Comportamiento mecánico en sistemas de anclaje y concreto a largos periodos de carga

Texto completo

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Facultad de Ingenieria

Comportamiento mec´

anico en

sistemas de anclaje y concreto a

largos periodos de carga

Proyecto de grado de: Olger Ferreira Pacheco

Juan Pablo Casas Rodriguez, Dr.Eng. Mec

2014

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(3)

Agradecimientos

Agradezco a mi madre, la mujer que me ense´o a siempre levantarme cuando he caido y a dar lo mejor de m´ı por las cosas que me apasionan a pesar de las desilusiones

inherentes a la vida y a la humanidad. Agradezco al Profesor Juan Pablo Casas, por

haber sido el mentor que me gui´o durante este proceso, quien me apoy´o en los

momentos dificiles y me motiv´o a esforzarme y a creer en mis capacidades.

Agradezco tambi´en a mi familia quienes siempre me han apoyado en la distancia,

a mis amigos quienes en su muy particular forma me ayudaron a lograr todos los

resultados de este proyecto, en especial a Gary. Finamlente agradezco a Dios o energ´ıa

del universo como prefiero llamarlo, la cual en su infinita sabidur´ıa nos gu´ıa hacia la

unidad y el amor en todo lo que realizamos.

(4)

´

Indice general

Agradecimientos 3

1. Introducci´on 7

1.1. Resumen . . . 7

1.2. Introduci´on . . . 7

1.3. Objetivo General . . . 9

1.4. Objetivos Espec´ıficos . . . 9

2. Antecedentes 11 2.1. Problema . . . 11

2.1.1. Efecto Ambiental . . . 12

2.1.2. Concreto . . . 13

3. Medotolog´ıa 15 3.1. Materiales . . . 15

3.1.1. Adhesivo . . . 15

3.1.2. Concreto y Varilla . . . 16

3.2. Sistema de anclaje . . . 16

3.3. Dynamic Mechanical Analysis (DMA). . . 20

4. An´alisis y Resultados 22 4.1. Resultados en el Sistema de Anclaje. . . 22

4.1.1. Frecuencia de medici´on . . . 22

4.1.2. Consideraciones . . . 22

4.2. Dynamic Mechanical Analysis . . . 26

(5)

´

Indice general 5

4.2.1. Temperatura de transici´on . . . 26 4.2.2. Curva Maestra . . . 28

5. Conclusiones y Pasos a seguir 31

5.1. Conclusiones . . . 31

(6)

´

Indice de figuras

2.1. Esquema de un sistema de anclaje t´ıpico [7]. . . 12

2.2. Defectos en la resina de anclajes fallados.[7]. . . 13

2.3. Modos de Falla en un sistema de anclaje: a) Falla del acero, b) Falla del cono de concreto, c) Falla del adhesivo y d) Falla combinada. [9].. 14

3.1. Constantes de elasticidad encontradas para los 3 resortes . . . 17

3.2. Preparaci´on del sistema de anclaje . . . 18

3.3. Montaje dise˜nado . . . 19

4.1. Datos obtenidos para la deformaci´on en el sistema de anclaje . . . 23

4.2. Determinaci´on de la carga y el desplazamiento en el que se vence el esfuerzo de adhesi´on del material[22] . . . 24

4.3. Proyecci´on de los desplazamiento de acuerdo a dos criterios de falla . 25 4.4. Determinaci´on de la temperatura de transici´on . . . 27

4.5. Comprobaci´on del comportamiento viscoel´astico del material . . . 27

4.6. Barrido de frecuencias en las isotermas . . . 28

4.7. Curva Maestra . . . 29

4.8. Curva de Creep . . . 30

(7)

Cap´ıtulo 1

Introducci´

on

1.1.

Resumen

En este documento se realizar´a el an´alisis del comportamiento mec´anico en creep

de un sistema de anclaje, consistente en varilla de refuerzo corrugada, adhesivo ep´

oxi-co Sika Anchorfix-2 y oxi-concreto de alta resistencia. Se realiza una prueba de

deforma-ci´on en carga sostenida durante 42 d´ıas cuyos datos son analizados seg´un 2 criterios

de aceptaci´on, y se comparan las bondades que tiene cada uno de estos criterios.

Adem´as se realiza un Dynamic Mechanical Analysis (DMA) para estudiar las pro-piedades del adhesivo y tener un punto de comparaci´on con los datos obtenidos por

la prueba del sistema de anclaje.

