Ensayo-De-Adherencia-Pull Out Chile PDF
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PROFESOR GUA:
RICARDO HERRERA MARDONES
MIEMBROS DE LA COMISIN:
JUAN FELIPE BELTRN
RICARDO MOFFAT COVARRUBIAS
SANTIAGO DE CHILE
2015
DEDICATORIA
A mi hermano que cerr un captulo de mi vida y me acompaar siempre, a mi
hija que abri otro y me acompaa siempre.
ii
AGRADECIMIENTOS
A mis profesores, por la disposicin y apoyo. Al profesor Ricardo que me dio su
confianza, gracias por siempre tener la puerta abierta para responder dudas e
inquietudes y as llegar a buen puerto. Gracias a Vctor y al profesor Pedro por su
apoyo en el trabajo de laboratorio.
A la Universidad de Chile por permitirme ser parte de su comunidad y formarme
como el profesional de excelencia soy al egresar. Gracias en especial a los profesores
del Departamento de Ingeniera Civil que muchas veces entregaron ms de lo que se
les pidi.
A mis todos mis amigos y compaeros que estuvieron durante esta hermosa
carrera en cada una de esas largas noches de estudio, tareas y planos. Gracias Felipe,
Gary, Gonzalo, Paola, Cristian, Bastin y Francisco. En especial a Jorge que estuviste
en las buenas y tambin cuando ms lo necesite. Gracias por cada trasnoche que
pasaste preparndome para un control o un examen. Porque con ustedes compart los
momentos ms gratos de mi estada en la escuela y los recordar siempre con mucho
cario.
A mis hermanas por el apoyo que me dieron en los momentos que los necesit.
A Marisol y Ramn que colaboraron en que pudiese trabajar, ser estudiante, pap y
cumplir en todos los aspectos.
A Magdalena por el amor y cario. Junto a la Trini son lo mejor que me ha
pasado en la vida y agradezco que podamos compartir juntos nuestros das. Gracias
por estar ah siempre que le he necesitado.
A mis padres que me formaron como persona en todos los aspectos posibles y
me apoyaron de manera incondicional. Por ese ejemplo de vida que me enseo que los
valores se viven en el da a da. Gracias porque sin ustedes no sera quien soy y no
estara donde estoy.
Gracias a todos los que me apoyaron en esta difcil pero gratificante etapa de mi
vida y forman parte de mi recuerdo de una u otra forma. No esperaba llegar ac pero
ustedes me ayudaron a ser quien soy hoy. Falta mucho por recorrer y aprender pero
deben saber que de alguna u otra forma son una pequea parte de m. Agradezco
haber pasado por los pasillos de la Escuela de Injeniera y compartir con quienes creo
sern la punta del conocimiento de nuestro pas. Todos ustedes influyeron de alguna
forma durante estos 6 largos aos y me trajeron hasta aqu.
Muchas Gracias!
iii
TABLA DE CONTENIDO
NDICE DE TABLAS
TABLA 2.1: PARMETROS PARA BARRAS DEFORMADAS SEGN CEB (COMIT
EURO-INTERNATIONAL DU BETON_RILE, 1983) ........................................... 8
TABLA 2.2: TENSIN DE ADHERENCIA DE LA BARRAS DE FIBRA DE VIDRIO
REFORZADA Y DE BARRAS DE ACERO A PARTIR DE LOS ENSAYOS BEAM
(BENMOKRANE ET AL, 1996) ................................................................... 11
TABLA 3.1: ESPECIFICACIONES TCNICAS DEL HORMIGN PRESEC ................. 27
TABLA 3.2: ESPECIFICACIONES TCNICAS DEL PUENTE ADHERENTE A USAR........ 31
TABLA 3.3: CAPACIDADES TERICAS DEL ADHESIVO EPOXI ................................ 32
TABLA 3.4: MATRIZ DE ENSAYOS CON LOS CDIGOS Y DESCRIPCIONES DE CADA
PROBETA ............................................................................................... 33
TABLA 4.1: MXIMOS VALORES PARA LAS PROBETAS 1F200MM, 2F200MM,
2P200MM, 2A200MM, 3.1F150MM, 3A150MM, 3P150MM, 3.2F150MM,
1F100MM, 2A100MM, 2P100MM, 1F50MM, 2F50MM Y 2P50MM. .............. 43
TABLA 5.1: RESUMEN DE MDULOS DE ELASTICIDAD Y RIGIDEZ PARA CADA
PROBETA ............................................................................................... 52
TABLA 5.2.: RESUMEN DE DATOS SEGN EL ANLISIS DE LAS ECUACIONES DE
