Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de anclajes en convencional y autocompactante

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(1)Universidad Politécnica de Madrid Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. “Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de anclajes en hormigón convencional y autocompactante”.. Tesis Doctoral Francisco José González Ramos Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 2014.

(2) Departamento de Ingeniería Civil - Construcción Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. “Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de anclajes en hormigón convencional y autocompactante”. Tesis Doctoral por. Francisco José González Ramos Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Directores de Tesis:. Jaime Fernández Gómez. María Jesús Rubio Encinas. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Doctora en Ciencias Químicas. Madrid, 2014.

(3) Tesis Doctoral. “Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de anclajes en hormigón convencional y autocompactante” Tribunal nombrado por el Magnífico y Excelentísimo Sr. Rector de la Universidad Politécnica de Madrid, el día ….. de ……………………. de 2014. Presidente: ………………………………………………………………………………. Vocal: …………………………………………………………………………………….. Vocal: …………………………………………………………………………………….. Vocal: …………………………………………………………………………………….. Secretario: ……………………………………………………………………………….. Suplente: ………………………………………………………………………………… Suplente: …………………………………………………………………………………. Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día……… de …………………... de 2014 en la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la U.P.M. Calificación:………………………………. EL PRESIDENTE. LOS VOCALES. EL SECRETARIO.

(4) A mis padres Francisco y María Josefa.

(5) Agradecimientos En primer lugar quiero expresar un profundo y sincero agradecimiento a mis directores Doctor Jaime Fernández Gómez y Doctora María Jesús Rubio Encinas por darme la oportunidad de realizar esta tesis doctoral.. Al Doctor Jaime Fernández Gómez quiero agradecerle sus valiosas aportaciones y sugerencias en el desarrollo de esta tesis, así como la constante ayuda y dedicación que me ha brindado.. A la Doctora María Jesús Rubio Encinas su permanente empuje, apoyo, dedicación y asesoramiento durante estos años. También le agradezco la amistad, el cariño y la confianza que me ha brindado.. Indudablemente esta tesis doctoral no habría sido posible sin la ayuda de la empresa Betazul, S.A., del Instituto Técnico de Materiales y Construcciones, INTEMAC, de la Cátedra de Edificación y Prefabricación de la E.T.S.I de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid, de la empresa SIKA, S.A. de la empresa Hormigones y Morteros Preparados (HYMPSA) y de la empresa Dywidag-Sistems International. Igualmente quiero agradecer al departamento de Ingeniería Civil “Construcción” por su asesoramiento para la culminación de esta tesis.. Quiero también agradecer al equipo de Betazul, S.A. su inestimable colaboración durante la realización del trabajo experimental. En especial a Javier Arribas, Cesar Morales, Gabino Cano y Jesús Ferrón. V.

(6) Así mismo quiero agradecer al equipo de Betazul, S.A. por su inestimable colaboración durante la redacción y edición. En especial a Virtudes García, José Antonio Soto, Jaime Montejo, Miguel Vázquez, Francisco Muñoz. También han colaborado en la edición María Arribas y Curro González.. A la cátedra y al cuerpo docente de Edificación y Prefabricación de la E.T.S.I de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid quiero agradecerles el apoyo que me han brindado y el trato familiar y caluroso que han tenido con los doctorandos de esta cátedra. A mis compañeros de doctorado y amigos, Lina Marcela Maro, Angel González Lucas y Julio Cesar López González, por llevar juntos este proceso y por los gratos momentos vividos, por su ayuda, paciencia y gran compañerismo, y por los buenos momentos que compartimos juntos durante estos años.. A mis padres Francisco y María Josefa, a quienes debo todo lo que soy, que se han volcado conmigo durante toda mi vida, empujándome en todo momento para que siguiera adelante, por encima de todos los obstáculos, consiguiendo metas difíciles de imaginar, cuando salí de Ferrol, mi pequeña ciudad.. Por último, pero no por ello menos importante quiero agradecer muy especialmente a mi familia, mi esposa María y mis hijos Carmen, Claudia, Curro y Fernando, a los cuales les he quitado el tiempo empleado en la elaboración de esta tesis. Me han acompañado, me han animado y me han brindado su apoyo incondicional a lo largo de todo este tiempo.. VI.

(7) Resumen A través de los años las estructuras de hormigón armado han ido aumentando su cuota de mercado, sustituyendo a las estructuras de fábrica de piedra o ladrillo y restándole participación a las estructuras metálicas.. Uno de los primeros problemas que surgieron al ejecutar las estructuras de hormigón armado, era cómo conectar una fase de una estructura de este tipo a una fase posterior o a una modificación posterior.. Hasta los años 80-90 las conexiones de una fase de una estructura de hormigón armado, con otra posterior se hacían dejando en la primera fase placas de acero con garrotas embebidas en el hormigón fresco o barras grifadas recubiertas de poliestireno expandido.. Una vez endurecido el hormigón se podían conectar nuevas barras, para la siguiente fase mediante soldadura a la placa de la superficie o enderezando las barras grifadas, para embeberlas en el hormigón fresco de la fase siguiente.. Estos sistemas requerían conocer la existencia y alcance de la fase posterior antes de hormigonar la fase previa. Además requerían un replanteo muy exacto y complejo de los elementos de conexión.. Otro problema existente en las estructuras de hormigón era la adherencia de un hormigón fresco a un hormigón endurecido previamente, ya que la. VII.

(8) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. superficie de contacto de ambos hormigones suponía un punto débil, con una adherencia baja.. A partir de los años 80, la industria química de la construcción experimentó un gran avance en el desarrollo de productos capaces de generar una buena adherencia sobre el hormigón endurecido.. Este avance tecnológico tenía aplicación tanto en la adherencia del hormigón fresco sobre el hormigón endurecido, como en la adherencia de barras post-instaladas en agujeros de hormigón endurecido.. Este sistema se denominó “anclajes adherentes de barras de acero en hormigón endurecido”.. La forma genérica de ejecutarlos es hacer una perforación cilíndrica en el soporte de hormigón, con una herramienta especifica como un taladro, limpiar la perforación, llenarla del material adherente y finalmente introducir la barra de acero.. Los anclajes adherentes se dividen en anclajes cementosos y anclajes químicos, siendo estos últimos los más habituales, fiables, resistentes y fáciles de ejecutar.. El uso del anclaje adherente de barras de acero en hormigón endurecido se ha extendido por todo el espectro productivo, siendo muy habitual tanto en construcción de obras de hormigón armado de obra civil y edificación, como en obras industriales, instalaciones o fijación de elementos.. La ejecución de un anclaje de una barra de acero en hormigón endurecido depende de numerosas variables, que en su conjunto, o de forma aislada pueden afectar de forma notable a la resistencia del anclaje.. VIII.

