Ensayo de compresi´on diametral de tres aristas (ECD)

Existen diferentes tipos de ensayos a compresi´on diametral para la evaluaci´on mec´anica de tubos premoldeados de hormig´on. Sin embargo, la principal diferencia

Figura 3.15: a) Molde externo; b) Tambor vibrador; c) Aro inferior.

Figura 3.16: a) Transporte hasta el lugar de desmolde/acopio; b) Retiro del aro inferior del molde; c) Elevaci´on y retiro del molde externo.

Figura 3.17: Humedecimiento de las superficies de los tubos para evitar la p´erdida excesiva de humedad en el lugar de acopio.

que los caracteriza son sus sistemas de apoyo y de aplicaci´on de cargas. Los ensayos m´as conocidos pueden ser de tres ejes, de dos ejes, con colch´on de arena y el llamado Minnesota (ver Figura3.19).

Dentro de estos tipos de ECD, el m´as ampliamente extendido en la industria de pre- moldeados es el de tres aristas debido a la simplicidad de ejecuci´on, exactitud y unifor- midad de sus resultados (Chama Neto & Figueiredo,2003;De la Fuente & Armengou, 2007; Silva et al., 2008). En el procedimiento general del ECD, el tubo es apoyado sobre dos largueros de caucho y la carga es aplicada sobre el eje generatriz superior, determin´andose los tres ejes de contacto. Este m´etodo se encuentra especificado en

Figura 3.18: Rotura de un tubo durante el desmolde.

Figura 3.19: a) Ensayo de tres aristas; b) ensayo de dos aristas; c) ensayo en cama de arena; d) ensayo Minnesota. (Carleton et al.,2017)

diferentes normas como la europeaEN-1916(2002), la norteamericana ASTM-C497 (2020), la brasileraNBR-8890(2018) y la ArgentinaIRAM-11503(1986).

Una tuber´ıa de hormig´on es una estructura con un grado de hiperestaticidad, por ello, tiene la posibilidad de redistribuir esfuerzos de flexi´on en funci´on de la capacidad de giro de las secciones cr´ıticas. La redistribuci´on de esfuerzos depende, principal- mente, de factores como la geometr´ıa (di´ametro y espesor), las condiciones de apoyo y del tipo, cuant´ıa y configuraci´on de armado del refuerzo. Sin embargo, independiente- mente del tipo de refuerzo utilizado, ya sea armadura tradicional o fibras, los tubos de hormig´on sometidos al ECD responden estructuralmente de acuerdo a 6 fases, las cua- les pueden denominarse: (1) el´astica; (2) el´astica-fisurada; (3) fisurada; (4) pre-rotura;

(5) rotura; y (6) post-rotura. Dichas fases se muestran en la Figura3.20a trav´es de un gr´afico de carga (P)-desplazamiento (v) en la clave (ver Figura3.1).

1. Fase el´astica. Esta etapa est´a gobernada por la geometr´ıa del tubo, el m´odulo de elasticidad de la matriz de hormig´on y su resistencia a la tracci´on. El elemento responde el´asticamente hasta alcanzar la carga de primera fisura (P_cr).

Figura 3.20: Diferentes fases del comportamiento estructural de un tubo premoldeado de hormig´on sometido al ECD de tres aristas.

2. Fase el´astico-fisurada. En esta etapa, el tubo se ha fisurado en la zona de la Clave.

Por ello, sufre una p´erdida de rigidez a la flexi´on y se produce una redistribuci´on de momentos hacia los hastiales. La curva P-v contin´ua con una tendencia li- neal, sin embargo, se observa una ligera p´erdida de la rigidez respecto a la fase anterior. La fase finaliza cuando se alcanza la fisuraci´on en la secci´on de los hastiales. En esta etapa, los tubos de hormig´on simple y algunos THRF con re- fuerzo insuficiente alcanzan la rotura fr´agil y el colapso. Es decir, para los casos mencionados, la cargaP^∗_cres igual a la carga de rotura (Pu).

3. Fase fisurada. En esta fase se produce una nueva redistribuci´on de los momentos flectores debido a la fisuraci´on en los hastiales, lo que produce la rigidizaci´on en la zona de la Clave. En esta etapa, el patr´on de fisuraci´on se estabiliza y el ancho de fisura en las secciones extremas aumenta con la carga (P). La respuesta P-v sigue siendo lineal en esta fase y la misma finaliza al alcanzar la carga de plastificaci´on (P_y) en alguna secci´on (generalmente en la Clave).