FARMER (1975) ..................................................................................... 54
vi
NDICE DE FIGURAS
FIGURA 2.1: CONFIGURACIN TPICA DEL ENSAYO PULL-OUT EN ROCA SEGN LA
NORMA ASTM (D4435-84, 1998) ........................................................... 5
FIGURA 2.2 COMPONENTE RADIAL DE LA TENSIN DE ADHERENCIA EN LA ZONA DE
ANCLAJE (TEPFERS, 1979) ....................................................................... 7
FIGURA 2.3: MECANISMO DE FALLA POR ADHERENCIA ENTRE EL CONCRETO Y EL
ACERO (BARBOSA & SNCHEZ, 2006) ........................................................ 7
FIGURA 2.4: TENSIN DE ADHERENCIA VS DESLIZAMIENTO (CEB 235,1997)........ 8
FIGURA 2.5 BARRAS DE FIBRA DE VIDRIO REFORZADO, GFRP POR SU NOMBRE EN
INGLS (BENMOKRANE, 1996). ................................................................ 10
FIGURA 2.6: BARRA EN TENSIN PARA UN ANCLAJE INSERTO EN ROCA
(FARMER,1975)..................................................................................... 13
FIGURA 2.7: BARRA EN TENSIN PARA UN ANCLAJE INSERTO EN ROCA (FARMER,
1975) ................................................................................................... 13
FIGURA 3.1: MODELO EN SAP PARA LA PLACA SUPERIOR DE LA MORDAZA ......... 22
FIGURA 3.2: SET DE PLANOS PARA LA CONSTRUCCIN EN MAESTRANZA DE LA
MORDAZA EN LA PRIMERA ALTERNATIVA. ................................................... 22
FIGURA 3.3 ESQUEMA DE LA ALTERNATIVA 1 ................................................... 23
FIGURA 3.4 ESQUEMA DE LA ALTERNATIVA 2 ................................................... 24
FIGURA 3.5: VISTAS PARA LA CONSTRUCCIN EN MAESTRANZA DE LA MORDAZA DE
LA SEGUNDA ALTERNATIVA. ..................................................................... 24
FIGURA 3.6: CAJA DE ACERO QUE FUNCIONA COMO MORDAZA PARA CONTENER LA
PROBETA DE HORMIGN. ......................................................................... 25
FIGURA 3.7: CINCO TIPOS DE BARRAS DE FIBRA DE VIDRIO REFORZADO ............. 26
FIGURA 3.8: ENCUADRAMIENTO DE LOS MOLDES DE ACERO .............................. 27
FIGURA 3.9: SELLADO DE LOS MOLDES DE ACERO CON SILICONA ....................... 28
FIGURA 3.10: FIJACIN DE MADERA PARA EL CENTRADO DE LOS TUBOS ............. 28
FIGURA 3.11: PREPARACIN DEL HORMIGN EN LABORATORIO ......................... 29
FIGURA 3.12: NIVELACIN DE LOS TUBOS DE PVC ............................................ 29
FIGURA 3.13: PROBETAS CUBIERTAS PARA EVITAR LA PRDIDA DE HUMEDAD ..... 30
FIGURA 3.14: PUENTE ADHERENTE SIKA ANCHOFIX 1 USADO PARA EMBEBER LAS
BARRAS EN EL HORMIGN ....................................................................... 31
FIGURA 3.15: CONFIGURACIN ESTNDAR PARA TODA LA SERIE DE ENSAYOS. .... 35
FIGURA 4.1: IMAGEN DE LA FALLA LOCAL GENERADA EN LAS BARRAS PRODUCTO
DEL ENSAYO A TRACCIN ........................................................................ 36
FIGURA 4.2: CURVA DE TENSIN DESPLAZAMIENTO DE UNA BARRA DE FIBRA DE
VIDRIO REFORZADO ................................................................................ 37
FIGURA 4.3 GRFICO DE TENSIN DESPLAZAMIENTO DE LA PROBETA 1F200MM . 38
FIGURA 4.4 FALLA OBSERVADA EN LA PROBETA 1 ............................................ 38
FIGURA 4.5: GRFICO DE TENSIN DESPLAZAMIENTO DE LA PROBETA 1F50MM .. 39
vii
viii
1. CAPTULO 1. INTRODUCCIN
1.1 Motivacin y Generalidades
Actualmente en la explotacin minera subterrnea resulta frecuente el uso de
barras de anclaje como una rpida solucin para asegurar distintos tipos de
fortificacin. Sin embargo en el frente de la mina se obliga a demoler tneles y
fortificaciones, y las barras de anclaje de acero no se pueden extraer en su totalidad
con imanes por estar insertas en rocas. Esto deteriora las chancadoras que trituran las
rocas y constituyen un activo importante en el proceso.
