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Cómo se definen los tamaños de varillas de refuerzo: normas, notación y dimensiones clave
Descifrar el sistema #X y sus equivalentes métricos (6 mm–57 mm)
Los tamaños de varillas de refuerzo siguen convenciones normalizadas de numeración, donde la designación #X corresponde al diámetro en octavos de pulgada. Por ejemplo, la varilla #3 equivale a 3/8 de pulgada (9,5 mm), mientras que la #8 indica 1 pulgada (25,4 mm). Este sistema abarca desde la #3 (6 mm) hasta la #18 (57 mm), y los equivalentes métricos permiten la coordinación de proyectos a nivel global. Entre las conversiones clave entre sistema imperial y métrico se incluyen:
- #4: 12,7 mm
- #5: 15,9 mm
- #9: 28,7 mm
- #11: 35,8 mm
La consistencia del diámetro garantiza una distribución uniforme de la carga en las estructuras de hormigón. Los ingenieros confían en estas dimensiones normalizadas —codificadas por primera vez en la norma ASTM A615— para alinear los diseños de armaduras con los códigos internacionales de construcción, como el ACI 318 y el ISO 6935.
Grados ASTM A615/A706 y por qué el diámetro por sí solo no determina la resistencia
ASTM establece las normas sobre la resistencia que deben tener las barras de refuerzo, principalmente mediante sus estándares como el A615 para acero al carbono convencional y el A706 para aceros aleados de baja aleación soldables. Al evaluar la capacidad de carga de una barra, el diámetro sí influye, pero lo realmente determinante es el grado de resistencia al fluencia. Por ejemplo, el Grado 60 soporta aproximadamente 60 000 libras por pulgada cuadrada (psi), o unos 414 megapascales (MPa). El Grado 80 alcanza valores aún superiores, de aproximadamente 80 000 psi o 552 MPa. Curiosamente, dos barras de idéntico diámetro pero distinto grado pueden presentar diferencias de hasta un tercio en su resistencia a la tracción. Asimismo, los materiales empleados marcan una gran diferencia: en el acero A706 se ejerce un control especial sobre su composición química, lo que mejora significativamente su ductilidad (capacidad de deformarse antes de romperse) y su comportamiento sísmico, sin dejar de cumplir con los requisitos dimensionales exactos. Para cualquier profesional dedicado al diseño estructural, resulta esencial verificar tanto las mediciones físicas como las características del material metálico. Y no olvide solicitar siempre los informes de ensayo de laminación conforme a la sección 11 de la norma ASTM A615 al verificar las especificaciones.
Ajuste de los tamaños de las barras de refuerzo a las aplicaciones estructurales
La selección del tamaño óptimo de barra de refuerzo evita fallos costosos, al tiempo que cumple con los códigos de construcción y los criterios de rendimiento ingenieril. Los diámetros más pequeños son adecuados para cargas ligeras y secciones más delgadas; en cambio, los elementos más pesados requieren un refuerzo robusto para transferir eficazmente las fuerzas de tracción y mantener la aptitud para el servicio bajo cargas sostenidas.
Cimentaciones y losas: optimización del control de fisuración con barras de refuerzo #2–#4 (6–13 mm)
Para elementos estructurales horizontales, como losas sobre terreno y sistemas de cimentaciones superficiales, los contratistas suelen utilizar barras de refuerzo (rebar) de tamaños comprendidos entre #2 y #4 (aproximadamente 6 a 13 mm de diámetro), principalmente para controlar las grietas por retracción y los problemas relacionados con la temperatura. Al trabajar con secciones de hormigón más delgadas, estas barras de menor diámetro, colocadas aproximadamente cada 12 a 18 pulgadas, refuerzan el hormigón de forma uniforme sin crear puntos de concentración de tensiones que podrían derivar en problemas posteriores. Según la sección 7.12 del código ACI 318 más reciente, el uso de barras #4 (de aproximadamente 12,7 mm de diámetro) espaciadas únicamente a 12 pulgadas reduce el ancho de las grietas en más de la mitad en aplicaciones típicas de losas residenciales, comparado con losas sin refuerzo o con contenido insuficiente de acero. Utilizar barras demasiado gruesas implica un mayor costo, dificulta la colocación del hormigón y aumenta la probabilidad de una mala adherencia dentro de la mezcla. Por otro lado, emplear barras demasiado delgadas significa que el refuerzo no logrará contener las grietas iniciales que se forman durante el proceso de curado, lo que afecta, en última instancia, tanto la durabilidad estructural como la apariencia estética.
