse en algunos casos a los requisitos para empalmes a compresión o a tensión únicamente, y en otros, a los requisitos para las dos condiciones. El Código ACI 12.17 exige que se disponga de una capacidad mínima a tensión en cada una de las caras de todas las columnas, aun cuando el análisis indique que sólo hay compresión. Los empalmes por traslapo corrientes a compresión proveen suficiente resistencia a la tensión, pero los empalmes por contacto en los extremos pueden exigir barras adicionales para transmitir la tensión a menos que se hagan en forma escalonada. Los empalmes por traslapo en columnas donde los esfuerzos en las barras producto de las cargas mayoradas son de compresión, deben cumplir con los requisitos expuestos en la sección 5.11b para empalmes a compresión. Cuando el esfuerzo es de tensión y no excede el valor de 0.5 f y, el empalme por traslapo debe ser clase B si se empalman más de la mitad de las barras en cualquier sección, o clase A si se empalman la mitad o menos y los empalmes por traslapo alternos se escalonan a distancias mayores que Si el esfuerzo es de tensión y excede 0.5 f y , entonces de acuerdo con el Código ACI el empalme por traslapo debe ser clase B. Si se utilizan flejes transversales a todo lo largo de la longitud de empalme con un área por lo menos de 0.0015 hs, donde s es el espaciamiento de los flejes y h es el espesor total del elemento, la longitud de empalme que se requiere puede multiplicarse por 0.83 pero no debe ser menor que 12 pulg. Si el empalme está confinado por refuerzo en espiral, la longitud exigida puede multiplicarse por 0.75 pero de nuevo no debe ser menor que 12 pulg. Los empalmes por contacto en los extremos, como se describió anteriormente, se pueden utilizar para barras en columnas sometidas a esfuerzos de compresión, siempre y cuando los empalmes se escalonen o si se colocan barras adicionales en los sitios de los empalmes. Las barras que continúan en cada cara deben tener una resistencia a la tensión no menor que 0.25 f y veces el área del refuerzo en esa cara.
Para el caso en que el esfuerzo de tensión deseado en la barra no pueda desarrollarse únicamente por adherencia, es necesario suministrar anclaje especial en los extremos de la barra, a menudo con ganchos a 90° o a 180°. Las dimensiones y radios de doblamiento para estos ganchos se han estandarizado en el Código ACI 7.1, como sigue (ver la figura 5.9): 1. Un doblez a 180° más una extensión mínima de longitud igual a 4 diámetros de barra, pero no menor que 2 1/2 pulg en el extremo libre de la barra, o 2. Un doblez a 90° más una extensión mínima de longitud igual a 12 diámetros de barra en el extremo libre de la barra, o 3. Para el anclaje de estribos y flejes solamente: (a) Para barras No. 5 y menores, un doblez a 90° más una extensión mínima de longitud igual a 6 diámetros de barra en el extremo libre de la barra, o (b) Para barras Nos. 6, 7 y 8, un doblez a 90° más una extensión mínima de longitud igual a 12 diámetros de barra en el extremo libre de la barra, o
(c) Para barras No. 8 y menores, un doblez a 135° más una extensión mínima de longitud igual a 6 diámetros de barra en el extremo libre de la barra. El diámetro mínimo de doblamiento medido en la parte interior de la barra para ganchos estándar diferentes de los de estribos o flejes de tamaño No. 3 hasta el No. 5, no debe ser menor que los valores dados en la tabla 5.2. Para ganchos de estribos y flejes con barras No. 5 y menores, el diámetro interior de doblamiento no debe ser menor que 4 diámetros de barra, según el Código ACI. Cuando se utilizan mallas electrosoldadas de alambre (con alambre liso o corrugado) para estribos o flejes, el diámetro interior de doblamiento no debe ser menor que 4 diámetros de alambre si éste es corrugado y de diámetro mayor al calibre D6, y que 2 diámetros de alambre para todos los demás. Dobleces con diámetros interiores menores que 8 diámetros de alambre no deben estar a distancias menores que 4 diámetros de alambre desde la intersección soldada más cercana.
