DESARROLLO Y ENSAYO DE SISTEMAS ESPECIALES DE …

DESARROLLO Y ENSAYO DE SISTEMAS ESPECIALES DE

ANCLAJE EN ACERO SEGÚN MODELOS HALFEN-DEHA

JUAN CARLOS VIASÚS MANTILLA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ, D.C.

2004

DESARROLLO Y ENSAYO DE SISTEMAS ESPECIALES DE

ANCLAJE EN ACERO SEGÚN MODELOS HALFEN-DEHA

JUAN CARLOS VIASÚS MANTILLA

Proyecto De Grado

Asesor

ING. JUAN CARLOS REYES

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ, D.C.

2004

AGRADECIMIENTOS

Este proyecto de grado no ha sido el trabajo de una persona, ha sido el resultado del

apoyo incondicional de gente maravillosa y a la que de manera muy especial quiero

agradecer.

A mi Madre, persona de la que siempre he recibido su amor, orientación y apoyo a lo

largo de mi vida y de mi formación profesional.

A Andrea, por su valiosa y desinteresada colaboración.

A mi familia, amigos y demás personas que en algún momento me prestaron su ayuda.

Al Ing. Juan Carlos Reyes, por ser el guía de este proyecto, por su asesoría técnica y

consejos personales.

Al Ing. Luis Alfonso Ortiz, por su gran colaboración, asesoría e incondicional ayuda.

A Lucía Tejeiro, Juan Manuel Cordobéz y todos aquellos profesores y personal de la

Universidad de los Andes de los que siempre recibí apoyo.

Al personal del CITEC, por su colaboración y atención.

Al personal de MANUFACTURAS DE CEMENTO S.A., por su impulso en este

proyecto de grado, su colaboración en los suministros y material técnico a lo largo del

proyecto.

TABLA DE CONTENIDO

Pag.

1. INTRODUCCIÓN....................................................................................................15

1.1 ASPECTOS GENERALES..................................................................................15

1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.................................................................18

1.3 OBJETIVO GENERAL......................................................................................19

1.4 METODOLOGÍA...............................................................................................19

2. ANCLAJES A EVALUAR......................................................................................20

2.1 BULÓN CABEZA ESFÉRICA...........................................................................20

2.2 SISTEMA FPA-5.................................................................................................23

2.3 PLATINA ANGULAR........................................................................................25

3. CONTACTO CON EMPRESAS .............................................................................27

4. DIMENSIONAMIENTO Y FABRICACIÓN .........................................................29

4.1 DIMENSIONAMIENTO DE ANCLAJES.........................................................29

4.1.1 Bulón Cabeza Esférica...................................................................................30

4.1.1.1 Sistema Placa 30º De Apertura.................................................................33

4.1.1.2 Sistema Placa 60º De Apertura.................................................................35

4.1.1.3 Sistema Muro............................................................................................37

4.1.2 Sistema FPA-5.............................................................................................39

4.1.2.1 Fuerza sísmica...........................................................................................42

4.1.2.2 Medidas Anclaje........................................................................................46

4.1.3 Platina Angular ..............................................................................................49

4.2 DIMENSIONAMIENTO PANELES DE PRUEBA............................................50

4.2.1 Paneles Para Bulón Cabeza Esférica..............................................................51

4.2.1.1 Sistema Placa 30º De Apertura...............................................................51

4.2.1.2 Sistema Placa 60º De Apertura...............................................................51

4.2.1.3 Sistema Muro..........................................................................................52

4.2.2 Paneles Para Sistema FPA-5..........................................................................52

4.2.3 Paneles Para Platina Angular .........................................................................53

4.3 FABRICACIÓN Y COSTOS DE LOS ANCLAJES...........................................53

4.3.1 Precios De Fabricación………………………………………………………54

4.3.2 Comparación Precios Por Kilo Nacional y Extranjero…………………….…57

5 PROCESO CONSTRUCTIVO................................................................................60

5.1 DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO....................................................64

5.2 METODOLOGÍA DE INSTALACIÓN..............................................................66

5.2.1 Bulón Cabeza Esférica.....................................................................................66

5.2.2 Sistema FPA-5.................................................................................................70

5.2.3 Platina Angular................................................................................................73

5.3 PRIMERA FUNDICIÓN DE PANELES............................................................74

5.4 SEGUNDA FUNDICIÓN DE PANELES..........................................................74

5.5 TERCERA FUNDICIÓN DE PANELES...........................................................75

5.6 CUADRO RESUMEN PANELES FUNDIDOS................................................76

6 MONTAJE DE LOS ENSAYOS..............................................................................77

6.1 BULON CABEZA ESFERICA..........................................................................77

6.1.1 Sistema placa 30º de apertura.........................................................................79

6.1.2 Sistema placa 60º de apertura.........................................................................79

6.1.3 Sistema Muro..................................................................................................80

6.2 SISTEMA FPA-5...............................................................................................80

6.3 PLATINA ANGULAR......................................................................................83

7 RESULTADOS FINALES........................................................................................84

7.1 DEFINICIONES...................................................................................................84

7.2 BULON CABEZA ESFERICA............................................................................85

7.2.1 Sistema placa 30º de apertura..........................................................................86

7.2.1.1 Panel de prueba 1.........................................................................................86

7.2.1.2 Panel de prueba 2.........................................................................................90

7.2.1.3 Comparación paneles de prueba..................................................................94

7.2.2 Sistema placa 60º de apertura..........................................................................95

7.2.2.1 Panel de prueba 1........................................................................................95

7.2.2.2 Panel de prueba 2........................................................................................99

7.2.2.3 Comparación paneles de prueba..............................................................103.

7.2.3 Sistema Muro................................................................................................104

7.2.3.1 Carga 1.......................................................................................................105

7.2.3.2 Carga 2 (recarga) ......................................................................................106

7.2.3.3 Comportamiento de las dos cargas sobre el mismo panel.........................111

7.3 SISTEMA FPA-5...............................................................................................112

7.3.1 Panel de prueba 1........................................................................................113

7.3.2 Panel de prueba 2........................................................................................117

7.3.3 Comparación paneles de prueba.................................................................120

7.4 PLATINA ANGULAR.....................................................................................121

7.4.1 Panel de prueba 1........................................................................................122

7.4.2 Panel de prueba 2........................................................................................125

7.4.3 Comparación paneles de prueba.................................................................129

7.5 CUADRO RESUMEN DE RESULTADOS..................................................131

8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...................................................132

9 BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

LISTA DE FIGURAS

Pag.

Figura 2.1 Ejemplo utilización de bulones de cabeza esférica ....................................20

Figura 2.2 Transmisión de la carga sobre el pie del anclaje.........................................21

Figura 2.3 Cono de rotura.............................................................................................21

Figura 2.4 Transmisión de la carga horizontal sobre el concreto..................................22

Figura 2.5 Ejemplo utilización sistema FPA-5 ............................................................23

Figura 2.6 Vistas principales componente superior FPA-5 (lámina perforada)...........24

Figura 2.7 Vistas principales componente superior FPA-5

(lámina de soporte a la estructura)...............................................................24

Figura 2.8 Componente inferior FPA-5 (Vistas principales).......................................25

Figura 2.9 Platinas angulares instaladas sobre canales................................................25

Figura 2.10 Platinas angulares instaladas sobre canales, detalle ...................................26

Figura 4.1 Dimensiones de panel caso real de dimensionamiento............................... 30

Figura 4.2 Esquema Sistema placa 30° de apertura.....................................................31

Figura 4.3 Esquema Sistema placa 60° de apertura....................................................31

Figura 4.4 Esquema Sistema Muro..............................................................................32

Figura 4.5 Diseño en milímetros Bulón 30º de apertura..............................................34

Figura 4.6 Diseño en milímetros Bulón 60º de apertura..............................................36

Figura 4.7 Diseño en milímetros Bulón tipo Muro......................................................38

Figura 4.8 Localización del panel en el edificio (caso real de dimensionamiento).....39

Figura 4.9 Ubicación Anclajes FPA-5 (caso real de dimensionamiento)....................39

Figura 4.10 Datos Iniciales software de dimensionamiento FPA-Version 2.20 k.........40

Figura 4.11 Resultados software de dimensionamiento FPA-Version 2.20 k................41

Figura 4.12 Diagrama de fuerzas Sistema FPA-5 (caso real)........................................43

Figura 4.13 Demanda sísmica-Edificio de 3 pisos.........................................................44

Figura 4.14 Demanda sísmica-Edificio de 7 pisos.........................................................45

Figura 4.15 Demanda sísmica-Edificio de 13 pisos.......................................................45

Figura 4.16 Dimensiones en milímetros para componente superior FPA-5

(Lámina soporte a la estructura)..................................................................46

Figura 4.17 Dimensiones en milímetros para componente superior FPA-5

(Lámina perforada)......................................................................................47

Figura 4.18 Dimensiones en milímetros para componente inferior FPA-5.....................48

Figura 4.19 Dimensiones en milímetros para platina angular.........................................49

Figura 4.20 Diseño panel de prueba Bulón 30º de apertura............................................51

Figura 4.21 Diseño panel de prueba Bulón 60º de apertura............................................51

Figura 4.22 Diseño panel de prueba Bulón tipo Muro....................................................52

Figura 4.23 Diseño panel de prueba Sistema FPA-5.......................................................52

Figura 4.24 Diseño panel de prueba Platina Angular......................................................53

Figura 5.1 Aplicación líquido antiadherente.................................................................60

Figura 5.2 Ubicación mallas de refuerzo.......................................................................61

Figura 5.3 Toma de cilindros.........................................................................................61

Figura 5.4 Vibrado de la mezcla....................................................................................62

Figura 5.5 Acabado de los paneles................................................................................62

Figura 5.6 Retiro de Formaletas y protectores de icopor..............................................63

Figura 5.7 Protecciones semiesféricas removibles para bulones...................................67

Figura 5.8 Bulones tipo muro instalados.......................................................................67

Figura 5.9 Bulones tipo apertura 60º instalados..........................................................68

Figura 5.10 Bulones tipo apertura 60º instalados (detalle)...........................................68

Figura 5.11 Panel de prueba terminado Bulón 60º de apertura.......................................69

Figura 5.12 Panel de prueba terminado Bulón tipo muro...............................................69

Figura 5.13 Detalle Bulón instalado - panel terminado...................................................70

Figura 5.14 Instalación componente inferior Sistema FPA-5.........................................70

Figura 5.15 Instalación componente inferior Sistema FPA-5(detalle)............................71

Figura 5.16 Panel de prueba Sistema FPA-5 terminado..................................................71

Figura 5.17 Detalle Componente inferior Sistema FPA-5 (panel terminado).................71

Figura 5.18 Componentes del Sistema FPA-5 instalados ..............................................72

Figura 5.19 Ejemplo Sistema FPA-5 instalado ..............................................................73

Figura 5.20 Taco HILTI de camisa de acero al carbón...................................................73

Figura 5.21 Platina angular instalada sobre panel de prueba

mediante taco HILTI de camisa de acero.....................................................73

Figura 6.1 Detalle sistema de compensación de carga..................................................78

Figura 6.2 Detalle ganchos de agarre para cabeza de bulón..........................................78

Figura 6.3 Montaje ensayo Bulón placa 30º de apertura...............................................79

Figura 6.4 Montaje ensayo Bulón placa 60º de apertura................................................79

Figura 6.5 Montaje ensayo Bulón tipo Muro.................................................................80

Figura 6.6 Esquema real tomado como base para el montaje del

ensayo Sistema FPA-5..................................................................................80

Figura 6.7 Esquema del Montaje para Ensayo Sistema FPA-5......................................81

Figura 6.8 Montaje Ensayo Sistema FPA-5..................................................................82

Figura 6.9 Detalle rampa inferior de agarre a la base de MTS- Montaje FPA-5..........82

Figura 6.10 Detalle rampa superior de fijación- Montaje FPA-5....................................82

Figura 6.11 Montaje Ensayo Platina Angular.................................................................83

Figura 7.1 Curva de prueba Bulones tipo 30º ( prueba 1).............................................86

Figura 7.2 Gráfica comparativa de cargas Bulones tipo 30º ( prueba 1)......................87

Figura 7.3 Agrietamiento producido por la carga ( Bulones tipo 30º prueba 1)...........88

Figura 7.4 Fractura del concreto ( Bulones tipo 30º prueba 1)......................................88

Figura 7.5 Vista superior fractura del concreto ( Bulones tipo 30º prueba 1)...............88

Figura 7.6 Estado final por fractura de concreto ( Bulones tipo 30º prueba 1)............89

Figura 7.7 Detalle estado final por fractura de concreto

( Bulones tipo 30º prueba 1).........................................................................89

Figura 7.8 Curva de prueba Bulones tipo 30º (prueba 2)..............................................90

Figura 7.9 Gráfica comparativa Bulones tipo 30º (prueba 2).......................................91

Figura 7.10 Grieta producida por presión de elementos de montaje

( Bulones tipo 30º prueba 2)........................................................................92

Figura 7.11 Vista superior fractura del concreto ( Bulones tipo 30º prueba 2)...............92

Figura 7.12 Vista de fractura del concreto-ángulo opuesto

( Bulones tipo 30º prueba 2).........................................................................92

Figura 7.13 Estado final del bulón ( Bulones tipo 30º prueba 2)...................................93

