UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA
Peumo Repositorio Digital USM https://repositorio.usm.cl
Tesis USM TESIS de Pregrado de acceso INTERNO
2019
DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD
DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA DE
PANELES DE HORMIGÓN
REFORZADO CON MALLA ELECTROSOLDADA.
TRULLÉN ACEVEDO, PABLO ALONSO
https://hdl.handle.net/11673/47167
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA DEPARTAMENTO DE OBRAS CIVILES
VALPARAÍSO – CHILE
DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA
DE PANELES DE HORMIGÓN REFORZADO CON MALLA
ELECTROSOLDADA.
Memoria de titulación presentada por PABLO ALONSO TRULLÉN ACEVEDO
Como requisito parcial para optar al título de Constructor Civil
Profesor Guía Sergio Carmona Malatesta
ii
Resumen.
En el proyecto Chuquicamata subterránea desarrollado por la División Norte de Codelco Chile, para el sostenimiento de túneles, se especificaba el uso de hormigón proyectado o shotcrete reforzado con malla de acero electrosoldada tipo C – 295. Sin embargo, la proyección de hormigón sobre mallas no garantiza un soporte continuo, debido a la formación de las denominadas ‘’sombras’’, las que corresponden a oquedades que se producen debido a que parte del hormigón queda retenido en la malla y no logra llegar hasta la roca, a lo que se suma, que las faenas necesarias para la instalación de la malla son complejas y de alto riesgo para las personas que la ejecutan. Por las razones antes expuestas, se propuso el uso de shotcrete reforzado con fibras sintéticas (SRF) dando así estudio de ‘EFECTO DEL PERNO DE ANCLAJE EN EL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE PANELES DE HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS’ realizado en estudios anteriores.
Para validar el uso del SRF en el sostenimiento de estos túneles, es necesario determinar la capacidad de absorción de energía que tiene el shotcrete reforzado con malla electrosoldada. Por esta razón, se ha propuesto realizar ensayos sobre paneles cuadrados de hormigón reforzados con malla que permitan obtener resultados comparables con los alcanzados en el estudio realizado anteriormente.
Por ello, en la presente memoria, se darán a conocer resultados entregados mediante ensayo de flexotracción de paneles de hormigón reforzados con malla electrosoldada, considerando que el hormigón utilizado cumple con las dosificaciones de un shotcrete pero este hormigón será aplicado directamente en el molde, por ende, no será disparado.
Este ensayo será realizado en adaptación a la norma europea EFNARC, entregando así valores de capacidad de absorción de energía a los 25 [mm] de deformación en su punto de carga y la carga máxima. Además se analizarán resultados dando así parámetros de relación entre tamaño de paneles y aplicación de carga.
Otro estudio entregado será el patrón de agrietamiento y su respectivo análisis de paneles post-ensayos, los cuales presentan grietas características y recurrentes, grietas que pueden ser relacionadas con el tamaño del panel y el tamaño de la aplicación de la carga.
iii
Abstract.
In the underground Chuquicamata project developed by the North Division of Codelco Chile, for the maintenance of tunnels, the use of shotcrete or reinforced concrete reinforced with electrowelded steel mesh type C - 295 was specified. However, the projection of concrete on meshes does not guarantees continuous support, due to the formation of the so-called 'shadows', which correspond to cavities that occur because part of the concrete is retained in the mesh and can not reach the rock, to which is added, that The tasks necessary for the installation of the mesh are complex and of high risk for the people who execute it. For the reasons mentioned above, the use of reinforced shotcrete with synthetic fibers (SRF) was proposed thus giving study of ' EFFECT OF THE ANCHORING BOLT ON THE STRUCTURAL BEHAVIOR OF REINFORCED CONCRETE PANELS WITH FIBERS ' made in previous studies.
To validate the use of the SRF in the maintenance of these tunnels, it is necessary to determine the capacity of energy absorption that has the reinforced shotcrete with electrowelded mesh. According to the above, it has been proposed to perform tests on square reinforced concrete panels with mesh that allow obtaining results comparable with those achieved in the previously conducted study.
For this reason, in the present report, results delivered by flexotraction test of reinforced concrete panels with electro-welded mesh will be announced, considering that the concrete used complies with the dosages of a shotcrete but this concrete will be applied directly in the mold, for He will not be shot.
This test will be carried out in accordance with the European standard EFNARC, thus delivering values of energy absorption capacity at 25 [mm] of deformation at its load point and maximum load. In addition, results will be analyzed, thus giving parameters of relation between panel size and load application.
iv
Glosario, Símbolos y Nomenclatura.
HRF: Hormigón reforzado con fibras. Hormigón que es elaborado con fibras, en una
determinada dosificación. Además de los materiales necesarios para su elaboración (cemento, agregados pétreos y agua).
EFNARC: European Specification for Sprayed Concrete.
Probeta: Pieza de hormigón elaborada, la cual es sometida a una serie de ensayos
para estudiar su comportamiento frente a estos, determinando por ejemplo propiedades mecánicas.
Deflexión: Flecha registrada, en el centro del panel, por un transductor sobre una base de medición adosado a este.
Tracción: Esfuerzo interno a que está sometido el panel por la aplicación de dos
fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
MCC8 (Multifunctional Control Console 8): Consola de control multifuncional,
equipo utilizado para el desarrollo de los ensayos durante la presente memoria.
Transductor: Dispositivo de medición, quien por medio del equipo MCC8 registra
los desplazamientos. Consiste en un vástago retráctil el cual se desplaza registrando el desplazamiento a medir.
Base de medición: Base en la cual se apoya la punta del vástago del transductor,
logrando generar una base estable para la toma de las mediciones.
Shotcrete: Hormigón proyectado mediante aire comprimido para conformar
v
ASTM: Organización de normas internacionales que desarrolla y publica acuerdos
voluntarios de normas técnicas para una amplia gama de materiales, productos, sistemas y servicios.
AENOR: Asociación Española de Normalización.
P : Carga [kN]
σ
v : Esfuerzo vertical producido por suelo rocoso.σ
h: Esfuerzo horizontal producido por suelo rocoso.
mm : Milímetros.
δ : Deflexión en [mm].
J : Joule.
E(δ) : Energía acumulada en [J].
A : Acero.
T : Trefilado/Laminado.
H : Hormigón
NCh : Norma chilena.
TON : Toneladas.
PSI : La libra de fuerza por pulgada cuadrada. Unidad de presión. GPa : Giga Pascal. Unidad de presión.
Índice.
CONTENIDO
Resumen. ... ii
Abstract. ... iii
Glosario, Símbolos y Nomenclatura. ... iv
Índice. ... 1
Índice de tablas. ... 3
Índice de gráficos. ... 4
Índice de figuras. ... 5
1. Introducción. ... 7
1.1 Antecedentes. ... 7
1.2 Objetivos. ... 9
1.3 Metodología. ... 9
2. Marco Teórico ... 11
2.1 Ensayo Panel cuadrado EFNARC ... 11
2.2 Malla Electrosoldada C295. ... 13
2.3 Barra acero helicoidal 22 [mm]. ... 14
2.3.1 Golillas y planchuelas. ... 15
2.3.2 Tuercas. ... 16
2.3.3 Coplas. ... 17
2.4 Hormigón proyectado – Shotcrete. ... 18
2.5 Hormigón reforzado con fibras - HRF. ... 19
2.5.1 Fibra sintética estructural Barchip 48. ... 20
3. Desarrollo Experimental. ... 22
3.1 Materiales y dosificación. ... 22
3.1.1 Cemento. ... 22
3.1.2 Agregados Pétreos. ... 23
3.1.3 Aditivos. ... 23
3.1.3.1 Plastocrete MX – 1390. ... 23
3.1.3.2 Viscocrete 5100. ... 23
3.1.3.3 Sílice Colodial tytro RC 430. ... 24
3.1.4 Dosificación. ... 24
3.2 Ensayo. ... 25
2
3.2.2 Elaboración de Probetas. ... 27
3.2.2.1 Elementos a utilizar. ... 27
3.2.2.2 Procedimiento para la elaboración. ... 28
3.2.2.3 Preparación de la mezcla. ... 30
3.2.2.3.1 Preparación de utensilios. ... 30
3.2.2.3.2 Preparación de componentes. ... 31
3.2.2.3.3 Mezclado. ... 31
3.2.2.3.4 Llenado de moldes. ... 32
3.2.2.3.5 Descimbre. ... 34
3.2.3 Procedimiento de Ensayo. ... 34
4. Resultados y Análisis. ... 40
4.1 Resultados de ensayos de paneles de hormigón armado con perno de anclaje. ... 40
4.1.1 Gráficos de paneles serie 60X, junto con gráfica promedio. ... 41
4.1.2 Gráficos de paneles serie 100X, junto con gráfica promedio. ... 43
4.2 Análisis de resultados de ensayos de paneles de hormigón armado con perno de anclaje. ... 45
4.2.1 Carga máxima. ... 45
4.2.2 Deflexión a la Carga máxima. ... 46
4.2.3 Cálculo de energía absorbida [J] hasta los 25 [mm]. ... 46
4.3 Análisis de patrón de agrietamiento de los ensayos de paneles 60X y 100X... 47
4.4 Análisis de resultados de ensayos a paneles de hormigón armado con perno de anclaje vs paneles de hormigón reforzados con fibras (HRF) ensayados en memoria ‘EFECTO DEL PERNO DE ANCLAJE EN EL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE PANELES DE HRF’. ... 50
5. Conclusiones. ... 53
6. Referencias... 55
3
Índice de tablas.