(9) Resumen. Nos referimos a variables de los anclajes, que a menudo no se consideran tales como la dirección de la perforación, la máquina de perforación y el útil de perforación utilizado, la diferencia de diámetros entre el diámetro del taladro y la barra, el tipo de material de anclaje, la limpieza del taladro, la humedad del soporte, la altura del taladro, etc.. La utilización en los últimos años de los hormigones Autocompactables, añade una variable adicional, que hasta ahora apenas ha sido estudiada.. En línea con lo apuntado, la presente tesis doctoral tiene como objetivo principal el estudio de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactable. Esta investigación se centra principalmente en la evaluación de la influencia de una serie de variables sobre la resistencia de los anclajes, tanto en hormigón convencional como en un hormigón autocompactable. Para este estudio ha sido necesaria la fabricación de dos soportes de hormigón sobre los cuales desarrollar los ensayos. Uno de los bloques se ha fabricado con hormigón convencional y el otro con hormigón autocompactable. En cada pieza de hormigón se han realizado 174 anclajes con barras de acero, variando los parámetros a estudiar, para obtener resultados de todas las variables consideradas. Los ensayos a realizar en ambos bloques son exactamente iguales, para poder comparar la diferencia entre un anclaje en un soporte de hormigón con vibrado convencional (HVC) y un hormigón autocompactante (HAC). De cada tipo de ensayo deseado se harán dos repeticiones en la misma pieza. El ensayo de arrancamiento de las barras se realizara con un gato hidráulico hueco, con un sistema de instrumentación de lectura y registro de datos en tiempo real. El análisis de los resultados, realizado con una potente herramienta estadística, ha permitido determinar y evaluar numéricamente la influencia de los variables consideradas en la resistencia de los anclajes realizados. Así. IX.

(10) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. mismo ha permitido diferenciar los resultados obtenidos en los hormigones convencionales y autocompactantes, tanto desde el punto de vista de la resistencia mecánica, como de las deformaciones sufridas en el arrancamiento. Se define la resistencia mecánica de un anclaje, como la fuerza desarrollada en la dirección de la barra, para hacer su arrancamiento del soporte. De la misma forma se considera desplazamiento, a la separación entre un punto fijo de la barra y otro del soporte, en la dirección de la barra. Dichos puntos se determinan cuando se ha terminado el anclaje, en la intersección de la superficie plana del soporte, con la barra. Las conclusiones obtenidas han permitido establecer qué variables afectan a la ejecución de los anclajes y en qué cuantía lo hacen, así como determinar la diferencia entre los anclajes en hormigón vibrado convencional y hormigón autocompactante, con resultados muy interesantes, que permiten valorar la influencia de dichas variables. Dentro de las conclusiones podemos destacar tres grupos, que denominaremos como de alta influencia, baja influencia y sin influencia. En todos los casos hay que hacer el estudio en términos de carga y de desplazamiento. Podemos considerar como de alta influencia, en términos de carga las variables de máquina de perforación y el material de anclaje. En términos de desplazamiento podemos considerar de alta influencia además de la máquina de perforación y el material de anclaje, el diámetro del taladro, así como la limpieza y humedad del soporte. Podemos considerar de baja influencia, en términos de carga las variables de tipo de hormigón, dirección de perforación, limpieza y humedad del soporte. En términos de desplazamiento podemos considerar de baja influencia el tipo de hormigón y la dirección de perforación.. X.

(11) Resumen. Podemos considerar en el apartado de “sin influencia”, en términos de carga las variables de diámetro de perforación y altura del taladro. En términos de desplazamiento podemos considerar como “sin influencia” la variable de altura del taladro. Podemos afirmar que las diferencias entre los valores de carga aumentan de forma muy importante en términos de desplazamiento.. XI.

(12) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. XII.

(13) Abstract Over the years the concrete structures have been increasing their market share, replacing the masonry structures of stone or brick and subtracting as well the participation of the metallic structures.. One of the first problems encountered in the implementing of the reinforced concrete structures was connecting a phase structure of this type at a later stage or a subsequent amendment.. Until the 80s and 90s the connections of one phase of a reinforced concrete structure with a subsequent first phase were done by leaving the steel plates embedded in the fresh concrete using hooks or bent bars coated with expanded polystyrene.. Once the concrete had hardened new bars could be connected to the next stage by welding them to the surface plate or by straightening the bent bars to embed them in the fresh concrete of the next phase.. These systems required a previous knowledge of the existence and scope of the subsequent phase before concreting the previous one. They also required a very precise and complex rethinking of the connecting elements.. Another existing problem in the concrete structures was the adhesion of a fresh concrete to a previously hardened concrete, since the contact surface of both concretes leaded to a weak point with low adherence.. XIII.

(14) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. Since the 80s, the chemicals construction industry experienced a breakthrough in the development of products that generate a good grip on the concrete.. This technological advance had its application both in the grip on one hardened fresh concrete and in the adhesion of bar post-installed in holes of hardened concrete.. This system was termed as adherent anchors of steel bars in hardened concrete.. The generic way of executing this system is by firstly drilling a cylindrical hole in the concrete support using a specific tool such as a drill. Then, cleaning the bore and filling it with bonding material to lastly, introduce the steel bar.. These adherent anchors are divided into cement and chemical anchors, the latter being the most common, reliable, durable and easy to run.. The use of adhesive anchor of steel bars in hardened concrete has spread across the production spectrum turning itself into a very common solution in both construction of reinforced concrete civil engineering and construction, and industrial works, installations and fixing elements as well.. The execution of an anchor of a steel bar in hardened concrete depends on numerous variables which together or as a single solution may significantly affect the strength of the anchor.. We are referring to variables of anchors which are often not considered, such as the diameter difference between the rod and the bore, the drilling system, cleansing of the drill, type of anchor material, the moisture of the substrate, the direction of the drill, the drill’s height, etc.. XIV.

(15) Abstract. During recent years, the emergence of self-compacting concrete adds an additional variable which has hardly been studied so far.. According to mentioned this thesis aims to study the main performance conditions in the resistance of conventional and self-compacting concrete anchors.. This research is primarily focused on the evaluation of the influence of several variables on the strength of the anchoring, both in conventional concrete and self-compacting concrete. In order to complete this study it has been required the manufacture of two concrete supports on which to develop the tests. One of the blocks has been manufactured with conventional concrete and the other with self-compacting concrete.. A total of 174 steel bar anchors have been made in each one of the concrete pieces varying the studied parameters in order to obtain results for all variables considered.. The tests to be performed on both blocks are exactly the same in order to compare the difference between an anchor on a stand with vibrated concrete (HVC) and a self-compacting concrete (SCC).. Each type of test required two repetitions in the same piece.. The pulling test of the bars was made with a hollow jack and with an instrumentation system for reading and recording data in real time.. The use of a powerful statistical tool in the analysis of the results allowed to numerically determine and evaluate the influence of the variables considered in the resistance of the anchors made. It has likewise enabled to differentiate the results obtained in the self-compacting and conventional concretes, from both. XV.

(16) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. the outlook of the mechanical strength and the deformations undergone by uprooting.. The mechanical strength of an anchor is defined as the strength undergone in a direction of the bar to uproot it from the support. Likewise, the movement is defined as the separation between a fixed point of the bar and a fixed point from the support considering the direction of the bar. These points are only determined once the anchor is finished, with the bar, at the intersection in the flat surface of the support.. The conclusions obtained have established which variables affect the execution of the anchors and in what quantity. They have also permitted to determine the difference between the anchors in vibrated concrete and selfcompacting concrete with very interesting results that also allow to assess the influence of these mentioned variables.. Three groups are highlighted among the conclusions called high influence, low influence and no influence. In every case is necessary to perform the study in terms of loading and movement.. In terms of loading, there are considered as high influence two variables: drilling machinery and anchorage material.. In terms of movement, there are considered as high influence the drilling diameter and the cleaning and moisture of the support, besides the drilling machinery and the anchorage material.. Variables such as type of concrete, drilling direction and cleaning and moisture of the support are considered of low influence in terms of load.. In terms of movement, the type of concrete and the direction of the drilling are considered variables of low influence.. XVI.

