ADHERENCIA ASPECTOS CUALITATIVOS

Respecto a la adherencia entre la armadura pretesa y el hormigón, tras el trabajo presentado por Janney en 1954 [ 5], tradicionalmente se ha considerado que depende de tres factores, los cuales según la situación de adherencia en que nos encontremos influirán o no simultáneamente:

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Adhesión entre el acero y el hormigón.

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Rozamiento entre ambos (favorecido por el efecto Hoyer)

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Resistencia mecánica, debido a los resaltos, tal y como sucede en la armadura corrugada.

Otro factor importante a considerar en la adherencia es el deslizamiento relativo del acero respecto al hormigón: una vez transferido el pretensado, en los extremos de la pieza se produce el deslizamiento del acero respecto al hormigón que lo rodea, a lo largo de la zona de transferencia. Cuando, mediante adherencia, se ha trasferido la totalidad de la fuerza de pretensado, ya no hay deslizamiento relativo entre acero y hormigón, produciéndose compatibilidad de deformaciones entre ambos [ 6].

El rozamiento entre hormigón y acero se ve favorecido por el denominado efecto Hoyer. Al tesar la armadura su diámetro disminuye por efecto Poisson. Cuando se produce el destesado la armadura, que en el extremo libre pasa a presentar tensión cero, trata de recuperar su sección original. Este aumento del diámetro induce una presión radial del acero sobre el hormigón, y por tanto la fuerza de rozamiento que se opone al deslizamiento aumenta, ya que dependería de la fuerza normal a la superficie, en este caso la radial, y el coeficiente de rozamiento [ 5]. Este efecto de cuña de la armadura pretesa aumenta por tanto el valor de la adherencia.

Respecto a los otros dos factores, Janney realiza las siguientes indicaciones:

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Sólo puede contarse con la colaboración de la adhesión anteriormente al deslizamiento del acero. Dado que a lo largo de la longitud de transmisión se

produce deslizamiento relativo entre el acero y el hormigón, únicamente se produce mecanismo de adhesión en la zona en que la tensión del acero es constante, que es la zona central en que se ha completado la transferencia.

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La contribución de la resistencia mecánica en el caso de alambres lisos puede considerarse despreciable en comparación con la adherencia por rozamiento.

Por tanto, según Janney el factor fundamental de la adherencia durante la transferencia del pretensado es el rozamiento entre el acero y el hormigón. El coeficiente de rozamiento variaría en función de las características superficiales del cordón o alambre y, probablemente, de las de la pasta de cemento. Así, uno de los factores determinantes, especialmente en alambres, sería el estado superficial del acero. Esto ha sido corroborado, por ejemplo, por las investigaciones sobre longitud de transmisión de Russell y Burns [ 6], quienes achacaron al estado superficial de los cordones utilizados desviaciones, en las medidas de longitud de transmisión realizadas, del orden del 20%. Es importante destacar, como indican Russell y Burns, la dificultad para controlar las condiciones superficiales del acero en comparación con otros factores.

Es importante destacar que otros trabajos consideran que en el caso de los alambres grafilados, si bien el rozamiento es el factor fundamental de la adherencia, la contribución de la resistencia mecánica sí sería apreciable, debido a los resaltos que suponen las grafilas [ 7]. Con anterioridad, algunas investigaciones [ 8] [ 9] ya habían postulado la importancia de la profundidad y la forma de las grafilas en la adherencia de los alambres.

En el caso de los cordones, algunos trabajos (Hanson, citado por Tabatabai y Dickson [ 10]) consideran que debido a su la composición helicoidal puede considerarse un área de corruga equivalente (Figura III.1–1). Otros no consideran que pueda tenerse en cuenta a efectos de resistencia mecánica [ 11].

En cualquier caso, la resistencia mecánica tiene una gran importancia, además de por el ya citado aumento de la adherencia, por su influencia en la fisuración del hormigón paralela a la dirección de la armadura. En el caso de alambres grafilados, al intentar deslizar la grafila provoca la compresión del hormigón en dirección radial, lo que mejora la adherencia por rozamiento [ 12]. Combinado con el efecto Hoyer, estos dos factores, beneficiosos para la adherencia, provocan la aparición de un anillo de tracciones (Figura III.1–2), que puede generar la fisuración del hormigón en la dirección de la

III. ESTADO DEL CONOCIMIENTO

armadura, que reduciría la adherencia entre la armadura y el hormigón, aumentado el deslizamiento y, finalmente, la longitud de transmisión.

Figura III.1–1: Área de corruga equivalente (tomada de [ 11]).

Figura III.1–2: Anillo de tracciones (tomada de [ 12]).

Un completo estudio experimental sobre la fisuración longitudinal y la adherencia en el caso de alambres grafilados puede encontrarse en las referencias [ 7] y [ 13] . Los autores explican los resultados obtenidos en una investigación realizada sobre probetas rectangulares de dos tipologías, una larga, simulando la situación de transferencia de pretensado de alambres grafilados en viguetas prefabricadas, y otra corta simulando los ensayos de push in habituales en alambres. Se consideran diferentes alturas de resalto y espesores de recubrimiento. Entre los resultados, destaca la aparición de una mayor fisuración longitudinal cuanto menor es el recubrimiento del alambre, así como una mayor apertura de fisura cuanto mayor es la profundidad de la grafila. Además, a mayor profundidad de la grafila, menor es el deslizamiento relativo entre hormigón y acero, y la tensión necesaria para que se produzca la fisuración longitudinal es menor. La campaña experimental se complementó con la propuesta de un modelo numérico, que incluye dos aspectos: la fisuración del hormigón del recubrimiento debida a la presión radial basado

en la fisura cohesiva, y la adherencia en la interfaz hormigón-acero, mediante la aplicación de plasticidad. Se utilizó un modelo de elementos finitos bidimensional para el caso de las probetas largas, y uno tridimensional para el caso de las cortas, en ambos casos con buenos resultados.