1.2.

Introduci´

on

En la industria de la construcci´on suelen utilizarse anclajes adhesivos para

conec-tar elementos de concreto reforzado con varillas y/´o pernos de refuerzo para realizar

diversas operaciones como la conexi´on de columnas con la fundaci´on, rehabilitaci´on y

reforzamiento s´ısmico de elementos estructurales, conexi´on de elementos en voladizo

como balcones, escalera y losas de llegada, cerramiento de aberturas temporales, etc

[2].

Dada la gran utilizaci´on de este tipo de sistemas de anclajes se hace necesario

(8)

8 Cap´ıtulo 1. Introducci´on

incrementar la comprensi´on de los de los dise˜nadores y constructores sobre el

com-portamiento del adhesivo, de tal forma que estos tengan una herramienta para poder realizar un seguimiento de estos dispositivos y garantizar un comportamiento ´

opti-mo y confiable. Evitando de esta forma, tragedias coopti-mo la sucedida en el llamado

t´unel Bid Dig en Massachussets en el cual por una mala praxis del constructor, se

desprendieron varios anclajes del techo del t´unel y se cayeron varias lozas de este,

cayendo fatalmente sobre el auto de una pareja, la mujer result´o muerta y su pareja

herida levemente [7].

A la hora de utilizar este tipo de anclajes es de vital importancia la calidad de

trabajo de manufactura de las uniones, de forma que se controle la correcta mezcla

del adhesivo, el tiempo de curado, las burbujas de aire y las condiciones ambientales

a las que va a ser sometida la resina [3]. Dado que los pol´ımeros tienden a degradarse por efectos ambientales el comportamiento en creep debe ser comprendido

correc-tamente por los dise˜nadores para realizar la elecci´on mas adecuada del sistema de

anclaje y la resina a utilizar [7].

Actualmente el conocimiento que se le brinda al pblico sobre los sistemas de

an-claje por adhesivos, son ´unicamente las condiciones de la resina que se utilizar´a tales

como la resistencia a la tensin, el mdulo de elasticidad y la elongaci´on a la rotura entre otros datos brindados por el fabricante [4]. Sin embargo, estos valores no tienen mucha representaci´on en cuanto a la adhesi´on entre el concreto y el perno o varilla

que se quiera anclar, y el comportamiento de esta interfaz a cargas constantes

du-rante tiempos prolongados (creep) .

La mayor´ıa de estos adhesivos suelen estar fabricados a base de resinas epoxicas

y poliesteres, estos materiales al ser sometidos a cargas bruscas suelen tener

resis-tencias mayores, sin embargo al ser sometidos a cargas sostenidas (creep) se genera

un reacomodamiento de moleculas, con lo que el material se deforma parcialmente [5].

Otros factores que no se tienen en cuenta a la hora de dise˜nar este tipo de

(9)

1.3. Objetivo General 9

del ambiente, los cuales son pr´acticamente ignorados en los c´odigos de dise˜no.

Es-tas resinas suelen absorber humedad del medio hasta que se equilibran con este, sin embargo, este cambio en humedad del material produce una degradaci´on en las

pro-piedades del adhesivo; este efecto al combinarse con cambios en la temperatura del

medio genera un fen´omeno conocido como ”stress relaxation”, es decir, deformaci´on

del material que manteniendo la carga constante, por efecto de la temperatura y la

humedad se ha elongado. Es por esto, que no se puede modelar el comportamiento

de un sistema de anclaje adhesivo a partir de su formulaci´on qu´ımica ´unicamente[1]. En este estudio se seleccion´o uno de los adhesivos para anclajes m´as utilizados en

la industria de la construcci´on colombiana, SikaAnchorFix 2+, de la empresa Sika, siendo este un adhesivo ep´oxico. Se aplicar´an pruebas pertinentes, tanto al montaje

como al material, para as´ı poder comprender m´as detalladamente el comportamiento

mec´anico de estos sistemas de anclaje.

1.3.

Objetivo General

Realizar el modelamiento del comportamiento mec´anico de un sistema de anclaje

usando el adhesivo Sikadur AnchorFix 2 en base de una curva maestra y una curva

experimental referente al comportamiento en creep de dicho sistema.

1.4.