Figura 7.14 Bulones removidos después del ensayo ( Bulones tipo 30º prueba 2)........93

Figura 7.15 Curva comparativa Bulones tipo 30º............................................................94

Figura 7.16 Gráfica comparativa pruebas Bulones tipo 30º............................................94


Figura 7.18 Gráfica comparativa Bulones tipo 60º ( prueba 1).......................................96

Figura 7.19 Inicio del ensayo (Bulones tipo 60º prueba 1).............................................97

Figura 7.20 Fractura del concreto (Bulones tipo 60º prueba 1).......................................97

Figura 7.21 Vista superior estado final del panel (Bulones tipo 60º prueba 1)...............97

Figura 7.22 Grietas finales resultantes (Bulones tipo 60º prueba 1)...............................98

Figura 7.23 Detalle Grietas finales resultantes (Bulones tipo 60º prueba 1)...................98


Figura 7.25 Gráfica comparativa Bulones tipo 60º ( prueba 2).....................................100

Figura 7.26 Inicio de la prueba (Bulones tipo 60º prueba 2).........................................101

Figura 7.27 Inicio de la grietas (Bulones tipo 60º prueba 2).........................................101

Figura 7.28 Concreto fracturado (Bulones tipo 60º prueba 2)......................................101

Figura 7.29 Vista superior concreto fracturado (Bulones tipo 60º prueba 2)................102

Figura 7.30 Estado final bulón y concreto (Bulones tipo 60º prueba 2).......................102

Figura 7.31 Detalle estado final bulón y concreto (Bulones tipo 60º prueba 2)............102

Figura 7.32 Curva comparativa Bulones tipo 60º.........................................................103

Figura 7.33 Gráfica comparativa pruebas Bulones tipo 60º.........................................104

Figura 7.34 Curva de prueba Bulones tipo Muro (carga1)...........................................105

Figura 7.35 Gráfica comparativa Bulones tipo Muro ( carga 1)..................................106

Figura 7.36 Curva de prueba Bulones tipo Muro (recarga)..........................................107

Figura 7.37 Gráfica comparativa Bulones tipo Muro (recarga)...................................107

Figura 7.38 Reinicio de la carga (Bulones tipo Muro-recarga)....................................108

Figura 7.39 Inicio conos de rotura laterales en forma de “W”

(Bulones tipo Muro-recarga).....................................................................108

Figura 7.40 Fractura longitudinal del concreto (Bulones tipo Muro-recarga).............109

Figura 7.41 Detalle fractura longitudinal del concreto


Figura 7.42 Conos de rotura laterales en forma de “W”


Figura 7.43 Detalle rotura lateral (Bulones tipo Muro-recarga)...................................110

Figura 7.44 Detalle estado final del Bulón y del concreto


Figura 7.45 Curva comportamiento carga 1 y recarga (Bulones tipo Muro)...............111

Figura 7.46 Gráfica comparativa carga 1 y recarga (Bulones tipo Muro)....................111

Figura 7.47 Curva de prueba Sistema FPA-5 ( prueba 1)............................................113

Figura 7.48 Gráfica comparativa Sistema FPA-5 ( prueba 1)......................................114

Figura 7.49 Inicio prueba-reacomodamiento del montaje

(Sistema FPA-5 prueba 1)........................................................................115

Figura 7.50 Doblamiento platina perforada (Sistema FPA-5 prueba 1).....................115

Figura 7.51 Doblamiento componente superior del Anclaje

(Sistema FPA-5 prueba 1).........................................................................115

Figura 7.52 Estado final del Anclaje (Sistema FPA-5 prueba 1)...............................116

Figura 7.53 Tornillo roto por cortante (Sistema FPA-5 prueba 1).............................116

Figura 7.54 Curva de prueba Sistema FPA-5 ( prueba 2)............................................117

Figura 7.55 Gráfica comparativa Sistema FPA-5 ( prueba 2).......................................118

Figura 7.56 Inicio del ensayo ( Sistema FPA-5 prueba 2)...........................................118

Figura 7.57 Estado final del anclaje ( Sistema FPA-5 prueba 2).................................119

Figura 7.58 Detalle estado final del anclaje ( Sistema FPA-5 prueba 2).....................119

Figura 7.59 Estado final componente superior del anclaje

( Sistema FPA-5 prueba 2)........................................................................119

Figura 7.60 Curva comparativa Sistema FPA-5...........................................................120

Figura 7.61 Gráfica comparativa Sistema FPA-5.........................................................120

Figura 7.62 Tornillos utilizados en las pruebas FPA-5 ( fractura por corte)................121

Figura 7.63 Curva de prueba Platina Angular ( prueba 1)...........................................122

Figura 7.64 Gráfica comparativa Platina Angular ( prueba 1).....................................123

Figura 7.65 Inicio del ensayo ( Platina Angular prueba 1)...........................................123

Figura 7.66 Estado de la platina después de falla por cortante de

cabeza taco HILTI (Platina Angular prueba 1).....................................124

Figura 7.67 Estado concreto y taco HILTI después de retirado el anclaje

(Platina Angular prueba 1)........................................................................124

Figura 7.68 Cabeza taco HILTI fracturada a cortante

(Platina Angular prueba 1).......................................................................124

Figura 7.69 Curva de prueba Platina Angular ( prueba 2)...........................................126

Figura 7.70 Gráfica comparativa Platina Angular (prueba 2)......................................126

Figura 7.71 Inicio del levantamiento de la platina causado

por fuerza vertical (Platina Angular prueba 2).........................................127

Figura 7.72 Levantamiento de la platina causado por fuerza vertical


Figura 7.73 Fractura del concreto y desprendimiento de la platina


Figura 7.74 Desprendimiento de la platina y taco HILTI

(Platina Angular prueba2).........................................................................128

Figura 7.75 Estado final concreto fracturado (Platina Angular prueba 2)..................128

Figura 7.76 Curva de pruebas Platina Angular...........................................................129

Figura 7.77 Gráfica comparativa Platina Angular..........................................................130

LISTA DE TABLAS

Pag.

Tabla 3-1. Cuadro comparativo primera Cotización – precios unitarios sin IVA..........28

Tabla 4-1. Tabla de precios por kilo (Julio 2004)...........................................................54

Tabla 4-2. Cuadro resumen Cotización Final (Nov. 10-2003)-Fabricación....................55

Tabla 4-3. Cuadro resumen Cotización Final (Julio 16-2004)-Fabricación....................55

Tabla 4-4 . Proyección costo de fabricación unidad

al por mayor/1000 unidades (julio 2004)..................................................56

Tabla 4-5. Proporción precios material y mano de obra

respecto a precios de fabricación (Julio 2004)..............................................57

Tabla 4-6. Precios anclajes por kilo-acero común Extranjero (Julio 2004)....................59

Tabla 4-7. Precios anclajes por kilo-acero común Nacional (Julio 2004).......................59

Tabla 5-1. Cronograma Fundición Paneles Para Pruebas...............................................63

Tabla 5-2. Diseño de Mezcla - Cantidad de material por m3 .........................................64

Tabla 5-3. Características Material Cementante............................................................65

Tabla 5-4. Características Agua de la Mezcla................................................................65

Tabla 5-5. Características Arena Cemex ......................................................................65

Tabla 5-6. Características Grava ½”...............................................................................65

Tabla 5-7. Características del Aditivo usado en la Mezcla............................................66

Tabla 5-8. Resultados ensayos cilindros de concreto (primera fundición)....................74

Tabla 5-9. Resultados ensayos cilindros de concreto (segunda fundición)....................75

Tabla 5-10. Resultados ensayos cilindros de concreto (tercera fundición)......................76

Tabla 5-11. Cuadro resumen de tipos de paneles según anclaje a instalar.......................76

Tabla 7-1. Cuadro Resumen de Resultados finales......................................................131

Tabla 8-1. Cuadro resumen de conclusiones y recomendaciones específicas..............134

LISTA DE ANEXOS ANEXO 1 Resultados de pruebas a la tensión de algunos aceros ANEXO 2 Especificaciones técnicas de láminas HR o laminadas en caliente ANEXO 3 Cargas permisibles del Anclaje de Camisa de Acero al Carbón en Concreto ANEXO 4 Cargas últimas del Anclaje de Camisa de Acero al Carbón en Concreto

ICIV 2003 II 37

15

1 INTRODUCCION

1.1 ASPECTOS GENERALES

Este es un proyecto en el que están involucrados aspectos referentes al sector del acero

(cotización, fabricación, comparación de precios, etc.). Por lo tanto es indispensable dar

una visión general y actualizada del comportamiento de este sector; sin embargo, en

muchas de las estadísticas e información recopilada en libros, trabajos y revistas no se

cuenta con datos representativos de los últimos tres años.

La información presentada en los siguientes párrafos ha sido tomada de trabajos y

artículos que describen en gran medida el comportamiento general de la industria del

hierro y acero en los últimos años.

El acero es actualmente una de las materias primas más utilizadas en la industria

mundial. Algunos de los usos de este material van desde su utilización en forma de

moldes para la industria plástica, soportes en maquinaria automotriz, base fundamental

del sector de la construcción y principal materia prima en el sector metalmecánico1.

El sector del hierro y del acero se divide en dos grandes ramas, la metalurgia y la

metalmecánica.

1 Información tomada de Trabajo de evaluación de la cadena siderúrgica y metalmecánica en Colombia, para la negociación del alca (benchmarking de los principales subsectores con américa latina) [en línea]. Disponible en la base de datos de la Cámara Fedemetal de la ANDI. Bogotá, Julio 2002, p. 4 <www.andi.com.co/camaras> [Consulta: Abril 2004].

ICIV 2003 II 37

16

El sector metalúrgico abarca las siguientes industrias2:

• Industrias básicas de hierro y acero: producción de ferro níquel y sus derivados,

productos primarios en hierro y acero, barras y varillas, ángulos y perfiles, chapas de

hierro o acero laminada, galvanizada, palanquilla, etc.

• Industrias básicas de metales no ferrosos: recuperación y fundición del cobre,

aluminio, plomo, zinc, soldadura de estaño, latón, barras y perfiles de bronce.

La rama de la Metalmecánica esta constituida por los siguientes sectores3:

• Productos metálicos elaborados: molinos manuales, hojas de afeitar, máquinas de

afeitar, muebles metálicos para hogar y cocina, estanterías, ventanas, puertas, envases,

estructuras metálicas para edificaciones, etc.

• Maquinaria no eléctrica: motores (gasolina y diesel), turbinas (vapor, gas e

hidráulicas), maquinaria y equipo para la agricultura, para embotellar, empaquetar y

embalar, etc.

• Maquinaria eléctrica: Máquinas y aparatos eléctricos para la industria, equipos de

radio, televisión y telecomunicaciones, lavadoras, brilladoras, etc.

• Material y equipo de transporte: Fabricación de equipo ferroviario, construcción y

reconstrucción de embarcaciones, etc.

• Equipo profesional y científico: Aparatos de fotografía, relojes, instrumentos de

óptica, de medida y control, etc.

En el mundo la producción de acero está concentrada en 64 países, con una participación

del 98% en la producción mundial. Dicha producción llegó a 820.9 millones de

toneladas en el 2001y de 902 millones de toneladas en el 2003. De estos países hay cinco

en los que se encuentra concentrada mas del 50 % de la producción: China, Japón,

2 Ibíd, p. 4 3 Ibíd, p. 4

ICIV 2003 II 37

17

Estados Unidos, Rusia y Alemania. Cabe mencionar la participación de Corea, país que

en los últimos años se ha consolidado como un gran productor y exportador4.

A nivel Nacional este sector constituye una de las principales cadenas de la economía

con una alta participación dentro del Producto Bruto Industrial (13%) y en la generación

de empleo (12.5%)5.

En el 2002 la fabricación de acero en bruto llegó a 663.000 toneladas (1% de la

producción de América Latina)6.

En lo que va corrido del 2004 los precios del acero han aumentado aproximadamente un

22%7 mientras que los precios de la chatarra han experimentado un aumento del 95%8

en los últimos seis meses. Los 3 principales escenarios que han ocasionado estos

aumentos han sido9:

• La alta demanda del producto en los países asiáticos, Estados Unidos y Rusia

• Apertura de la importación de Acero de Brasil hacia los Estados Unidos

• La gran demanda de acero por parte China, impulsando también un alza en los fletes

marítimos.

Para efectos de este proyecto de grado, se pudo comprobar los cambios constantes en

los precios del material durante el proceso de las cotizaciones para la elaboración de las

piezas a ensayar.

4 Ibíd, p. 8 5 Ibíd, p. 3 6 Datos tomados del Artículo A precio de oro. Revista Dinero, Marzo 5 del 2004/No 200, p. 50 7 Tomado del Artículo Alza en precios del acero afectaría construcción [en línea]. Página de noticias de Iberoamérica empresarial. Feb. 2004. <http://www.iberoamericaempresarial.com/edicion/noticia/> [Consulta: Abril 2004]. 8 A precio de oro Op. Cit., p. 50 9 Alza en precios del acero afectaría construcción Op. Cit.

ICIV 2003 II 37

18

1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA

El desarrollo e implementación de los paneles en concreto arquitectónico para fachadas

en Colombia, junto con sus sistemas de fijación o de anclaje, surge ante la necesidad de

utilizar nuevos y eficaces procesos constructivos en la Ingeniería Civil y la

Arquitectura.