Tabla 1 – Categoría del Shotcrete 13 Tabla 2 – Ficha técnica de malla electrosoldada C295 14 Tabla 3 – Ficha técnica de barra helicoidal de diámetro 22 [mm] 15 Tabla 4 – Ficha técnica de planchuela. 16 Tabla 5 – Dimensiones de tuerca para barra helicoidal de 22 [mm] 17 Tabla 6 – Propiedades de las Fibras sintéticas Barchip 48 (Fuente: Hoja Técnica de Barchip 48, Elasto-Plastic
Concrete, 2010) 21
Tabla 7 – Propiedades Cemento Melón Extra. 22 Tabla 8 – Información del producto plastocrete MX-1390 23 Tabla 9 – Información producto viscocrete 5100 24
Tabla 10 – Dosificación Paneles 25
Tabla 11 – Promedios de resultados de paneles de hormigón armado con sus respectivas clasificaciones de
Shotcrete 45
Tabla 12 – Análisis de patrón de agrietamiento de paneles de 1000 x 1000 x 100 y 600 x 600 x 100 [mm] 49 Tabla 13 – Promedios de resultados de paneles de hormigón armado con sus respectivas clasificaciones de
Shotcrete 50
Tabla 14 – Promedios de resultados de paneles de HRF con sus respectivas clasificaciones de Shotcrete. (Memoria “Efecto del perno de anclaje en el comportamiento estructural de paneles de hormigón
reforzado con fibras”) 51
4
Tabla 32 – Resultados de ensayo panel 604 81 Tabla 33 – Características de Panel 605 84 Tabla 34 – Resultados de ensayo panel 605 84
Índice de gráficos.
Gráfica 1 – Gráfico Carga vs Desplazamiento serie 60X, junto a gráfica promedio. 41 Gráfica 2 – Gráfico Energía vs Desplazamiento serie 60X, junto a gráfica promedio. 41 Gráfica 3 – Gráfico Resumen de promedios (Carga – Desplazamiento) y (Energía Desplazamiento) de
paneles Serie 100X. 42
Gráfica 4 – Gráfico Carga vs Desplazamiento serie 100X, junto a gráfica promedio. 43 Gráfica 5 – Gráfico Energía vs Desplazamiento serie 100X, junto a gráfica promedio. 43 Gráfica 6 – Gráfico Resumen de promedios (Carga – Desplazamiento) y (Energía Desplazamiento) de
paneles Serie 60X. 44
5
Índice de figuras.
Figura 1 – Tunelera y Proyección de Shorcrete mecánico. 7 Figura 2 - Proyector mecánico, Roboshot Trubosol TSR7. 8 Figura 3 – Simulación de la presión de la roca en el panel. 11 Figura 4 – dimensiones del panel, apoyo y carga del ensayo panel cuadrado EFNARC. 12 Figura 5 – Gráfico resumen, carga vs deflexión y Energía vs deflexión. 13 Figura 6 – Distancia entre barras, diámetro de barras y sección de acero de malla C295 14 Figura 7 – Barra helicoidal de acero de diámetro 22 [mm]. 15 Figura 8 – Golilla y planchuela usadas en ensayo. 16 Figura 9 – Dimensiones de tuerca para barra helicoidal de 22 [mm]. 17 Figura 10 – Copla para barra helicoidal de 22 [mm]. 18 Figura 11 – Esquema de ensayo para paneles de hormigón armado con perno de anclaje en adaptación a ensayo de norma EFNARC- EN 14488-5. 26 Figura 12 – Mesa guía y plataforma de apoyo. 27 Figura 13 – Moldes de acero para paneles. 28 Figura 14 – Elementos ubicados y nivelados para el hormigonado. Posición de malla en altura con ayuda de alambre galvanizado. 30 Figura 15 – Tubos de ensayo y balanza 31 Figura 16 – Betonera giro horizontal. 32
Figura 17 – Llenado de molde. 33
Figura 18 – Curado de probetas. 33
Figura 19 – Gata hidráulica y celda de carga. 34 Figura 20 – Instalación de gomas y base de acero. 35 Figura 21 – Instalación Technyl. 36 Figura 22 – Desplazamiento de paneles con grúa horquilla. 36 Figura 23 – Panel 1000 x 1000 x 100 posicionado. 37 Figura 24 – Panel 600 x 600 x 100 con sus respectivos bastidores ya posicionados. 38 Figura 25 – Gata hidráulica y panel ensayado. 39
Figura 26 – Panel Ensayado. 39
6
7
1.
Introducción.
1.1 Antecedentes.
Con más de 3.000 kilómetros de túneles, División El Teniente de Codelco se presenta como la mina subterránea más grande del mundo. Este es un ejemplo que hace que Chile sea gran receptor de tecnologías y métodos de vanguardia en la industria minera y tunelera. Siempre innovando con el fin de mejorar la productividad y seguridad de trabajadores llegando al mercado de centrales hidroeléctricas, carreteras y subterráneos de Metro tren. En la figura 1 se muestra tunelera y proyector de shotcrete mecánico, usados en la industria tunelera. División El Teniente Codelco (Chile). Artículo División El Teniente. 2018.
Figura 1 – Tunelera y Proyección de Shorcrete mecanico.
8
Figura 2 - Proyector mecánico , Roboshot Turbosol TSR7.
Gracias a este mismo avance tecnológico, han entrado al mercado nuevos métodos de contención de suelos, en el que entra firmemente el SRF (shotcrete reforzado con fibras), hormigón que ha tenido años de estudios y avances en nuestro país. Dando así cantidad de estudios académicos relacionado al tema, con variedad de ensayos y probetas para incorporar el SRF a diversas industrias a nivel país. Por consiguiente, la malla es desplazada en el proceso.
La incorporación de fibras tanto metálicas como sintéticas en el hormigón, ha demostrado ser capaz de mejorar propiedades estructurales, en comparación al hormigón convencional, es decir, aumenta la ductilidad del hormigón, controlando la propagación de fisuras, lo cual permite obtener mayores deformaciones, aumento de la resistencia a la tracción y además es capaz de absorber energía. Las fibras actúan principalmente luego de la primera fisura del hormigón, es decir, en el rango post-agrietamiento, este comportamiento se debe a que antes de la formación de la primera grita del elemento, participa principalmente el hormigón frete a las cargas. La absorción de energía de las fibras se debe mayoritariamente por el agarre que presenta el hormigón con esta red de fibras que se encuentran embebidas dentro de este, logrando el traspaso de cargas desde el elemento a las fibras, permitiendo que las grietas no se propaguen.