Objetivos Espec´ıficos

1. Selecci´on de los sistemas de anclajes m´as usados en la industria de construcci´on colombiana.

2. Dise˜no y manufactura de las probetas que ser´an ensayadas

3. Dise˜no del ensayo a realizar (selecci´on de cargas, temperaturas y tiempos de

prueba).

4. Pruebas experimentales en el laboratorio de materiales y de integridad estruc-tural de la Universidad de los Andes para la adquisici´on de datos experimentales

(10)

10 Cap´ıtulo 1. Introducci´on

5. Obtenci´on de la curva maestra con respecto a creep de los dos sistemas de

(11)

Cap´ıtulo 2

Antecedentes

2.1.

Problema

Uno de los esc´andalos mas grandes en la historia de la construcci´on mundial se

di´o en Estados Unidos, en el proyecto de ampliaci´on del t´unel de la interestatal 90 en

Boston, m´as conocido como ”Big Dig”. Este proyecto tuvo m´ultiples retrasos, sobre-costos, irregularidades contractuales, y como consecuencia de esto se present´o una

cat´astrofe que cobr´o la vida de una persona y dej´o a otra herida.

Para la construcci´on del techo del t´unel se colocaron paneles de concreto de

diferen-tes tama˜nos para garantizar la ventilaci´on, los cuales fueron instalados haciendo uso

de anclajes con adhesivos como el que se muestra en la figura2.1, con un

componen-te dise˜nado para que el anclaje no presentara desplazamiento alguno y que adem´as

fuera totalmente seguro para su uso.

Sin embargo, la falta de est´andares y regulaciones sobre el uso de este tipo de sistemas de anclajes (en ese momento estaba activo el criterio de aceptaci´on AC 58,

pero no era un requsito obligatorio para los constructores [8]), gener´o falencias en diferentes instancias de la instalaci´on de estos anclajes:

Instalaci´on incorrecta.

Control pobre en los tiempos de curado.

Procedimientos incorrectos.

(12)

12 Cap´ıtulo 2. Antecedentes

Desconocimiento del comportamiento del sistema a largos per´ıodos de carga.

Esta falta de conocimiento, evit´o que se realizara el mantenimiento preventivo

correspondiente, puesto que nadie llev´o control sobre los anclajes despu´es de ser

instalados; con un control adecuado se pudo haber evitado la fatalidad ocasionada. Los datos necesarios para la comprensi´on del comportamiento del sistema de

an-claje se obtuvieron m´as adelante tras realizar la investigaci´on correspondiente, la

cual arroj´o como resultado que el adhesivo estaba mal diseado (factores de carga y

ambientales) y al agregarle los factores de mala praxis, se tenia un c´octel de peligro

en esta construcci´on; esto se puede evidenciar en la figura 2.2, donde se observan

defectos por mal manejo en los tiempos de curado, alta velocidad al insertar el perno

tambi´en se puede evidenciar la utilizaci´on de insuficiente resina, etc.

Figura 2.1: Esquema de un sistema de anclaje t´ıpico [7].

2.1.1.

Efecto Ambiental

La investigaci´on realizada por la National Transportation Safety Board (NTSB) demostr´o que el ambiente tiene un efecto muy significativo en la degradaci´on que

(13)

2.1. Problema 13

el cual estaba cerca a diferentes cuerpos de agua, sus anclajes tuvieron amplia

ab-sorci´on de humedad lo cual ocasion´o esfuerzos residuales en la resina utilizada.

Basados en el efecto ambiental A. El Menoufy, y K. Soudki, realizan diferentes

ensayos para cuantificar el da˜no producto del efecto ambiental en 3 diferentes

adhesi-vos; sometidos a ciclos de fr´ıo, humedad y a temperatura ambiente. En estos ensayos

encuentran una confirmaci´on a lo hallado por la NTSB, sin embargo notan que cada

adhesivo tiene diferentes comportamientos de acuerdo a lo que ha sido sometido, es

decir, no todos sufren degradaci´on por la humedad, o el fr´ıo, en cambio en algunos

casos esta situaci´on mantiene igual e inclusivo mejora m´ınimamente su resistencia.

Pero a pesar de sus logros manifiestan que se deben realizar mas pruebas puesto que

los resultados tuvieron altas variaciones [1].

Figura 2.2: Defectos en la resina de anclajes fallados.[7].

2.1.2.

