La mayoría de las estructuras de hormigón armado no estarán provistas de barras reforzadas de longitud completa. La fabricación y el transporte de barras largas son difíciles, lo que limita el uso de barras reforzadas de longitud completa.
El método utilizado para unir las barras de refuerzo, de modo que la fuerza se transfiera eficazmente de una barra a la otra se denomina empalme. La integridad de la estructura de hormigón depende del empalme adecuado de las barras de refuerzo.
Fig.1: Empalme de la barra de refuerzo
Las fuerzas se transfieren de una barra a otra a través de las uniones en el hormigón. La fuerza se transfiere primero al hormigón a través de la unión de una barra y luego se transfiere a la otra barra que forma el empalme a través de la unión entre ésta y el hormigón. Por lo tanto, el hormigón en el punto de empalme está sometido a altas tensiones de cizallamiento y división que pueden causar grietas en el hormigón. Un empalme bien diseñado es el elemento clave para transmitir las fuerzas a través de las barras de armadura creando una trayectoria de carga adecuada.
Fig.2Estribos en los puntos de empalme
Métodos de empalme de la armadura
- Empalme a solapa
- Empalme mecánico
- Empalme soldado
En la India, los requisitos de empalme de las barras de armadura se recogen en la norma IS456 cl.25.2.5. El código también especifica que el empalme de los elementos de flexión no debe realizarse en secciones en las que el momento de flexión sea superior al 50% del momento de resistencia, y que no debe empalmarse más del 50% de las barras de armadura en una sección determinada. El empalme de barras debe realizarse por barras alternas si hay que empalmar más de una barra.
1.Empalmes de solapa
El empalme de solapa es el más común y económico empleado en la construcción. Los empalmes soldados y los empalmes mecánicos requieren más mano de obra y habilidad en comparación con el empalme de solapa.
Fig.3: Empalme de barra >36mm de diámetro
Los puntos importantes a tener en cuenta mientras se realizan los empalmes de solapa en las barras de refuerzo:
- Las solapas en el refuerzo deben ser siempre escalonadas. Las distancias de centro a centro de los solapes no deben ser inferiores a 1,3 veces la longitud de solapa requerida de las barras. Las barras que se solapen deben colocarse verticalmente una sobre otra u horizontalmente una al lado de la otra.
- La longitud total de solapamiento de las barras, incluyendo los codos, ganchos, etc., en la tensión de flexión no debe ser inferior a 30 veces el diámetro de la barra de la longitud de desarrollo completo Ld calculada, lo que sea mayor.
- La longitud de solapamiento en tensión directa debe ser 30 veces el diámetro de la barra (30) o 2 Ld, lo que sea mayor. Los empalmes en tensión deben estar encerrados en espirales hechas con barras de 6mm con un paso no superior a 100mm. También se deben proporcionar ganchos en el extremo de las barras de tensión.
- La longitud de solapamiento es compresión debe ser superior a 24 o Ld en compresión. Cuando los pilares se someten a flexión, la longitud de solape también puede aumentarse hasta el valor en tensión de flexión si la barra se encuentra en tensión.
- Cuando haya que solapar dos barras de distinto diámetro, la longitud de solape debe calcularse en función del diámetro de la barra más pequeña.
- Debe evitarse el empalme a solapa de barras de armadura de más de 36 mm de diámetro. En caso de que dichas barras deban solaparse, deberán soldarse. Cuando se permita la soldadura de barras en frío, deberán seguirse las instrucciones especiales aplicables a estas barras.
- Cuando el solapado de las barras de refuerzo tenga que hacerse en circunstancias inusuales, como el empalme en zonas de grandes momentos o cuando haya que empalmar más del 50% de las barras, deberán preverse espirales adicionales estrechamente espaciadas alrededor de las barras solapadas y deberá aumentarse la longitud del solapado.
- Cuando las barras agrupadas deban empalmarse por solapamiento, se empalmará una barra de refuerzo a la vez y el empalme deberá ser escalonado.
