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COLOCACION DEL REFUERZO
EN ESTRUCTURAS DE
CONCRETO REFORZADO
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LAS ESTRUCTURAS SE COMPORTAN DE ACUERDO A
COMO SE CONSTRUYEN Y NO A COMO SE DISEÑAN
Los proyectistas estructurales no siempre tienen la
suficiente experiencia práctica en terreno como para
desarrollar documentos de construcción (planos y
especificaciones) que reflejen adecuadamente los
requerimientos de una obra.
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La inspección se realiza con el objeto de
asegurar un trabajo satisfactorio, de acuerdo
con los planos de diseño y las especificaciones
correspondientes.
El comportamiento adecuado de la estructura
depende de que la construcción represente
correctamente al diseño y cumpla con los
requisitos definidos por el calculista, dentro de
las tolerancias permitidas.
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Como ejemplo consideremos una
columna de hormigón de 350 x 350 mm
(fig. 7) reforzada con 4 barras de 25 mm,
con estribos de 12 mm, el recubrimiento
de hormigón para los estribos debería
ser de 40 mm con tolerancia de ± 13
mm. Si el refuerzo fue colocado a la
mínima tolerancia en dos direcciones
se vería como en la fig. 8, pero podría
ser colocado a la mínima tolerancia en
cualquiera de las 4 direcciones con lo
que la nube de tolerancias de
colocación aparecería como en la fig. 9.
En ambos casos, el resultado es
completamente diferente a lo que se
puede haber tenido en mente durante el
diseño.
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En el segundo ejemplo (fig. 10), tenemos un muro de 350 mm
de espesor reforzado con barras verticales de 25 mm,
colocadas cada 300 mm en cada cara, y barras horizontales de
12 mm colocadas a 300 mm en cada cara. El recubrimiento de
la cara externa es de 40 mm y la interna es de 20 mm.
La tolerancia del recubrimiento para las barras en la cara
externa es ± 13 mm. Para la cara interna la reducción máxima
está limitada a 1/3 del recubrimiento especificado, lo que da
tolerancias de +12 mm –6mm. De esta forma el recubrimiento
de la cara exterior podría reducirse a sólo 25 mm y en la cara
interior a 14 mm (fig. 11).
Si se considera que cada una de las barras verticales y
horizontales podría ser colocada a 75 mm de su ubicación
designada, la nube de tolerancias en el muro se vería como en
la fig. 12.
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En esta ocasión, mostraremos el efecto de
las tolerancias de moldaje y de fabricación
de las barras de acero.
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Tolerancias en Moldajes ayudan a la Constructabilidad
Las tolerancias para moldajes se encuentran en ACI
117-90, sección 4. Estas tolerancias para las
dimensiones transversales de elementos colocados en
obra varían con la dimensión global, como lo muestra la
tabla a continuación.
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Usando como ejemplo la columna de 350 x 350 mm, la
tolerancia será +13 mm o -10 mm. Ignorando la alineación
vertical, esta produce la nube de tolerancia de moldaje en una
columna con dimensiones aceptables entre 363 x 363 mm y 340
x 340 mm (fig.1).
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Considerando 40 mm de
recubrimiento, el ancho de los
estribos es 270 mm. Combinando las
dimensiones de amarra máximas
aceptables con las dimensiones de
columna mínimas aceptables se
produce la configuración mostrada
en la fig.2. Con la jaula de refuerzo
centrada, el valor de recubrimiento se
reduce de 40 mm a 30 mm sobre los 4
lados. Recordando que las
tolerancias de colocación permiten al
recubrimiento disminuir hasta quedar
en 25 mm como mínimo, la jaula debe
ser colocada dentro de ±5 mm del
centro de la columna en ambas
direcciones para resolver los
requisitos de tolerancia.
Considerando la rectitud de las
barras y la rectitud de los moldes,
esto podría ser muy dificultoso de
hacer para el contratista.
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Para nuestro ejemplo de muro de 350 mm de espesor, vemos que la
situación es algo diferente porque no hay tolerancias de estribos con
que lidiar; pero surgen otros temas que deben ser abordados.
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En la fig. 3, se observa que la tolerancia de moldaje para el espesor
del muro permite que éste pueda tener entre 363 y 340 mm de
espesor. Las tolerancias de colocación de refuerzo permiten que el
recubrimiento especificado de 40 mm para la cara exterior tenga entre
25 y 50 mm; y al recubrimiento especificado de 20 mm sobre la cara
interior, entre 13 y 32 mm. En la fig.4 se ve el espesor mínimo de muro
combinado con el recubrimiento máximo de la cara exterior reforzada.
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En esta situación, la profundidad efectiva original de 300 mm para
las barras verticales de 25 mm sobre la cara exterior, ha
disminuido a solo 280 mm.
Suponiendo que tenemos un hormigón de 28 MPa de resistencia
y refuerzo de 420 MPa, esta reducción en la altura útil produciría
una reducción en la capacidad nominal de momento de 7,7%,
debida solamente a las tolerancias de moldaje y colocación. El
efecto de la resistencia a momento sería aún más drástico en
muros más delgados. Para protegerse de este problema, la norma
ACI 318-05, sección 7.5.2.1 coloca una tolerancia especial sobre la
altura útil “d” de ±10 mm, para “d” =200 mm y de ±13 mm para
“d”>200 mm. Estas tolerancias del ACI producirían una reducción
de 4,4% en la resistencia nominal a momento para el ejemplo de
muro considerado aquí; sin embargo, se debería tener en cuenta
que la altura útil generalmente no es controlada en terreno. La
colocación de las barras y el chequeo de las tolerancias se hace
en relación a las superficies de los moldes.
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Tolerancias en Barras de Acero
Es difícil y caro fabricar el acero y el moldaje con dimensiones
demasiado precisas, las barras se tienen que colocar evitando
conflictos con elementos que no pueden ser movidos, tales como
aberturas e insertos embebido. En estos casos, para hacer la
construcción físicamente posible y económicamente práctica, son
necesarias las tolerancias de colocación, como las de fabricación y
de moldaje.
Además de la interacción normal de tolerancias en la obra, se usan
a veces tolerancias para evitar conflictos. Por ejemplo, para
simplificar la construcción con moldajes, las vigas son diseñadas
generalmente de la misma altura. Los planos de estructuras deben
mostrar cómo evitar el cruce de barras de refuerzo de las vigas en
las secciones comunes (fig 5) para evitar problemas de
constructabilidad.
En ese caso, es posible detallar los estribos de la viga principal a la
máxima dimensión vertical y los estribos de las otras vigas a la
dimensión mínima vertical. Si bien esto no elimina por completo el
conflicto, lo puede mitigar en forma significativa. Por supuesto, al
detallar se debe destacar estas dimensiones como críticas y el
constructor debe tener especial cuidado en fabricar el estribo
meticulosamente a las dimensiones detalladas (no serían
aceptables las tolerancias de fabricación normales).
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Como se aprecia, es imprescindible considerar junto a las
dimensiones especificadas en los planos, las respectivas
tolerancias.
Esto es válido tanto para el diseño como para la
construcción, pues permite acotar las diferencias
esperadas, respecto a lo especificado en el proyecto, y por
lo tanto proveer seguridad a la estructura y al mismo tiempo
brindar la flexibilidad necesaria para tomar en cuenta las
variabilidades inherentes a cualquier proceso constructivo.
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