9
1.2 Objetivos.
Objetivo principal:
Caracterizar el comportamiento de paneles cuadrados de hormigón reforzados con
malla electrosoldada.
Objetivo Secundario:
Determinar la capacidad de absorción de energía de paneles de hormigón reforzados
con malla electrosoldada tipo C – 295.
Determinar el patrón de agrietamiento de paneles de hormigón reforzados con malla
electrosoldada tipo C – 295.
Evaluar el efecto del tamaño de placa de fijación del perno de anclaje en el modo de
rotura del panel reforzado con malla electrosoldada.
Comparar la capacidad de absorción de energía de paneles reforzados con malla
electrosoldada con los resultados obtenidos previamente en ensayos de paneles cuadrados de shotcrete reforzados con fibras.
1.3 Metodología.
Para poder obtener resultados de la probeta en su conjunto (hormigón, malla electrosoldada y perno de anclaje) será necesario la utilización de un ensayo capaz de entregar resultados con estas condiciones, para ello se ha elaborado una adaptación del ensayo de paneles cuadrados de la norma EFNARC, la cual se describirá más adelante.
Para este ensayo, se realizarán dos tipos de paneles, los cuales poseen las mismas características de dosificación y espesor, diferenciándose entre sí por sus dimensiones. Ambos paneles son sometidos al mismo ensayo, entregando así resultados que se podrán analizar respecto a esta variable, dimensión.
10 Una vez fabricados los paneles, y habiendo esperado su resistencia óptima (pasado 28 días) se debe ensayar los paneles traccionando el perno mediante un actuador hidráulico de émbolo hueco, registrando la carga y deflexión del panel. Posterior a ello, analizar los resultados obtenidos de los distintos tipos de paneles.
11
2.
Marco Teórico
2.1 Ensayo Panel cuadrado EFNARC
Este ensayo es presentado en 1989 por la ferroviaria francesa, y con el tiempo es aceptado y propuesto en el año 1996 en la publicación “European Specification for Sprayed Concrete” de EFNARC, hasta que en el año 2006 está aprobada por el comité europeo de normalización (EN).
Plantea un procedimiento para determinar la energía de absorción utilizando paneles, ofreciendo mejores resultados que las vigas prismáticas. Teniendo en cuenta que el Shotcrete se comporta como una losa, en el ensayo se utilizan probetas de 600 x 600 x 100 [mm], en el cual se utiliza hormigón proyectado de forma vertical, con el mismo equipo, técnica, distancia de proyección y espesores de capa por pasada como se hiciera en terreno.
El ensayo de panel cuadrado EFNARC simula a escala de laboratorio el comportamiento estructural del sistema perno de anclaje – Shotcrete bajo carga de flexión y corte. En la figura 3 se observa el modo de actuar la presión de la roca en un punto de carga del panel. AENOR. ‘Determinación de la capacidad de absorción de las muestras de losa reforzada con fibras’. UNE-EN 14488-5. 2007.
Figura 3 – Simulación de la presión de la roca en el panel.
12
Figura 4 – dimensiones del panel, apoyo y carga del ensayo panel cuadrado EFNARC.
La velocidad de carga es de 1,5 [mm/min] resultando así un gráfico Carga vs deformación, del cual su medición se realiza en el punto central del panel, y se debe medir hasta una deflexión de 25 [mm] (punto en el cual se mide la energía acumulada de la probeta).
La capacidad de absorción de energía se mide mediante la ecuación:
𝐸(𝛿) = ∫ 𝑃(𝛿) 𝑑𝛿
𝛿
0
Donde 𝐸(𝛿) corresponde a la Energía acumulada en la deflexión 𝛿.
13
Figura 5 – Gráfico resumen, carga vs deflexión y Energía vs deflexión, Norma europea EFNARC, 2007.
La tabla 1 muestra las categorías del shotcrete con respecto a la energía absorbida en sus 25 [mm], Norma europea EFNARC, CEN en la norma UNE-EN 14488-5:2007.
Categoría del Shotcrete
Clase A Sólido en condiciones rocosas desde 500 [J]
Clase B Intermedio en condiciones rocosas desde 700 [J]
Clase C Difícil en condiciones rocosas desde 1000[J]
Tabla 1 – Categoría del Shotcrete, Norma europea EFNARC, CEN en la norma UNE-EN 14488-5:2007.
2.2 Malla Electrosoldada C295.
Las mallas soldadas Estándar se caracterizan por tener medidas y pesos conocidos. Son fabricadas de acero AT56-50H de alta resistencia. Esta nomenclatura corresponde a:
A: Acero.
T: Trefilado/Laminado.
56: 5.600 kg/cm2 (límite de ruptura) (560 Mpa).
50: 5.000 kg/cm2 (límite de fluencia) (500 Mpa).
H: Hormigón.
14 (Chile). Requisitos que deben cumplir las mallas de acero de alta resistencia para su uso de hormigón armado, Nch 218. 1977.
Estas mallas cumplen con las uniones electrosoldadas, las cuales son con soldaduras por fusión eléctrica, es decir, sin aporte de material, lo que permite lograr uniones más sólidas y terminaciones de alta calidad.
Estas mallas presentan distintas propiedades según su fabricación, por lo cual la malla a utilizar en esta memoria será la C295, las que según el proveedor tiene las siguientes propiedades resumidas en la tabla 2. Lampa, Santiago, Chile. ‘Soluciones concretas para armaduras con malla electrosoldada’, 2011.
Mallas Estándar Tipo "C"
Tipo de Malla
Distancia entre Barras (mm)
Diámetro Barras
(mm)
Sección de acero
(cm2/m) Peso (Kg) Long. dp Transv. ds Long. op Transv. os Long. ap Transv. as Malla Kg/m2
C295 150 150 7,5 7,5 2,95 2,95 61,01 4,69
Tabla 2 – Ficha técnica de malla electrosoldada C295, Ficha Armacero Comercial e Industrial Ltda. 2006.
La nomenclatura referida en Tabla 2 es detallada en la figura 6:
Figura 6 – Distancia entre barras, diámetro de barras y sección de acero de malla C295, Ficha Armacero Comercial e Industrial Ltda. 2006.
2.3 Barra acero helicoidal 22 [mm].
15 Este sistema presenta gran capacidad de trasferencia de carga en macizos rocosos, competencia y durabilidad. Trabaja en la perforación con inyección de lechada o instalación de cartuchos de resina que en conjunto son altamente resistentes cuando es sometido a esfuerzos de compresión y tracción. Es considerado un anclaje de tipo permanente.
A continuación se presenta la tabla 3 que indica las principales propiedades mecánicas de la barra helicoidal. Mientas que la figura 7 muestra la barra usada como perno de anclaje. Promec. San Bernardo, Santiago, Chile. ‘Elementos para fortificación’. Perno Helicoidal, 2011.
Tabla 3 – Ficha técnica de barra helicoidal de diámetro 22 [mm].
Figura 7 – Barra helicoidal de acero de diámetro 22 [mm].
Para este tipo de barra, existen distintos tipos de accesorios de los cuales es necesario mencionar para el funcionamiento del ensayo, estos son:
2.3.1 Golillas y planchuelas.
Son accesorios de fijación que se complementan con el perno helicoidal, estos son fabricados en distintos espesores y geometrías. La golilla a utilizar es de acero de alta
Barra helicoidal diámetro 22 mm
TON KN TON KN
Tensión de fluencia 17 187 15 150
Tensión de ruptura 31 315 21 205
Tensión de corte 25 256 18 178
16 resistencia, con una dimensión de 100 x 100 x 20 [mm], lo que hace adaptarse al ensayo de paneles cuadrados EFNARC, mientras que analizaremos el comportamiento de una planchuela de dimensiones 200 x 200 x 7 [mm]. Esta planchuela es fabricada en aceros CAP, la cual tiene las siguientes características técnicas resumidas en la tabla 4. Promec. San Bernardo, Santiago, Chile. ‘Elementos para fortificación’. Planchuelas, 2011.