En este sentido, serían cuatro los mecanismos que afectan negativamente a la adherencia y que pueden aplicarse al caso de los alambres grafilados (Rots 1985, citado por [ 13]):

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Deformación elástica.

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Aparición de grietas secundarias tras las corrugas.

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Fragmentación del hormigón delante de las corrugas.

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Agrietamiento longitudinal del hormigón.

Volviendo al papel de la fuerza de rozamiento en el desarrollo de la adherencia, en el caso de los cordones, Den Uijl, en la presentación de la propuesta del Código Modelo 90 para el tratamiento de la adherencia y anclaje de armaduras pretesas [ 11], defiende como fuente principal de adherencia el rozamiento. Además, destaca la importancia en el rozamiento de las tensiones radiales de compresión requeridas para desarrollar la fuerza de rozamiento, las cuales son la respuesta del hormigón que rodea el acero a diferentes interacciones:

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Lack of fit: Después del deslizamiento y la consiguiente rotura de la adhesión, partículas de cemento se pegan entre el cordón y el hormigón. La consecuente sección transversal del cordón no es completamente congruente, lo que causa un efecto cuña con el movimiento relativo.

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Efecto Poisson: al reducirse la tensión inicial del cordón, aumenta su sección transversal.

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Pitch effect: Los cambios de tensión, producen un incremento de la tensión de contacto entre el hormigón y el cordón, debido a la forma helicoidal de los alambres que componen el cordón [ 11] (efecto similar al producido en una polea). Así, cualquier cambio de tensión, sea un aumento o un descenso de la misma, produciría un aumento de la adherencia [ 14].

III. ESTADO DEL CONOCIMIENTO

Den Uijl también indica en la citada referencia [ 11] que el tratamiento del Código Modelo se basa en la experimentación existente para cordones de 7 alambres, debido a los abundantes datos experimentales que es posible manejar, y que en el caso de los alambres, indentados u ondulados, la situación era la opuesta, por lo que no era posible cuantificar el efecto de los factores de la adherencia indicados, aunque puede confirmarse su importancia. Esta escasez de datos experimentales referentes a alambres, especialmente ensayos frente a push in, se ha mantenido a lo largo del tiempo, como corroboran Benítez et al. en [ 15] y Arnold en [ 16], ambas referencias de 2013.

Fijándose en el desarrollo de la adherencia dentro de la pieza de hormigón, en la dirección longitudinal de la armadura, tradicionalmente se ha postulado que alcanza cerca del extremo su valor máximo, ya que por efecto Hoyer el extremo libre sería la zona de mayor tensión radial de compresión, para después descender hasta ser cero una vez alcanzada la transferencia (Figura III.1–3).

Figura III.1–3: Distribución de la tensión de adherencia (tomada de [ 17]).

De acuerdo con algunas investigaciones [ 5] [ 18], el cambio de diámetro del tendón al modificarse su estado tensional volvería a jugar un papel relevante al entrar en carga la pieza y desarrollarse el anclaje de la fuerza total de pretensado: aumentaría la tensión tendón progresivamente según se produce la entrada en carga, reduciéndose el diámetro y comenzando a deslizar el tendón. El resultado de este efecto sería un aumento de la tensión de adherencia en la zona de transferencia entre las fases de transferencia del pretensado y de anclaje del pretensado [ 18].

Para acabar con el estudio cualitativo de la adherencia se refieren a continuación algunos factores de diseño de la pieza de hormigón pretensado que afectan

a la adherencia, y que serán influyentes en la longitud de transmisión, repitiéndose como variables en diferentes investigaciones [ 7] [ 13] - [ 15] .Son los siguientes:

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El confinamiento, que puede ser activo (compresiones perpendiculares a la armadura) o pasivo (armadura transversal) y mejora la adherencia. La utilidad del confinamiento pasivo comienza en el momento en que se produce la fisuración.

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El recubrimiento: Un mayor recubrimiento implica un aumento de la tensión de adherencia. Esto se explica mediante la mecánica de fractura: la resistencia por adherencia está controlada por la rotura radial del recubrimiento y relacionada con la cantidad de energía que puede absorber el recubrimiento antes de que deslice la barra. Así, mayor recubrimiento implica mayor energía de fractura y ésta mayor resistencia por adherencia.

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La geometría del elemento estructural: la contribución del hormigón al confinamiento depende no sólo del espesor del recubrimiento, sino también de la geometría de la sección transversal. Se define en consecuencia el recubrimiento efectivo, función de las dimensiones y la posición de la armadura. En los ensayos llevados a cabo por Den Uijl [ 11], a igual recubrimiento inferior, el patrón de fisuras y la resistencia última a fisuración se veían influidos por las dimensiones de la sección transversal de la probeta

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La separación entre la armadura: a mayor espaciamiento, mayor es la energía de fractura. Por tanto, a mayor separación, mayor es la adherencia.

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El recubrimiento como relación recubrimiento-diámetro de la barra: Cuando baja la relación se produce un aumento de la fisuración longitudinal.

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Superficie de contacto: El uso de alambres grafilados y el estado superficial de los mismos es de gran importancia al evaluar la adherencia de alambres y cordones. La geometría de las grafilas es dominante en la adherencia entre los alambres y el hormigón, jugando un papel menor el estado superficial. En el caso de los cordones, la situación sería la inversa [ 16].

In document Influencia de la configuración geométrica de placas prefabricadas para forjados en las tensiones originadas por la transferencia del pretensado en elementos realizados con armaduras pretesas ancladas por adherencia (página 37-42)