Entre las principales ventajas que ofrece este tipo de producto frente a otros, son la

rápida instalación, con la consiguiente disminución de los trabajos in situ, las grandes

posibilidades de composición gracias a la flexibilidad de los modelos y la gran variedad

de colores y texturas. Buscando ampliar la gama de alternativas en el mercado para la

construcción de fachadas flotantes, se ha pensado en implementar sistemas de fijación

en acero producidos en nuestro país para estas fachadas con las mismas características y

especificaciones que los fabricados y utilizados en Europa y EEUU. Siendo la

importación de estos sistemas de fijación un factor desfavorable económicamente y en

busca de implantar en el mercado un producto que cumpla con los requerimientos

técnicos, además de la viabilidad económica, se ha tomado como tema primordial de

este proyecto de grado un estudio inicial y general para este tipo de sistemas de anclaje

en acero, en el cual se ensayaran unas primeras piezas elaboradas con material y mano

de obra disponible en el país, dando así las primeras luces de la posible viabilidad de

elaborar estos productos a gran escala.

El alcance de este proyecto de grado no abarca aspectos económicos en lo referente a la

comercialización de estas piezas, ni al uso comercial de los diseños de las mismas; tan

solo es el primer paso en el largo proceso que sería la implementación en el mercado de

estos sistemas de anclaje a un nivel industrial de gran escala, sumado a los

requerimientos legales y técnicos presentes en este tipo de situaciones.

Todos los diseños de las piezas en estudio de este proyecto son diseños originales

pertenecientes a la empresa Alemana HALFEN-DEHA.

ICIV 2003 II 37

19

1.3 OBJETIVO GENERAL

Obtener mediante el estudio, ensayos y análisis, resultados que permitan certificar y

comprobar que mediante la utilización de anclajes fabricados con mano de obra

colombiana y material disponible en el país, pero de las mismas características de los

especificados por fabricantes extranjeros, se pueden obtener capacidades de resistencia

iguales, a precios potencialmente menores.

1.4 METODOLOGIA

Se evaluarán tres tipos de anclajes, considerados los más representativos y de mayor

utilización en la instalación de paneles de concreto prefabricado para fachadas:

• Bulón de Cabeza esférica

• Anclaje para atirantamiento. Tipo FPA – 5 (denominación dada por fabricante

HALFEN DEHA)

• Platinas Angulares

Dada la naturaleza del proyecto se seguirá la siguiente metodología:

• Contacto con empresas: En esta etapa se visitaran algunas empresas involucradas en

el mercado del acero y se harán unas cotizaciones iniciales.

• Diseño, dimensionamiento y fabricación: En esta etapa se harán los diseños finales de

los anclajes y se elaboraran con las dimensiones finales y precios convenientes.

• Ensayos: De acuerdo a los ensayos seleccionados se diseñaran las pruebas, y se harán

los montajes que sean necesarios para llevarlas a cabo.

• Resultados finales: En esta etapa se recopilaran los datos e información relevante

durante la ejecución de los ensayos.

• Conclusiones y recomendaciones: Aquí se darán a conocer los resultados y análisis

de los ensayos y del proyecto a nivel general.

ICIV 2003 II 37

20

2 ANCLAJES A EVALUAR

2.1 BULÓN CABEZA ESFÉRICA

Elemento forjado de acero redondo inoxidable, empleado en sistemas de anclaje y de

transporte. Utilizado para el manejo, desmolde e izaje del panel de concreto tanto en

planta como en obra. Se puede utilizar también para izaje de piezas prefabricadas como

placas, vigas, elementos de pared y tubos.

La longitud del anclaje depende de la distancia a los bordes o del concreto utilizado, si

es un muro de poco espesor y de concreto de escasa calidad, se utilizarán anclajes de

mayor longitud.

Fuente: www.deha.com

Figura 2.1 Ejemplo utilización de bulones de cabeza esférica

ICIV 2003 II 37

21

La geometría de estos bulones se ha diseñado de tal manera que la carga transmitida en

el concreto se efectúa sobre el pie del anclaje, esto se traduce en la posibilidad de que

anclajes cortos admitan grandes cargas (ver figura 2.2).

Figura 2.2 Transmisión de la carga sobre el pie del anclaje

Por medio de ensayos realizados en el Instituto para la construcción TH de Darmstadt10,

se concluyó que la falla para este tipo de bulones dentro de piezas de concreto tiene

forma de cono invertido partiendo desde el pie del anclaje11 (ver figura 2-3).

Figura 2.3 Cono de rotura

10 Manual Técnico Bulón DEHA Grupo 1- Anclajes para el transporte de prefabricados. DEHA, p. 9 11 Ibíd, p. 9

ICIV 2003 II 37

22

La instalación de estos anclajes se debe hacer durante el proceso de fundición del panel,

cubriendo la cabeza de los bulones con una protección removible en forma

semiesférica, esto con el fin de dejar el espacio suficiente para el gancho de agarre, el

cual cuenta también con forma semiesférica en su lado inferior. Una de las ventajas de

esta geometría en forma de media esfera aparece cuando ocurre tracción oblicua, aquí el

gancho se apoya sobre la cavidad del hormigón y transmite en forma directa la

componente horizontal de la carga12 (ver figura 2.4).

Figura 2.4 Transmisión de la carga horizontal sobre el concreto

Para efectos de este proyecto de grado, los bulones se clasificarán en tres tipos:

• Bulon Sistema placa 30º de apertura

• Bulon Sistema placa 60º de apertura

• Bulón Sistema Muro

12 Ibíd, p. 9

ICIV 2003 II 37

23

2.2 SISTEMA FPA-5

Sistema de anclaje especial en acero utilizado para la fijación de paneles a muros o

pantallas de concreto planas donde es imposible acceder por el lado interno del muro.

Este tipo de sistema de anclaje tiene la ventaja de permitir la instalación de protecciones

especiales (acústicas o de temperatura) entre la estructura y la fachada.


Figura 2.5 Ejemplo utilización sistema FPA-5

Este sistema de anclaje consta de dos elementos:

• Componente superior: Compuesto por una lámina perforada soldada a un vástago y

una lámina que se fija a la estructura. La lámina perforada con el vástago soporta

atornillada a la lámina que se instala sobre el muro o elemento estructural (ver figuras

2.6 y 2.7 ).

ICIV 2003 II 37

24

Fuente: www.deha.com (software FPA-Version 2.20 k)

Figura 2.6 Vistas principales componente superior FPA-5 (lámina perforada)


Figura 2.7 Vistas principales componente superior FPA-5 (lámina de soporte a la estructura)

ICIV 2003 II 37

25

• Componente inferior: Elemento en forma de “U” empotrado durante la fundida del

panel prefabricado. Se conecta al soporte superior mediante un taco de acero instalado

dentro de alguno de los orificios de la lámina perforada (ver Figura 2-8).


Figura 2.8 Componente inferior FPA-5 (Vistas principales)

2.3 PLATINA ANGULAR

Anclajes en acero utilizados para la fijación de los paneles cuando se puede acceder por

dentro.


Figura 2.9 Platinas angulares instaladas sobre canales

ICIV 2003 II 37

26

Tienen un perfil en “L”, por lo que están destinadas para el empalme de muros o

elementos prefabricados sobre un ángulo de 90º.

Este tipo de elemento posee un ojal en cada lado, el cual sirve para instalar el tornillo o

la pieza que asegura la platina al muro.


Figura 2.10 Platinas angulares instaladas sobre canales, detalle

ICIV 2003 II 37

27

3 CONTACTO CON EMPRESAS

Como parte de la metodología propuesta, inicialmente se realizaron visitas a diferentes

industrias del sector metalúrgico y metalmecánica (importadores, talleres de

metalmecánica, proveedores de acero), con el fin de conocer a escala general el

comportamiento del sector del acero, particularmente en Bogotá. Adicional a esto se

cotizó la elaboración de unas primeras muestras de las piezas en estudio suministradas

por Manufacturas de Cemento S.A.; todo con el fin de tener y comparar precios

preliminares ante la viabilidad de elaborar los anclajes con los diseños y dimensiones

finales. Las siguientes son las empresas que se contactaron o visitaron durante este

paso en el desarrollo del proyecto de grado:

• Mavimetal Ltda

• Corpoacero

• HBSadelec

• Aceral Ltda

• Polyuprotec S.A.

• Talleres Técnicos Colombianos

• Inox con Ltda

• Tecniburgos Ingeniería y Montajes Ltda

• I.S.T.M. Ingeniería

• Reyclo Ltda

• ABC aceros metales y afines Mantilla Vélez S.A.

• Industrias Herrera e hijos

• IMR Ltda

ICIV 2003 II 37

28

• INSOLMEC Ltda

• Industrias Velasco

• Mecánica Industrial Víctor Rubiano M.

• Talleres el Industrial

Como problema principal que se presentó durante la etapa de cotizaciones fue la

renuencia por parte de las empresas para elaborar las piezas, ya que consideraban

complicada la elaboración por la particularidad de los diseños; sin embargo estas fueron

las empresas que aceptaron cotizar:

EMPRESA MATERIAL

FPA-5 Compon.

Sup.

FPA-5 Compon.

Inf. BULON PLATINA

ANGULAR TOTAL

INOX CON LTDA

ACERO INOXIDABLE

304 $240,000

MAVIMETAL

ACERO INOXIDABLE

304 $25,000 $41,700 $7,950 $35,200 $109,850

ISTM INGENIERIA

ACERO INOXIDABLE

304 $52,000 $38,000 $34,000 $124,000

TECNIBURGOS ACERO AL

CARBON A-36 NO LA HACEN

NO LA HACEN

NO LA HACEN $42,000 $42,000

MECANICA INDUSTRIAL

VICTOR RUBIANO A-36/ 304 $45,000 $40,000 $12,000 $40,000 $137,000

Tabla 3-1. Cuadro comparativo primera Cotización – precios unitarios sin IVA

ICIV 2003 II 37

29

4 DIMENSIONAMIENTO Y FABRICACIÓN

En este capítulo están consignados los pasos seguidos para dimensionar los diferentes

tipos de anclajes de estudio en este proyecto de grado, además se da la información de

los precios finales y materiales utilizados en la fabricación.

4.1 DIMENSIONAMIENTO DE ANCLAJES

Teniendo en cuenta que estos sistemas de anclaje son nuevos en el país, se tomó como

referencia para el dimensionamiento de los mismos los pasos y recomendaciones

consignados en los manuales de sistemas de anclajes suministrados por la empresa

HALFEN –DEHA.

También es necesario tener en cuenta que los tres tipos de anclajes se dimensionaran

para un caso real, en este caso paneles de concreto armado de espesor igual a 0,096 m

con las siguientes dimensiones (Figura 4.1) y especificaciones:

• Peso específico: 215 Kg / m2 = 2336,95 Kg/ m3

• Alto: 2,45 m

• Largo: 3,50 m

• Peso propio del panel: 215 Kg/ m2 x 2,45 m x 3,50 m = 1843,62 Kg

ICIV 2003 II 37

30

Figura 4.1 Dimensiones de panel caso real de dimensionamiento

4.1.1 Bulón Cabeza Esférica

Para el dimensionamiento de este tipo de anclajes se siguieron los pasos consignados en

el manual técnico de la empresa HALFEN-DEHA. Hay que diferenciar inicialmente los

tipos de sistemas estructurales de acuerdo a la disposición de los anclajes sobre el panel

de prueba, entre mayor sea la apertura, mayor será la carga sobre los anclajes y sobre el

medio de elevación. Se recomienda en los manuales aperturas no mayores a 90º y se

prohíben las de 120º :

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31

• Sistema placa 30° de apertura

Figura 4.2 Esquema Sistema placa 30° de apertura

• Sistema placa 60° de apertura

Figura 4.3 Esquema Sistema placa 60° de apertura

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32

• Sistema muro

Figura 4.4 Esquema Sistema Muro

Una vez fabricados los anclajes, se ubican simétricamente respecto al centro de

gravedad del panel, esto con el fin de evitar cargas mayoradas en alguno de los anclajes.

Los factores13 que se tuvieron en cuenta para el dimensionamiento de este tipo de

anclajes fueron los siguientes:

• Peso del prefabricado (G)

• Cantidad de anclajes (n)

• Angulo de apertura (ω) 13 Los factores tenidos en cuenta son los tomados de las tablas de los manuales técnicos HALFEN-DEHA

ICIV 2003 II 37

33

• Factor de choque (ψ)

• Tiro oblicuo

• Fuerzas de tracción en los anclajes (Z)

4.1.1.1 Sistema Placa 30° De Apertura

• Peso del prefabricado (G):

G = 1843,62 Kgf ≅ 1,85 tonf

• Cantidad de anclajes (n):

Se instalarán cuatro anclajes por panel sólo como supuesto para el dimensionamiento.

Se supone también que no hay vigas de reparto de carga, por lo tanto se tomará como

un sistema estáticamente indeterminado: Sólo dos de los anclajes cargan. n=2

• Ángulo de apertura (ω):

En este sistema indeterminado se asumió un ángulo menor o igual a 30° por lo que el

factor del ángulo de apertura ω =1,04.

• Factor de choque (ψ):

Es un factor determinado por el medio de elevación; en este caso se supuso una grúa

giratoria. Luego Factor de choque ψ = 1,3

• Tiro oblicuo:

En caso de tiro oblicuo la fuerza horizontal resultante se transmite directamente sobre

el concreto, en nuestro caso de estudio la superficie del panel es lo suficientemente

grande y no es necesaria una disminución de la carga admisible.