Concreto

En todas las regulaciones y estandares de prueba (ASTM 2990, AC 308, ASTM

E488, ASTM E1512), se recomienda utilizar un concreto de alta resistencia (seg´un

ASTM E488, concreto de resistencia a compresi´on m´ınimo de 17MPa), de esta

ma-nera se concentra todo el esfuerzo en el adhesivo, permitiendo as´ı realizar un an´alisis

orientado hacia la resistencia del material en s´ı y no a la resistencia de todos los componentes del sistema, como lo son anclaje, adhesivo y concreto. De esta forma se

(14)

14 Cap´ıtulo 2. Antecedentes

concreto. En la figura2.3, se pueden observar los diferentes modos de falla que suelen

presentarse en estos sistemas, el objetivo en este proyecto es analizar ´unicamente la falla mostrada en el modo c, que es falla del adhesivo. Para garantizar que la

prue-ba tenga los resultados esperados, ´unicamente se puede trabajar con concretos que

hayan tenido un curado igual o mayor a 28 d´ıas, de esta forma se evita la presencia

de humedad en el interior del concreto que pueda generar esfuerzos internos en el

adhesivo al absorverla.

Finalmente otra de las recomendaciones que se debe tener en cuenta es la

rev-si´on de la calidad del concreto, tanto la limpieza del agujero como si el concreto

est´a agrietado. Estas grietas reducen la resistencia del concreto, y pueden generar falla en este, lo cual promover´ıa una toma erronea de datos, por lo que si se

tie-ne un concreto agrietado, se deber´a proceder con cautela al analizar los resultados

obtenidos.

Figura 2.3: Modos de Falla en un sistema de anclaje: a) Falla del acero, b) Falla del cono de concreto, c) Falla del adhesivo y d) Falla combinada. [9].

(15)

Cap´ıtulo 3

Medotolog´ıa

Para cumplir con los objetivos planteados en este proyecto, se realizar´an dos

diferentes ensayos, uno sobre el sistema de anclaje en general, y otro sobre el adhesivo.

A continuaci´on se muestran las especificaciones, normas y ecuaciones tenidas en

cuenta para los dos diferentes montajes.

3.1.

Materiales

3.1.1.

Adhesivo

El an´alisis se realizar´a sobre una resina ep´oxica de la empresa Sika, su

referen-cia es Sika AnchorFix-2, el cual es utilizado principalmente en anclajes de refuerzo

estructural. A continuaci´on en la tabla3.1se muestran sus principales caracter´ısticas:

Tabla 3.1: Especificaciones Sika AnchorFix-2

Caractersticas del Adhesivo

Resistencia a compresi´on 68 N/mm2 Resistencia a cortante 13 N/mm2 Mdulo el´astico compresi´on 3700 N/mm2 Esfuerzo de Adhesi´on N/A

(16)

16 Cap´ıtulo 3. Medotolog´ıa

3.1.2.

Concreto y Varilla

Teniendo en cuenta que el adhesivo tiene usos de refuerzo estructural se

uti-lizar´a concreto de alta resistencia, facilitado por los ingenieros encargados de la

construcci´on del edificio de dise˜no, el cual est diseado para tener una resistencia de

25MPa a compresi´on. As´ı mismo se utilizar´a varilla de refuerzo deformada ASTM A615 Gr. 40 con di´ametro de 5/8 de pulgada, una de las m´as utilizadas en la

indus-tria colombiana, con un esfuerzo de fluencia de 414MPa, asegurando de esta manera

que la rigidez de estos elementos sea tan alta que se pueda considerar el ensayo

directamente sobre el adhesivo.

3.2.

Sistema de anclaje

Haciendo un MashUp con los requisitos exigidos por normas vinculadas a la re-gulaci´on de anclajes en concreto y de creep en materiales adhesivos, se dise˜na un

sistema similar al utilizado por A. El Menoufy y K. Soudki[1]. Este consiste un un montaje en el que la carga se produce por medio de la compresi´on controlada de 3

resortes, los cuales son dise˜nados para tener un comportamiento lineal entre las

car-gas a las que ser´an utilizados. Este resorte se crea utilizando la herramienta ”Design

Accelerator”de la suite Autodesk Inventor Professional, la cual utiliza las

ecuacio-nes y algoritmos de optimizaci´on propuestos por Shigley [11], con estos algoritmos se dise˜nan resortes garantizando un comportamiento lineal entre 500 y 10000N. A

continuaci´on se muestran las dimensiones del resorte dise˜nado en la tabla 3.2. Sin embargo al realizar 3 ensayos de compresi´on en cada uno de los tres resortes se

determinan las constantes de elasticidad, con las cuales utilizando la Ley de Hooke,

se establece la compresi´on necesaria para generar la carga de prueba en el adhesivo,

Tabla 3.3.