Tipo Largo
[mm]
Ancho [mm]
Esp. Nominal
[mm]
Peso
[Kg] Aplicación Estampada con perforación
34 [mm] 200 200 7 1,28 Helicoidal
Tabla 4 – Ficha técnica de planchuela.
Se usarán golillas para 3 de los paneles de 600 x 600 x 100 [mm], y para 3 de los paneles de 1000 x 1000 x 100 [mm], mientras que las planchuelas serán para 2 paneles de 600 x 600 x 100 [mm] y 2 para paneles de 1000 x 1000 x 100 [mm], obteniendo así resultados para ambos que es posible analizar con respecto a sus tamaños. En la figura 8 muestra la diferencia física entre la golilla y la planchuela.
Figura 8 – Golilla y planchuela usadas en ensayo.
2.3.2 Tuercas.
Es fabricada de acero o de fundición nodular con grafito esferoidal, que sirve de complemento a la barra helicoidal. Esta tuerca permite el posicionamiento de la golilla y planchuela sobre el macizo rocoso.
17 San Bernardo, Santiago, Chile. ‘Elementos para fortificación’. Tuercas perno Helicoidal, 2011.
Figura 9 – Dimensiones de tuerca para barra helicoidal de 22 [mm].
Diámetro nominal Norma de fabricación Dimensiones [mm] Peso unitario [gr] Diámetro exterior (De) Altura total (H1) Altura del vástago (H2) Distancias entre caras (D) 22 ASTM
A194 49,3 41,3 25 34,9 226
ASTM
A536 49 37 21 32 226
Tabla 5 – Dimensiones de tuerca para barra helicoidal de 22 [mm].
2.3.3 Coplas.
Las coplas son utilizadas para la unión provisoria de barras de acero, en este caso barras de acero helicoidales. Estas coplas son fabricadas con acero medio carbono, las cuales son forjadas con martillo, responden al tratamiento térmico y endurecimiento por llama. Este tratamiento le da dureza y tenacidad adecuada para su propósito de resistencia y durabilidad.
Comercialmente estas coplas son de dimensiones de largos entre 100 a 150 mm, con un espesor de 6,5 a 10 mm, con hilos helicoidales.
Dentro de las propiedades mecánicas se puede encontrar un esfuerzo a fluencias de 310 Mpa y esfuerzo máximo de 565 Mpa, si bien, la carga máxima soportada por uno de los paneles fue 324,3 Mpa, no es una carga que pueda influir en esta copla, ya que está muy por debajo de su esfuerzo de rotura y su deflexión es despreciable.
18 Mientras que sus propiedades químicas, o aleaciones químicas cuenta con 0,43 - 0,5 % C (Carbono), 0,6 - 0,9 % Mn (Manganeso), 0,04 % P (Fósforo) y 0,05% S (Azufre).
El propósito del uso de esta copla es por comodidad de llenado de los paneles, ya que la malla electrosoldada debe trabajar en tracción, para esto y posicionando el perno de manera vertical, esta malla debe estar arriba, es decir, quedará en la parte inferior si esta es volteada para el ensayo. Por esto y para comodidad de la fabricación se puede hormigonar con separadores entre la malla y el borde del molde en su parte inferior y una vez listo para ensayar, se corta el perno y se acopla a su extremo superior, pudiendo así quedar la malla en posición de tracción. En la figura 10 se muestra la copla para barra helicoidal de 22 [mm]. Promec. San Bernardo, Santiago, Chile. ‘Elementos para fortificación’. Coplas perno Helicoidal, 2011.
Figura 10 – Copla para barra helicoidal de 22 [mm].
2.4 Hormigón proyectado – Shotcrete.
Es un hormigón o mortero proyectado de forma neumática a alta velocidad desde una boquilla, sus componentes son áridos, cemento y agua, y se puede complementar con materiales finos, aditivos químicos y fibras de refuerzo.
El shotcrete se puede realizar con equipos robotizados o manualmente, por el método de vía húmeda o vía seca. Estos métodos dependen tanto de las dimensiones de la obra y la cantidad de hormigón a proyectar, como de las circunstancias logísticas.
19 Algunas propiedades importantes del shotcrete son la consistencia adecuada y la resistencia temprana en su estado fresco (sobre todo para el soporte de excavaciones subterráneas), y la resistencia a la compresión y durabilidad en su estado endurecido.
Los áridos constituyen alrededor del 75% del peso del shotcrete y el 65% de su volumen, este influye tanto en su manejo como en las propiedades de endurecido. Rondan entre tamaño máximo de 12 – 16 [mm].
Esta relación es comprendida generalmente entro un 0,4 y 0,5 (agua/cemento), esta relación define la durabilidad del hormigón.
En cuanto a sus adiciones, los materiales finos complementarios (escorias, cenizas volcánicas y humo de sílice) ayudan a complementar el equilibrio de finos el cual debe ser menor o igual a 0,125 [mm], mejorar las propiedades de durabilidad, aumentar la capacidad de retención de agua y reducir la presión de bombeo durante la aplicación.
Los aditivos químicos utilizados en un shotcrete generalmente sirven como acelerantes, plastificantes, retardantes y estabilizantes. Shotcrete Chile (Chile), ‘Ficha técnica Shotcrete’, 2018.
2.5 Hormigón reforzado con fibras - HRF.
El hormigón como elemento estructural tiene gran comportamiento a los esfuerzos de compresión, por lo que si el elemento en cuestión es sometido a este tipo de esfuerzos este tendrá grandes resultados. Por otro lado, el hormigón presenta un bajo comportamiento en esfuerzos a la tracción, es por ello que el hormigón debe complementarse con otro material que sea capaz de resistir estos tipos de esfuerzos, el HRF nace debido a esta problemática.
El refuerzo estructural tiene como objetivo asumir las cargas externas que obligan a la estructura a trabajar en tracción, pero existen esfuerzos de los cuales este tipo de refuerzo no es tan conveniente, como por ejemplo, retracción por secado o ciclos de humedad y secado. Por otro lado, el HRF presenta grandes comportamientos estructurales, comportándose así como una macro-armadura, aportando mayores posibilidades de resistir a las fisuras por retracción.
20 incrementar la ductilidad del material, como así también otorgar mayores valores de resistencia a la fractura y/o impacto.
Dentro de las variables a considerar en un HRF con respecto a sus propiedades mecánicas es el tipo de fibra a utilizar, la dosificación (cantidad de fibras por metro cubico), etc.
En el presente estudio, se compararán resultados entregados por los ensayos de hormigones armados con malla electrosoldada C295 con paneles fabricados de HRF, paneles que fueron realizados para el estudio ‘‘EFECTO DEL PERNO DE ANCLAJE EN EL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE PANELES DE HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS’. Dicho estudio ha considerado 6 tipos de paneles de los cuales varían en cuanto a sus dimensiones y dosificación de fibras, pero una de las variables a considerar son el tipo de fibra utilizada, esta es la fibra sintética estructural Barchip 48. Memoria de Título, ‘Efecto del perno de anclaje en el comportamiento estructural de paneles de hormigón reforzado con fibras’ Valparaíso, Chile, 2017.
2.5.1 Fibra sintética estructural Barchip 48.
Las fibras sintéticas Barchip 48, en particular las fibras sintéticas, son las sucesoras contemporáneas de las fibras naturales y/o vegetales utilizadas en materiales estructurales antiguos como lo son: el adobe, o los morteros de cal. El uso de estas fibras, en épocas pasadas, era de vital importancia, debido a que permitían asumir esfuerzos de tensión y le otorgaban mayor monolitismo (no fisuración) a los elementos.
Estas fibras sintéticas Barchip 48, han sido creadas como parte de un programa que tenía por objetivo permitir el desarrollo de una variedad de fibras que pudiesen lograr el mayor rendimiento en distintas aplicaciones ingenieriles. Elasto Plastic Concrete. Ficha de Producto - BarChip 48, 2010.
Los principales beneficios que presentan las fibras sintéticas Barchip 48 son:
Reducción de costos hasta un 50% comparado con la malla electrosoldada
convencional.