(17) Abstract. Within the no influence section in terms of loading, there are included the diameter of the drilling and the height of the drill.. In terms of loading, the height of the drill is considered as a no influence variable.. We can affirm that the differences among the loading values increase significantly in terms of movement.. XVII.

(18) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. XVIII.

(19) Índice Agradecimientos ................................................................................................... V Resumen .............................................................................................................. VII Abstract .............................................................................................................. XIII Índice................................................................................................................... XIX. Capítulo 1. Introducción ....................................................................................... 1 1.1.- Justificación de la tesis doctoral ...................................................................... 1 1.2.- Objetivos ......................................................................................................... 5 1.3.- Esquema general de la tesis ........................................................................... 7. Capítulo 2. Estado actual del conocimiento........................................................ 9 2.1.- Clases de material de anclaje en el hormigón endurecido .............................. 9 2.1.1.- Anclajes cementosos .............................................................................. 9 2.1.2.- Anclajes químicos .................................................................................. 10 2.2.- Maquinaria de perforación y tipo de barrena ................................................. 12 2.3.- Transmisión de la carga de las barras ancladas ........................................... 13 2.4.- Relación carga-desplazamiento y modos de fallo ......................................... 14 2.5.- Factores que afectan a la resistencia de las barras ancladas ....................... 18 2.5.1.- Influencia de la limpieza......................................................................... 18 2.5.2.- Influencia de las condiciones de humedad ............................................ 24 2.5.3.- Influencia del sistema de perforación (tipo de máquina) ........................ 27 2.5.4.- Influencia de la mezcla adherente ......................................................... 29 2.5.5.- Influencia del tamaño de la barrena (diámetro del taladro) .................... 29 2.5.6.- Influencia de la resistencia del hormigón ............................................... 31 2.5.7.- Influencia de la dirección del anclaje ..................................................... 33 2.6.- Ensayos de adherencia en el hormigón autocompactante ............................ 34. XIX.

(20) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. Capítulo 3. Plan experimental ............................................................................. 37 3.1.- Introducción ................................................................................................... 37 3.1.1.- Proceso de ejecución de un anclaje ....................................................... 37 3.1.2.- Fase experimental .................................................................................. 42 3.2.- Descripción de las variables del proceso ....................................................... 47 3.2.1.- Parámetros fijos en los ensayos de ejecución y extracción de anclajes de barras en hormigón endurecido ............................................................. 48 3.2.2.- Variables analizadas en los ensayos de ejecución y extracción de anclajes de barras en hormigón endurecido ............................................... 53 3.2.2.1.-Tipo de hormigón ........................................................................ 53 3.2.2.2.- Dirección de perforación............................................................. 53 3.2.2.3.- Maquinaria de perforación y útil de perforación utilizado ............ 54 3.2.2.4.- Diámetro de la barrena ............................................................... 54 3.2.2.5.- Tipo de material de anclaje ........................................................ 55 3.2.2.6.- Limpieza del taladro ................................................................... 55 3.2.2.7.- Humedad del soporte ................................................................. 55 3.2.2.8.- Altura del taladro ........................................................................ 56 3.3.- Descripción del plan experimental ................................................................. 57 3.4.- Instrumentación de control ............................................................................ 70 3.5.- Fabricación de los bloques de hormigón ....................................................... 75 3.5.1.- Geometría, armadura y encofrado. ........................................................ 75 3.5.2.- Fabricación suministro y puesta en obra del hormigón. ......................... 76 3.5.3.- Características de los hormigones y control de calidad .......................... 83 3.5.3.1.- Características y control de calidad del HVT .............................. 84 3.5.3.2.- Características y control de calidad del HAC .............................. 89 3.5.4.- Comentarios a la resistencia de los hormigones de soportes ................ 98 3.6.- Ejecución de los taladros ............................................................................. 105 3.6.1.- Maquinaria de perforación.................................................................... 106 3.6.1.1.- Martillo perforador de aire comprimido con barrena integral y barrido en fondo .......................................................................... 107 3.6.1.2.- Martillo eléctrico con barrena de hélice y punta de widia .......... 113 3.6.1.3.- Corona de diamante ................................................................. 117 3.6.2.- Diámetro de la perforación ................................................................... 121. XX.

(21) Índice. 3.6.2.1.- Diámetro de perforación 24 mm. .............................................. 123 3.6.2.2.- Diámetro de perforación 28 mm. .............................................. 123 3.6.2.3.- Diámetro de perforación 34 mm. .............................................. 124 3.6.3.- Replanteo y altura de los taladros ........................................................ 124 3.7.- Ejecución de los anclajes ............................................................................ 125 3.7.1.-Tipos de materiales adherentes del anclaje .......................................... 125 3.7.1.1.-Resina epoxi en cartuchos para anclajes. ................................. 126 3.7.1.2.- Resina epoxi-acrilato en cartuchos para anclajes. ................... 128 3.7.1.3.- Grout ........................................................................................ 130 3.7.2.- Limpieza del taladro ............................................................................. 132 3.7.2.1.-Taladro limpio. .......................................................................... 136 3.7.2.2.- Taladro sucio. .......................................................................... 136 3.7.3.- Humedad del soporte........................................................................... 137 3.7.3.1.- Soporte seco. ........................................................................... 138 3.7.3.2.- Soporte húmedo....................................................................... 139 3.8.- Arrancamiento de las barras ....................................................................... 141. Capítulo 4. Resultados experimentales ........................................................... 149 4.1.- Introducción ................................................................................................ 149 4.2.- Clasificación de las curvas tensión-deformación ......................................... 152 4.3.- Resultados de la experimentación ordenados por código numérico ........... 154 4.4.- Resultados de la experimentación agrupados por dirección y material de anclaje ................................................................................................................. 161 4.5.- Resultados de la experimentación agrupados según la tabla de distribución de anclajes. ......................................................................................................... 170. Capítulo 5. Análisis y discusión de resultados............................................... 185 5.1.- Introducción ................................................................................................ 185 5.2.- Análisis mediante la regresión lineal múltiple .............................................. 187 5.2.1.- Influencia de las variables de estudio en la relación CMÁX /CL.E.A........ 187 5.2.2.- Influencia de las variables de estudio en el desplazamiento obtenido en el momento de la carga de servicio del acero ..................................... 204 5.2.3.- Conclusiones del análisis mediante la regresión lineal múltiple ......... 216. XXI.

