III. NORMATIVA VIGENTE PARA HORMIGONES LIVIANOS
3.3 Norma ACI 318 08 Código de Requerimientos para la Construcción de
Concrete and Commentary)
Esta es la norma internacional que actualmente se utiliza para el diseño estructural en complemento con las normas chilenas (NCh), pero a diferencia de ellas, habla explícitamente del hormigón liviano estructural y del hormigón liviano de alto desempeño.
A partir de esta norma, se recomienda considerar las bases comparativas para parametrizar los resultados obtenidos por la muestra propuesta en este proyecto.
Lo primero que indica es que si se está utilizando un diseño de mezcla que produzca una reducción en el peso del elemento a diseñar, se debe obtener la caracterización de la mezcla para utilizar esos datos, de no ser así, se deben utilizar las mismas especificaciones que el hormigón de mezcla tradicional, afectando algunos datos por coeficientes nombrados en la norma y detallados a continuación.
3.3.1 Sección 8.5 - Módulo de Elasticidad
El módulo de elasticidad, Ec, para el hormigón puede calcularse como:
= 4270 . ´ (3.1)
En kg/cm2, para valores de wc comprendidos entre 1440 y 2560 kg/m3. Para el hormigón con densidad normal, Ec puede tomarse como 16000 ´ .
3.3.2 Sección 8.6 – Hormigón Liviano
Es un apartado exclusivo, en el que junto a su comentario, trata directamente el hormigón liviano. Algunos de los aspectos destacables son:
La resistencia a tracción del hormigón a los 28 días, puede obtenerse mediante la expresión:
´ (3.2)
Para todas las ecuaciones y secciones aplicables al ACI 318-08, el valor de λ es 0,85 para hormigón liviano de arena de peso normal y 0,75 para los otros hormigones de peso liviano. Este valor se puede interpolar en base a las fracciones volumétricas.
Este valor se basa en la suposición que la resistencia a tracción del hormigón de peso liviano es una fracción fija de la resistencia a la tracción del hormigón de peso normal.
También es permitido interpolar entre 0,85 y 1,0 para el hormigón que contiene agregado fino de peso normal y una combinación de agregados gruesos de peso normal y peso liviano.
Si se especifica la resistencia promedio a la tracción por hendimiento del hormigón liviano, entonces λ toma un valor igual a:
=
. ´ ≤1,0 (3.3)
Esta fórmula se basa en los ensayos de laboratorio realizados para determinar la relación entre la resistencia promedio a la tracción por hendimiento (fct) y la resistencia especificada a la compresión (f´c) para el hormigón de peso liviano que se esté utilizando.
El factor λ refleja la resistencia a tracción más baja del hormigón de peso liviano,
lo cual puede reducir la resistencia a cortante, las propiedades de fricción, la resistencia al hendimiento, la adherencia entre el hormigón y el refuerzo; y aumentar las longitudes de desarrollo, en comparación con el hormigón de peso normal de igual resistencia a compresión.
Dichos valores de λ han sido obtenidos de los ensayos de hormigones con
diversos tipos de agregado estructural de peso liviano.
3.3.3 Sección 11.6.4 - Diseño del cortante por fricción
Específicamente en la sección 11.6.4.3, donde se define el coeficiente de fricción para los distintos casos de ubicación del hormigón (µ) debe ser afectado por un valor λ= 0,75 para hormigón liviano en todos sus componentes. Para casos en que la dosificación incluya combinación de agregados de peso normal y liviano, se debe interpolar como se indica en la sección 8.6.1, pero el mismo no debe exceder el valor de 0,85.
3.3.4 Sección 12.2.4 - Longitud de desarrollo en barras corrugadas a tracción Las fórmulas para determinar la longitud de desarrollo incluyen al factor λ, el cual es igual a 1,0, para hormigón de peso normal y no superior a 0,75 si se utiliza hormigón liviano, a menos que se especifique fct (tracción por hendimiento).
El factor λ para hormigón liviano se hizo igual para todos los tipos de agregados
confirmaron las variaciones especificadas en las ediciones previas para hormigón liviano en todos sus componentes y para hormigón liviano con arena de peso normal, y se seleccionó un valor único de 1,3 (usado en ese tiempo como un multiplicador en el numerador de las ecuaciones de longitud de desarrollo). En el reglamento 2008 se adoptó una definición unificada de λ. El término λ ha sido trasladado del numerador al denominador en las ecuaciones de longitud de desarrollo (1/0,75=1,33). De todas maneras se puede usar un valor más alto cuando se especifique la resistencia a tracción por hendimiento del hormigón liviano.
3.3.5 Sección 12.5.2 - Longitud de desarrollo en gachos estándar en tracción Para barras corrugadas la longitud de desarrollo del gancho debe ser:
ld = ,
´ (3.4)
Donde Ψe y λ son iguales a 0,75 para hormigón con agregados livianos. Para
otros casos Ψey λ deben considerarse iguales a 1,0.
3.3.6 Capítulo 18.13.4 - Resistencia de materiales en Hormigón Pretensado
Denota que se debe considerar el factor λ al utilizar materiales livianos para producir hormigón, reflejando su baja resistencia a la tracción, lo que es un factor indirecto para limitar los esfuerzos de compresión, así como la amplia dispersión y fragilidad exhibida en las zonas de anclaje en ensayos con algunos hormigones livianos.