Durabilidad a largo plazo sin oxidación.
Entregado en la obra como hormigón pre-reforzado (HPR).
No se deben realizar cortes de armadura ni ubicación por recubrimiento, por lo cual
aumenta la eficiencia y la productividad.
21
Presenta reducción de exfoliación durante incendios.
Existe menos desgaste de bombas, mangueras y boquillas.
En la siguiente tabla se muestran las propiedades de la Fibra sintética Barchip 48.
Tabla 6 – Propiedades de las Fibras sintéticas Barchip 48 (Fuente: Hoja Técnica de Barchip 48, Elasto-Plastic Concrete, 2010).
Resina Olefina modificada
Largo 48 mm
Resistencia a la tracción 6400 kg/cm2
Superficie Relieve continuo
Cantidad de fibra 59.500 fibras/Kg
Densidad Relativa 0,90 - 0,92
Módulo de elasticidad 10 Gpa
22
3.
Desarrollo Experimental.
3.1 Materiales y dosificación.
El ensayo de panel cuadrado EFNARC establece una normativa a seguir en cuanto a los materiales, teniendo en cuenta la calidad de las probetas en cuanto a su comportamiento estructural.
Además de los elementos mencionados en el capítulo anterior, se mencionaran y definirán los materiales a utilizar para la fabricación de las probetas o paneles establecidos por la norma EFNARC. Además se dará a conocer la dosificación.
3.1.1 Cemento.
El cemento utilizado para la fabricación de hormigón fue Melón Extra, procedente de la empresa Melón S.A. este tipo de cemento presenta una alta resistencia inicial, además, es ideal para hormigones con resistencia especificada a los 28 días, correspondiente al grado H-90 y superior, es usado para shotcrete (hormigón proyectado) y tiene composición de Clinker + Puzolana + yeso, cumpliendo las normas Nch 148 of 68 “Clase Portland Puzolanico, grado alta resistencia”, ASTM C595 tipo P “Cemento Portland – Puzolanico” y Norma ASTM C1157 Tipo HS “Alta resistencia a los sulfatos”. Melón S.A. Chile, ‘Ficha Técnica cemento Melón’. 2016.
A continuación se muestra ‘Tabla 7 – Propiedades Cemento Melón Extra’, en el cual se muestran propiedades mecánicas, tiempos de fraguado, peso específico, etc.
Tabla 7 – Propiedades Cemento Melón Extra.
Variable de Control Melón Extra Requerimiento Nch 148.68
Fraguado Inicial [minutos] 90 > 45
Fraguado final [minutos] 125 < 600
Superficie específica Blaine [cm2/g] 5000 --
Peso específico [g/dm3] 3 --
Resistencia a compresión
7 días [Kg/cm2] 420 > 250
28 días [Kg/cm2] 500 > 350
Resistencia a flexotracción
7 días [Kg/cm2] 65 > 45
28 días [Kg/cm2] 75 > 55
Perdida por calcinación % 2 < 4
Residuo insoluble % 12 < 3
23
3.1.2 Agregados Pétreos.
Los agregados pétreos son aquellos materiales utilizados para la fabricación del hormigón, son granulares, inertes y partículas duras de forma y tamaño estable. Estos materiales definen el comportamiento del hormigón frente a cargas y deformación. Los agregados pétreos pueden ser de tres tipos, grava, gravilla y arena.
Para el presente ensayo se utilizó arena gruesa (3/8”) y arena fina o arena correctora (5mm). Instituto Nacional de Normalización (Chile), ‘Áridos para morteros y hormigones – Requisitos generales’, NCh 163, 2013.
Las cantidades usadas para la fabricación del hormigón en el ensayo fueron arena gruesa un 80% mientras que la arena fina un 20%.
3.1.3 Aditivos.
3.1.3.1 Plastocrete MX – 1390.
Es un aditivo fabricado por la empresa Sika S.A. Chile, la cual tiene como característica principal la reducción de agua al amasado, mayor resistencia mecánica del hormigón y retarda el tiempo de fraguado. Sika, ‘Ficha de Producto – Plastocrete MX 1390, 2016.
Información del Producto Apariencia/ color Liquido color café oscuro Densidad 1,16 ±0,01 [Kg / m3] Presentación Granel
Tambor (200[lt])
Bombona (1000[lt])
Conservación 12 meses desde su fecha de fabricación Condiciones de
almacenamiento En su envase original, cerrado bajo techo.
Tabla 8 – Información del producto plastocrete MX-1390.
3.1.3.2 Viscocrete 5100.
24
Tabla 9 – Información producto viscocrete 5100.
3.1.3.3 Sílice Colodial tytro RC 430.
Aditivo para el control de la reología en hormigón proyectado, de la empresa Grace Construction Products Applied Technologies (GCP Applied Technologies). Principalmente se utiliza como sustituto de Humo de Sílice y otros aditivos puzolánicos, gracias a que está formulada específicamente para mejorar la capacidad de pulverización y bombeo de hormigón proyectado, aumentando la cohesión, proporcionando además un enlace superior al sustrato de roca.
Entre las ventajas que señala la empresa GCP Applied Technologies, se destacan, Dosificación eficaz, formulación altamente activa que requiere dosis muy bajas. Mejora de la pulverización, Bajo rebote y polvo, mínimo desperdicio de material, Durabilidad mejorada, alta resistencia a la penetración del agua debido a la permeabilidad reducida. GCP Applied Technologies. ‘Ficha de Producto - Tytro RC 430’, 2016.
3.1.4 Dosificación.
La dosificación realizada para el presente ensayo es usada regularmente en estudios realizados por el departamento de obras civiles en el último tiempo, dando así parámetros de comparación para estudios complementarios.
Las cantidades utilizadas se verán en la tabla 10. Información del Producto Apariencia/ color Líquido color ámbar
Presentación Granel
Tambor (200 [lt])
IBC (1080 [Kg])
Conservación 12 meses en su envase original cerrado. Condiciones de
25
Tabla 10 – Dosificación Paneles.
3.2 Ensayo.
Para la realización de este ensayo, y basándose en la normativa EFNARC específicamente la norma EN 14488-5, se debe tener en cuenta una serie de factores que influyen en desarrollo de este, por ello, se darán a conocer un esquema, en el cual se detallan los elementos y/o aparatos a utilizar, la preparación de las probetas o paneles, refiriéndose al procedimiento y técnica de hormigonado, y al procedimiento del ensayo. Este último detalla un procedimiento novedoso para poder conseguir la deflexión de la probeta mediante cargas efectuadas bajo una losa de ensaye. A continuación los tópicos a considerar.
3.2.1 Esquema.
A continuación que esquematizará el ensayo con sus aparatos y/o elementos involucrados, figura 11.
Dosificación por metro cúbico
Material Cantidad Unidad
Cemento Melón Extra 380 [Kg]
Agregados Pétreos
Arena Gruesa 1354 [Kg]
Arena Fina 339 [Kg]
Agua 216 [Lt]
Aditivos
Plastocrete MX-1930 1,9 [Kg]
Viscocrete 5100 1,9 [Kg]
26
27 Es primordial para la realización correcta del ensayo EFNARC – EN 14488-5, las Bombas y Gatas hidráulicas, los Marcos de apoyo de los paneles (Soportes para los paneles grandes como los chicos), las Estructuras de soporte de los paneles, los propios paneles, la Celda de Carga el Technyl y las Gomas que nos permitían mantener lisa la superficie de apoyo y con ello evitar errores de medición dados por la inestabilidad de la superficie de apoyo, entre otros materiales que ya han sido descritos anteriormente.
3.2.2 Elaboración de Probetas.
3.2.2.1 Elementos a utilizar.
Para la construcción de las probetas es necesario hablar primero de los elementos usados para su fabricación, como lo son:
a) Mesa guía y plataforma de madera.
Esta mesa sirve de guía vertical para el perno. Cuenta con un orificio en el cual el perno es introducido y posteriormente nivelado en su verticalidad hasta el fraguado de la probeta. Es de 0,8 metros de altura y 40 cm de ancho, consta de patas y diagonales. El largo de esta estructura es de 1,2 mts, pudiendo ser utilizada para ambos tipos de paneles. En la figura 12 se muestra la mesa guía y la plataforma de apoyo.