ICIV 2003 II 37

34

• Fuerzas de tracción en los anclajes (Z):

La fuerza de tracción Z, esta determinada por la siguiente fórmula 14

Z = G x ω x ψ / n

Luego,

Z = 1,85 tonf x 1,04 x 1,3 / 2 = 1.25 tonf / anclaje

• Elección de las medidas de cada uno de los anclajes

Teniendo como referencia la tabla 9 del manual, se optará por un anclaje 6000-1,3-

005015 , el cual tiene las siguientes especificaciones:

- Espesor mínimo del panel: 7,0cm < 9,6cm

- Distancia al borde: mayor o igual a 18 cm

- Longitud del anclaje: 5,0 cm

- Carga admisible por anclaje: 1 tonf

Figura 4.5 Diseño en milímetros Bulón 30º de apertura

14 Esta fórmula es la usada en los manuales técnicos HALFEN-DEHA 15 Referencia dada por la empresa HALFEN-DEHA

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35

4.1.1.2 Sistema Placa 60° De Apertura


G = 1843,62 Kgf ≅ 1,85 tonf


Se instalarán cuatro anclajes por panel sólo como supuesto para el dimensionamiento.

Se supone también que no hay vigas de reparto de carga, por lo tanto se tomará como

un sistema estáticamente indeterminado: Sólo dos de los anclajes cargan. n=2


En este sistema indeterminado se asume un ángulo menor o igual 60° por lo que el

factor del ángulo de apertura será ω =1,16.


Es un factor determinado por el medio de elevación. Luego Factor de choque ψ = 1,3

• Tiro oblicuo:

En caso de tiro oblicuo la fuerza horizontal resultante se transmite directamente sobre

el concreto, en nuestro caso de estudio la superficie del panel es lo suficientemente

grande y no es necesaria una disminución de la carga admisible.


La fuerza de tracción Z, esta determinada por la siguiente fórmula

Z = G x ω x ψ / n

Luego,


ICIV 2003 II 37

36

• Elección de las medidas de cada uno de los anclajes

Teniendo como referencia la tabla 9 del manual, se optó por un anclaje 6000-2-0075,

con las siguientes especificaciones:

- Espesor mínimo: 9,6cm

- Distancia del borde: mayor o igual a 25,8 cm

- Longitud del anclaje: 7,5 cm


Figura 4.6 Diseño en milímetros Bulón 60º de apertura

ICIV 2003 II 37

37

4.1.1.3 Sistema Muro


G = 1843,62 Kgf ≅ 1,85 tonf


En este sistema tipo placa se cuenta con dos ramales de elevación. La carga total se

transmite a los dos anclajes n=2


En este sistema se asume un ángulo de apertura de menor o igual a 60° por lo que el

factor del ángulo de apertura será ω =1,16


Se utilizará siempre el mismo medio de elevación.

Factor de choque ψ = 1,3

• Tiro oblicuo:

Este tipo de anclaje de cabeza esférica se empotra en el concreto en una cavidad

semiesférica. En caso de tiro oblicuo la fuerza horizontal resultante se transmite

directamente sobre el concreto, en nuestro caso de estudio la superficie del panel es lo

suficientemente grande y no es necesaria una disminución de la carga admisible.


La fuerza de tracción Z, esta determinada por la siguiente fórmula

Z = G x ω x ψ / n

Luego,


ICIV 2003 II 37

38

• Elección de las medidas del anclaje

Teniendo como referencia la tabla 8 del manual, se optará por un anclaje 6000-2-

0140, el cual tiene las siguientes especificaciones:

- Espesor mínimo del panel: 9,6 cm

- Longitud del anclaje: 14 cm


Figura 4.7 Diseño en milímetros Bulón tipo Muro

ICIV 2003 II 37

39

4.1.2 Sistema Fpa-5

Para el dimensionamiento del sistema FPA-5 se tomaron como referencia los manuales

de instalación de HALFEN-DEHA y el software FPA-Version 2.20 k el cual se

encuentra para libre uso en la página de la empresa HALFEN-DEHA.

El caso en estudio se hizo para un panel ubicado en el último piso de un edificio de

altura menor o igual a 100 m (Figura 4-8) con los anclajes instalados a un 1/5 de L = 350

cm, a 7 cm desde el borde superior del anclaje al borde del panel (Figura 4-9) y una

distancia b=10 cm de separación entre el panel y la estructura.

Figura 4.8 Localización del panel en el edificio (caso real de dimensionamiento)

Figura 4.9 Ubicación Anclajes FPA-5 (caso real de dimensionamiento)

ICIV 2003 II 37

40

Las especificaciones del panel están dadas en el numeral 4.1 de este capítulo.

Por falta de ejemplos reales de instalación y de falta de información suministrada en los

manuales, se optó por utilizar el programa de cálculo; sin embargo, es un programa con

énfasis a la venta de sistemas de anclaje FPA-5 junto con cuatro espaciadores-

niveladores de la misma marca que cumplen la función de mantener paralelo y a la

misma distancia los paneles arquitectónicos de la estructura. Ya que el sistema en

estudio es el FPA- 5 y no lo espaciadores-niveladores, los datos dados de las distancias

de los espaciadores l2, l3 , ho, hu (Figura 4-10) se supusieron.. En gran parte se tomó

esta decisión técnica teniendo en cuenta que las fuerzas aplicadas sobre estos

espaciadores es muy poca en comparación a la carga aplicada sobre los anclajes FPA-5.

Figura 4.10 Datos Iniciales software de dimensionamiento FPA-Version 2.20 k

ICIV 2003 II 37

41

El software arroja como resultados los tipos de Anclajes FPA-5 que son necesarios para

este tipo de dimensiones, además suministra los datos de las fuerzas actuantes sobre los

anclajes. Por medio de diferentes pruebas con el software, al variar las distancias de los

espaciadores pero siempre menor a 70 cm, se obtenían siempre como resultado, dos

anclajes FPA-5 referencia FPA-5-G-11,5-10016, con capacidad de carga de 11,5 kN.

Figura 4.11 Resultados software de dimensionamiento FPA-Version 2.20 k

Como se observa en las Figura 4-11, Rz = 10.63 kN es la mayor carga aplicada al

anclaje y es precisamente la carga a tensión sobre el mismo. Para efectos de las pruebas,

16 Referencia dada por la empresa HALFEN-DEHA

ICIV 2003 II 37

42

la carga que se medirá sobre los anclajes y que se espera que resista como mínimo es la

del anclaje(11,5kN), ya que es un valor que lleva implícito un coeficiente de seguridad.

4.1.2.1 Fuerza sísmica

En caso de sismo, la fuerza sísmica que soporta un edificio se transmite directamente al

sistema de anclaje y al panel de fachada, por lo tanto será conveniente medir la

capacidad de respuesta de este sistema de Anclaje FPA a la demanda sísmica de

diferentes edificios en Bogotá.

Este análisis tomará como referencia las curvas de demanda sísmica de tres edificios

típicos de pórticos de concreto rellenos con mampostería no reforzada, ubicados en

diferentes zonas sísmicas de Bogotá17 :

• Edificio de tres pisos (Altura aproximada de 8 mts)

• Edificio de siete pisos (Altura aproximada de 24 mts)

• Edificio de trece pisos (Altura aproximada de 36 mts)

El parámetro principal para la medición de esta respuesta sísmica será la aceleración

absoluta Aabs que es la acelereación horizontal durante el sismo, expresada en % de la

aceleración de la gravedad.

Como paso inicial, es necesario calcular la aceleración horizontal sobre el sistema

anclaje-panel de acuerdo a la instalación sobre la estructura del edificio (Figura 4-12),

teniendo en cuenta las siguientes variables:

• g, gravedad (9,81 m/s2 )

• m, masa del Panel (1850 Kg)

• a, aceleración horizontal (incógnita)

17 CARRILLO, Wilmer y REYES, Juan Carlos. Modelación del comportamiento inelástico de pórticos de concreto con mampostería no reforzada Trabajo de investigación, Universidad de los Andes, Bogotá, 2004, p. 7

ICIV 2003 II 37

43

• F, Fuerza última que teóricamente resistiría el sistema anclaje-panel

(11,5kN/1anclaje) y (23kN/2anclajes)

Para este punto se tomará el valor de 23kN ya que el dimensionamiento se hizo para un

panel con dos anclajes. Más adelante se verá que para la viabilidad de las pruebas, se

ensayaron paneles de prueba con un solo anclaje FPA-5 instalado.

Figura 4.12 Diagrama de fuerzas Sistema FPA-5 (caso real)

luego,

,

,

,

,

ICIV 2003 II 37

44

Una vez obtenido el valor de a, se ubica en el eje Aabs y de ahí se puede dar una idea

aproximada de las alturas máximas recomendables para ubicar el panel con el anclaje

dependiendo de la zona sísmica. La descripción de cada zona sísmica en Bogotá, está

dada por los estudios de microzonificación sísmica de Bogotá18. Se ve que la zona 2

(color verde) es la de mayor riesgo, ya que para poca altura se presenta un valor de

aceleración alto, mientras que este mismo valor de aceleración se presenta en la zona 4,

de menor riesgo (color amarillo), a una altura mayor, permitiendo edificios más altos en

esa zona.

El hecho de contar con un valor aproximado de a, abre la puerta a especificaciones más

precisas de las características y alturas de ubicación de estos Anclajes, siempre bajo el

supuesto que las pruebas de laboratorio arrojen resultados satisfactorios de carga.

Fuente: CARRILLO, Wilmer y REYES, Juan Carlos. Modelación del comportamiento inelástico de pórticos de concreto con

mampostería no reforzada Trabajo de investigación, Universidad de los Andes, Bogotá, 2004, p. 7

Figura 4.13 Demanda sísmica-Edificio de 3 pisos

18 ALCALDIA MAYOR DE BOGOTÁ D.C. Decreto 074: “Microzonificación Sísmica de la Ciudad de Bogotá D.C”.

Bogotá D.C. Enero 30 de 2001.

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45







ICIV 2003 II 37

46

4.1.2.2 Medidas Anclaje

Las medidas de los anclajes FPA-5 para 11,5 kN se tomaron de las siguientes Figuras

tomadas de los archivos del Programa de cálculo FPA-Version 2.20 k:

• Componente Superior (Lámina de soporte a la estructura)


Figura 4.16 Dimensiones en milímetros para componente superior FPA-5 (Lámina

soporte a la estructura)

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47

• Componente Superior (Lámina perforada)


Figura 4.17 Dimensiones en milímetros para componente superior FPA-5 (Lámina

perforada)

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48

• Componente inferior


Figura 4.18 Dimensiones en milímetros para componente inferior FPA-5

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49

4.1.3 Platina Angular

En el caso de la platina angular para el empalme de paneles prefabricados no se tiene

algún dato sobre dimensionamiento ni cargas admisibles para este tipo de elementos, así

que para los montajes y ensayos de las piezas se trabajará tomando como base una pieza

suministrada por MANUFACTURAS DE CEMENTO S.A. y las dimensiones de una

pieza ejemplo dadas en los manuales de Perfiles Halfen para empotrar en hormigón y

accesorios. En la siguiente figura se muestran las dimensiones finales de la platina

angular que se fabricará:

Figura 4.19 Dimensiones en milímetros para platina angular

ICIV 2003 II 37

50

En casos reales se utilizan dos platinas para sostener paneles de fachada de dimensiones

aproximadas a las del panel tomado como base en el dimensionamiento de los anclajes

(Masa = 1.85 t). Para los dimensionamientos de las piezas, se espera entonces como

carga admisible mínima para cada platina la mitad de esta masa, aproximadamente 0.93t

de carga.

4.2 DIMENSIONAMIENTO PANELES DE PRUEBA Para la propuesta de realizar los ensayos de los anclajes sobre paneles de prueba y no

sobre muros reales, para los cuales fueron dimensionados, se tomaron en cuenta los

siguientes factores:

• A nivel económico, el montaje con muros de tamaño real habría sido muy costoso por

los elementos involucrados para el montaje ( ayudantes, rampas de soporte, etc).

• El transporte de los muros habría necesitado de vehículos especiales como camiones

o montacargas

• Los resultados de las pruebas con muros reales habrían sido similares a los obtenidos

con paneles de prueba, ya que las áreas de afectación de los anclajes no incluyen la

totalidad del área de los muros.

Las dimensiones de los paneles de pruebas se tomaron en concordancia con las

dimensiones de la Máquina de pruebas MTS y de las herramientas disponibles para los

montajes de los paneles sobre la Máquina de pruebas MTS.

Los siguientes son los esquemas de las dimensiones de los paneles de prueba y la

ubicación de los anclajes en ellos.