Ante esta situacin, se estudia la factibilidad de usar como anclaje barras
compuestas por fibras de vidrio reforzado con plstico, con las resistencias requeridas,
con el objetivo de no deteriorar las chancadoras, cuando se necesite la demolicin de la
fortificacin.
Estas barras traen adems una serie de beneficios, entre los que destacan la
reduccin de costos, un mejor control de fisuras del hormign y mayor productividad y
eficiencia, a lo que se suma el cuidado del medio ambiente, ya que disminuyen la huella
de carbono. Adems son mucho ms livianas, con una densidad aproximada de 0,25
veces la del acero, y tienen neutralidad a los disturbios elctricos (Nanni, 1993),
magnticos y adems son ms duraderos ya que a diferencia de las barras de acero
convencional, las de fibra no se corroen (Saadatmanesh, 1994). ste ltimo aspecto es
bastante relevante porque puede extender su uso fuera de la minera. Mundialmente las
barras de fibra de vidrio se estn utilizando en estructuras con alta exposicin a la
corrosin como puentes, muelles y estructuras marinas (Neale & P. Labossire, 1992).
En el presente estas barras estn sometidas a diferentes estudios para
caracterizarlas como un nuevo material. Se estudia su resistencia a la fluencia, corte, a
la dilatacin trmica y tambin su resistencia a la adherencia. Esta memoria se enfoca
en la resistencia a la adherencia.
1.2 Objetivos
1.3 Alcances
En el captulo 1 se realiza una breve descripcin y contextualizacin del tema. Se
describen los objetivos y metodologa del trabajo de ttulo.
En el captulo 2 se expone una breve revisin de los trabajos previos con
respecto a ensayos en barras de acero empotradas en hormign de los que se rescatan
ciertas relaciones que se esperan homologar para las fibras. Se estudian tambin
trabajos previos realizados en fibras de vidrios. Finalmente se estudia un modelo
analtico para barras empotradas
En el captulo 3 se explican las metodologas usadas durante los ensayos
experimentales. Se describe el diseo del ensayo y tambin se caracteriza cada uno de
los materiales utilizados para la construccin de las probetas.
En el captulo 4 se presentan los resultados experimentales preliminares y los
resultados del ensayo de adherencia para los distintos largos de empotramiento.
En el captulo 5 se propone una relacin entre el largo de empotramiento y la
resistencia a la adherencia con los datos obtenidos a partir de los ensayos
experimentales. Se realiza tambin una comparacin con los modelos tericos
encontrados en la literatura.
En el captulo 6 se resumen las relaciones encontradas y se concluye sobre los
resultados obtenidos. Se explican tambin las limitaciones de la memoria.
2. CAPTULO 2: ANTECEDENTES
Las barras de fibra de vidrio son un material innovador en la industria, por lo
tanto, la bibliografa disponible al respecto es escasa. A pesar de lo anterior, resulta
importante citar las metodologas de los ensayos utilizados comnmente para barras de
acero y cables de acero.
Tambin se describe la caracterizacin de material de barras similares de fibra
de vidrio fabricadas a travs de un proceso de extrusin.
2.1.
(celda de carga)
(Medidor en
soporte remoto)
(gato hidrulico)
(placa de
reaccin)
(detalle de la cabeza
del perno)
(perno de roca)
Figura 2.1: CONFIGURACIN TPICA DEL ENSAYO P ULL- OUT EN ROCA SEGN LA NORMA ASTM (D4435-84, 1998)
donde:
P= Carga del perno en Newton
A= rea transversal inicial del perno en milmetros
Para determinar la deformacin elstica del perno Ub en mm:
2.2.