(22) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. 5.2.3.1.- Influencia de las variables de estudio en la relación CMÁX/CL.E.A. en anclajes horizontales, excluyendo el grout ............................. 216 5.2.3.2.- Influencia de la dirección de anclaje en el estudio en la relación CMÁX/CL.E.A. ................................................................................... 217 5.2.3.3.- Influencia de las variables de estudio en el desplazamiento obtenido en el momento de aplicación de la carga de servicio de la barra de acero ......................................................................... 217 5.2.3.4.- Influencia de la dirección del anclaje en el estudio del desplazamiento obtenido en el momento de aplicación de la carga de servicio de la barra de acero......................................... 218 5.3.- Análisis mediante diagramas de posición y dispersión ................................ 219 5.3.1.- Influencia de las variables de estudio en la relación CMÁX /CL.E.A ........ 219 5.3.2.- Influencia de las variables de estudio en el desplazamiento obtenido en el momento de la carga de servicio del acero ...................................... 231 5.3.3.- Conclusiones del análisis mediante diagramas de posición y dispersión ................................................................................................ 242 5.3.3.1.- Influencia de las variables de estudio en la relación CMÁX/CL.E.A .................................................................................. 242 5.3.3.2.- Influencia de las variables de estudio en el desplazamiento obtenido en el momento de aplicación de la carga de servicio del acero ........................................................................................... 244 5.4.- Análisis de los ciclos de carga y descarga .................................................. 246 5.5.- Análisis del deslizamiento de los anclajes ................................................... 249 5.5.1.- Anclajes sin deslizamiento entre la barra y el soporte........................ 249 5.5.2.- Anclajes con deslizamiento entre la barra y el soporte ...................... 251 5.6.- Análisis de los conos de arrancamiento del hormigón ................................. 254. Capítulo 6. Conclusiones y futuras líneas de investigación .......................... 259 6.1.- Introducción ................................................................................................. 259 6.2.- Conclusiones de cada variable considerada ............................................... 260 6.2.1.- Tipo de hormigón ................................................................................. 261 6.2.2.- Dirección de la perforación................................................................... 262 6.2.3.- Máquina de perforación y útil de perforación utilizado.......................... 263 6.2.4.- Diámetro de la barrena......................................................................... 265. XXII.

(23) Índice. 6.2.5.- Tipo de material de anclaje .................................................................. 266 6.2.6.- Limpieza del taladro ............................................................................. 267 6.2.7.- Humedad del soporte........................................................................... 268 6.2.8.- Altura del taladro .................................................................................. 269 6.3.- Conclusiones de los ciclos de carga y descarga ......................................... 270 6.4.- Conclusiones del deslizamiento de los anclajes.......................................... 271 6.5.- Conclusiones de los conos de arrancamiento ............................................. 273 6.6.- Futuras líneas de investigación ................................................................... 275. Bibliografía ........................................................................................................ 277. Anexos ............................................................................................................... 283 Anexo A. Diagrama carga-desplazamiento de los ensayos................................. 284 Anexo B. Listado de salida de datos de arrancamiento de barra de anclaje ....... 401 Anexo C. Control de calidad del hormigón fresco y probetas .............................. 417 Anexo D. Control de calidad de las probetas testigo de hormigón ...................... 423 Anexo E. Control de calidad de las barras de acero............................................ 425 Anexo F. Gato hidráulico ..................................................................................... 431 Anexo G. Comparador ........................................................................................ 434 Anexo H. Manómetro .......................................................................................... 437 Anexo I. Sistema informático de integración y registro de datos ........................ 442 Anexo J. Central hidráulica ................................................................................. 456 Anexo K. Pieza puente de arrancamiento barras ................................................ 459 Anexo L. Características técnicas de los productos adherentes de los anclajes . 461 Anexo M. Albaranes de suministro hormigón ...................................................... 479 Anexo N. Documentación de fabricación del hormigón ....................................... 482 Anexo O. Certificado de las barras de acero ....................................................... 524 Anexo P. Diagrama carga-desplazamiento de los ciclos de carga y descarga .... 526. XXIII.

(24) Capítulo 1 Introducción 1.1 .- Justificación de la tesis doctoral. En la actualidad, cada día se ejecutan en el mundo millones de anclajes de barras de acero, en hormigón endurecido.. Existen numerosas normas, catálogos y colecciones de soluciones para dimensionar dichos anclajes.. Podemos dividir los anclajes de barras en hormigón endurecido en dos familias completamente diferentes, que son los anclajes mecánicos y los anclajes adherentes.. Los anclajes mecánicos se basan en la disposición dentro del taladro, que se debe de perforar con una barrena de geometría adecuada, de un mecanismo metálico o de otro material, que mediante una acción externa se expande, entrando en contacto con las paredes del taladro, desarrollando un rozamiento entre ambos elementos, que permite que el anclaje desarrolle su resistencia.. Los anclajes adherentes se basan en la colocación de un material adherente entre la barra de acero y la superficie del agujero, que permita la transmisión de las cargas entre la barra de acero y la superficie del hormigón en el taladro.. 1.

(25) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. Los anclajes mecánicos producen discontinuidades en la masa del hormigón y crean tensiones de contacto en la superficie interior del taladro que pueden afectar al comportamiento del hormigón.. Los anclajes adherentes, una vez terminados, permiten la continuidad del hormigón y no crean tensiones de contacto mayores que las producidas por las acciones mecánicas que se desarrollan sobre el anclaje.. En general los anclajes mecánicos se utilizan de forma generalizada para cargas de escasa cuantía, debido a su sencillez, fiabilidad y economía. Sin embargo apenas se utilizan anclajes mecánicos para cargas de elevada cuantía debido a su alto coste y su afección al soporte.. Los anclajes adherentes se usan preferentemente para cargas medias y elevadas, ya que su ejecución es más compleja, requiriendo mano de obra más cualificada. Para cargas elevadas es más económico que el anclaje mecánico.. Los anclajes adherentes se dividen en dos grandes grupos que son los anclajes cementosos y los anclajes químicos.. Los anclajes cementosos son los que utilizan como producto adherente un material cementoso y los anclajes químicos son los que utilizan como producto adherente un material no cementoso. Dentro de los productos adherentes no cementosos, presentan especial importancia las resinas epoxi y sus variantes.. Hoy en día existen en el mercado numerosos productos adherentes para anclajes. químicos,. de. diferentes. naturalezas. e. innumerables. marcas. comerciales, fabricados especialmente para la ejecución de anclajes de barras de acero en hormigón endurecido.. La mayoría de ellos se presenten en cartuchos que con la ayuda de una pistola manual o mecánica, son fácilmente extrusionables, para poder introducir. 2.