ICIV 2003 II 37

51

4.2.1 Paneles Para Bulón Cabeza Esférica En todos los paneles destinados para las pruebas con Bulones de Cabeza Esférica se

instalarán dos Bulones por panel, por lo tanto la carga admisible durante los ensayos será

la suma de las cargas de los dos bulones presentes en cada panel

4.2.1.1 Sistema Placa 30º De Apertura

Figura 4.20 Diseño panel de prueba Bulón 30º de apertura

4.2.1.2 Sistema Placa 60º De Apertura

Figura 4.21 Diseño panel de prueba Bulón 60º de apertura

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52

4.2.1.3 Sistema Muro

Figura 4.22 Diseño panel de prueba Bulón tipo Muro

4.2.2 Paneles Para Sistema FPA-5

Figura 4.23 Diseño panel de prueba Sistema FPA-5

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53

4.2.3 Paneles Para Platina Angular

Figura 4.24 Diseño panel de prueba Platina Angular

4.3 FABRICACION Y COSTOS DE LOS ANCLAJES En esta parte del capítulo se hace referencia a los precios finales de fabricación de los

anclajes. Se debe tener en cuenta que al ser una cantidad pequeña de anclajes los precios

de fabricación son muy elevados comparados con una potencial fabricación al por

mayor de los mismos. Estos precios tan elevados van directamente relacionados con la

mano de obra en donde procesos como fresado, troquelado o torneado implican al

fabricante un gasto significativo de maquinaria para pocas unidades fabricadas. Según el

fabricante al que se le encomendó la elaboración de las piezas, el costo de la mano de

obra en fabricaciones al por mayor se puede reducir hasta en un 40% dependiendo de la

cantidad.

Adicional a esto se hace una comparación de los precios por kilo de los anclajes a nivel

nacional e importado.

ICIV 2003 II 37

54

La siguiente es una tabla resumen de precios por kilo y características específicas de los

anclajes que se fabricaron:

Tipo Anclaje Material

Peso unitario

del material (kN/m3)

Volumen del

anclaje und. (m3)

Masa del

anclaje und. (Kg)

Valor promedio

Kilo de material sin IVA

($) *

Valor promedio

Kilo de material con IVA

($)

Costo und. anclaje por

kilo utilizado-sin IVA ($)


kilo utilizado-

con IVA ($)

ma VPK VPKiva ma * VPK ma* VPKivaBULON

CABEZA ESFERICA

Apertura 30º 6.00E-06 0.046 148.64 172.42 Apertura 60º 1.50E-05 0.119 384.51 446.04

Muro

Acero 1045 (redondo) 76.5

2.50E-05 0.194 3231.21 3748.20

626.85 727.15

SISTEMA FPA-5

Acero 304 (lámina) 76.0 1.70E-04 1.320 9463.71 10977.90 12492.09 14490.83

PLATINA

ANGULAR Acero A-36

(lámina) 79.3 1.80E-04 1.460 2599.57 3015.50 3795.37 4402.63

* El valor promedio por kilo de cada material es un dato aproximado de los precios suministrados por distribuidores y vendedores en Bogotá a Julio del 2004.

Tabla 4-1 . Tabla de precios por kilo (Julio 2004)

4.3.1 Precios De Fabricación

Una vez dimensionados todos los anclajes y decidida la cantidad de anclajes a ensayar,

se encargó la fabricación de todas las piezas a la empresa MECANICA INDUSTRIAL

VICTOR RUBIANO, esto teniendo en cuenta los precios, la disponibilidad de fabricar

todas las piezas y que algunas de las otras empresas después de haber dado una

cotización, dieron su negativa de fabricar los anclajes. A diferencia de la primera

cotización, los precios variaron ya que en el dimensionamiento final los anclajes

ICIV 2003 II 37

55

aumentaron de dimensión respecto a las piezas que originalmente sirvieron de base para

una primera cotización.

A continuación se presenta en la tabla 4-2 el resumen de los anclajes fabricados,

cantidad, precios y material utilizado a noviembre 10 del 2003. En la tabla 4-3 se

muestra la misma cotización con precios a Julio 6 del 2004. El aumento aproximado del

total fue de 24%.

Tipo Anclaje Material Cantidad Precio

Unitario Precio total

por tipo BULON CABEZA ESFERICA

Apertura 30º 4 $ 15,000 $ 60,000 Apertura 60º 4 $ 15,000 $ 60,000

Muro Acero 1045

2 $ 15,000 $ 30,000

SISTEMA FPA-5 Acero 304 2 $ 110,000 $ 220,000

PLATINA ANGULAR Acero A-36 4 $ 60,000 $ 240,000 total sin IVA $ 215,000 $ 610,000 + IVA $ 34,400 $ 97,600 TOTAL + IVA $ 249,400 $ 707,600

Tabla 4-2 . Cuadro resumen Cotización Final (Nov.10-2003)-Fabricación

Tipo Anclaje Material Cantidad Precio

Unitario Precio total

por tipo BULON CABEZA ESFERICA

Apertura 30º 4 $ 20,000 $ 80,000 Apertura 60º 4 $ 20,000 $ 80,000

Muro Acero 1045

2 $ 20,000 $ 40,000

SISTEMA FPA-5 Acero 304 2 $ 150,000 $ 300,000

PLATINA ANGULAR Acero A-36 4 $ 65,000 $ 260,000 total sin IVA $ 275,000 $ 760,000 + IVA $ 44,000 $ 121,600 TOTAL + IVA $ 319,000 $ 881,600

Tabla 4-3 . Cuadro resumen Cotización Final (Julio 6-2004)-Fabricación

ICIV 2003 II 37

56

En la tabla 4-4 se exponen los costos de fabricación proyectando una fabricación al por

mayor de 1000 unidades, lo que disminuiría el costo de la mano de obra

aproximadamente 40%.


Costo und.

anclaje fabricado -sin IVA

($)

Costo material utilizado

por anclaje-sin

IVA ($)

Costo mano de obra und.

($)

Costo mano de obra und.

al por mayor/1000

unidades ($)

Nuevo costo und.

anclaje fabricado-

sin IVA ($)

Nuevo costo und.anclaje fabricado-con IVA ($)

mano de obra +

material mo mo - 40%mo

mano de obra (al

por mayor) + material

Precio unitario

BULON CABEZA

ESFERICA

Apertura 30º 20000 148.64 19851.36 11910.82 12059.45 13988.97 Apertura 60º 20000 384.51 19615.49 11769.29 12153.81 14098.41

Muro

Acero 1045

(redondo) 20000 626.85 19373.15 11623.89 12250.74 14210.86

SISTEMA FPA-5

Acero 304

(lámina) 150000 12492.09 137507.91 82504.74 94996.84 110196.33

PLATINA ANGULAR

Acero A-36

(lámina) 65000 3795.37 61204.63 36722.78 40518.15 47001.05

total 199495.62

Tabla 4-4 . Proyección costo de fabricación unidad al por mayor/1000 unidades (julio

2004)

En la siguiente tabla 4-5 se puede comparar la proporción de los precios de material y

mano de obra dentro del precio total de fabricación de cada anclaje, notándose que en

porcentaje, el costo del material es muy bajo (valores abajo del 10%) contrario al costo

ICIV 2003 II 37

57

de la mano de obra (valores por encima del 90%); esto respecto al precio total de

fabricación de cada anclaje.


Costo und.anclaje fabricado-sin IVA ($)

CAF

Costo material utilizado

por anclaje-

sin IVA ($) cma

Porcentaje respecto a

CAF (%)

Costo mano de obra($)

CAF-cma

Porcentaje respecto a

CAF (%)

BULON CABEZA

ESFERICA

Apertura 30º 20000 148.64 0.74 19851.36 99.26 Apertura 60º 20000 384.51 1.92 19615.49 98.08

Muro

Acero 1045

(redondo) 20000 626.85 3.13 19373.15 96.87

SISTEMA FPA-5

Acero 304 (lámina) 150000 12492.09 8.33 137507.91 91.67

PLATINA ANGULAR

Acero A-36

(lámina) 65000 3795.37 5.84 61204.62 94.16

Tabla 4-5 . Proporción precios material y mano de obra respecto a precios de

fabricación (julio 2004)

4.3.2 Comparación Precios Por Kilo Nacional y Extranjero Parte importante de este proyecto de grado es la comparación de los precios por kilo de

acero en el mercado nacional (en este caso Bogotá) y en el mercado Internacional.

Teniendo en cuenta que estos anclajes son de origen Alemán, el precio por kilo de acero

se ha tomado en euros y es el precio del acero común en el mercado europeo con las

siguientes propiedades19 y características:

19 Los valores de las propiedades son aproximados, tomando como base los valores encontrados en tablas dentro de la bibliografía utilizada.

ICIV 2003 II 37

58

• Resistencia de fluencia Sy: Aproximadamente 40 kpsi

• Resistencia última Su: Aproximadamente 60 kpsi

• Peso unitario w: 76.5 kN/m3

• Precio por Kilo20: 2.04 euros/kilo en Barcelona

En las siguientes tablas se presentan los precios por kilo de los anclajes con acero

nacional y con acero extranjero, al cual se le deben incrementar los costos21 de arancel

(15%) y transporte (8%). Para una comparación más precisa, el precio aproximado por

kilo de acero nacional será el promedio de los precios por kilo de los tres tipos de acero

utilizados en la fabricación de los anclajes (tabla 4-1). Está suposición se valida

partiendo del hecho de que estos tres tipos de acero son de uso común y de fácil

adquisición en el mercado. Por lo tanto, estos serán los valores tomados como referencia

para este cuadro comparativo:

• Valor del Euro: $3311.75 TRM

• Precio del kilo de acero extranjero: 2.04 euros o $6755.97

• Precio del kilo de acero extranjero + arancel(15%) + transporte(8%):

$6755.97 + $1013,40 + $ 540.47: $8309.84

• Precio del kilo de acero Nacional sin IVA (promedio precios kilo acero

A-36, 304 Y 1045): $5098.16

• Precio del kilo de acero Nacional con IVA (promedio precios kilo acero

A-36, 304 Y 1045): $5913.86

20 El precio por kilo en euros fué suministrado por Manufacturas de Cemento S.A.. 21 Porcentajes suministrados por Manufacturas de Cemento S.A..

ICIV 2003 II 37

59

Tipo Anclaje

Masa del

anclaje und. (Kg)

Valor promedio

Kilo de acero

extranjero ($)

Valor promedio Kilo de acero extranjero +arancel+transporte

($)

Costo und.

anclaje por kilo de

acero extranjero-sin fletes

($)


kilo de acero extranjero+

arancel+ transporte ($)

ma VPI VPItaxes ma*VPI ma*VPItaxesBULON CABEZA

ESFERICA Apertura 30º 0.046 310.77 382.25 Apertura 60º 0.119 803.96 988.87

Muro 0.194 1310.66 1612.11

SISTEMA FPA-5 1.32 8917.88 10968.99

PLATINA

ANGULAR 1.46

6755.97 8309.84

9863.72 12132.37 total 26084.59 Tabla 4-6 . Precios anclajes por kilo-acero común Extranjero (Julio 2004)

Tipo Anclaje

Masa del

anclaje und. (Kg)

Valor promedio

Kilo de acero

Nacional sin IVA ($)

Valor promedio

Kilo de acero

Nacional con IVA

($)


kilo de acero

Nacional-sin IVA ($)


kilo de acero

Nacional-con IVA ($)

ma VPK VPKiva ma*VPK ma*VPKiva BULON CABEZA

ESFERICA Apertura 30º 0.046 234.52 272.04 Apertura 60º 0.119 606.68 703.75

Muro 0.194 989.04 1147.29

SISTEMA FPA-5 1.32 6729.57 7806.30

PLATINA

ANGULAR 1.46

5098.16 5913.86

7443.31 8634.24 total 18563.61

Tabla 4-7 . Precios anclajes por kilo-acero común Nacional (Julio 2004)

ICIV 2003 II 37

60

5 PROCESO CONSTRUCTIVO

Como paso preliminar a los ensayos en el laboratorio se realizó la fundición de los

paneles de prueba. Este proceso de fundición de los paneles se realizó en la planta de

Manufacturas de Cemento S.A.. Todos los materiales, al igual que el diseño de Mezcla

del Concreto fueron posibles gracias a la Dirección de Calidad de Manufacturas de

Cemento S.A..

La metodología implementada ha sido resumida de la siguiente forma:

• Preparación e instalación de formaletas

• Preparación superficie con antiadherente (figura 5.1)

Figura 5.1 Aplicación líquido antiadherente

ICIV 2003 II 37

61

• Ubicación de las mallas de refuerzo con separadores ( Figura 5.2)

Figura 5.2 Ubicación mallas de refuerzo

• Instalación de los anclajes que necesiten ser instalados in situ (ver cap. 5.2

METODOLOGIA DE INSTALACIÓN )

• Llenado de las formaletas con la mezcla y toma de cilindros (Figura 5.3)

Figura 5.3 Toma de cilindros

ICIV 2003 II 37

62

• Método de vibrado con vibrador de aguja ( Figura 5.4)

Figura 5.4 Vibrado de la mezcla

• Acabado final ( Figura 5.5)

Figura 5.5 Acabado de los paneles

ICIV 2003 II 37

63

• Desmolde paneles y retiro protectores de icopor de las cabezas de bulones (Figura

5.6 )

Figura 5.6 Retiro de Formaletas y protectores de icopor

En total se elaboraron nueve paneles de concreto para las pruebas y se fundieron tres

paneles por día (ver Tabla 5-1).

Paneles fundidos para Bulones FECHA

30º 60º Muro

Paneles Fundidos

Para Sistema FPA-5

Paneles Fundidos

Para Platinas

TOTAL

PANELES

POR DIA

18-02-2004 … 1 1 1 … 3

20-02-2004 … 1 … 1 1 3

21-02-2004 2 … … … 1 3

TOTAL PANELES 9

Tabla 5-1. Cronograma Fundición Paneles Para Pruebas.