Al definir la preparaci´on del espec´ımen a probar nos referimos al ETAG 001

[16], donde se enuncia que la longitud efectiva de penetraci´on (hef) para una varilla

con di´ametro de 5/8 de pulgada (15,87mm) debe ser mayor o igual a 80mm, de igual

manera se estipula que el espesor m´ınimo del concreto debe ser igual a 112mm, como lo muestran las ecuaciones 4.1 y 3.2. El agujero se realiz´o con una broca de punta

(17)

3.2. Sistema de anclaje 17

Tabla 3.2: Dimensiones en el resorte dise˜nado Dimensiones Resorte Dise˜nado

Di´ametro del conductor 14,5 mm Di´ametro medio 82mm

Bobinas activas 6 Constantek 495 N/mm

Tabla 3.3: Constantes reales Constantes de los resortes

Resorte 1 571 N/mm Resorte 2 612 N/mm Resorte 3 591 N/mm Constante total 1774 N/mm Error 120 N/mm

(18)

18 Cap´ıtulo 3. Medotolog´ıa

resina, el cual est´a en dentro del rango permitido por las caracter´ıstica del pol´ımero

(3mm). En la figura 3.2 se puede observar el proceso de instalaci´on de la varilla de refuerzo en el concreto, bajo los procedimientos determinados por Sika [12].

h=hef + ∆h (3.1)

∆h= 2do (3.2)

Al tener una hef igual a 80mm a su vez conocemos que el ´area efectiva (aef) es

igual a 3,9898x10−3m2; esto nos permite utilizar un modelo sencillo para calcular el

esfuerzo cortante promedio al que estar´a sometida la uni´on adhesiva 4.1.

τ = V aef

(3.3)

Dado que el esfuerzo cortante permitidoτmax en el ep´oxico es 13MPa, se calcula una

carga V de tal forma que el esfuerzo en el sistema sea igual al 60 % de τmax para

poder observar deformaciones significativas. De tal forma, la carga cortante necesaria

calculada para estas condiciones es de 31,1 kN.

(19)

3.2. Sistema de anclaje 19

Dicho esto, se calcula la compresi´on necesaria usando la ley de Hooke y de resortes

en paralelo, hayando as´ı que la deformaci´on necesaria en los resortes es de 17,5mm. Esta se obtiene por medio de calzas dispuestas en la parte superior del montaje,

utilizando as´ı 3 calzas de 3mm de espesor, 6 de 1mm de espesor y finalmente 5 de

0,5mm de espesor, estas se pueden apreciar en la figura 3.3

(20)

20 Cap´ıtulo 3. Medotolog´ıa

La toma de datos de deformaci´on se realiz´o tomando como referencia la platina

inferior del montaje, desde la cual se tomaban medidas de desplazamiento con un micr´ometro hasta una varilla adicional soldada a la varilla del sistema de anclaje,

obteniendo as´ı datos de desplazamiento entre estas dos superficies. Sin embargo a

pesar que el micr´ometro cumple con los requisitos de resoluci´on convenidos en la

norma ASTM 2990 [15], esta misma no recomienda mediciones tomadas entre dos ”mordazas”que se desplazan puesto que de esta orma se agrega un error a los datos

obtenidos.

3.3.

Dynamic Mechanical Analysis (DMA)

Este an´alisis permite la obtenci´on de datos de creep en un material de una manera

mas r´apida, puesto que los an´alisis de creep suelen requerir ensayos que por lo general

duran m´ınimo 42 d´ıas, sin embargo por este m´etodo podemos haber caracterizado

un material en cuesti´on de horas; esto se logra por medio de variar la temperatura y

la tasa a la que se realiza la carga, simulando as´ı, el efecto del paso del tiempo en un

pol´ımero. En este caso se utiliz´o la gu´ıa realizdad por Phil Robinson para realizar

TTS en datos obtenidos por un equipo de an´alisis de DMA [17].