3.3.7 Sección 18.14.2 - Diseño de la zona general de refuerzo en losas
La norma ACI 318-08 recomienda que para el anclaje de torones en losas de hormigón pretensado, el refuerzo debe ser ajustado en forma conservadora para tomar en cuenta la mayor fuerza de anclaje y la menor resistencia a tracción por hendimiento del hormigón liviano.
3.3.8 Sección 21.1.4.3 - Hormigón en pórticos especiales que resistan momento y muros especiales
El capítulo 21 del ACI 318-08 está dedicado al diseño y utilización de la norma en zonas en que las estructuras se deban diseñar o revisar por sismo. Los requisitos de esta sección se refieren a la calidad del hormigón en pórticos y muros diseñados para resistir fuerzas inducidas por sismos. La máxima resistencia especificada a la compresión del hormigón liviano a emplear en cálculos de diseño estructural se limita a 350 kg/cm2, debido principalmente a la insuficiencia de datos de campo y experimentales acerca del comportamiento de elementos hechos con hormigón de agregado liviano, sometidos a desplazamientos alternantes en el rango no lineal. Si se desarrolla evidencia convincente para alguna aplicación específica, se puede incrementar el límite de resistencia máxima especificado a la compresión del hormigón liviano al nivel justificado por la evidencia.
El factor de modificación λ para hormigón liviano en zonas sísmicas debe de concordar con los utilizados en el resto de la norma, a menos que se especifique de otro modo.
3.3.9 Sección 21.7.2.3 - Uniones en marcos de momento
En este apartado se limita la relación de tamaño entre el diámetro de la barra y la dimensión de la columna, esto para evitar que las barras rectas se deslicen dentro de los nudos viga-columna debido a estar sometido a una secuencia de inversiones de momento de gran magnitud, fenómeno típico de los movimientos sísmicos. Este límite está dado como 1/20 para hormigón tradicional y aumentado un 30% para el hormigón liviano. Este aumento en la dimensión genera una unión viga-columna mayor que para el caso tradicional. Para las barras de las vigas que atraviesan los nudos de hormigón de peso liviano, el límite se basa en el factor de ampliación de 1,3 del capítulo 12, antes comentado.
Este límite, según ACI 318, proporcionaría un control razonable del deslizamiento potencial de las barras de la viga en el nudo viga-columna, considerando el número de incursiones inelásticas previstas en el marco durante un sismo fuerte.
3.3.10 Sección 21.7.4 - Resistencia al corte de un nudo de viga-columna
Para hormigón con agregado liviano, la resistencia nominal al cortante del nudo no debe exceder de las tres cuartas partes de los límites para el hormigón de agregado normal, según se muestra en la Tabla 3.1.
Tabla 3.1: Modificación a fórmulas de resistencia en nudos
Para nudos confinados en las cuatro caras 1,7∗3 4 ´ = , ´
Para nudos confinados en tres o en dos caras opuestas 1,2∗3 4 ´ = , ´
Para otros casos 1,0∗3 4 ´ = , ´
Fuente: ACI 318-08
3.3.11 Sección 21.7.5 - Longitud de barras en tracción
Para hormigón liviano, la longitud de desarrollo de las barras (ldh) para una barra con gancho estándar de 90° no debe ser menor que el mayor valor entre 10db, 190 mm y 1,25 veces la longitud requerida por la ecuación:
=
, ´ (3.5)
Este aumento es para compensar la variabilidad de las características de adherencia de barras de refuerzo en diversos tipos de hormigón liviano.
3.3.12 Sección 22.5.6 – Hormigón Liviano
El capítulo 22 del ACI 318-08 proporciona los requisitos mínimos para el diseño y construcción de elementos de hormigón simple estructural, es decir, los vaciados en sitio o prefabricados.
Cuando se diseña por resistencia en hormigón liviano, para esta sección, el factor de modificación λ debe estar de acuerdo con la sección 8.6.1 del ACI 318- 08, a menos que se especifique de otro modo.
3.3.13 Sección D3.4 - Requisitos generales de anclaje en el hormigón
En la sección de apéndices del ACI 318-08 se incluyen algunos métodos y consideraciones de diseño especiales.
Este apéndice proporciona los requisitos de diseño para los anclajes en el hormigón, utilizados para transmitir las cargas estructurales por medio de tracción, cortante o combinación de ellos, ya sea entre elementos estructurales conectados o aditamentos y elementos estructurales relacionados con la seguridad. Los niveles de seguridad especificados están orientados a las condiciones durante la vida útil más que a otras situaciones durante la construcción o manejo de corta duración.
Lo que se debe notar en este capítulo es que sus disposiciones no son aplicables al diseño de anclajes en las zonas de articulación plástica de estructuras de hormigón sometidas a fuerzas sísmicas, ya que en ACI 355.2 se establece específicamente que los procedimientos para ensayos sísmicos no simulan el comportamiento de los anclajes en las zonas de articulación plástica. El alto nivel de fisuración y descascaramiento posible en las zonas de articulaciones plásticas se encuentra más allá de los niveles de daño para los cuales es aplicable el Apéndice D.
La única aclaración que hace referencia al hormigón liviano es que se debe utilizar el factor de modificación λ especificado anteriormente, a menos que se indique específicamente de otra manera.