ICIV 2003 II 37

64

5.1 DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO

Para el diseño de la mezcla de concreto a utilizar en los paneles de prueba se seleccionó

el diseño estándar para concreto de 3000 psi a 14 días, de color gris y doble malla de

refuerzo de 5 mm de diámetro separada cada 15 cm.

A continuación se muestra un cuadro con el diseño de la mezcla suministrado por la

Dirección de Calidad:

MATERIAL VOLUMEN (lt/m3) PESO (Kg/m3)

Cemento 96.15 300

Agua 180 180

Aire 20 …

Rheobuil 2.48 0.99

Arena Cemex 383.66 966.82

Grava 1/2" 320.26 791.04

Total Agregados 703.92 1757.86

TOTAL … 2238.8

Tabla 5-2. Diseño de Mezcla - Cantidad de material por m3 .

Las características de estos materiales se encuentran recopiladas en las siguientes tablas

suministradas también por la Dirección de Calidad:

ICIV 2003 II 37

65

• Material Cementante:

TIPO III

Cuantía (Kg/m3) 300

Densidad (g/cm3) 3.12

Tabla 5-3. Características Material Cementante

• Agua:

Rel (a/c) 0.6

Cuantía 180

Densidad (g/cm3) 1

Tabla 5-4. Características Agua de la Mezcla

• Aire: 2%

• Arena Cemex:


Humedad (%) 9.64

Absorción 1.11

Tabla 5-5. Características Arena Cemex

• Grava ½”:


Humedad (%) 4.82

Absorción 2.38

Tabla 5-6. Características Grava ½”

ICIV 2003 II 37

66

• Aditivo:

Rheobuil 1000

Densidad 0.4

Dosis 0.33%

Tabla 5-7. Características del Aditivo usado en la Mezcla

5.2 METODOLOGIA DE INSTALACIÓN A continuación se muestran los detalles de la instalación de los tres tipos de sistemas de

anclaje. Los criterios usados en este proceso de instalación se tomaron de la metodología

planteada en los manuales técnicos. También se tomaron criterios propios al no tener

ejemplos reales claros sobre la instalación ni sobre algunos elementos involucrados

dentro de este proceso.

En el caso de los bulones de cabeza esférica, la instalación se realizó durante la

fundición quedando empotrados dentro de los paneles (2 bulones por panel). Para el

sistema de anclaje FPA-5, se instalaron los componentes inferiores durante la fundición,

tal como lo exigen los manuales de instalación HALFEN-DEHA. En el caso de las

platinas angulares se fundieron dos muros y una vez terminado el proceso de fundición

se instalaron las platinas.

5.2.1 Bulón Cabeza Esférica

Para los tres tipos de Bulones estudiados en este proyecto( apertura 30º, apertura 60º y

sistema muro), la instalación se realizó siguiendo la misma metodología:

ICIV 2003 II 37

67

• Como primer paso se forran las cabezas de los bulones con alguna protección

semiesférica removible. En este caso se utilizaron protecciones de icopor sellados

con silicona (Figura 5.7).

Figura 5.7 Protecciones semiesféricas removibles para bulones

• Una vez ubicadas las mallas de refuerzo, se amarran lo bulones de tal forma que

queden ubicados de acuerdo a las distancias planeadas y que la cara plana de las

protecciones en icopor queden al mismo nivel de la superficie ( Figuras 5.8, 5.9 y

5.10)

Figura 5.8 Bulones tipo muro instalados

ICIV 2003 II 37

68

Figura 5.9 Bulones tipo apertura 60º instalados

Figura 5.10 Bulones tipo apertura 60º instalados (detalle)

ICIV 2003 II 37

69

• Posteriormente se realizaron los procesos de llenado, vibrado, acabado y retiro de

formaletas. En las Figuras 5.11, 5.12 y 5.13 se muestran detalles de los bulones ya

instalados sobre los paneles de pruebas:

Figura 5.11 Panel de prueba terminado Bulón 60º de apertura

Figura 5.12 Panel de prueba terminado Bulón tipo muro

ICIV 2003 II 37

70

Figura 5.13 Detalle Bulón instalado - panel terminado

5.2.2 Sistema FPA-5 Cabe recordar que solamente se realizó la instalación in situ del componente inferior del

sistema FPA sobre los paneles de prueba, mientras que el componente superior se instaló

el día de los montajes.

• Una vez ubicadas las mallas de refuerzo se amarraron los anclajes a la malla de tal

forma que se cumpliera con las distancias elegidas de ubicación (Figuras 5.14 y 5.15).

Figura 5.14 Instalación componente inferior Sistema FPA-5

ICIV 2003 II 37

71

Figura 5.15 Instalación componente inferior Sistema FPA-5(detalle)

• Posteriormente se realizaron los procesos de llenado, vibrado, acabado y retiro de

formaletas. En las Figuras 5.16 y 5.17 se muestran detalles del componente inferior

Sistema FPA-5 ya instalado sobre el panel de prueba:

Figura 5.16 Panel de prueba Sistema FPA-5 terminado

Figura 5.17 Detalle Componente inferior Sistema FPA-5 (panel terminado)

ICIV 2003 II 37

72

• Una vez fundido el panel, se realiza la instalación del componente superior del FPA-5,

esto se efectúa mediante la instalación de la lámina perforada del componente superior

entre la parte embebida dentro del muro y una lámina doblada en ángulo recto (Figura

5.18). El elemento de unión entre la lámina perforada y el componente inferior es un

taco de acero que se pasa por uno de los orificios de la lámina perforada. El ángulo con

el que se dobla la lámina perforada está basado en la distancia de separación que se

haya elegido para el dimensionamiento. En la figura 5.19 se muestra un sistema FPA-5

en un caso real.

Figura 5.18 Componentes del Sistema FPA-5 instalados (Fuente: www.deha.com)

ICIV 2003 II 37

73

Figura 5.19 Ejemplo Sistema FPA-5 instalado (Fuente: www.deha.com)

5.2.3 Platina Angular

• Como ya se mencionó, la instalación de las platinas angulares se realizó durante los

montajes de las pruebas, se utilizaron tacos HILTI de camisa de acero al carbón (figura

5.20) y características compiladas en los ANEXOS 3 y 4 de este trabajo. En la figura

7.21 se muestra una platina instalada con taco HILTI de acero al carbón sobre concreto.

Figura 5.20 Taco HILTI de camisa de acero al carbón.(Fuente: www.hilti.es)

Figura 5.21 Platina angular instalada sobre panel de prueba mediante taco HILTI de

camisa de acero

ICIV 2003 II 37

74

5.3 PRIMERA FUNDICIÓN DE PANELES

Esta primera fundición de paneles se realizó entre las 6 pm y las 7 pm del día 18 de

febrero del 2004. Como se especificó en la Tabla 5-1 (Cronograma Fundición Paneles

para Pruebas), en este día se fundieron tres muros repartidos de la siguiente forma:

• Un panel para Bulón Sistema Placa 60º

• Un panel para Bulón Sistema Muro

• Un panel para Sistema FPA-5

Se tomaron 4 cilindros de muestras de la mezcla para ensayar a compresión a los 7 y 28

días con los siguientes resultados:

R7 Kg/cm3 R28 Kg/cm3

FECHA FUNDICION Muestra 1 Muestra 2 Muestra 1 Muestra 2

18-02-2004 313.6 321.5 392.2 399.7

Tabla 5-8. Resultados ensayos cilindros de concreto (primera fundición)

R28 promedio = 395.95 Kg/cm3

5.4 SEGUNDA FUNDICIÓN DE PANELES

La segunda etapa de fundición de paneles se realizó entre las 9:30 am y las 10:30 am del

día 20 de febrero del 2004. Como se especificó en la Tabla 5-1 (Cronograma Fundición

ICIV 2003 II 37

75

Paneles para Pruebas), en este día se fundieron tres muros repartidos de la siguiente

forma:

• Un panel para Bulón Sistema Placa 60º

• Un panel para Sistema FPA-5

• Un panel para Platinas





20-02-2004 314.9 299.8 338.5 359.8

Tabla 5-9. Resultados ensayos cilindros de concreto (segunda fundición)


5.5 TERCERA FUNDICIÓN DE PANELES

La tercera etapa de fundición de paneles se realizó entre las 11:30 am y las 12:30 am del

día 21 de febrero del 2004. Como se especifico en la Tabla 5-1 (Cronograma Fundición

Paneles para Pruebas), en este día se fundieron tres muros repartidos de la siguiente

forma:

• Dos paneles para Bulón Sistema Placa 30º

• Un panel para Platinas


ICIV 2003 II 37

76




21-02-2004 322.5 306.4 430.1 411.4

Tabla 5-10. Resultados ensayos cilindros de concreto (tercera fundición)


5.6 CUADRO RESUMEN PANELES FUNDIDOS

La siguiente es una tabla resumen de los diferentes tipos de paneles fundidos para las

pruebas en el laboratorio:

DIMENSIONES 1

TIPO PANEL (según anclaje a instalar) Cantidad Instalación anclajes Largo (m) Ancho (m)

BULONES PLACA 30º 2 In situ 1.00 0.45

BULONES PLACA 60º 2 In situ 1.00 0.45

BULONES MURO 1 In situ 1.00 0.60

SISTEMA FPA-5 2 In situ (componente inferior) 0.60 0.5

PLATINAS 2 En Laboratorio 1.00 0.6

TOTAL PANELES 9 1Todos los paneles de prueba tienen espesor de 0.096m

Tabla 5-11. Cuadro resumen de tipos de paneles según anclaje a instalar

ICIV 2003 II 37

77

6 MONTAJE DE LOS ENSAYOS

En busca de resultados satisfactorios y que reflejen de la mejor forma el comportamiento

de los diferentes tipos de anclajes sobre paneles de concreto se decidió probar los

sistemas de anclaje bajo TENSIÓN mediante la aplicación de fuerza a través del

desplazamiento vertical controlado de la Máquina de pruebas MTS. La opción de

realizar un solo tipo de ensayo, en este caso de TENSION, se tomó de acuerdo a la

cantidad de muestras de los anclajes y a la funcionalidad de los sistemas de anclaje en

condiciones reales. Para esto se adecuaron paneles de prueba sobre los cuales se

instalaron los sistemas de anclaje y se buscaron los montajes de laboratorio que más se

adecuaran a casos reales de utilización de los anclajes.

Para el montaje de los ensayos se tuvo en cuenta principalmente la disponibilidad de

espacio en la Máquina de pruebas MTS. De acuerdo a esto se fabricaron algunas piezas

de soporte y de agarre a la MTS; igualmente se adecuaron algunas piezas ya existentes

en el laboratorio para el agarre de los muros a la MTS.

6.1 BULON CABEZA ESFÉRICA

Por la naturaleza de los anclajes, los cuales se instalan principalmente para el izaje o

transporte de muros o paneles de concreto, se prepararon los ensayos intentando

simular un proceso de izaje y transporte de un muro.

Para los tres tipos de Bulones de cabeza esférica se utilizó como medio de elevación un

sistema de cadenas con un dispositivo superior de compensación (ver figura 6.1), junto

con unos ganchos de acople fabricados específicamente para estas pruebas(ver figura

6.2).

ICIV 2003 II 37

78

Figura 6.1 Detalle sistema de compensación de carga

Figura 6.2 Detalle ganchos de agarre para cabeza de bulón

Para simular la fuerza de elevación vertical se utilizó el desplazamiento vertical

controlado de la máquina de pruebas MTS, aprisionando en las mordazas de la MTS un

gancho de acero junto con el dispositivo de compensación de las cadenas.

Para fijar los muros y no dejarlos desplazar verticalmente en el momento en que la MTS

iniciara la aplicación de la fuerza, se adaptaron dos láminas rojas de acero con perfil en

“T” puestas sobre los muros y fijadas mediante varillas atornilladas a la base inferior de

la MTS.

Como agravante para estos montajes se tuvo que solo se consiguió un sistema de

cadenas y sistema de compensación, por lo que no se pudo hacer los montajes con las

aperturas calculadas, sin embargo al ser estos los primeros ensayos de este tipo de

anclajes, se convirtió en una buena prueba para analizar su comportamiento a diferentes

ángulos.

ICIV 2003 II 37

79

6.1.1 Sistema placa 30º de apertura

• Cantidad de paneles: 2, con montaje igual para cada panel

• Apertura aproximada final: 50º

Figura 6.3 Montaje ensayo Bulón placa 30º de apertura


• Cantidad de paneles: 2, con montaje igual para cada panel


Figura 6.4 Montaje ensayo Bulón placa 60º de apertura

ICIV 2003 II 37

80

6.1.3 Sistema Muro

• Cantidad de paneles: 1, con montaje similar al de los otros tipos de bulones


Figura 6.5 Montaje ensayo Bulón tipo Muro

6.2 SISTEMA FPA-5

Debido al diseño especial de este sistema de anclaje, se optó por simular la tensión axial

ejercida sobre el anclaje instalado entre algún elemento estructural y un panel de fachada

o arquitectónico (ver figura 6.6).