Figura 12 – Mesa guía y plataforma de apoyo.
28 b) Moldes de acero.
Estos moldes son fabricados con perfiles L y láminas de 5 mm de acero. Estos moldes deben poseer un agujero central por el cual el perno es introducido y sobrepasado 10 cm, distancia establecida para su posterior ensaye, considerando tuerca y golilla. Los moldes son cubiertos con desmoldante ‘Desmol metal Topex’ el cual ha sido desarrollado especialmente para aplicar al encofrado y ayudar a un rápido y fácil descimbre después de que el hormigón haya fraguado. Ambos marcos se muestran en la figura 13.
Figura 13 – Moldes de acero para paneles.
c) Malla de acero.
Esta malla, descrita en el capítulo anterior, y vendidas con las dimensiones de 260x500 cm es cortada con esmeril angular para su precisión, cabe destacar que el despunte es usado para posibles repeticiones de ensayos.
3.2.2.2 Procedimiento para la elaboración.
Una vez teniendo estos elementos, procedemos a la fabricación de las probetas. Para ello, se deben realizar los siguientes procedimientos:
a) Nivelación de plataforma de apoyo.
b) Se debe instalar la plataforma en suelo estable, recomendablemente radier, luego, usando una regla de burbuja, nivelar las esquinas. Usar cuñas para su correcta nivelación.
29 d) Se debe asentar el molde sobre la plataforma de madera, considerando que este debe estar centrado respecto al orificio del perno. Usar el perno para centrar de ser necesario.
e) Rectificación de nivel. f) Colocación de desmoldante:
g) Se debe cubrir con desmoldante toda la superficie de contacto., utilizando una brocha para su esparcimiento.
h) Colocación de malla:
i) Se debe presentar la malla en el moldaje, esta debe estar limpia, libre de aceites, grasas u otras sustancias que alteren la adherencia con el hormigón.
j) Instalación de mesa de apoyo:
k) Se coloca la mesa apoyada en el piso, verificando que esta esté centrada con respecto a los dos agujeros (molde y plataforma). Debe estar estable.
l) Colocación de barra de acero:
m) La barra de acero (perno) debe ser instalada a través de las perforaciones de la mesa, molde y plataforma. Su instalación debe estar a plomo, considerar cuñas para asegurar su correcta verticalidad.
n) Para la instalación de la malla se debe ubicar en la posición deseada, considerando recubrimiento necesario de 2 cm.
o) Rectificar niveles antes de hormigonado. p) Hormigonar.
30
Figura 14 – Elementos ubicados y nivelados para el hormigonado. Posición de malla en altura con ayuda de alambre galvanizado
3.2.2.3 Preparación de la mezcla.
Para la preparación de la muestra es necesario tener conocimiento de la dosificación requerida para este tipo de hormigón a realizar. Teniendo en cuenta lo anterior, se desarrollará el siguiente procedimiento:
3.2.2.3.1 Preparación de utensilios.
Se debe preparar todos los utensilios a utilizar, como lo son:
a) Cantidad de baldes, los cuales deben estar limpios y sin excesos de mezclas anteriores. Se debe considerar cantidad de baldes para arena y agua.
b) Paila y pala de cemento, estas deben estar limpias y sin residuos de cemento, considerando que estas son usadas con precisión.
c) Balanza, calibrada y balanceada. En este caso se usarán dos balanzas, una electrónica de 60 kg para arena, cemento y agua y una electrónica de laboratorio (hasta 6000 gr) para aditivos, estos últimos necesitan mucha precisión.
31
Figura 15 – Tubos de ensayo y balanza.
3.2.2.3.2 Preparación de componentes.
Es necesario dejar todos los baldes cargados y preparados para comenzar con la mezcla, es decir, tener los baldes con la cantidad necesaria de arena y agua.
Uno de los baldes que contiene agua, se debe incorporar los aditivos previamente pesados, al hacer esto, los aditivos tendrán mejor homogenización en la mezcla.
3.2.2.3.3 Mezclado.
En este paso, se utilizó una betonera de giro horizontal, se realizó el siguiente procedimiento para su mezclado:
• Encender la betonera • Aplicar dos baldes de arena • Aplicar un balde de agua
• Agregar cemento, rompiendo el saco en la parte superior de la betonera y dejar que caiga gradualmente.
• Agregar un balde de arena
• Agregar 1/3 del balde de agua con aditivo • Agregar dos balde de arena
• Agregar 1/3 del balde de agua con aditivo • Agregar todo el cemento del saco
• Agregar los baldes restantes de arena
• Agregar el resto de agua con aditivos a la mezcla • Dejar que se mezcle bien por unos minutos
32 • Encender la betonera y comenzar con el vaciado.
En la figura 16 se presenta la betonera utilizada en la preparación de los paneles, la cual es de eje vertical.
Figura 16 – Betonera eje vertical.
3.2.2.3.4 Llenado de moldes.
Con la utilización de carretilla y pala se debe llenar los moldes con la mezcla. Una vez que esté al ras, dar golpes con varilla lisa de acero para compactar la mezcla (método conocido como apisonamiento). Dar 25 golpes alternando los lugares, evitar golpear la malla de acero para evitar segregación.
Nebulizar o rociar con agua permanentemente, inmediatamente posterior al término del acabado superficial, manteniendo una fina capa de agua sobre la superficie, para evitar fisuras por secado prematuro.
Posterior a la nebulización de agua en la superficie y cuando ésta pueda ser pisada, colocar láminas de polietileno de 0,3 mm de espesor mínimo, con bordes traslapados en, al menos, 15 cm y sin ondulaciones, cubriendo completamente toda la superficie. Grupo Polpaico, ‘Ficha Curado’, 2017.
33
Figura 17 – Llenado de molde.
34
3.2.2.3.5 Descimbre.
El retiro de los moldajes debe realizarse sin producir sacudidas, choques ni destrucción de aristas, esquinas o la superficie del hormigón
Cuando el retiro de moldajes se realice durante el periodo de curado, las superficies de hormigón que queden expuestas deben someterse a las condiciones de curado que corresponda.
En general el descimbre depende de la resistencia que tenga el hormigón y de las características de los elementos estructurales.
Con respecto a los plazos de desmolde y descimbre, los plazos deben ser mayores o iguales que los indicados en la norma, el cual, en este caso, debe ser superior o igual a un día. (Nch 170. Of85).
3.2.3 Procedimiento de Ensayo.
1. Posicionamiento de gata hidráulica y celda de carga:
Como se ve en el diagrama, la gata hidráulica es posicionada bajo la losa de ensaye, este gata a su vez es posicionada sobre la celda de carga, la cual es conectada directamente a un sistema de bombeo en la parte superior de la losa. En la figura 19 se presenta la Gata hidráulica y la celda de carga presentados previo a ensayo.
35 2. Limpieza de superficie:
Se debe limpiar la superficie de contacto de la base a instalar, debido a que cada piedrecilla o grano puede afectar el sistema de medición.
3. Instalación de Base:
Se debe posicionar franjas de goma antes de la base de acero, así se evita el roce entre la losa y esta última. En la figura 20 se presenta el posicionamiento del marco de acero (base) con las gomas.
Figura 20 – Instalación de gomas y base de acero.
4. Instalación de probeta:
36
Figura 21 – Instalación Technyl.
Dependiendo del tipo de probeta a ensayar se utiliza la ayuda de grúa horquilla, se levanta la base de la probeta con la ayuda de eslingas para su correcto posicionamiento a través de la losa. Cabe mencionar que el posicionamiento de la probeta debe ser con la armadura en su zona de tracción, es decir, la armadura debe posicionarse en la parte baja del ensayo. Si por comodidad de hormigonado la malla de acero se encuentra en la parte superior de la probeta, se debe cortar el perno y acoplar la barra por su parte posterior.En la figura 22 se presenta el movimiento de paneles con la ayuda de una grúa horquilla, esta es usada dependiendo del tamaño del panel.