F (fuerza
de
arranque)
Figura 2.2 Componente radial de la tensin de adherencia en la zona de anclaje (Tepfers, 1979)
(Reaccin en el
concreto)
(Fuerza de adherencia en la
barra)
Figura 2.3: Mecanismo de falla por adherencia entre el concreto y el acero (Barbosa & Snchez, 2006)
De acuerdo a las disposiciones de publicaciones anteriores, (Comit EuroInternational du Beton_Rile, 1983) la tensin por adherencia se puede calcular de
la siguiente manera:
= ( )
1
= ,
0 < < 1
7
= ( ) (
= ,
2
)
3 2
2 < 3
3 <
Parmetro
s1
s2
s3
Concreto No confinado
Condiciones de Adherencia
Buena
Otras
0.6mm
0.6mm
0.6mm
0.6mm
1.0mm
2.5mm
0.4
1/2
2.0( )
1.0( )1/2
0.15
Concreto confinado
Condiciones de Adherencia
Buena
Otras
1.0mm
3.0mm
Espaciamiento entre resaltos
0.4
1/2
2.5( )
1.25( )1/2
0.40
(Tensin de adherencia)
(Mxima tensin de
adherencia)
(Deslizamiento)
Gomes & Filho (2013), con el objetivo de materializar las condiciones del
pull-out test ensayan un cubo de concreto que contiene la barra. sto se monta
sobre una placa rgida y se extrae con un gato hidrulico. De esta forma se logra
obtener tanto la tensin de adherencia promedio como la tensin mxima y
finalmente un grfico de tensin de adherencia versus deslizamiento
A modo de conclusin se analiza que a medida que aumenta la resistencia
a la compresin del concreto, aumenta la tensin de adherencia. Asimismo a
medida que el dimetro aumenta, la tensin de adherencia aumenta. Se
encuentran expresiones que representan la fuerza de adherencia a travs de
regresiones hechas a partir de los resultados experimentales.
Finalmente una correlacin estadstica hecha
experimentales y los tres modelos estudiados muestran
aplicabilidad y bastantes limitaciones. Estas se basan
diferencia entre los materiales usados en este estudio
analticos.
2.3.
Figura 2.5 Barras de fibra de vidrio reforzado, GFRP por su nombre en ingls (Benmokrane, 1996).
10
Tabla 2.2: Tensin de adherencia de la barras de fibra de vidrio reforzada y de barras de acero a
partir de los ensayos beam (Benmokrane et al, 1996)
GFRP
Acero
GFRP
Acero
GFRP
Acero
GFRP
Acero
0,2 /
0,82
0,67
0,80
0,57
0,86
0,50
0,97
0,99
En la tabla 2.2 se observa que 0,1 , 0,2 y son las tensiones de adherencia
de las barras a deslizamientos de 0,1 milmetro, 0,2 milmetros y mximo
respectivamente. Adems se puede concluir que la fuerza de adherencia disminuye a
medida que aumenta el dimetro, lo cual es consecuente con lo observado en otras
publicaciones. Tambin, la mxima tensin para las barras GFRP es aproximadamente
0.6 a 0.9 veces comparndolas con las barras de acero.
Se encontraron resultados similares en los ensayos pull-out donde los resultados
para las barras de fibra eran entre 0.73 y 0.96 veces los de las barras de acero.
De acuerdo a los autores, para las barras de acero la fuerza de adherencia se
debe a dos factores; la adhesin al concreto de la barra de refuerzo y la trabazn
mecnica que generan los resaltos del acero al comprimir el hormign entre resaltos,
donde la mayor contribucin viene del segundo factor.
La diferencia entre las tensiones de adherencia de la barra de fibra de vidrio y la
barra de acero se debe a que cada una posee una superficie distinta , lo que significa
que los resaltos de las barras juegan un factor importante en la barras de fibra.
Es importante destacar que todos los ensayos fallaron por extraccin (pull-out).
ste tipo de falla puede deberse a que al realizar un ensayo de tipo pull-out, el
hormign que rodea la barra se comprime, lo cual reduce la posibilidad de grietas, y
aumenta la tensin de corte, generando las fallas por extraccin.
11
2.4.
12
(2.1)
donde:
:
13
x:
2
=
(2.2)
(2.3)
(2.4)
ln(/)
(2.5)
(2.6)
x = exp() + exp()
14
(2.7)
2 =
2
2
,
ln
(
)
( )
2
(2.8)
0
()
exp() exp()
(2.9)
0
exp()
exp()
(2.10)
0 cosh(( ))
sinh()
(2.11)
0
()
1
0 exp()
2
(2.12)
(2.13)
2
=
15
2
( ) (ln(/)
(2.14)
4,6
(2.15)
0,2
= 0,1 exp (
)
0
(2.16)
16
1,2 =
2 (1 2 )
17
2.17
Es importante sealar con respecto a las figura 2.8 que en la imagen superior,
cada curva representa la distribucin de tensiones a una carga especfica. Para la
imagen inferior las lneas punteadas representan la distribucin terica de tensin de
corte y las lneas slidas, representan la distribucin calculada a partir de las curvas de
tensin.