Figura 6.6 Esquema real tomado como base para el montaje del ensayo Sistema FPA-5

ICIV 2003 II 37

81

Para llevar a cabo un comportamiento similar en las pruebas de laboratorio, se fabricó

una rampa en acero para amarrar el panel de prueba y darle una inclinación tal que la

fuerza de tensión se aplicara verticalmente desde la MTS. El ángulo de inclinación con

respecto al eje vertical se tomó como 25º, este dato fue dado por el diseño del sistema

de anclaje elaborado con el software especial de dimensionamiento de la empresa

HALFEN–DEHA.

Para acoplar el sistema de anclaje FPA-5 a la MTS se fabricó una rampa con igual

ángulo de diseño de 25º, por la cara inferior de esta rampa se acoplaba el componente

superior del FPA-5, mientras que en la cara superior de la rampa se contaba con un

vástago, elemento aprisionado por la MTS (ver figura 6.7)

Figura 6.7 Esquema del Montaje para Ensayo Sistema FPA-5

ICIV 2003 II 37

82

• Cantidad de paneles: 2, con montaje de rampas igual para los dos paneles

Figura 6.8 Montaje Ensayo Sistema FPA-5

Figura 6.9 Detalle rampa inferior de agarre a la base de MTS- Montaje FPA-5

Figura 6.10 Detalle rampa superior de fijación- Montaje FPA-5

ICIV 2003 II 37

83

6.3 PLATINA ANGULAR

En este caso se instalaron las platinas una vez fundidos los paneles, esto mediante tacos

HILTI de camisa de acero al carbón de 1/2” de diámetro de la camisa y 3/8” de diámetro

del perno.

Figura 6.11 Montaje Ensayo Platina Angular

ICIV 2003 II 37

84

7 RESULTADOS FINALES

7.1 DEFINICIONES

Para dar un entendimiento claro de los resultados, se resumen a continuación algunas de

las definiciones usadas en este capitulo:

• Velocidad de desplazamiento de la Máquina de pruebas MTS: Es la velocidad

vertical con la que se desplazan los brazos de la máquina MTS y que simula la carga

sobre el montaje.

• Sistema experimental: Para estas pruebas se llamó sistema experimental al conjunto de

elementos involucrados en el ensayo (panel, anclajes, elementos de fijación y montaje

a la MTS). Para los ensayos, los elementos de montaje ( Ej: Rampas, Varillas de

fijación a la MTS, sistema de cadenas, ganchos de agarre, etc.) se sobredimensionaron

por lo tanto se tomará como sistema experimental y elementos de estudio los paneles

de prueba, los anclajes en estudio y los tornillos que se relacionen o se instalen

directamente a los anclajes (Ej: Tacos HILTI)

La razón por la que se definió este concepto de sistema experimental es porque al estar

los anclajes instalados directamente en paneles de concreto, estos últimos entran a

formar parte del estudio ya que en la realidad son elementos básicos en la instalación y

el buen desempeño de los anclajes.

• Elemento de falla: Es el elemento dentro del sistema experimental sobre el que se

produjo la falla una vez aplicada la carga. Como eficiencia en las pruebas se espera

que los elementos que primero lleguen a la falla o rotura sean el panel de prueba de

concreto o los anclajes de prueba y no los elementos de montaje ( Ej: Rampas, Varillas

de fijación a la MTS, etc.)

ICIV 2003 II 37

85

• Carga admisible teórica del anclaje (CAT): Es la carga máxima que se le puede

aplicar al anclaje y para la cual aún sigue cumpliendo satisfactoriamente su función.

Esta dada por dimensionamiento final de la pieza (CAP. 4).

• Carga Límite Experimental (CLE): Es la carga máxima aproximada tomada de la

curva de pruebas para la cual el sistema experimental crece proporcionalmente sin

sufrir deformación plástica permanente. Para efectos de diseño, sería la carga límite de

diseño.

Esta carga Límite del sistema experimental es la carga del comportamiento en

conjunto del concreto y los anclajes, por lo tanto no refleja en particular a los anclajes,

ya que estos podrían no sufrir daño mientras que el panel de concreto si se podría

fracturar.

• Carga última de falla del sistema experimental (CUF): Es la carga para la cual la

curva deja de crecer debido a la fractura o rompimiento de alguno de los elementos del

ensayo. Es el punto máximo superior de la curva.

• Factor de seguridad Límite (FS lím):Para estas pruebas el factor de seguridad

promedio estará dado por la relación LIMITE/ADMISIBLE o CLE/CAT

• Factor de seguridad último (FS últ): Para estas pruebas el factor de seguridad último

será ÚLTIMO/ADMISIBLE o CUF/CAT

7.2 BULÓN CABEZA ESFÉRICA

Cabe recordar que los paneles de prueba se fundieron con dos bulones por panel,

fabricados con el mismo material y ubicados simétricamente con respecto al eje de

aplicación de la carga. Por lo tanto los valores de carga teóricos y experimentales usados

en los siguientes análisis son para dos bulones.

Cabe anotar la presencia de óxido sobre la superficie de todas las cabezas de los bulones,

debido en gran parte a la utilización de acero 1045 y no acero 304 inoxidable.

ICIV 2003 II 37

86


7.2.1.1 Panel de prueba 1

• Resistencia máxima promedio del concreto a compresión 28 días: 420.75 Kg/cm2

• Velocidad de desplazamiento de la máquina de pruebas MTS: 1 mm/min

• Elemento de falla: En esta prueba el concreto falló por rotura, ocasionada por el

desplazamiento mínimo de los bulones con la malla de refuerzo dentro del panel.

• Carga admisible teórica - dos bulones: 2000 Kgf

• Carga Límite Experimental: 3000 Kgf

Tomada de la curva de prueba en un punto anterior al cambio brusco de la pendiente

uniforme

• Carga última de falla del sistema experimental: 3548.2 Kgf

Tomada en el punto máximo superior de la curva, justo antes de empezar la caída de la

carga. En este punto la cabeza de los bulones quedó levemente doblada pero sin

indicios de rotura.

Figura 7.1 Curva de prueba Bulones tipo 30º ( prueba 1)

ICIV 2003 II 37

87

Figura 7.2 Gráfica comparativa de cargas Bulones tipo 30º ( prueba 1)

En las gráficas se puede ver claramente que el ensayo cumplió y superó en gran medida

a los valores teóricos.

En el punto de la carga última de falla experimental, los bulones aún seguían sin sufrir

deformaciones o fallas.

- FS lím= 3000/2000 = 1.5

- FS últ= 3548.2/2000 = 1.77

• Descripción fotográfica del ensayo

Como ya se mencionó, la falla se produjo sobre el concreto, el cual se fracturó a causa

del movimiento interno del bulón y su amarre dentro del panel. En las siguientes

fotografías se puede apreciar el desarrollo del ensayo desde el inicio del agrietamiento

(Figura 7.3 ) hasta la fractura final del concreto( Figuras 7.4 a 7.6).

En la figura 7.7 se ve en detalle el buen estado de los bulones, una vez removido el

concreto fracturado.

ICIV 2003 II 37

88

Figura 7.3 Agrietamiento producido por la carga ( Bulones tipo 30º prueba 1)

Figura 7.4 Fractura del concreto ( Bulones tipo 30º prueba 1)

Figura 7.5 Vista superior fractura del concreto ( Bulones tipo 30º prueba 1)

ICIV 2003 II 37

89

Figura 7.6 Estado final por fractura de concreto ( Bulones tipo 30º prueba 1)

Figura 7.7 Detalle estado final por fractura de concreto ( Bulones tipo 30º prueba 1)

• Conclusión del ensayo

De acuerdo a los valores de Factor de Seguridad FS encontrados, los anclajes

CUMPLIERON con la carga para la cual fueron diseñados

• Recomendaciones

Aunque las pruebas dieron resultados satisfactorios se recomendaría la utlización de

concreto de mayor resistencia y así alcanzar valores de FS más altos

ICIV 2003 II 37

90




• Elemento de falla: En esta prueba el concreto falló por rotura, ocasionada por el

desplazamiento mínimo de los bulones con la malla de refuerzo dentro del panel.

• Carga admisible teórica- dos bulones: 2000 Kgf

• Carga Límite experimental: 3300 Kgf

Tomada de la curva de prueba en un punto anterior al cambio brusco de la pendiente

uniforme


Tomada en el punto máximo superior de la curva, justo antes de empezar la caída de

la carga. En este punto los bulones quedaron levemente doblados pero sin indicios de

rotura.

Figura 7.8 Curva de prueba Bulones tipo 30º (prueba 2)

ICIV 2003 II 37

91

Figura 7.9 Gráfica comparativa Bulones tipo 30º (prueba 2)

En los gráficas se puede ver un comportamiento similar al del primer panel de prueba.

En este caso también se fracturó el concreto.

- FS lím= 3300/2000 = 1.65

- FS últ= 3741.5/2000 = 1.87


En la Figura 7.10 se observa una grieta que se produjo antes de aplicar la carga, durante

el momento del montaje de la prueba. La causa de esta grieta fue la presión ejercida por

la lámina de acero que inmovilizaba el panel; sin embargo, la fractura final del panel no

se dió en el bulón mas cercano a esta grieta sino en el otro bulón mas alejado y sin

grietas previas cercanas.

Las figuras 7.11 y 7.12 muestran las fractura sufridas por el panel y la dirección de las

grietas

La figura 7.13 deja ver el estado final de uno de los bulones, una vez removida la parte

del concreto que se fracturó.

ICIV 2003 II 37

92

La figura 7.14 muestra el estado final de los dos bulones una vez fuera del panel. Se

decidió extraerlos del panel ya que el concreto alrededor de los bulones hacía fácil su

extracción.

Figura 7.10 Grieta producida por presión de elementos de montaje ( Bulones tipo 30º

prueba 2)

Figura 7.11 Vista superior fractura del concreto ( Bulones tipo 30º prueba 2)

Figura 7.12 Vista de fractura del concreto-ángulo opuesto ( Bulones tipo 30º prueba 2)

ICIV 2003 II 37

93

Figura 7.13 Estado final del bulón ( Bulones tipo 30º prueba 2)

Figura 7.14 Bulones removidos después del ensayo ( Bulones tipo 30º prueba 2)


De acuerdo a los valores de Factor de Seguridad FS encontrados, los anclajes

CUMPLIERON con la carga para la cual fueron diseñados

• Recomendaciones

Aunque las pruebas dieron resultados satisfactorios se recomendaría la utlización de

concreto de mayor resistencia y así alcanzar valores de FS más altos

ICIV 2003 II 37

94

7.2.1.3 Comparación paneles de prueba

Figura 7.15 Curva comparativa Bulones tipo 30º

Figura 7.16 Gráfica comparativa pruebas Bulones tipo 30º

La figura 7. 15 deja ver claramente el comportamiento similar de las dos curvas, siendo

la segunda prueba la de valores alcanzados livianamente superiores.

En la figura 7.16 se nota claramente el similar comportamiento de los paneles y anclajes

durante las pruebas.

ICIV 2003 II 37

95





• Elemento de falla: En esta prueba el concreto falló por rotura; sin embargo fue una

rotura pronta.

• Carga admisible teórica - dos anclajes: 4000 Kgf


Punto de la curva hasta donde se tiene un crecimiento proporcional antes del primer

cambio brusco de la pendiente.


En este caso se tomó también el punto máximo superior de la curva, antes de

decrecer permanentemente. En este punto los bulones no sufrieron deformación

permanente ni rotura.


ICIV 2003 II 37

96

Figura 7.18 Gráfica comparativa Bulones tipo 60º ( prueba 1)

En la curva de prueba (Figura 7.17) se nota una pronta caída de la carga, cercana a los

2500 Kgf y probablemente inducida por la mayor área de afectación del bulón que

comparada con el área superficial del panel originaría una aparición mas rápida de las

grietas sobre el panel.

- FS lím= 2300/4000 = 0.58

- FS últ= 4672.9/4000 = 1.17


Además, gracias a las fotografías del ensayo, se ve que la fractura del concreto de uno de

los lados del panel no sigue una grieta uniforme sino que se distribuye en dos grandes

grietas (Figuras 7.20 y 7.21). Se podría suponer que el bulón ubicado en este punto

estaría soportando mas carga que el bulón vecino.

En la figura 7.18 se observa que la carga admisible del sistema experimental no alcanzó

el valor de carga admisible teórico de los anclajes, este resultado se le atribuye en gran

parte a la geometría del panel de prueba (poco ancho) y a la resistencia del concreto.

En las figuras 7.20, 7.21 y 7.22 se ve la forma de fractura del concreto sobre el panel

ICIV 2003 II 37

97

En la figura 7.23 se ve un detalle del estado final de uno de los bulones embebidos

Figura 7.19 Inicio del ensayo (Bulones tipo 60º prueba 1)

Figura 7.20 Fractura del concreto (Bulones tipo 60º prueba 1)

Figura 7.21 Vista superior estado final del panel (Bulones tipo 60º prueba 1)

ICIV 2003 II 37

98

Figura 7.22 Grietas finales resultantes (Bulones tipo 60º prueba 1)

Figura 7.23 Detalle Grietas finales resultantes (Bulones tipo 60º prueba 1)


De acuerdo a los valores de Factor de Seguridad FS encontrados, el sistema NO

CUMPLIO para las cargas a las que se diseñaron los anclajes.