4. Fase Pre-rotura. Esta etapa consiste en un proceso de degradaci´on progresiva del tubo que, generalmente, activa un proceso de fisuraci´on secundario. Durante esta fase, se produce una p´erdida no lineal de la rigidez con el aumento de la carga, gener´andose una redistribuci´on de los momentos hacia los hastiales. Para que se genere dicha redistribuci´on y que la rotura se produzca en la zona de la Clave, se necesita de dos requisitos a saber: homogeneidad en la matriz de hormig´on

y un refuerzo adecuado en la zona de los hastiales para resistir los esfuerzos de tracci´on por flexi´on. Esta fase finaliza cuando se alcanza la carga P_u y el momento m´aximo en la zona de la Clave.

5. Rotura. A partir de este estado, el elemento no toma m´as carga. Como se men- cion´o anteriormente, esta carga puede alcanzarse en la etapa 2 para THS o THRF con refuerzos m´ınimos, y con un modo de falla fr´agil. Por el contrario, en THA y THRF con refuerzos adecuados, el modo de falla es marcadamente d´uctil.

6. Post-rotura. En este estado, el sistema se deforma con resistencia decreciente al aplastamiento. Las fisuras de mayor ancho se sit´uan en la Clave, la Contraclave y los hastiales. Los THS no ofrecen pr´acticamente resistencia post rotura, mientras que la respuesta de los THRF en esta fase depende, principalmente, de la cuant´ıa y del tipo de fibras empleado.

En esta Tesis, los espec´ımenes se analizan hasta la fase 5, es decir, hasta la carga m´axima o de rotura y los ensayos se realizan bajo las especificaciones de la norma IRAM-11503(1986) en un marco de carga ubicado en la misma Planta de premoldea- dos.

En la Figura 3.21 se muestran un esquema del ensayo e instrumentaci´on y una fotograf´ıa de un tubo ensayado, respectivamente.

Los soportes o apoyos inferiores sobre los cuales se asienta el tubo estuvieron cons- tituidos por dos tiras de caucho de secci´on rectangular, de 50 mm de ancho y 30 mm (+/- 5 mm) de altura, con dureza shore A de 50 (+/- 5 mm), y separadas 0,08 D (D

= di´ametro interno del ca˜no) y adheridos a una viga r´ıgida. Para la aplicaci´on de la carga se utiliz´o un sistema de pist´on hidr´aulico que accionaba sobre un perfil doble T con suficiente rigidez para asegurar una distribuci´on uniforme de las cargas. Adem´as, entre el perfil y el tubo se interpuso un list´on de caucho de iguales caracter´ısticas a los utilizados en los soportes inferiores.

Las cargas, aplicadas de manera continua, se registraron mediante una celda de carga ubicada entre el pist´on hidr´aulico y la viga r´ıgida. La carga m´axima se graba au- tom´aticamente en la memoria interna de la celda. Adem´as, se midi´o el desplazamiento vertical (v) de la clave (ver Figura3.1), que genera una deformaci´on o acortamiento del di´ametro, mediante un bast´on retr´actil dotado de un comparador microm´etrico (0,001 mm). Dicho bast´on es colocado en la zona de la punta del tubo, en sentido paralelo al eje de aplicaci´on de la carga, desde la clave a la contraclave (zona del momento m´aximo de flexi´on). La secci´on de la campana del tubo (Figura3.1) es m´as r´ıgida que la secci´on de la punta a causa del mayor volumen de hormig´on involucrado y el mayor Di de la misma. Por lo tanto, es razonable medir los desplazamientos verticales en la zona de la punta, ya que el proceso de fisuraci´on se iniciar´a en dicha secci´on, como

Figura 3.21: Esquema de instrumentaci´on del ECD (imagen superior); Fotograf´ıa de un espec´ımen ensayado seg´un la metodolog´ıa descripta en la presente secci´on (imagen inferior).

lo han determinado otras investigaciones (De la Fuente et al., 2011; Mohamed et al., 2015).

Las mediciones de las deformaciones en los THRF se registraron, en general, hasta pasos de carga cercanos al pico ya que el ensayo se vuelve inestable y supone un riesgo de rotura del instrumental de medici´on. Lo mismo sucede con los THS debido a las caracter´ısticas de rotura fr´agil e inestabilidad durante los ensayos que imposibilit´o la medici´on de sus deformaciones.