18
19
20
La idea bsica del ensayo consista en anclar una barra en una probeta que
simulara la roca en el tnel, usando un adhesivo comn en estas labores. Luego, la
barra se sometera a traccin en su extremo libre, manteniendo fija la probeta a la que
estaba anclada
Dada la imposibilidad de contar con muestras de roca inalterada adecuada para
hacer los ensayos en laboratorio, se pens en utilizar probetas de hormign para
simular el efecto que produce la roca cuando se ancla en una fortificacin minera. Para
ello, se fabricaron 10 probetas cbicas de hormign, utilizando moldes cbicos de 20
centmetros proporcionados por Idiem. Se esperaba reutilizar algunas de las probetas
de hormign lo que en la prctica fue imposible ya que stas se rompan durante los
ensayos.
Como lo que interesaba estudiar era la adherencia roca-adhesivo-barra se deba
evitar que al tirar la barra embebida en el concreto, se produjera una falla tipo cono ya
que no se estara determinando la fuerza de adherencia, sino la resistencia al arranque
de la probeta
3.1.1. Diseo de la Mordaza
Para el diseo de la mordaza se estudiaron dos alternativas para realizar los
ensayos las que se describen a continuacin.
3.1.1.1.
Alternativa 1
A partir del modelo validado se gener un set de planos, figura 3.2, que se
enviaron a distintas maestranzas para cotizacin.
22
barra de
anclaje
longitud de
anclaje
cubo de
hormign
mordaza
alternativa 1
3.1.1.2.
Alternativa 2
23
barra de anclaje
placa y tuerca
de anclaje
gato hidrulico
caja de acero de
reaccin
extensmetro
cubo de hormign
24
Figura 3.6: Caja de acero que funciona como mordaza para contener la probeta de hormign.
3.2.
Las barras fueron provistas por investigadores del IM2 (Codelco). Originalmente
se consideraron 5 tipos de barras, todas de 22 mm de dimetro exterior nominal. En la
Figura 3.7 se observan los cinco tipos de barra, de izquierda a derecha estas son:
3.3.
Probetas de hormign
Caractersticas Tcnicas
Resistencia Caracterstica
200 /2
Tamao mximo nominal
8 mm
Nivel de Confianza
90%
Rendimiento
171 lt/saco
Dosis de agua
40,5 lt/saco
Cono
61 lt/saco
Tiempo de trabajabilidad
120 min
27
29
3.4.
Adhesivo hormign-barra
La idea inicial era utilizar un puente adherente con lechada de hormign pero
luego de un par de reuniones de coordinacin con la contraparte del IM2 se determin
desechar la lechada de cemento ya que el objetivo del ensayo es homologar de la
manera ms fiel posible las condiciones de la mina en donde no se usa lechada de
cemento para los pernos de anclaje.
Dado lo anterior se generaron probetas de prueba usando 2 pegamentos epoxi:
1) Sika Anchorfix 1 (Figura 3.14)
2) Hilti Cpsula qumica HVU
La composicin en base a granos del producto Hilti y la falta de
equipamientos necesarios dificultaron su uso, en cambio el producto Sika fue ms fcil
de trabajar, dado que se aplica de forma directa con una pistola convencional de
calafeteo.
30
Figura 3.14: Puente adherente Sika Anchofix 1 usado para embeber las barras en el
hormign
Propiedades Mecnicas
Espesor mximo de aplicacin
Resistencia a compresin
Resistencia a flexin
Resistencia a la traccin
Mdulo de Elasticidad a Compresin
Mdulo de Elasticidad a Traccin
3 milmetros
60 /2
28 /2
12 /2
3500 /2
4500 /2
Finalmente la ficha tcnica del adhesivo a usar especifica la ecuacin 3.1 para
determinar la capacidad de carga a traccin y la ecuacin 3.2 para determinar la
capacidad de carga al corte.
31
50
2,5
(3.1)
0,5
1000
(3.2)
Donde
:
hef
(mm)
50
100
150
200
Ntraccin
(toneladas)
0
2,039
4,038
6,118
Vtraccin
(toneladas)
1,427
2,855
4,282
5,710
32
Ntraccin
(MPa)
0
52,5663
104,1015
157,7249
Vtraccin
(MPa)
3,1796
3,1807
3,1803
3,1807
3.5.
Para facilitar el anlisis de los datos expuestos todas las probetas ensayadas se
homologaron de acuerdo a la matriz de ensayos detallada en la tabla 3.4. De esta forma
el cdigo de cada probeta queda compuesto de acuerdo a 1 o 2 si corresponde a la
primera o segunda serie de ensayos. Luego la letra mayscula F, P, A si el ncleo
corresponde a fibra, PET, o acero respectivamente. Finalmente el nmero final del
cdigo corresponde a los milmetros de empotramiento en la probeta de hormign.