Columnas, vigas y elementos portantes: Cuando las varillas de refuerzo #5–#11 (16–36 mm) garantizan la integridad estructural
Los elementos verticales y flexionales, como columnas, vigas y vigas de transferencia, requieren barras de refuerzo de diámetros comprendidos entre #5 y #11 (aproximadamente 16 a 36 mm) para soportar todos los distintos esfuerzos a los que se ven sometidos simultáneamente: compresión, tracción y fuerzas cortantes. Cuando se consideran barras de mayor diámetro, su capacidad aumenta notablemente. Por ejemplo, una barra #8 (25,4 mm) soporta aproximadamente un 50 % más de carga que una barra #5 más pequeña, siempre que ambas estén fabricadas con el mismo grado de acero, según las especificaciones AASHTO LRFD de la 10.ª edición. Las exigencias se vuelven aún más específicas en lo relativo a la resistencia sísmica. En zonas con alto riesgo sísmico, los códigos de construcción exigen al menos barras #7 (alrededor de 22,2 mm) en las zonas de rótula plástica de las columnas, para que estas puedan deformarse sin fracturarse. Las vigas de transferencia suelen incorporar múltiples barras #11 (35,8 mm cada una) agrupadas para resistir tanto las cargas verticales como las fuerzas laterales. Al final del día, los ingenieros calculan la cantidad de acero que debe incorporarse al hormigón en función de las relaciones de áreas. La mayoría de las normativas recomiendan mantener un porcentaje de armado superior al 1 % en secciones críticas, tal como se establece en el Capítulo 10 de la norma ACI 318-19.
Factores de ingeniería críticos que determinan la selección del tamaño de las barras de refuerzo
Requisitos de carga, resistencia del hormigón y relación entre el área de acero y el área de hormigón
La cantidad de carga estructural determina la fuerza de tracción que debe soportar el acero de refuerzo. Cuando existen cargas muertas más elevadas, como grandes sistemas mecánicos o materiales de pavimento gruesos, además de cargas vivas dinámicas provenientes de elementos como estacionamientos subterráneos o zonas de gran afluencia de personas, los ingenieros suelen especificar barras de mayor diámetro. Por ejemplo, los edificios de gran altura suelen requerir barras #11 (aproximadamente 35,8 mm) en sus columnas centrales, mientras que unas simples zapatas pueden funcionar adecuadamente con barras #3 (alrededor de 9,5 mm). Lo interesante es que un hormigón más resistente permite emplear menos acero. Un hormigón de alta resistencia de aproximadamente 5.000 psi (35 MPa) permite a los proyectistas reducir los requisitos de acero en casi un 20 % en comparación con mezclas convencionales de 3.000 psi (21 MPa), siempre que se verifiquen previamente la resistencia de adherencia y las longitudes de anclaje. La relación entre el área de acero y el área de hormigón (rho) desempeña un papel fundamental para garantizar que las estructuras sean tanto seguras como económicamente eficientes. La fórmula es la siguiente: rho = As / (b × d), donde As representa el área total del acero sometido a tracción, b es el ancho del elemento estructural y d corresponde a la profundidad efectiva. Si dicha relación supera el valor máximo permitido, el hormigón podría aplastarse antes de que el acero comience a fluir. Por otro lado, si la relación queda por debajo de los valores mínimos exigidos, podría producirse una falla inesperada bajo esfuerzos de tracción. La mayoría de los proyectos buscan valores comprendidos entre un 1 % para estructuras básicas sin requisitos especiales y hasta un 3-4 % para edificios ubicados en zonas sísmicas o en lugares con riesgos severos de corrosión, según indica la tabla 10.3.1 de las normas ACI 318-19.
Restricciones de espaciado, códigos sísmicos y consideraciones sobre el dimensionamiento resistente a la corrosión
Al trabajar con limitaciones físicas, como espacios reducidos en los encofrados, disposiciones apretadas de pernos de anclaje o numerosas perforaciones para instalaciones mecánicas, eléctricas y de fontanería (MEP) que atraviesan la estructura, la elección del diámetro de las barras suele estar determinada por estas restricciones, y no únicamente por los requisitos de resistencia. Por ello, muchos ingenieros optan por barras de menor diámetro, típicamente del tamaño #4 o #5, colocadas a menor distancia entre sí, en lugar de utilizar barras de mayor diámetro, que pueden obstaculizar realmente la correcta consolidación del hormigón durante su colocación. En lo relativo a consideraciones sísmicas, los requisitos se vuelven aún más específicos. Según el capítulo 18 de la norma ACI 318-19, las uniones entre vigas y columnas deben contar con barras de al menos tamaño #6 cuando los estribos estén separados entre sí cuatro pulgadas (102 mm) o menos. Además, en las zonas de rótula plástica —donde la estructura se flexiona bajo esfuerzo— la armadura debe tener una capacidad resistente equivalente a 1,25 veces el requisito normal de resistencia, para soportar todos esos movimientos sin fallar. Los entornos marinos o las zonas donde las carreteras se salan durante el invierno también exigen el uso de barras de mayor diámetro. Con frecuencia, los contratistas especifican barras del tamaño #8 (que miden 25,4 mm), en lugar de las barras estándar #6 (19,1 mm), porque saben que el acero perderá aproximadamente medio milímetro de espesor cada año debido a la corrosión a lo largo de la vida útil del edificio. Aunque las barras corrugadas recubiertas con epoxi o fabricadas en acero inoxidable conservan intactas sus dimensiones originales, su adherencia al hormigón es inferior a la de las barras convencionales de acero al carbono. Por tanto, las especificaciones deben ajustarse tanto en lo referente al espaciamiento entre barras como a la longitud de anclaje dentro de los apoyos, siguiendo las directrices establecidas en el capítulo 25 de la norma ACI 318-19 y en las normas ASTM A775/A934.