Primero que todo, se realiza un barrido de temperaturas en el material, con una

frecuencia de excitaci´on de 1 Hz, para de esta forma encontrar la temperatura de

transcici´on Tg, en la cual se genera un reordenamiento de las fibras del pol´ımero lo

cual ocasiona un cambio en las propiedades del material.

Una vez se ha determinado Tg se procede a realizar barridos de frecuencia en

el material sometiendolo a una misma deformaci´on en varias temperaturas. Con los

datos obtenidos se puede observar como afecta la temperatura y la frecuencia de

excitaci´on al material, la resistencia de este (M´odulo de Elasticidad del material

(E)). Finalmente se utiliza el principio de superposici´on y al organizar las curvas obtenidas y transformarlas al dominio del tiempo, se puede evidenciar como var´ıa el

(21)

3.3. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) 21

Cabe aclarar que para la correcta comprensi´on del material, las caracter´ısticas de entrada del ensayo deben ser muy bien conocidas, puesto que variaciones en diversos

tipos de materiales, como la transici´on β pueden generar datos erroneos, ruidos y

(22)

Cap´ıtulo 4

An´

alisis y Resultados

4.1.

Resultados en el Sistema de Anclaje

4.1.1.

Frecuencia de medici´

on

Se realiz´o el ensayo de creep sometiendo el sistema de anclaje a una carga de

31,1kN, generando un esfuerzo cortante promedio sobre la resina de 7,8MPa. Se

to-maron datos cada 5 minutos durante las dos primeras horas, puesto en este lapso de

tiempo es en el que se ocasiona la mayor deformaci´on en el material, luego cada 15

minutos durante las 3 horas siguientes. Mas adelante se tomaron medidas cada hora hasta completar 24 horas del experimento, se continuaron tomando medidas cada 24

horas durante 2 semanas, y mas adelante se tomaron datos cada 5 d´ıas.

4.1.2.

Consideraciones

Tradicionalmente, al realizar un ensayo de creep sobre un sistema de anclaje,

se deben realizar previamente a la configuraci´on de este, ensayos de pullout, para

as´ı lograr determinar caracter´ısticas del material que permitan una configurac´on mas

apropiada del ensayo en creep, y poder sacar el m´aximo provecho a los datos

obteni-dos. Estas pruebas preliminares no se suelen hacer ´unicamente cuando se tiene plena certeza de las caracter´ısticas del adhesivo, sin embargo es recomendable realizarlas

puesto que la instalaci´on de esos sistemas puede ocasionar errores en las probetas

(23)

4.1. Resultados en el Sistema de Anclaje 23

implementadas.

En este proyecto, no se ten´ıan todas las propiedades del material pues el

fabri-cante no las inclu´ıa en su hoja t´ecnica; tampoco se tenian suficientes probetas para

realizar dichos ensayos de pullout para poder determinarlos. Por estas razones, se

toma la decisi´on de cargar la probeta al 60 % de la capacidad del adhesivo en

cor-tante. Esta decisi´on quita la posibilidad real de comparar y tener un criterio de falla

propiamente dicho, sin embargo segn el AC 58 la deformaci´on de referenciaδlim 4.2

en ning´un caso puede ser mayor a 3mm [7].

Figura 4.1: Datos obtenidos para la deformaci´on en el sistema de anclaje

Sin embargo tambi´en se puede someter a consideraci´on de la norma ASTM 2990, la cual admite deformaciones no mayores a 1 % (porcentaje considerado falla en el

(24)

24 Cap´ıtulo 4. An´alisis y Resultados

alguna, mas sin embargo se admitieron deformaciones de hasta 1,2mm

Figura 4.2: Determinaci´on de la carga y el desplazamiento en el que se vence el esfuerzo de adhesi´on del material[22]

Dos criterios de aceptaci´on real como lo son el AC58 y su actualizaci´on el AC

308 ser´an comparados a continuaci´on:

AC 58

Para este criterio, una vez de ha determinado δlim, se coloca una carga igual al

40 % de Nu (Carga ´ultima), la prueba se realiza a 43◦C durante 42 di´as. En este

criterio se realiza una interpolaci´on a 600 d´ıas utilizando el m´etodo logaritmico 4.1;

est´a establecido que la deformaci´on limite es δlim y este nunca debe ser mayor a

3mm.