37 La barra de acero debe penetrar la losa, gata y celda respectivamente para luego ser fijada con una golilla y tuerca por ambos lados. Cabe destacar que se instalará en la parte superior golilla o placa de requerirse la ocasión. En la figura 23 se presencia dicho procedimiento.
Figura 23 – Panel 1000x1000x100 posicionado.
5. Instalación de soportes y bastidores:
Una vez posicionada y asegurada la probeta, se debe instalar el soporte de los bastidores, este soporte es una estructura metálica capaz de soportar los bastidores (instrumentos de medición) posicionados estratégicamente para una correcta medición.
38
Figura 24 – Panel 600x600x100 con sus respectivos bastidores ya posicionados.
6. Aplicación de carga:
Una vez posicionada y asegurada la medición se inicia la carga con la bomba. Se debe cargar hasta la fractura del hormigón con una velocidad de carga lo más constante posible.
39
Figura 25 – Gata hidráulica y panel ensayado.
7. Extracción de la probeta:
Tras el ensayo, se debe extraer la probeta con cuidado a posible ruptura, para posteriormente fotografiar y analizar sus grietas más considerables. En la figura 26 se presenta un panel 1000 x 1000 x 100 [mm] una vez ensayado y libre de bastidores y soportes. Contemplando así las grietas y fisuras.
40
4.
Resultados y Análisis.
Como anteriormente fue mencionado, se darán a conocer análisis del comportamiento estructural de paneles de hormigón armado con perno de anclaje sometido a tracción de este último y en adaptación a la norma europea EFNARC.
Dentro de los resultados entregados de la norma EFNARC se rescatan la capacidad de absorción de energía a los 25 [mm] de deformación en su punto de carga y la carga máxima. Además se analizarán resultados dando así parámetros de relación entre tamaño de paneles y tamaños de aplicación de carga.
Otro estudio entregado será el patrón de agrietamiento y su respectivo análisis de paneles post-ensayos, los cuales presentas grietas características y recurrentes, grietas que pueden ser relacionadas con el tamaño del panel y el tamaño de la aplicación de la carga.
4.1 Resultados de ensayos de paneles de hormigón armado con perno de anclaje.
Se usaron golillas para 3 de los paneles de 600 x 600 x 100 [mm], y para 3 de los paneles de 1000 x 1000 x 100 [mm], mientras que las planchuelas fueron para 2 paneles de 600 x 600 x 100 [mm] y 2 para paneles de 1000 x 1000 x 100 [mm], obteniendo así resultados para ambos que es posible analizar con respecto a sus tamaños y a tipo de fijación.
41
4.1.1 Gráficos de paneles serie 60X, junto con gráfica promedio.
Gráfica 1 – Gráfico Carga vs Desplazamiento serie 60X, junto a gráfica promedio.
Gráfica 2 – Gráfico Energía vs Desplazamiento serie 60X, junto a gráfica promedio.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0 10 20 30 40 50
C A R G A [kN ] DESPLAZAMIENTO [mm]
GRÁFICO CARGA - DESPLAZAMIENTO DE
SERIE 60X
CARGA[kN]_601 CARGA[kN]_602 CARGA[kN]_603 CARGA[kN]_604 CARGA[kN]_605 PROMEDIO 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000 10 20 30 40 50
EN ER G ÍA [J ] DESPLAZAMIENTO
42 Gráfica 3 – Gráfico Resumen de promedios (Carga – Desplazamiento) y (Energía Desplazamiento) de paneles
Serie 100X.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 10 20 30 40 50
C
ar
ga
[kN
]
Desplazamiento [mm]
Promedios (Carga - Desplazamiento) y (Energía
Desplazamiento) de Paneles Serie 60X
43
4.1.2 Gráficos de paneles serie 100X, junto con gráfica promedio.
Gráfica 4 – Gráfico Carga vs Desplazamiento serie 100X, junto a gráfica promedio.
Gráfica 5 – Gráfico Energía vs Desplazamiento serie 100X, junto a gráfica promedio.
0 20 40 60 80 100 120 140
0 10 20 30 40 50 60
C A R G A [kN ] DESPLAZAMIENTO [mm]
GRÁFICO CARGA - DESPLAZAMIENTO DE SERIE 100X
CARGA[kN]_1001 CARGA[kN]_1002 CARGA[kN]_1003 CARGA[kN]_1004 CARGA[kN]_1005 PROMEDIO 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
0 10 20 30 40 50 60
EN ER G ÍA [J ] DESPLAZAMIENTO [mm]
GRÁFICO ENERGÍA - DESPLAZAMIENTO DE SERIE 100X
44 Gráfica 6 – Gráfico Resumen de promedios (Carga – Desplazamiento) y (Energía Desplazamiento) de paneles
Serie 60X.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
0 20 40 60 80 100 120
0 10 20 30 40 50
C
ar
ga
[kN
]
Desplazamiento [mm]
Promedios (Carga - Desplazamiento) y (Energía
Desplazamiento) de Paneles Serie 100X
45
4.2 Análisis de resultados de ensayos de paneles de hormigón armado con perno de
anclaje.
Cabe recordar, que las mediciones son comparadas a una deflexión de 25 [mm]. Mediante este parámetro, comparamos la carga máxima de cada una de las probetas, la deflexión en su carga máxima, la energía absorbida a los 25 [mm] de deflexión y, por esta ocasión, compararemos la energía acumulada a los 50 [mm], deflexión en la cual las probetas de mayores dimensiones sufrían sus fracturas más considerables.
Cabe destacar que los paneles 601, 602, 603, 1001, 1002 y 1003 fueron ensayados con golilla como fijación, mientras que los paneles 604, 605, 1004 y 1005 fueron ensayados con planchuela como fijación.
Tabla 11 – Promedios de resultados de paneles de hormigón armado con sus respectivas clasificaciones de Shotcrete.
Se llevará el análisis en los siguientes puntos:
4.2.1 Carga máxima.
En cuanto a este análisis, se puede mencionar que los paneles de la serie 60X, tienen una carga máxima mayor que las de la serie 100X. Tomando los valores de carga máxima promedio de ambos tipos de paneles se tiene:
Serie 60X: 138,53 [kN].
Serie 100X: 109,73 [kN].
Paneles Carga Máxima
[kN]
Deflexión Carga Máxima [mm]
Cálculo de energía absorbida [J] hasta los
25 [mm]
Cálculo de energía absorbida hasta los
50 [mm]
Panel 601 119,45 8,48 1309 1895
Panel 602 119,45 8,48 1309 1895
Panel 603 112,37 9,14 1620 2192
Panel 604 179,11 8,69 2930 3981
Panel 605 162,25 9,79 2379 3580
Panel 1001 102,11 16,28 1929 2872
Panel 1002 96,12 20,45 1725 2808
Panel 1003 105,28 19,04 1830 2531
Panel 1004 121,45 22,44 2075 3818
46 Por ello, los paneles de la serie 100X resisten, en cuanto a su carga máxima, un 20,8% menos que los paneles de la serie 60X, debido a su tamaño, es decir,mientras menor sea el tamaño del panel, mayor será su carga máxima a resistir. Cabe señalar que este porcentaje variará si la muestra es más grande, es decir, hacer el mismo análisis con un número mayor de paneles.
4.2.2 Deflexión a la Carga máxima.
En cuanto a la deflexión producida en su carga máxima, se puede señalar que los paneles de la serie 100X se deflectan más que los paneles de la serie 60X, tomando sus valores promedios de deflexión máxima de cada serie de paneles se tiene:
Serie 60X: 8,92 [mm].
Serie 100X: 20,31 [mm].
Los paneles de la serie 100X se deflectan hasta en un 56,1% más que los paneles de la serie 60X, es decir, mientras mayor sea el tamaño de los paneles, mayor será la deflexión en su carga máxima.
4.2.3 Cálculo de energía absorbida [J] hasta los 25 [mm].
Este análisis se realizará para los distintos tipos de fijación de los paneles, es decir, se hará diferencia entre golillas y planchuelas.
