Varillas de arriostramiento para estructuras de acero: área de tensión, tensado y abastecimiento

Se emite una orden de compra para "barra redonda de 16mm, un extremo roscado, 4,8 m de largo". Llegan las barras, las horquillas no encajan en la rosca y una vez enrollados completamente los tensores, cada varilla queda 30 mm corta. Esa secuencia es la realidad cotidiana del comercio de varillas de refuerzo: el acero rara vez es el problema, pero sí las interfaces.

El refuerzo de varillas es una de las partes menos glamorosas de un paquete estructural, pero determina si el marco de un pórtico se mantiene cuadrado, si un soporte de tuberías resiste el viento sin necesidad de soportes y si una marquesina se mueve de la manera que el modelo dijo que lo haría. Hacerlo bien es cuestión de unos pocos números especificables.

¿Qué hace realmente una varilla de refuerzo?

Bajo la acción del viento o de un terremoto, una bahía rectangular quiere convertirse en un paralelogramo. En un tramo arriostrado en X, una diagonal se alarga y se afloja mientras que la otra se acorta y se aprieta, transportando el corte lateral hacia los cimientos. La varilla nunca resiste la compresión: invierte la carga y la varilla opuesta toma el control. Ese único comportamiento explica la mayoría de las reglas de diseño y abastecimiento que siguen.

Sólo tensión, y nunca sola.

Una sola varilla no puede sujetar una articulación contra una carga inversa, porque se pandea en el momento en que la fuerza cambia. Las soluciones prácticas utilizan al menos dos varillas por tramo arriostrado, o una varilla más un puntal de compresión. Cuando un dibujo muestra una diagonal solitaria sin compañera, vale la pena preguntarse de qué dirección viene el viento del diseño.

La raíz del hilo establece la capacidad.

Es conveniente una barra completamente roscada, pero el área de tensión de tracción es menor que el vástago nominal. Una rosca gruesa M16 proporciona aproximadamente 157 mm² frente a los 201 mm² nominales, aproximadamente un 22 por ciento menos. En una barra de grado 8,8 con un rendimiento de 640 MPa, eso sitúa la carga de rendimiento cerca de 100 kN y una tensión de trabajo cerca de 60 kN. Si un diseño requiere 70 kN, se necesita una barra más pesada o de mayor calidad; el diámetro nominal por sí solo no dice nada.

Los extremos trabajan más duro que el medio.

Las horquillas, los ojos de pasador, las placas de refuerzo, los anclajes de muñón y los cuerpos de tensores se encuentran en la misma ruta de carga y generalmente están hechos de diferentes materiales, en diferentes fábricas y con diferentes revestimientos. Un tensor galvanizado en caliente acoplado a una varilla de óxido negro garantiza una celda de corrosión en la primera rosca. Hacer coincidir el acabado en todo el conjunto es más económico que repararlo más tarde.

Varilla versus ángulo versus tubo: la compensación en números

La razón por la que persiste el refuerzo de las varillas es la masa. Una barra de 16 mm pesa alrededor de 1,58 kg por metro; un ángulo de 50×50×5 con capacidad de tracción comparable pesa 3,77 kg por metro y es mucho más difícil de manejar en altura. La siguiente comparación pone las opciones una al lado de la otra según los criterios que realmente impulsan una decisión de compra.

Cuando una estructura realmente necesita capacidad de compresión (un tramo arriostrado en una zona sísmica, por ejemplo), el arriostramiento con varillas deja de ser la respuesta correcta, independientemente del costo. Cuando el caso es sólo viento, la varilla gana en manipulación, transporte y tamaño de las placas de conexión.

La variable oculta: estiramiento y recorrido del tensor

Los diseñadores rara vez verifican cuánto se estirará una varilla entre la condición de holgura y la tensión de trabajo. Ese número determina cuánto ajuste debe absorber el tensor y no es el mismo en todos los diámetros. La gráfica muestra el alargamiento elástico de una varilla de 6 m tensada a 15 kN, suponiendo E = 205 GPa.