∆(t) = ∆(0) +a∗ln(t) +b (4.1)

Donde ∆(0) es la deformaci´on inmediatamente despu´es de haber cargado el sistema.

AC 308

Este criterio es una actualizaci´on del AC 58, en este la carga utilizada es del

(25)

4.1. Resultados en el Sistema de Anclaje 25

ambiente y otra para temperaturas altas). La prueba se realiza durante 42 d´ıas y

su realizan extrapolaciones a 10 a˜nos y a 50 a˜nos, para temperatura ambiente y temperatura alta respectivamente. Este criterio utiliza para la extrapolaci´on la ley

de potencias de Findley.

∆(t) = ∆(0) +a∗(t)b (4.2)

Donde ∆(0) es la deformaci´on inmediatamente despu´es de haber cargado el sistema.

Figura 4.3: Proyecci´on de los desplazamiento de acuerdo a dos criterios de falla

En la figura 4.3 se pueden observar las dos ecuaciones de interpolaci´on para los

dos criterios utilizados, llevadas hasta t= 14400Horas (600 d´ıas). Se evidencia que

el modelo logar´ıtmico tiene una menor deformaci´on que el modelo de Findley, por lo tanto debemos tener en cuenta que este modelo fu´e planteado para pruebas

(26)

26 Cap´ıtulo 4. An´alisis y Resultados

se ilustra para tener un punto de comparaci´on que ayude a la comprensi´on de el

comportamiento del adhesivo.

Sin embargo al realizar la interpolaci´on del modelo de findley a 10 aos se obtiene

un desplazamiento de 3,8mm, raz´on por la que podemos rechazar el sistema de

an-claje y asegurar que no cumple con los est´andares de la construcci´on. Si observamos

este desplazamiento desde el punto de vista de la norma ASTM 2990 tenemos la

certeza que este sistema de anclaje, dispuesto a la carga de 7,8MPa no puede ser

utilizado, pues falla en aproximadamente 150 horas.

4.2.

Dynamic Mechanical Analysis

4.2.1.

Temperatura de transici´

on

Para poder determinar la temperatura de transici´onTg del material se realiza un

barrido de temperaturas, mientras se somete la probeta a una deformaci´on del 1 % aplicando a una frecuencia de 1Hz obteniendo as´ı la figura 4.4. Se observa que el

material presenta 2 temperaturas de transici´on, la primera alrededor de 60◦C y la

segunda en 142◦C, esto significa que el material no tiene una zona lineal propiamente

dicha, por lo tanto los resultados obtenidos de la prueba del DMA deben ser tomados

en cuenta con mucho riesgo y esto se puede verificar al trazar la wicket plot4.5, que

en condiciones normales toma la forma de un semic´ırculo, y en este caso tiene una

clara inclinaci´on [17] [18].

Para proceder con el DMA se generar´an barridos de frecuencia que pasen en las

dos zonas de trancisi´on del material, por lo que la prueba se ejecutar´a desde tempe-ratura ambiente hasta 187◦C, en intervalos de 5◦C.

(27)

4.2. Dynamic Mechanical Analysis 27

Figura 4.4: Determinaci´on de la temperatura de transici´on

(28)

28 Cap´ıtulo 4. An´alisis y Resultados

4.2.2.

Curva Maestra

Para determinar el comportamiento del material (m´odulo de almacenamiento) en

un espectro de frecuencias (o tiempo) amplio que nos ayude a realizar una predicci´on

adecuada se realizan barridos de frecuencia en 3 decadas de 0 a 100Hz pasando por

isotermas que van desde temperatura ambiente hasta 187◦C, en intervalos de 5◦C.

Al analizar las curvas isotermas de la figura 4.6, se puede observar que cuando el

material era sometido a cargas en la frecuencia de 100Hz (similar a impactos), la resistencia del material disminuis dr´asticamente, por lo que el material tiene un

comportamiento indeseable al ser sometido a cargas bruscas.

Figura 4.6: Barrido de frecuencias en las isotermas

Como paso a seguir se realiza la superposici´on de las curvas, para de esta forma

poder ampliar el espectro, para este caso se pod´ıa realizar el m´etodo de TTS utilizan-do la ecuaci´on de William- Landel-Ferry (WLF) o utilizar un m´etodo manual para

(29)

4.2. Dynamic Mechanical Analysis 29

generaba una curva amorfa que no segu´ıa ning´un patr´on (Esto puede significar que

el material no tiene un comportamiento lineal-viscoel´astico claramente determinado).