Para los paneles de la serie 60X, los paneles que fueron fijados con golilla absorbieron menor cantidad de energía comparados con los paneles fijados con planchuela, los resultados promedios de estas absorciones fueron:
Serie 60X (golillas): 1412,89 [J]
Serie 60X (planchuelas): 2655,03 [J]
Los paneles de la serie 60X que se fijaron con planchuela absorbieron un 46,78% más que los paneles de la serie 60X que se fijaron con golilla.
Para los paneles de la serie 100X, los paneles que fueron fijados con golilla, absorbieron menor cantidad de energía comparados con los paneles fijados con planchuela, los resultados promedios de estas absorciones fueron:
Serie 100X (golillas): 1828,25 [J]
47 Los paneles de la serie 100X que se fijaron con planchuela absorbieron un 18,28% más que los paneles de la serie 100X que se fijaron con golilla.
Como síntesis de análisis, mientras mayor sea las dimensiones de la fijación, mayor absorción de energía.
En cuanto a las golillas como fijación, se analiza que a mayor tamaño de paneles, mayor es la energía absorbida.
En cuanto a las planchuelas como fijación, se analiza que a mayor tamaño de paneles, menor es la energía absorbida.
Con respecto a la categorización de los paneles según la normativa EFNARC - EN 14488, todos los ensayos de paneles fueron categorizados en la ‘CLASE C’, es decir, su energía acumulada es superior a los 1000 [J].
4.3 Análisis de patrón de agrietamiento de los ensayos de paneles 60X y 100X.
Se analizaran además, los distintos tipos de patrones de agrietamiento producidos por la deflexión de las probetas o paneles. A continuación se presenta la tabla N°12 que muestra el análisis de patrón de agrietamiento de paneles de 1000 x 1000 x 100 y 600 x 600 x 100 [mm].
PANEL 1001
PANEL 1002
ANÁLISIS DE PATRÓN DE AGRIETAMIENTO DE PANELES 1000 x 1000 x100 [mm]
48
CARA TRACCIONADA CARA COMPRIMIDA
PANEL 1004
PANEL 1005 PANEL 1003
ANÁLISIS DE PATRÓN DE AGRIETAMIENTO DE PANELES 600 x 600 x100 [mm]
CARA TRACCIONADA CARA COMPRIMIDA
PANEL 601
49
Tabla 12 - Análisis de patrón de agrietamiento de paneles de 1000 x 1000 x 100 y 600 x 600 x 100 [mm].
Se realizarán análisis respectivo en cuanto a tipo de fijación y tamaño de panel, por ello, se analiza lo siguiente:
Paneles 100X (golilla):
Cara comprimida Se observa un claro patrón de punzonamiento.
Cara traccionada Se observa un patrón de agrietamiento en forma de X, desviando las grietas principales hacia sus vértices, conservando líneas rectas de profundidad baja.
Paneles 100X (planchuela):
Cara comprimida Se observa una especie de ‘CRATER’, en el cual la carga de la
planchuela abarca mucha más área, provoca mayor destrucción del panel.
Cara traccionada No se logra apreciar un patrón a seguir, es más destructivo y con
grietas mucho más profunda. Provoca desmoronamiento al extraer el panel.
Paneles 60X (golilla):
Cara comprimida Se observa un claro patrón de punzonamiento.
CARA TRACCIONADA CARA COMPRIMIDA
PANEL 604
50
Cara traccionada No se logra apreciar un patrón a seguir, es más destructivo y con
grietas mucho más profunda. Provoca desmoronamiento al extraer el panel.
Paneles 60X (planchuela):
Cara comprimida Se observa una especie de ‘CRATER’, en el cual la carga de la
planchuela abarca mucha más área, provoca mayor destrucción del panel.
Cara traccionada No se logra apreciar un patrón a seguir, es más destructivo y con
grietas mucho más profunda. Provoca desmoronamiento al extraer el panel.
Respecto al tipo de fijación en los paneles 60X, en su cara comprimida se puede apreciar un patrón de punzonamiento, mientras que en su cara traccionada no varía mucho la destructividad de los paneles, ya que con cualquier tipo de fijación se produce gran daño en el panel.
Respecto al tipo de fijación en los paneles 100X, en su cara comprimida se puede apreciar un patrón de punzonamiento, mientras que en su cara traccionada se ve una clara diferencia entre tipo de fijación, ya que con golilla tiene grietas poco profundas y guiadas hacia su extremo, mientras que con la planchuela no se puede apreciar debido a su destructividad.
4.4 Análisis de resultados de ensayos a paneles de hormigón armado con perno de
anclaje vs paneles de hormigón reforzados con fibras (HRF) ensayados en memoria
‘EFECTO DEL PERNO DE ANCLAJE EN EL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE PANELES DE HRF’.
Para este análisis, se compararán los promedios de resultados entregados por paneles de hormigón armado con los promedios de los resultados entregados por los distintos tipos de paneles de HRF, ya sea de 4, 6 y 8 Kg/m³, estos resultados se muestran en las siguientes tablas.
Tabla 13 – Promedios de resultados de paneles de hormigón armado con sus respectivas clasificaciones de Shotcrete.
Paneles Carga Máxima
[kN]
Deflexión Carga Máxima
[mm]
Cálculo de energía absorbida [J] hasta
los 25 [mm]
Clasificación del Shotcrete
Paneles 60X 138,526 8,916 1909,745 CLASE C
51
Paneles Carga Máxima
[kN]
Deflexión Carga Máxima
[mm]
Cálculo de energía absorbida [J] hasta
los 25 [mm]
Clasificación del Shotcrete
Paneles 604X 37,967 3,920 451,798 No Clasifica
Paneles 606X 62,334 4,721 808,330 CLASE B
Paneles 608X 52,649 5,662 630,310 CLASE A
Paneles 1004X 37,405 7,308 607,781 CLASE A
Paneles 1006X 45,373 7,213 794,937 CLASE B
Paneles 1008X 55,378 9,184 984,090 CLASE B
Tabla 14 – Promedios de resultados de paneles de HRF con sus respectivas clasificaciones de Shotcrete. (Memoria “Efecto del perno de anclaje en el comportamiento estructural de paneles de
hormigón reforzado con fibras”).
Respecto a los resultados obtenidos en los paneles de HRF, y expresados en la memoria “Efecto del perno de anclaje en el comportamiento estructural de paneles de hormigón reforzado con fibras” se analizaron los datos y se encontró una anomalía en sus resultados, específicamente en los paneles de 600x600x100, en la dosificación de 8 kg/m³, estos errores en la medición, según el estudio respectivo, arrojó que se debe principalmente a errores en la fabricación de los paneles, mala compactación de la mezcla, error en el curado en la probeta, deficiente tiempo de espera para la resistencia óptima, etc.
Debido al error en esta medición, y con respecto a que este panel era el mejor proyectado en cuanto a resultados de Carga máxima, Deflexión en Carga máxima y Energía absorbida a los 25 [mm] se compararán los resultados entregados por su segundo mejor proyectado, que viene siendo panel de HRF de dimensiones 1000x1000x100 con 8 Kg/m³. Cabe señalar que esta comparación se realizará con el promedio de paneles de 1000x1000x100 de hormigón armado.
Cabe señalar que esta comparación es posible mediante la conclusión obtenida en “Efecto del perno de anclaje en el comportamiento estructural de paneles de hormigón reforzado con fibras” ya que la cantidad de fibras es directamente proporcional con la Carga máxima, Deflexión en Carga máxima y Energía absorbida a los 25 [mm].
Con respecto al análisis se encontró lo siguiente:
Carga máxima: Los paneles de hormigón armado superan en 54,356 [kN], siento así
un 49,53% más que los HRF.
Deflexión Carga Máxima: los paneles de hormigón armado superan en 11,12 [mm],
52
Energía absorbida a los 25 [mm]: Los paneles de hormigón armado superan en
1007,71 [J], lo que implica un 50,59% más que los HRF.
En cuanto a su clasificación de shotcrete, los paneles de hormigón armado clasifican