La lectura práctica es que una varilla rígida y de gran diámetro tiene muy poca elasticidad, por lo que un error en la longitud del corte se traduce casi uno por uno en una abrazadera floja o demasiado apretada. Una varilla más delgada es más tolerante de instalar, pero necesita una ventana de recogida más amplia. Como regla general, calcule el recorrido del tensor como el estiramiento calculado, más la tolerancia de longitud de corte permitida, más aproximadamente 10 mm de hilo residual para que la abrazadera aún pueda ajustarse después de que la estructura se haya asentado.

Una consecuencia más: las varillas se aprietan mediante rotación, por lo que la rosca debe estar limpia y lubricada o la fricción consumirá la mayor parte del par antes de que la tensión llegue a la barra. Las roscas galvanizadas secas necesitan habitualmente entre un 30 y un 40 por ciento más de torsión para la misma tensión, razón por la cual los equipos de obra terminan apretando demasiado y pelando el cuerpo del tensor.

Dónde se utilizan refuerzos de varilla

Los patrones de pedido de un fabricante de sujetadores dan una idea aproximada de dónde terminan estas piezas. La siguiente división refleja cómo se distribuye normalmente el tonelaje entre aplicaciones; Es una imagen indicativa, no un estudio de mercado.

Vale la pena destacar la parte de modernización. Los marcos más antiguos frecuentemente se vuelven a apuntalar después de un cambio de uso, y allí la varilla se elige por su tolerancia a la geometría imperfecta en lugar de por su resistencia. Una varilla con 50 mm de tensor de repuesto suele ser más valiosa en una modernización que una con 10 kN adicionales de capacidad.

Especificación y obtención de una varilla de refuerzo

El proceso de especificación es corto si se realiza en el orden correcto. Cada paso a continuación cierra un modo de falla que se repite con la frecuencia suficiente para ser predecible.

Varillas roscadas de acero de aleación ASTM A193 B7 Varillas de cromo-molibdeno B7 de alta resistencia para servicio con límites de presión o temperatura elevada, disponibles en acabados galvanizados, de óxido negro o galvanizados en caliente. Ver producto →

Barra roscada completa ASTM A320 L7 Barra roscada completa de acero de aleación L7 para servicio costa afuera, disponible en HDG, zinc u óxido negro; confirme la longitud del corte terminado y limpie los extremos biselados. Ver producto →

Las longitudes originales en acero de aleación B7 y L7, y en acero al carbono simple de grado 8.8, cubren la mayor parte de lo que necesita un paquete de refuerzo; la variable suele ser la longitud del corte y el acabado superficial más que el material en sí.

Barra roscada completa de acero al carbono grado 8.8 Varilla de refuerzo de acero al carbono simple M16×300 en grado 8.8, con acabado galvanizado o negro; Las longitudes originales se adaptan a paquetes de refuerzo donde la longitud de corte y el acabado varían. Ver producto →

Inspección, mantenimiento y las lagunas de cumplimiento que persisten

Una barra de refuerzo montada y tensada correctamente el primer día puede seguir sin carga dos años más tarde. Las comprobaciones importantes son sencillas y en su mayoría visuales.

• Control de tensión en la entrega y después de la primera temporada de viento. Una varilla que se puede mover con la mano no funciona. Marca el tensor y el hilo con pintura para que el movimiento sea visible.
• Daños en el revestimiento durante el transporte. Las varillas galvanizadas manipuladas con eslingas de cadena pierden su capa exactamente en el punto de contacto con la horquilla. Retoque con pintura rica en zinc antes del montaje, no después.
• Exposición del hilo. Cualquier hilo que quede sobresaliendo del tensor debe llevar el mismo revestimiento que la varilla. Los extremos cortados desnudos son el primer lugar donde aparece el óxido y el primer lugar donde comienza una grieta por fatiga en una estructura vibratoria.
• Documentación. Los resultados del impacto Charpy para L7, las lecturas del espesor del recubrimiento para inmersión en caliente y la trazabilidad hasta el número de calor son los tres elementos que solicitará un auditor. Guárdelos junto con los planos de montaje en lugar de en un archivo del proyecto.

Nada de esto es ingeniería exótica. La varilla de refuerzo es un elemento simple, eficiente, que solo funciona con tensión y sigue siendo confiable cuando el área de tensión, el margen de tensión y el recubrimiento se especifican explícitamente en lugar de inferirse de una fotografía de catálogo. Las fallas que ocurren casi siempre se remontan a que uno de esos tres números se deja en el taller.