Al finalizar la superposici´on manual se obtiene un espectro de frecuencias que va

desde 10−5Hz hasta 106Hz, de esta forma al pasar al dominio del tiempo se pueden lograr predicciones sobre el comportamiento del material de hasta 600 horas, y a

partir de ah´ı, se puede realizar un fitting para encontrar una ecuaci´on que modele el

comportamiento en tiempos o frecuencias mas alejados.

Figura 4.7: Curva Maestra

Finalmente haciendo uso del comportamiento viscoel´astico del material4.3,

obte-nemos los datos para el m´odulo de relajaci´on del material, y con una transformaci´on

m´as, encontramos una funci´on que nos determinar el comportamiento de la

defor-maci´on del material con respecto al tiempo.

E(t) = σ(t)

(30)

30 Cap´ıtulo 4. An´alisis y Resultados

Figura 4.8: Curva de Creep

Sin embargo se observa que para los valores utilizados en este caso, seg´un la

pre-dicci´on obtenida a partir del DMA, el material falla con s´olo someter el material al esfuerzo con el que se hizo la prueba en el sistema; se debe tener en cuenta que el

m´odulo obtenido en el DMA es un m´odulo de Young, mientras que el m´odulo en

el caso del sistema de anclaje es un m´odulo de rigidez, por lo que la comparaci´on

directa entre estos no es adecuada.

Los resultados obtenidos con el DMA hubiesen sido mucho mas confiables y f´

aci-les de manejar, si el modo de prueba en lugar de ser a tensi´on, hubiese sido ejecutado

a cortante (al igual que en el sistema idealmente hablando), pero esto no fu´e posible,

debido a que el equipo de ensayos disponible en la Universidad de los Andes, no tiene las pinzas adecuadas para este an´alisis.

(31)

Cap´ıtulo 5

Conclusiones y Pasos a seguir

5.1.

Conclusiones

Al interpolar los datos obtenidos de acuerdo al criterio de aceptaci´on AC 308, se puede afirmar que el sistema de anclaje al ser sometido a una carga de 31,1 KN tiene

un comportamiento que ocasiona un rechazo de acuerdo a los estandares americanos

de construcci´on. Adem´as al hacer un paralelo de este criterio, con lo propuesto por

ASTM 2990 se observa que los criterios de aceptaci´on en construccio˜n tienen una

mayor holgura que los criterios de falla en pruebas de laboratorio.

El DMA arroj´o datos en los que se observa que el comportamiento a tensi´on pura

del material difiere mucho con el comportamiento que se presenta en el sistema de

anclaje. Adicionalmente si tenemos en cuenta el factor de forma y tiempo de

cura-do a la hora de generar probetas de un tama˜no tan peque˜no, espesores menores o

iguales a 1mm, hemos de tener en cuenta que las propiedades del material se ven

dr´asticamente disminuidas, raz´on por la que al someter el material a tensi´on tiene un comportamiento muy poco deseable.

(32)

32 Cap´ıtulo 5. Conclusiones y Pasos a seguir

5.2.

Pasos a Seguir

Para poder generar una curva de dise˜no en creep del sistema de anclaje es

necesa-rio realizar ensayos de pullout, para de esta forma tener un punto de comparaci´on y

mejorar el criterio de falla usado en este proyecto. As´ı tambi´en se har´ıa posible

deter-minar la carga ´optima de acuerdo a diferentes configuraciones del sistema de anclaje.

Se deben realizar m´as pruebas en un montaje similar a diferentes porcentajes de

carga, y de esta forma encontrar una curva en la que se observe el tiempo estimado

de falla de acuerdo al porcentaje de carga ejercido en el sistema.

Es muy recomendable, que al paso de los 42 d´ıas requeridos por la prueba de

creep, se realice un pullout de las varillas, y de esta forma hacer un an´alisis de falla

para determinar si los defectos de manufacturas fueron fundamentales o n´o para que

se diera el comportamiento determinado.

Finalmente con los datos obtenidos en estas pruebas ser´ıa de gran valor

imple-mentar un modelo matem´atico como el de Vaugt para compararlo con los datos

experimentasles y as tener una herramienta matem´atica que ayude a disear sistemas de anclaje con un determinado adhesivo.

(33)

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