(26) Capítulo 1. Introducción. el producto de anclaje adherente, en el interior de los taladros que servirán de base para los anclajes.. Como ya hemos dicho estos anclajes se dimensionan con normas, catálogos de soluciones que contemplan algunas de las variables que intervienen en el desarrollo del anclaje tales como el diámetro de la barra, la calidad del acero, el diámetro del taladro a utilizar, el tipo de material adherente, la distancia del anclaje al borde de la pieza, la distancia del anclaje a otros anclajes, la profundidad del taladro, etc.. Sin embargo estas normas no contemplan algunas variables que tienen una influencia notable en la resistencia del anclaje químico de barra de acero en hormigón endurecido. Nos referimos a variables tales como la dirección de la perforación, la maquinaria de perforación y la barrena utilizada, el diámetro del taladro, el tipo de material adherente, la limpieza del taladro, la humedad del soporte, la altura del taladro, etc. A todo esto hay que añadir una variable adicional, que hace referencia al tipo de soporte. Este estudio considera dos tipos de soporte: el Hormigón Vibrado Tradicional (HVT). y el Hormigón. Autocompactante (HAC).. El hormigón autocompactante (HAC) ofrece importantes ventajas, tales como su elevada fluidez, su facilidad de paso a través de altas cuantías de armadura, su bajo nivel de ruido debido a que no necesita vibrado, su menor tiempo de hormigonado y el mejor acabado superficial de los elementos que lo utilizan.. El desarrollo de los HAC ofrece muchas posibilidades en la industria de los prefabricados, en obras que emplean grandes volúmenes de hormigón y en elementos constructivos con alta densidad de armadura.. Dada la gran utilización del HAC en la industria de los prefabricados y su progresiva incorporación en los hormigones preparados in situ, es necesario. 3.

(27) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. conocer el comportamiento que presentan estos materiales para la ejecución de anclajes de barras de acero en hormigón autocompactable endurecido. Este un tema que apenas ha sido estudiado, por lo cual es muy interesante profundizar en su conocimiento. Se trata de saber si las teorías sobre HVT son aplicables directamente al HAC, o si es necesario modificarlas para este caos o si dichas teorías no son validas.. 4.

(28) Capítulo 1. Introducción. 1.2 .- Objetivos. El objetivo principal de esta tesis doctoral es verificar el comportamiento que presentan los ensayos de extracción de barras de acero en hormigón endurecido tanto en HVT como HAC, con las diferentes variables consideradas.. Ese objetivo primero o general, se desgrana con más detalle en los siguientes objetivos específicos:. –. Evaluar las diferencias de comportamiento de los anclajes en diferentes soportes de hormigón.. –. . Hormigón Vibrado Tradicional (HVT).. . Hormigón Autocompactable (HAC).. Establecer la influencia de una serie de variables en la ejecución. de. anclajes, diferenciando las que tienen repercusiones notables y las que no afectan.. –. . Dirección de la perforación.. . Máquina de perforación y útil de perforación utilizado.. . Diámetro de la barrena respecto al diámetro de la barra.. . Tipo de material de anclaje.. . Limpieza del taladro.. . Humedad del soporte.. . Altura del taladro.. Cuantificar la repercusión de las variables influyentes sobre la resistencia de los anclajes. Para desarrollar este estudio, utilizaremos una metodología experimental, mediante la fabricación de dos soportes de hormigón, sobre los cuales se. 5.

(29) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. ejecutaran un elevado número de anclajes, variando las condiciones de ejecución, el arrancamiento de las barras, instrumentando el proceso y por último el análisis de los resultados.. La experiencia obtenida a lo largo de la ejecución de numerosos anclajes nos indica que algunas de estas variables tienen una influencia notable, como es el caso del método de perforación. Sin embargo estas variables no se consideran en la mayoría de manuales de cálculo de anclajes, cubriendo esa incertidumbre con los coeficientes de seguridad.. Es importante sensibilizar a todos los participantes en el proyecto y ejecución de anclajes de barras en hormigón endurecido, la importancia de estas variables, por su afección a la carga resistente y especialmente al desplazamiento.. 6.

(30) Capítulo 1. Introducción. 1.3 .- Esquema general de la tesis. En la presentación de este trabajo de investigación se ha seguido el esquema clásico de una tesis doctoral. En este Capítulo 1 se han presentado la justificación y los objetivos de la misma. El resto del documento está organizado de la siguiente manera:. –. Capítulo 2.. Estado actual del conocimiento.. En este capítulo se. describen los conceptos generales recopilados del estado actual del conocimiento en los ensayos de barras de acero en hormigón endurecido.. –. Capítulo 3. Plan experimental. En este capítulo se define el plan de trabajo correspondiente a la fase experimental llevada a cabo. En este sentido se realiza una descripción de los bloques de soporte, la técnica de ejecución de los anclajes, la técnica de extracción de las barras y los procedimientos de evaluación de resultados.. –. Capítulo 4. Resultados experimentales. En este capítulo se exponen los resultados obtenidos a través de tablas clasificadas en función de algunas variables analizadas. Además, se representan los resultados mediante histogramas y se ofrecen los valores estadísticos descriptivos más importantes de dichos resultados.. –. Capítulo 5. Análisis y discusión de resultados. Se realiza un análisis confirmatorio a través de técnicas estadísticas especializadas en la estimación de diferentes modelos especificados que expliquen lo mejor posible el comportamiento de los resultados. En este capítulo se valora y cuantifica la influencia de las variables de estudio a través de factores de corrección que afectan finalmente a la resistencia del anclaje.. –. Capítulo 6. Conclusiones y futuras líneas de investigación. Se describen las conclusiones basadas en los objetivos de esta investigación y se. 7.

(31) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. plantean algunas cuestiones de interés para futuras líneas de investigación.. –. Anexos. Contienen de una manera más detallada los resultados de los ensayos de extracción de las barras de todos los ensayos realizados. Los. datos. incluyen. una. representación. del. diagrama. tensión-. deformación, los listados de salida de datos de arrancamiento de las barras (según se registran durante su ejecución), el control de calidad del hormigón del soporte, de las barras de acero utilizadas, del gato y central hidráulica. utilizada,. de. la. instrumentación. de. comparadores,. manómetros, sistema informático de integración y registro de datos, del útil de arrancamiento de las barras. También se adjuntan las fichas técnicas de los productos adherentes utilizados y otros datos de interés.. 8.

(32) Capítulo 2 Estado actual del conocimiento. 2.1.- Clases de material de anclaje en el hormigón endurecido. Los sistemas de anclaje en el hormigón endurecido se instalan en orificios que se perforan en el hormigón después de su curado. Los materiales de anclaje utilizados son morteros a base de compuestos orgánicos (epoxi, poliéster, viniléster), compuestos inorgánicos (cementos) y combinaciones de compuestos orgánicos e inorgánicos (Eligehausen, R. & Spieth, H., 1999).. 2.1.1.- Anclajes cementosos. Por lo general son morteros hidráulicos con base de cemento. Estos anclajes se instalan en orificios previamente perforados utilizando mortero de cemento portland y arena o algún otro mortero premezclado disponible comercialmente (ACI 355-1R).. 9.