Tabla 3.4: Matriz de ensayos con los cdigos y descripciones de cada probeta
Cdigo del
Ensayo
Nmero
de probeta
Tipo de barra
Longitud de
empotramiento
1F200mm
1F50mm
1F100mm
2F50mm
2F200mm
2P200mm
1
2
3
4
5
6
200 milmetros
50 milmetros
100 milmetros
50 milmetros
200 milmetros
200 milmetros
2A200mm
2P100mm
2A100mm
2P50mm
10
3F150mm
11
Slo Fibra
Slo Fibra
Slo Fibra
Slo Fibra
Slo Fibra
Fibra con ncleo
PET
Fibra con ncleo
Acero
Fibra con ncleo
PET
Fibra con ncleo
Acero
Fibra con ncleo
PET
Slo Fibra
33
200 milmetros
100 milmetros
100 milmetros
50 milmetros
150 milmetros
3A150mm
12
3F150mm
3P150mm
13
14
150 milmetros
150 milmetros
150 milmetros
34
mordaza superior
barra de anclaje
mordaza fabricada
mordaza inferior
35
4.1.
Ensayos Preliminares
Figura 4.1: Imagen de la falla local generada en las barras producto del ensayo a traccin
300
Tensin (Mpa)
250
200
150
100
50
0
0
10
15
20
25
30
35
40
Desplazamiento (mm)
4.2.
37
180
160
Carga (Mpa)
140
120
100
80
60
40
20
0
0
10
12
Desplazamiento (mm)
Figura 4.3 Grfico de tensin desplazamiento de la probeta 1F200mm
38
70
60
Carga (MPa)
50
40
30
20
10
0
0
Desplazamiento (mm)
39
120
Tensin (Mpa)
100
80
60
40
20
0
0
10
12
Desplazamiento (mm)
La probeta fall con una grieta vertical en las direcciones principales de forma
muy similar a la primera probeta como se mostr en la figura 4.5. La barra alcanz una
tensin de 100 MPa y a partir de ese valor se obtuvo una tensin de corte de 4,2 MPa.
Luego la barra adquiri una resistencia residual cercana a las 60 MPa como se observa
en la figura 4.6.
Como la probeta 1F50mm tuvo una falla distinta a las dems dado que no se
rompi la probeta de hormign se decidi reensayar esa longitud de empotramiento.
Esta vez se confin lateralmente para evitar la traccin del hormign en la direccin
perpendicular a la traccin. Los resultados de este ensayo se muestran a continuacin
en la figura 4.7.
40
Tensin en Mpa
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
12
14
Desplazamiento (mm)
180
160
1F50mm
140
1F100mm
1F200mm
Carga (MPa)
120
2F50mm
100
80
60
40
20
0
0
Desplazamiento (mm)
41
10
12
14
4.3.
Una vez ensayadas las primeras 4 probetas se logr observar una tendencia
entre la longitud de empotramiento y la tensin de adherencia. Para validar la tendencia
encontrada se decidi ensayar ms probetas bajo los mismos parmetros y usando la
misma metodologa.
La innovacin con respecto a la primera serie de ensayos fue incorporar barras
con ncleos de acero y PET.
4.3.1. Metodologa
El objetivo, de esta segunda serie de ensayos, fue validar la relacin antes
encontrada con las barras de diferentes ncleos. Se supuso que las rigideces eran
similares ya que la superficie de las barras era la misma, figura 3.5, y bajo la hiptesis
antes mencionada en la literatura (Farmer, 1975) nos fundamentaba que la distribucin
de tensiones en la barra deba ser similar, por consiguiente las tensiones mximas
deban ser similares. Este supuesto fue validado por los resultados experimentales.
stas probetas se empotraron usando el mismo adhesivo Sika con una semana
de fraguado con barras de 70 centmetros y se ensayaron a 1 milmetro por minuto. Las
6 probetas se observan en la figura 4.11.
42
4.3.2. Resultados
Los valores de la tablas 4.1 fueron calculados a partir de la tensin mxima de
cada ensayo. La tensin de corte se calcul a partir de la tensin mxima divida por el
rea de contacto entre la resina epoxi y la perforacin en el hormign.
Para las probetas 2F200mm, 2P200mm, 2A200mm se resumen en la tabla 4.1
los mximos valores encontrados:
Tabla 4.1: Mximos valores para las probetas 1F200mm, 2F200mm, 2P200mm, 2A200mm,
3.1F150mm, 3A150mm, 3P150mm, 3.2F150mm, 1F100mm, 2A100mm, 2P100mm, 1F50mm, 2F50mm y
2P50mm.