- Si las reglas generales relativas a los solapamientos no pueden ser obedecidas en una construcción, se deberán proporcionar empalmes especiales soldados o conexiones mecánicas (Cl. 25.2.5.2 de IS 456).
- El uso de empalmes por solapamiento causará problemas de congestión de empalmes que exigirán algún otro método de empalme. La congestión de las barras de refuerzo creará puntos de tensión críticos en las barras de refuerzo, dificultad para el paso del hormigón, la longitud del empalme sería insuficiente.
2.Empalme mecánico
Un empalme mecánico o una unión hacen uso de un acoplador o un manguito para empalmar dos barras de refuerzo. El empalme mecánico es un nuevo tipo de empalme en la industria de la construcción india.
Fig.4: Empalme mecánico >36mm de diámetro
El empalme mecánico tiene muchas ventajas en comparación con el método convencional de solapamiento. Algunas de ellas son:
- Con este empalme se obtiene una barra de refuerzo continua. Se evitan los errores debidos a una longitud de solape errónea como en el método convencional.
- Se reduce el desperdicio de acero. El uso de una unión mecánica ayuda a evitar la longitud de solape. Esto ahorrará una cantidad apreciable de acero.
- Podemos utilizar acopladores como barras de pasador. Esto ahorrará el material de encofrado.
- Las uniones mecánicas no crearán ninguna congestión de acero ya que se eliminan los solapamientos de las barras.
- Los acopladores proporcionan una mayor flexibilidad para los diseñadores.
- La resistencia en la unión se analiza fácilmente en el caso del empalme mecánico en comparación con la unión de solapamiento convencional.
Los acopladores mecánicos son el empalme o unión mecánica más utilizada para el refuerzo. Los acopladores mecánicos pueden ser de dos tipos:
- Acopladores roscados
- Acopladores no roscados
Acopladores roscados: Los acopladores roscados se clasifican en dos:
- Acopladores roscados cónicos: Este tipo de acopladores roscados se colocan en un extremo de la barra de refuerzo roscada y la barra de refuerzo adyacente se conecta y aprieta mediante una llave dinamométrica calibrada. El procedimiento se realiza en la obra.
Fig.5:Acopladores de rosca cónica (Imagen cortesía : CSRI)
- Acopladores de rosca de rodillo: En este tipo, las barras que se van a conectar son presionadas por un conjunto de rodillos. Estos extremos prensados se conectan mediante acopladores con roscas coincidentes y paralelas.
Fig.6:Acopladores con rosca de rodillo(Imagen cortesía : CSRI)
Acopladores sin rosca: Este tipo de acopladores tiene variedad de tipos que se utilizan en áreas donde los acopladores roscados no pueden ser empleados. Los diferentes tipos son:
- Acopladores atornillados
- Acopladores de soldadura por fricción
- Acopladores soldados
- Acopladores de varilla
Fig.7Acoplador Swage (Imagen cortesía de Incon)
La principal aplicación de los acopladores no roscados es en los trabajos de reparación que en los de nueva construcción. Su coste es más elevado que el de los acopladores roscados, por lo que no se emplean de forma generalizada. Los acopladores utilizados para este proceso son voluminosos y el proceso de instalación es lento.
3.Empalme soldado
El empalme soldado no se utiliza habitualmente porque puede afectar a la resistencia de las barras de refuerzo. Se siguen condiciones y reglas especiales para el empalme soldado.
- El empalme soldado se utiliza para barras de refuerzo con un diámetro superior a 36mm.
- Si no se dispone de mano de obra cualificada, se evita este método
- Se adopta este método en las zonas donde hay congestión de barras de refuerzo y se requiere una mayor resistencia al momento.
- Si hacemos uso de barras que tienen malas especificaciones de soldabilidad, no se adopta este método.
Antes de someterse al refuerzo soldado, es necesario tener un análisis químico adecuado de las barras de acero, la inspección de campo, la calidad del acero y la supervisión adecuada.
Fig.8Soldadura a tope de la barra de refuerzo
Fig.9: Soldadura a tope de la barra de refuerzo