(33) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. Los morteros de cemento se mezclan en el sitio de construcción con una cantidad definida de agua y por lo general se vierten en orificios limpios y humedecidos. El diámetro del orificio es mayor que con resinas basadas en sistemas de inyección (Eligehausen, R. et al., 2006).. Los morteros de cemento pueden estar afectados por la exposición a la humedad durante el almacenamiento, mientras que los morteros químicos adhesivos se degradan por la exposición al calor y/o a la luz y la humedad y generalmente tienen una vida útil limitada.. 2.1.2.- Anclajes químicos. Los anclajes adhesivos (comúnmente conocidos como anclajes químicos) han reemplazado progresivamente a los anclajes inyectados a base de cemento. La instalación de este tipo de adhesivos es más rápida y generalmente se considera más resistente, más flexible, fácil de usar y más fiable en la mayoría de las aplicaciones a temperatura ambiente.. Los morteros adhesivos son mezclas de un polímero base y un material inerte, generalmente sílice sintético. Los sistemas de polímeros comúnmente utilizados son los siguientes: poliéster (estireno polimerizado), viniléster (un poliéster modificado algunas veces llamado epoxi-acrilato) y epoxi.. Los productos químicos tienen cuatro presentaciones diferentes: en cápsulas de vidrio, en cartuchos plásticos, en tubos o a granel.. Los adhesivos epoxídicos tienen de 2 a 4 veces la resistencia a compresión y de 10 a 15 veces la resistencia a tracción del hormigón con cemento portland. Con una distribución uniforme de esfuerzos, los adhesivos epoxídicos funcionan absorbiendo los impactos, minimizando el riesgo de fallos catastróficos. Además estos adhesivos ofrecen la ventaja de una. 10.

(34) Capítulo 2 – Estado actual del conocimiento. menor retracción, mayor dureza y resistencia a la fatiga y excelente protección contra la corrosión que los adhesivos cementosos (BASF, 2006).. En relación con los adhesivos con resina de poliéster, los epoxis se contraen menos y proveen una dureza mayor y una mayor adhesión al hormigón y al acero. Los poliésteres convencionales pueden también hidrolizarse con el tiempo y pierden la adherencia a superficies húmedas y alcalinas como el hormigón con cemento portland. Los adhesivos epoxis bien diseñados pueden no solamente adherirse a superficies húmedas sino también, mantener la unión en substratos húmedos o mojados durante un largo tiempo de exposición (BASF, 2006).. 11.

(35) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. 2.2.- Maquinaria de perforación y tipo de barrena. Para la apertura de los taladros existen tres tipos diferentes de maquinaria de perforación, cada uno de ellos con una herramienta de perforación especifica.. Se trata del martillo de aire comprimido con barrena integral y sistema de barrido en fondo, el martillo eléctrico con barrena de hélice y cabeza de widia y el equipo de corte con corona de diamante. La descripción de cada uno de estos equipos se incluye en el capítulo siguiente en el punto 3.6.1.. Este punto de la maquinaria de perforación está poco estudiado, y pocos autores lo han considerado en sus trabajos. Sin embargo se considera que esta variable es muy importante, y será uno de los aspectos a profundizar en el trabajo de investigación.. 12.

(36) Capítulo 2 – Estado actual del conocimiento. 2.3.- Transmisión de la carga de las barras ancladas. La transferencia de la carga de las barras ancladas, que han sido embebidas en hormigón fresco se desarrolla a partir de la cabeza del anclaje en el hormigón, por el contacto directo entre la barra y la superficie del hormigón endurecido alrededor de la barra. En contraste, los anclajes postinstalados en hormigón endurecido previamente, transfieren la carga desde la barra de acero a través de una capa de adhesivo en el hormigón a lo largo de una interfase adherente (Unterweger & Bergmeister, 1998). Asimismo, la transmisión de la carga es muy diferente para los casos con barras ancladas sin ningún solape o conexión con barras existentes en comparación con aquellas barras que si presentan solapes (Figura 2.1). En el primer caso la carga debe ser absorbida por el hormigón circundante, utilizando la resistencia a tracción del hormigón en gran medida. La fractura puede ser debida al arrancamiento de las barras o por la rotura del hormigón. En el segundo caso, para barras solapadas con refuerzo existente, la carga es transferida por los puntales de compresión a las barras embebidas in situ. La resistencia a la tracción del hormigón es utilizada sólo a nivel local y la fractura es causada por "splitting" o arrancamiento del recubrimiento.. a) sin solapes. b) con solapes. Figura 2.1. Estados tensionales en el hormigón causados por acciones en barras. 13.

(37) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. 2.4.- Relación carga-desplazamiento y modos de fallo. En los ensayos de arrancamiento el desplazamiento se verá afectado por la carga previa o precarga del anclaje, la resistencia del material de anclaje y la resistencia del material base (hormigón). En la siguiente figura se muestran las curvas típicas de carga frente a desplazamiento para tres tipos de anclaje.. Figura 2.2. Curvas típicas de Carga vs Desplazamiento. Powers Fasteners. (2011).. En la Curva 1 de la Figura 2.2. se muestra el comportamiento típico de un. anclaje. adhesivo.. Estos. anclajes. normalmente. muestran. un. comportamiento elástico hasta la carga última. El rendimiento puede variar dependiendo del tipo de adhesivo utilizado, de la resistencia del material base y de la resistencia de la barra anclada. Según la ACI 355.1R-91 los anclajes adhesivos exhiben un comportamiento elástico prácticamente hasta la carga máxima. Aunque las curvas. carga-desplazamiento. de. los. anclajes. adhesivos. muestran. coeficientes de variación relativamente bajos en comparación con los anclajes de expansión de par controlado y los anclajes tipo "drop in”, las resistencias por adherencia varían considerablemente dependiendo del material adhesivo y del procedimiento de instalación utilizado.. 14.

(38) Capítulo 2 – Estado actual del conocimiento. En la Curva 2 de la Figura 2.2. se muestra el comportamiento de un anclaje con par controlado. El desplazamiento empieza a producirse después de que el anclaje haya superado la precarga inicial y hasta que se obtiene la capacidad máxima de carga.. En la Curva 3 de la Figura 2.2. se observa el comportamiento de anclajes usados en aplicaciones ligeras. Una vez que la carga de trabajo ha sido superada, el anclaje comienza a desplazarse hasta que se produzca el fallo.. Los diferentes tipos de anclajes tienen diferentes características de desplazamiento dependiendo de la precarga, el mecanismo de transferencia de las cargas y el modo de fallo (ACI 355.1R-91). En relación a los modos de fallo, a continuación se describen los cinco modos de fallo primarios descritos en la norma ACI 355.1R-91 para los anclajes solicitados a tracción (Figura 2.3.): (a) Fallo del acero: Se produce cuando la carga aplicada supera la carga del límite elástico del acero. Para los anclajes mecánicos, esto generalmente ocurre cuando los anclajes están lo suficientemente embebidos para desarrollar toda la resistencia del mecanismo de expansión y del material base. Para anclajes adhesivos, esto ocurrirá cuando la resistencia del material base y resistencia de adherencia del material adhesivo sea mayor que la resistencia de la varilla de anclaje.. (b) Fallo por deslizamiento: Este tipo de fallo se produce cuando la carga aplicada es mayor que la fuerza de fricción o compresión desarrollada entre el cuerpo del anclaje y el material base. El anclaje es incapaz de transferir completamente la carga para desarrollar la resistencia del material base. Para anclajes adhesivos,. 15.