Valores mximos
20 cm
Tensin
MPa
1F200mm
2F200mm
2P200mm
2A200mm
153,683
158,433
163,932
115,475
Tensin de
Corte
MPa
3,321
3,423
3,542
2,495
212,389
202,243
149,372
111,319
6,119
6,486
4,303
3,207
99,263
77,397
109,280
4,290
3,345
4,722
63,637
86,432
91,002
5,500
7,470
7,865
15 cm
3.1F150mm
3A150mm
3P150mm
3.2F150mm
10 cm
1F100mm
2A100mm
2P100mm
5 cm
1F50mm
2F50mm
2P50mm
43
180
160
Carga (Mpa)
140
1F200mm
120
2F200mm
100
2P200mm
2A200mm
80
60
40
20
0
0
10
15
20
Desplazamiento (mm)
Figura 4.10: Resumen de datos para la probetas 1F200mm, 2F200mm, 2P200mm y
2A200mm
La diferencia de la barra 1F200mm puede ser producto de que sta barra tena
una menor longitud libre .Es importante sealar que la falla observada es similar a la
anteriormente vista. Tambin se observa una grieta en el hormign en la misma
direccin de la barra y en la falla esta grieta se abre y rompe la probeta, como se puede
observar en la figura 4.11.
120
100
1F100mm
Tensin (Mpa)
2P100mm
80
2A100mm
60
40
20
0
0
10
12
14
16
18
20
Desplazamiento (mm)
45
100
90
80
1F50mm
Tensin (Mpa)
70
60
2F50mm
50
2P50mm
40
30
20
10
0
0
10
12
Desplazamiento (mm)
46
250
Tensin (Mpa)
200
3.1F150mm
150
3A150mm
3.2F150mm
100
3P150mm
50
0
0
10
12
14
16
18
20
Desplazamiento (mm)
Figura 4.14: Resumen de datos para las probetas 3.1F150mm, 3A150mm, 3.2F150mm y 3F150mm
47
5. ANLISIS DE RESULTADOS
En este captulo se realiza un resumen de los resultados experimentales. Luego
se hace una estimacin de los mdulos de elasticidad y rigidez de las barras ensayadas
y finalmente se contrastan ambos resultados con un anlisis de las frmulas tericas de
Farmer (1975).
5.1.
Una vez concluidos todos los ensayos se procedi al anlisis de los mismos.
Contrastando todos los valores mximos de las cargas mximas en cada barra y
enfrentndolas junto a la longitud de anclaje de cada barra, da como resultado la figura
5.1. La tensin es el valor mximo de cada probeta divido por el rea nominal de la
barra.
7000
Carga (toneladas)
6000
R = 0,7347
5000
4000
Fibra
3000
2000
1000
0
0
10
15
20
25
Figura 5.1: Resumen de datos de cargas mximas para cada longitud de empotramiento
20
18
Fibra
16
14
Resistencia al corte
12
10
8
6
4
R = 0,7998
2
0
0
10
15
20
Centmetros de empotramiento
25
30
5.2.
Esta hiptesis sera validada con respecto a los valores de tensiones mximas ya
que independiente del ncleo de cada barra los resultados no tuvieron mayores
variaciones y tampoco muestran una tendencia relativa a las barras de slo fibra. Es
decir las barras con ncleo de acero o ncleo PET no fueron mayores o menores que
las barras de fibra.
Se busc a partir de los datos experimentales el mdulo de elasticidad a raz de
los grficos. Se eliminaron los primeros datos que corresponden principalmente al
acomodo de las piezas del ensayo y se truncaron los datos despus del primer cambio
significativo de pendiente.
Tambin se analizaron las probetas por separado, ya que se obtiene un mdulo
de elasticidad en conjunto de la barra libre ms la barra adherida al cubo de hormign
con pegamento epoxi. De esta forma y para las barras empotradas en 20 centmetros
se obtienen las curvas de la figura 5.3.
90
y = 18260x - 20,848
80
Tensin (Mpa)
70
y = 18260x - 20,848
1F200mm
2F200mm
2P200mm
2A200mm
60
50
y = 17557x - 23,035
40
y = 5579,6x - 1,2708
30
20
10
0
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
Deformacin (mm/mm)
Figura 5.3: Regin lineal elstica deformacin de las probetas empotradas 20 centmetros.
De forma anloga se generaron las figuras 5.4, 5.5 y 5.6 correspondientes a las
barras empotradas 10 y 5 centmetros.