(39) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. esto puede ocurrir con los productos que presentan una baja resistencia a la adherencia o se han instalado en agujeros con una inadecuada preparación.. (c) Fallo por hendimiento del hormigón: Se presenta un agrietamiento o hendimiento del material base durante la instalación del anclaje y aplicación de la carga. Es decir, que las unidades de mampostería u hormigón deberían tener un grosor y ancho adecuado para evitar este problema.. (d) Fallo por desprendimiento de un cono de hormigón de un anclaje traccionado: Cuando la carga aplicada es mayor que la resistencia del material base, el material se desprende o falla. En concreto, un cono de cizallamiento podría. desprenderse,. por. lo. general. para. anclajes. embebidos. superficialmente en un intervalo de 4 a 5 veces el diámetro de la barra. El ángulo del cono puede llegar a estar entre 35º y 45º, sin embargo, este puede variar dependiendo del tipo y de la profundidad del anclaje.. (e) Fallo de un cono de hormigón atribuible a la separación y distancias a los bordes: El espaciamiento de los anclajes instalados y la distancia desde el borde afectará al modo de fallo así como a la capacidad de carga última resultante. Los anclajes con separación insuficiente entre ellos, actuaran como un conjunto y presentarán una influencia importante en el material de soporte del anclaje, lo que provoca menores capacidades individuales de carga última. En el caso de anclajes instalados cerca de los bordes, la capacidad de carga debería ser afectada por la dirección de la carga y por la distancia desde los bordes.. 16.

(40) Capítulo 2 – Estado actual del conocimiento. a) fallo del acero.. b) fallo por deslizamiento.. d) fallo por desprendimiento de un cono de hormigón.. c) fallo por hendimiento del hormigón. e) fallo de un cono de hormigón atribuible a separaciones y distancias a los bordes incorrectas.. Figura 2.3. Modos de fallo típicos para los anclajes cargados en tracción (ACI 355.1R-91).. 17.

(41) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. 2.5.- Factores que afectan la resistencia de adherencia de las barras ancladas. Mackay-Sim (1999) señala que la resistencia de adherencia de los anclajes químicos es variable y depende de:. -. El tipo de adhesivo (poliéster, epoxi, etc.).. -. El porcentaje, tamaño y tipo de material inerte (árido fino) incluido en el mortero.. -. El método de perforación del orificio el cual afecta la rugosidad de la superficie (percusión o corona de diamante).. -. La limpieza de las paredes de los orificios y la cantidad de polvo pegada a la superficie interior del taladro. Este último puede reducir la resistencia al mezclarse con el material de anclaje.. -. El número y tamaño de los poros en el hormigón.. -. Presencia de humedad.. -. El tiempo de curado.. -. Condiciones de temperatura.. De la misma manera Eligehausen & Spieth (1999) señalan que la resistencia de adherencia puede ser influenciada significativamente por las condiciones de instalación, humedad del hormigón, temperatura y método de perforación.. 2.5.1.- Influencia de la limpieza. La limpieza de los orificios perforados es de vital importancia para casi todas las instalaciones con anclajes adhesivos. En la práctica, la limpieza de los orificios no se realiza de una manera adecuada, convirtiéndose con frecuencia en una fuente importante de malos resultados del anclaje adhesivo (Wollmershauser & Mattis, 2008).. 18.

(42) Capítulo 2 – Estado actual del conocimiento. Si se realiza una limpieza inadecuada de los agujeros perforados es posible que queden restos de partículas de polvo y detritus. Lo anterior puede generar que el orificio perforado no tenga la profundidad requerida o que las condiciones de adherencia se vean afectadas. Una buena práctica es la utilización de aire comprimido para la limpieza de los orificios, introduciendo la boquilla hasta el fondo para expulsar la mayor parte del polvo existente, y el posterior empleo de agua para eliminar totalmente los residuos que hubieran podido quedar. El comité Euro-International du Beton señala que diferentes estudios han registrado reducciones del 30%-80% en la resistencia de adherencia de anclajes de adhesivos que presentaron una inadecuada limpieza de los orificios perforados. Además señala que si los orificios perforados no se limpian cuidadosamente, una película de polvo puede separar la superficie del hormigón de la superficie adhesiva. La mezcla de polvo del orificio se diluye en el mortero químico el cual se debilita y reduce la resistencia del anclaje (Mackay-Sim, 1999). Varias investigaciones han demostrado que el grado de limpieza de las perforaciones influye de manera significativa en el resultado de la resistencia de adherencia. Tal es el caso de Eligehausen & Spieth (1999) quienes encontraron que la resistencia de adherencia se redujo en un 50% para el hormigón seco con perforaciones que no presentaron una limpieza adecuada en comparación a la que si la tuvieron. En este estudio se utilizaron barras corrugadas de 20 mm ancladas en un hormigón de 30 MPa a una profundidad de 300 mm. Eligehausen & Mészáros (1996) señalan que para sistemas de anclajes con inyección aplicados en orificios sin limpiar pude presentarse una reducción de la carga hasta un 50%. Asimismo para los sistemas de anclaje con cápsula, las partículas de polvo que se adhieren a las paredes a causa de la perforación son erosionadas por los áridos de cuarzo durante el. 19.

(43) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. proceso de instalación rotacional del anclaje. La disminución de la carga puede ser de hasta un 20%. El propósito de la investigación de Best & McDonald (1990) fue evaluar la resistencia de los diferentes tipos de adhesivos genéricos: grout cementoso, resina epoxi y resina poliéster bajo diferentes condiciones de limpieza, humedad y método de perforación. En este estudio se utilizaron barras de refuerzo de 2 cm con una profundidad de anclaje de 38 cm y un diámetro nominal de la perforación de 3 cm. En la Figura 2.4. se representan los resultados de las perforaciones realizadas con el martillo de percusión, en ella se observa como la tensión de adherencia disminuye para los tres tipos de adhesivos que fueron colocados sobre superficies que no presentaron ninguna limpieza. Los autores señalan que el escombro dejado por el martillo de percusión es el causante de dicha reducción. La mayor reducción la presentó la resina epoxi con un 71%. En la Figura 2.5. se presentan los resultados obtenidos con perforaciones realizadas con corona de diamante en ella se observa que el efecto de la limpieza presenta mayor influencia para los grout a base de cemento.. 20.

(44) Capítulo 2 – Estado actual del conocimiento. Figura 2.4. Efecto de la limpieza de orificios perforados con martillo de percusión. Best & McDonald (1990).. Figura 2.5. Efecto de la limpieza de orificios perforados con corona de diamante. Best & McDonald (1990).. 21.

(45) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. Wollmershauser & Mattis (2008) (2008 citan el trabajo de Meszaros & Eligehausen (1996) quienes estudiaron estudia el efecto de la limpieza en las curvas carga-desplazamiento desplazamiento de anclajes adhesivos en un hormigón seco (Figura 2.6.). ). El estudio fue realizado con barras de 12 2 mm ancladas a una profundidad de 110 mm y perforadas con martillo eléctrico. El sistema de anclaje fue por inyección y el hormigón utilizado de 25 MPa. Además algunos orificios fueron limpiados mediante un cepillo de cerdas duras y con una bomba manual, otros no presentaron ninguna limpieza, tal es el caso de las perforaciones verticales las cuales fueron más profundas que la longitud requerida. Lo anterior tenía el propósito de crear un espacio en el cual el polvo proveniente del proceso de perforación se acumulara. Las diferencias encontradas entre las perforaciones con limpieza y sin limpieza fueron aproximadamente del 50%. Debido a. la gran influencia que presentó la. limpieza de las perforaciones en la carga los lo autores recomiendan asegurarse que las partículas de polvo. y desechos desechos se eliminen. completamente.. Figura 2.6. Sensibilidad de los anclajes a la limpieza de los orificios perforados. Meszaros & Eligehausen (1996).. 22.