50
70
60
y = 14309x + 0,5176
1F100mm
2P100mm
2A100mm
40
y = 18715x - 40,982
y = 18941x - 4,9245
30
20
10
0
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
Deformacin (mm/mm)
90
y = 10029x - 9,9273
80
y = 7271,2x - 12,628
70
Tensin (Mpa)
Tensin (Mpa)
50
y = 11258x - 2,7578
60
50
40
1F50mm
2F50mm
2P50mm
30
20
10
0
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
Deformacin (mm/mm)
51
0,012
0,014
80
y = 15715x - 8,2998
3.1F150mm
70
3A150mm
y = 15715x - 8,2998
60
Tensin (Mpa)
3.2F150mm
50
3P150mm
40
y = 9676,8x - 4,293
y = 11846x - 14,126
30
y = 5428x - 1,1265
20
10
0
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
Deformacin (mm/mm)
Milmetros de
Empotramiento
Probeta
Largo Inicial
milmetros
Ebarra
Mpa
200
50
100
50
200
200
200
100
100
50
150
150
150
150
P1 (Fibra)
P2 (Fibra)
P3 (Fibra)
P4 (Fibra)
P5 (Fibra)
P6 (PET)
P7 (Acero)
P8 (PET)
P9 (Acero)
P10 (PET)
P11(Fibra)
P12(Acero)
P13(PET)
P14(Fibra)
330
560
515
550
415
415
413
570
515
565
470
470
460
460
5556,21
11258,24
14309,275
10028,7
16881,37
17852,055
18259,969
18714,81
18941,185
11077,955
15715,299
15715,897
9676,831
5428,412
52
Existe una variabilidad en los datos que puede corresponder tanto a variaciones
en las barras durante la construccin de las mismas, o al hecho de considerar un
mdulo de elasticidad combinado entre la barra que est libre, ms el efecto que
produce la seccin de barra embebida en el hormign. Independiente de lo anterior y
descartando las barras de distinto largo, probetas 1 y 4, se calculan mdulos de rigidez
y cizalladura promedio:
15000 []
Suponiendo el valor del mdulo de elasticidad de la barra de fibra como el
promedio de todas las barras ensayadas y usando como dato los valores de los
mdulos de elasticidad del cable de acero y cable PET se puede calcular el rea
equivalente de cada una de las barras compuestas. El resultado de este anlisis nos
indica que la barra con ncleo PET tiene un rea equivalente a un 90% de la barra de
fibra y la barra con ncleo de acero tiene un rea equivalente de un 170% del rea de
fibra. Esto radica ya que el mdulo de elasticidad del cable de acero es un orden de
magnitud mayor que el de fibra y el mdulo del cable de acero resulta un orden de
magnitud menor que el de fibra. Observando los datos experimentales no existen
mayores diferencias entre los mdulos de las barras de diferentes ncleos con los datos
actuales. Tampoco existe una tendencia marcada entre las barras de fibra, las barra
con ncleo de acero y las barras con ncleo PET.
5.3.
0 (1 )
=
2
0
(5.1)
(5.2)
Probeta
P1 (fibra)
P2 (fibra)
P3 (fibra)
P4 (fibra)
P5 (fibra)
P6 (PET)
P7 (acero)
P8 (PET)
P9 (Acero)
P10 (PET)
P11(Fibra)
P12(Acero)
P13(PET)
P14(Fibra)
0 en la falla
[Mpa]
153,683
63,637
99,2629
86,432
152,433
163,932
115,475
77,3967
109,2795
91,002
212,388
225,142
149,372
111,319
5,49999
5,46638
5,49979
5,46638
5,49999
5,49999
5,49999
5,49979
5,49979
5,46638
5,49999
5,49979
5,46638
5,49999
en el largo
[Mpa/mm]
Tension de
arranque [MPa]
845,255
347,864
545,925
472,470
838,380
901,624
635,111
425,666
601,014
497,452
1168,132
1238,234
816,524
612,253
153,683
63,248
99,259
85,904
152,433
163,932
115,475
77,394
109,275
90,446
212,388
225,133
148,459
111,319
55
90
80
70
60
= 160[Mpa]
50
= 150[Mpa]
40
= 110[Mpa]
= 75[Mpa]
30
= 50[Mpa]
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
A pesar que las tensiones de corte son mayores que lo calculado a priori por los
resultados experimentales, se observa que despus de los primeros 3 cm de
empotramiento, se alcanzan los valores observados de tensiones de corte para la falla
del orden de 3 a 7 MPa.
56
6. CAPTULO 6: CONCLUSIONES
6.1.
Resumen
6.2.
Conclusiones
6.3.
Limitaciones
.
Finalmente ser interesante validar el modelo de distribucin de tensiones de
Farmer mediante una barra instrumentada y verificar los valores mximos con los
valores de falla observados experimentalmente. Tambin ser interesante analizar un
modelo numrico para ahondar en la falla y realizar variaciones con los mdulos de
rigidez y elasticidad de tanto la barra, el puente adherente y la roca
59
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