(46) Capítulo 2 – Estado actual del conocimiento. La Figura 2.7. muestra los resultados del estudio de Meszaros & Eligehausen (1998) relacionado con la influencia del grado de limpieza del orificio en la tensión de adherencia por tres sistemas diferentes de inyección en un hormigón seco. Los autores señalan que toda el agua estancada de la lluvia o de la actividad de la construcción debe ser eliminada por completo y el agujero debe estar seco, a menos que el sistema de anclaje haya sido calificado para la instalación en condiciones húmedas. Los resultados indican que se pueden obtener reducciones de la tensión de adherencia entre un 20%-60%, según el sistema de inyección, con una inadecuada limpieza de las perforaciones.. Figura 2.7. Influencia de la intensidad en la limpieza en la tensión de adherencia en hormigón seco. Meszaros & Eligehausen (1998).. 23.

(47) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. 2.5.2.- Influencia de las condiciones de humedad. Best & McDonald (1990) concluyen que la tensión promedio de adherencia con resina poliéster colocada y curada bajo condiciones sumergidas fue un 35% menor que la resistencia de la resina poliéster colocada y curada bajo condiciones secas. Las mayores reducciones en la tensión de adherencia se presentaron a edades de 6 meses y 16 meses y estuvieron alrededor del 50%. Además, la tensión de adherencia promedio de la resina poliéster colocada y curada bajo condiciones sumergidas fue aproximadamente una tercera parte menor que la tensión de la resina epoxi y que el grouting bajo condiciones húmedas y sumergidas respectivamente, y curadas bajo condiciones sumergidas (Ver Figura 2.8.).. Figura 2.8. Tensión de adherencia para diferentes tipos de adhesivos colocados y curados bajo condiciones secas y sumergidas. Best & McDonald (1990).. 24.

(48) Capítulo 2 – Estado actual del conocimiento. Best & McDonald (1990) obtienen un buen desempeño de los ensayos al utilizar la resina epoxi en zonas húmedas. A pesar de ello los autores acogen la recomendación del fabricante quien no recomienda la colocación de este tipo de adhesivo. en. condiciones sumergidas. Con. esta. recomendación y con la disminución significativa que obtuvieron de la capacidad de adherencia de la resina de poliéster en condiciones sumergidas concluyen que la elección lógica para aplicaciones sumergidas es el grout cementoso. La Figura 2.9. muestra la capacidad de los anclajes instalados en hormigón húmedo. El sistema de anclaje utilizado para el estudio fue de inyección donde la resina era sensible a la humedad. Además, todos los orificios perforados presentaron una limpieza profunda. Los autores concluyen que el comportamiento de la carga en soportes de hormigón húmedo depende del sistema de resina utilizado. El empleo de sistemas de resinas sensibles a la humedad, tales como, el epoxi estireno libre de viniléster, podrían reducir la capacidad del anclaje en más del 35%.. Figura 2.9. Curvas carga-desplazamiento de anclajes adherentes en hormigones secos y húmedos y con una limpieza profunda (tipo de anclajes sensibles a la humedad). Meszaros & Eligehausen (1996). 25.

(49) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. Eligehausen & Spieth (1999) analizaron un hormigón saturado cuyos orificios perforados fueron limpiados mediante una bomba manual y un cepillo de mano de cerdas naturales. A pesar del gran esfuerzo en la limpieza la resistencia a la adherencia fue muy baja. A raíz de los resultados los investigadores realizaron un análisis cuidadoso y encontraron que en un hormigón húmedo las paredes de los orificios perforados no quedan lo suficientemente limpias con el sistema de limpieza utilizado. Además, realizaron nuevos ensayos reemplazando el sistema de limpieza utilizado, es decir, mediante una lanza con aire comprimido libre de aceite y un cepillo de alambre impulsado con una máquina de perforación. Para el nuevo tipo de limpieza se realizó un comparativo con barras embebidas en el hormigón y con barras ancladas. Los resultados mostraron que la resistencia de las barras ancladas fue mayor que la de las barras embebidas (Figura 2.10.).. Figura 2.10. Ensayos en hormigón seco y húmedo con diferentes condiciones de limpieza. Eligehausen & Spieth (1999).. 26.

(50) Capítulo 2 – Estado actual del conocimiento. 2.5.3.- Influencia del sistema de perforación (tipo de máquina). Los mejores resultados se obtienen cuando los huecos están secos y han sido cortados por taladro de percusión rotativo. Este método de perforación produce un corte más rugoso y proporciona una mejor traba para el adhesivo. Después de la perforación los huecos deben ser cepillados con un cepillo no metálico, soplados con aire comprimido libre de aceite (BASF). Unterweger & Bergmeister (1998) concluyen que mediante el uso de un taladro con corona de diamante, la rugosidad media en el perfil de perforación en profundidad, es de hasta 50% menor que en perforaciones que se realizan mediante un martillo de perforación. Wollmershauser & Mattis (2008) recomiendan eliminar la lechada formada dentro de los orificios durante el proceso de perforación con corona de diamante antes de que esta endurezca. Señalan que si no se retira dicha lechada podría afectar la capacidad de tracción del anclaje. Estos autores también señalan que algunos sistemas de anclaje son sensibles al espesor de la resina que envuelve la barra anclada, mientras que otros no lo son. Por lo tanto debería utilizarse el tipo de barrena y diámetro adecuado según las instrucciones del fabricante. De esta manera Wollmershauser & Mattis (2008) citan el trabajo realizado por Spieth & Eligehausen (2002) quienes analizaron la resistencia de adherencia obtenida mediante diferentes sistemas de perforación y la compararon con los resultados obtenidos de una barra de refuerzo embebida. En este estudio el adhesivo utilizado, se introdujo en el taladro mediante un sistema de inyección con una resina de baja adherencia y el diámetro de las barras ancladas fue de 20 mm. Los resultados se muestran en la Figura 2.11. Claramente se observan los bajos resultados alcanzados con la corona de diamante y los altos resultados alcanzados con el martillo de aire.. 27.

(51) Influencia de las condiciones de ejecución en la resistencia de los anclajes en hormigón convencional y autocompactante. Figura 2.11. Curva de tensión de adherencia-desplazamiento para diferentes sistemas de perforación. Spieth & Eligehausen (2002) citado por Wollmershauser et al (2008).. Eligehausen & Spieth, (1999) también estudiaron la influencia del sistema de anclaje. Para ello anclaron barras de 20 mm por medio de martillo de perforación y con corona de diamante en hormigones con resistencia de 30 MPa y 55 MPa. Las condiciones de humedad del hormigón fueron secas. Los resultados mostraron que la resistencia de anclaje de las barras que fueron ancladas en orificios perforados con corona de diamante fue significativamente más baja que la resistencia de las barras ancladas en orificios perforados con el martillo de perforación. Este resultado es especialmente significativo para el hormigón de alta resistencia (Figura 2.12.).. 28.