• Recomendaciónes

Se recomendaría para futuras pruebas la utilización de paneles más anchos y un concreto

de mayor resistencia

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99




• Elemento de falla: En esta prueba se presentó falla y rotura del concreto

• Carga admisible teórica por los dos anclajes: 4000 Kgf


Punto de la curva hasta donde se tiene un crecimiento proporcional antes del primer

cambio brusco de la pendiente.


En este caso se tomó también el punto máximo superior de la curva, antes de

decrecer permanentemente. En este punto los bulones no sufrieron deformación

permanente ni rotura.


ICIV 2003 II 37

100

Figura 7.25 Gráfica comparativa Bulones tipo 60º ( prueba 2)

En la figura 7.25 se ve que ni la carga admisible experimental del sistema ni la carga

última experimental de falla del sistema alcanzaron los valores teóricos de carga

admisible. Al igual que la prueba anterior del mismo tipo, la causa principal de no

alcanzar a los valores teóricos se debió principalmente a la geometría del concreto y su

comportamiento de diseño.

- FS lím= 2800/4000 = 0.70

- FS últ= 3456.8/4000 = 0.88


En las figuras 7.27 a 7.31 se muestra claramente la similar distribución de las grietas a lo

ancho del panel, dejando ver así la igual distribución de la carga sobre los dos anclajes

embebidos en el panel.

ICIV 2003 II 37

101

Figura 7.26 Inicio de la prueba (Bulones tipo 60º prueba 2)

Figura 7.27 Inicio de la grietas (Bulones tipo 60º prueba 2)

Figura 7.28 Concreto fracturado (Bulones tipo 60º prueba 2)

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102

Figura 7.29 Vista superior concreto fracturado (Bulones tipo 60º prueba 2)

Figura 7.30 Estado final bulón y concreto (Bulones tipo 60º prueba 2)

Figura 7.31 Detalle estado final bulón y concreto (Bulones tipo 60º prueba 2)

ICIV 2003 II 37

103


De acuerdo a los valores de Factor de Seguridad FS encontrados, el sistema NO

CUMPLIO para las cargas a las que se diseñaron los anclajes.

• Recomendaciónes

Se recomendaría para futuras pruebas la utilización de paneles más anchos y un concreto

de mayor resistencia.

7.2.2.3 Comparación paneles de prueba

Figura 7.32 Curva comparativa Bulones tipo 60º

ICIV 2003 II 37

104

Figura 7.33 Gráfica comparativa pruebas Bulones tipo 60º

En la grafica 7.32 se aprecia un comportamiento similar de las curvas hasta los 2300

Kgf, y aunque la primera prueba arrojó un valor último de falla más alto, su valor de

carga admisible experimental fue más bajo que la segunda prueba y causado por una

primera caída de la carga.

7.2.3 Sistema Muro

En este caso, el único panel de pruebas se cargó dos veces, es decir, el panel se montó y

se cargó normalmente; sin embargo, los valores a los que se había llegado (cercanos a

10.000 Kgf), hizo que fuera conveniente parar el ensayo por seguridad. Acto seguido se

cargó de nuevo, generando una deformación plástica permanente en los materiales y a su

vez una resistencia mayor en el material22.

22 Teoría de la Mecánica de Materiales

ICIV 2003 II 37

105

7.2.3.1 Carga 1





Se tomó el punto de la curva experimental en donde hay un cambio notable en la

pendiente del crecimiento proporcional.

• Carga última de falla del sistema experimental: No hubo falla del sistema, se dejó de

cargar en 9871.4 Kgf

Figura 7.34 Curva de prueba Bulones tipo Muro (carga1)

ICIV 2003 II 37

106

Figura 7.35 Gráfica comparativa Bulones tipo Muro ( carga 1)

Aunque no se presentó falla ni fractura de los materiales durante esta primera carga, si se

pudo comprobar un valor más alto de carga límite experimental que el valor teórico de

carga admisible.

- FS lím= 5500/4000 = 1.38

- FS últ= 9871.5/4000 = 2.47

7.2.3.2 Carga 2 (recarga)



• Elemento de falla: En este caso el elemento que falló y se fracturó fue el concreto



Se tomó el punto de la curva experimental en donde hay un cambio notable en la

pendiente del crecimiento proporcional.


ICIV 2003 II 37

107

Se tomó el valor más alto de la curva antes de la caída repentina y permanente de la

carga. En este punto los bulones no presentaron doblamiento ni indicios de rotura.

Figura 7.36 Curva de prueba Bulones tipo Muro (recarga)

Figura 7.37 Gráfica comparativa Bulones tipo Muro (recarga)

- FS lím= 9000/4000 = 2.25

- FS últ= 10904.85/4000 = 2.73

ICIV 2003 II 37

108


En la figura 7.39 se muestra la forma de falla lateral sobre el panel en forma de cono

invertido que sumado a lo cercano de los bulones forma una especie de “W”.

En las figura 7.40 y 7.41 se puede apreciar la forma de la grieta longitudinal que junto

con las grietas laterales ocasionaron el desprendimiento de un pedazo de concreto.

Figura 7.38 Reinicio de la carga (Bulones tipo Muro-recarga)

Figura 7.39 Inicio conos de rotura laterales en forma de “W” (Bulones tipo Muro-

recarga)

ICIV 2003 II 37

109

Figura 7.40 Fractura longitudinal del concreto (Bulones tipo Muro-recarga)

Figura 7.41 Detalle fractura longitudinal del concreto (Bulones tipo Muro-recarga)

Figura 7.42 Conos de rotura laterales en forma de “W” (Bulones tipo Muro-recarga)

ICIV 2003 II 37

110

Figura 7.43 Detalle rotura lateral (Bulones tipo Muro-recarga)

Figura 7.44 Detalle estado final del Bulón y del concreto (Bulones tipo Muro-recarga)

ICIV 2003 II 37

111

7.2.3.3 Comportamiento de las dos cargas sobre el mismo panel

Figura 7.45 Curva comportamiento carga 1 y recarga (Bulones tipo Muro)

Figura 7.46 Gráfica comparativa carga 1 y recarga (Bulones tipo Muro)

ICIV 2003 II 37

112

En la figura 7.45 se graficaron las curvas de carga y recarga buscando la comprobación

de los planteamientos teóricos. De estos planteamientos se tendría entonces que el valor

entre A y B sería la deformación plástica permanente del sistema experimental

(aproximadamente 15 mm) y que entre B y C sería el nuevo campo de deformación

elástica. Como se ve claramente, al realizar la recarga del material una vez descargado,

aumenta la resistencia del mismo, llegando a valores notablemente más altos que en la

primera carga. Para efectos de diseño se evita cualquier deformación permanente del

material, por lo tanto el valor admisible de diseño sería el de la primera carga (5500

Kgf).


Ya que los procesos de carga y recarga sobre el panel alcanzaron factores de seguridad

aceptables se puede concluir que los anclajes CUMPLIERON para las cargas que fueron

diseñados

• Recomendaciones

En futuros ensayos se podría experimentar con concretos de mayor resistencia y

diferentes espesores.

7.3 SISTEMA FPA-5

En los dos paneles que se ensayaron, el anclaje no llegó a la falla, a la rotura o al

desprendimiento del concreto, el elemento que falló por corte en los dos casos fue el

tornillo de fijación entre el componente superior FPA-5 y la rampa superior del montaje.

ICIV 2003 II 37

113

7.3.1 Panel de prueba 1



• Elemento de falla: Tornillo de fijación entre componente superior FPA-5 y rampa

superior del montaje

• Carga admisible teórica por anclaje: 1150 Kgf


Punto tomado de la curva una vez realizado el reacomodamiento del montaje

(distancia entre A y B de figura 7.47), en el cual cae la pendiente notablemente


En la prueba es la carga máxima superior de la curva antes de la caída repentina de

la curva. En este punto se presentaron deformaciones plásticas permanentes en el

componente superior del anclaje FPA-5.

Figura 7.47 Curva de prueba Sistema FPA-5 ( prueba 1)

ICIV 2003 II 37

114

Figura 7.48 Gráfica comparativa Sistema FPA-5 ( prueba 1)

De todas las pruebas realizadas para este proyecto de grado, las efectuadas para los

sistemas FPA-5 contaron con más elementos alternos de montaje involucrados. Así que

cuando se inició la aplicación de la carga hubo una reacomodación del montaje

(distancia entre A y B de figura 7.47) hasta el punto en que todos los elementos del

montaje quedaron bajo tensión y empiezan a trabajar como un solo sistema.

- FS lím= 1800/1150 = 1.57

- FS últ= 3168.6/1150 = 2.76


En las figuras 7.49 y 7.50 se observa que la platina perforada empieza a doblarse

separándose del panel de concreto.

En las figuras 7.51 y 7.52 se registró el doblamiento permanente del componente

superior del FPA-5 y se alcanza a ver el tornillo de fijación de este componente a la

rampa, el cual falló por cortante (Figura 7.53).

ICIV 2003 II 37

115

Figura 7.49 Inicio prueba-reacomodamiento del montaje (Sistema FPA-5 prueba 1)

Figura 7.50 Doblamiento platina perforada (Sistema FPA-5 prueba 1)

Figura 7.51 Doblamiento componente superior del Anclaje (Sistema FPA-5 prueba 1)

ICIV 2003 II 37

116

Figura 7.52 Estado final del Anclaje (Sistema FPA-5 prueba 1)

Figura 7.53 Tornillo roto por cortante (Sistema FPA-5 prueba 1)


De acuerdo a los valores de FS se puede concluir que los anclajes CUMPLIERON para

las cargas a las que fueron diseñados

• Recomedaciones

Se recomienda para futuras pruebas tornillos de fijación certificados(elemento que falló)

y se podría fabricar el anclaje con un tipo de acero menos blando y más resistente

ICIV 2003 II 37

117




• Elemento de falla: Tornillo de fijación entre componente superior FPA-5 y rampa

superior del montaje

• Carga admisible teórica por anclaje: 1150 Kgf


Punto tomado de la curva una vez realizado el reacomodamiento del montaje

(distancia entre A y B de figura 7.54), en el cual cae la pendiente notablemente


En la prueba es la carga máxima superior de la curva antes de la caída repentina de

la curva. En este punto se presentaron deformaciones plásticas permanentes en el

componente superior del anclaje FPA-5.

Figura 7.54 Curva de prueba Sistema FPA-5 ( prueba 2)

ICIV 2003 II 37

118

Figura 7.55 Gráfica comparativa Sistema FPA-5 ( prueba 2)

- FS lím= 1800/1150 = 1.57

- FS últ= 3607.9/1150 = 3.14


En la figura 7.57 se muestra el estado general del componente superior del FPA-5, con la

lámina de fijación doblada permanentemente al igual que la lámina perforada. En la

figura 7.58 se ve más en detalle el estado final de la lámina perforada y del taco de

acero, el cual no sufrió deformación ni daño alguno.

Figura 7.56 Inicio del ensayo ( Sistema FPA-5 prueba 2)

ICIV 2003 II 37

119

Figura 7.57 Estado final del anclaje ( Sistema FPA-5 prueba 2)

Figura 7.58 Detalle estado final del anclaje ( Sistema FPA-5 prueba 2)

Figura 7.59 Estado final componente superior del anclaje ( Sistema FPA-5 prueba 2)

ICIV 2003 II 37

120


De acuerdo a los valores de FS se puede concluir que los anclajes CUMPLIERON para

las cargas a las que fueron diseñados

• Recomedaciones

Se recomienda para futuras pruebas tornillos de fijación certificados(elemento que falló)

y se podría fabricar el anclaje con un tipo de acero menos blando y más resistente

7.3.3 Comparación paneles de prueba

Figura 7.60 Curva comparativa Sistema FPA-5

Figura 7.61 Gráfica comparativa Sistema FPA-5

ICIV 2003 II 37

121

En las figura 7.60 se nota el similar comportamiento de las curvas de las dos pruebas,

primero una zona de reacomodamiento, luego la zona de crecimiento proporcional

(aproximadamente a los 1800 Kgf), seguida de la zona plástica hasta la falla y caída total

de la curva.

En la Figura 7.62 se pueden ver los tornillos de las dos pruebas y el lugar en donde

fallaron.

Por los resultados de las dos pruebas para Sistemas FPA-5 , en los que se presentaron

deformaciones permanentes, cabe la posibilidad de usar en un futuro, acero menos

blando, de mayor resistencia y menor deformabilidad.

Figura 7.62 Tornillos utilizados en las pruebas FPA-5 ( fractura por corte)

7.4 PLATINA ANGULAR

En estas pruebas realizadas sobre platinas angulares cabe mencionar la vital importancia

de los elementos de fijación a los paneles de concreto. En este caso se utilizaron tacos

HILTI de camisa de acero al carbón de 1/2” de diámetro de la camisa y 3/8” de diámetro

del perno.

ICIV 2003 II 37

122


En está primera prueba el elemento de fijación entre la platina y el panel de prueba falló

por corte, o sea el taco HILTI con camisa de acero al carbón.



• Elemento de falla : Taco de Acero HILTI a cortante

• Carga admisible teórica por platina: 930 Kgf


Punto tomado en el cambio de la pendiente elástica


En la prueba es la carga máxima superior de la curva antes de la caída repentina de la

curva. La platina angular en este punto no sufrió daños de material ni roturas.

Figura 7.63 Curva de prueba Platina Angular ( prueba 1)

ICIV 2003 II 37

123

Figura 7.64 Gráfica comparativa Platina Angular ( prueba 1)

- FS lím= 1100/930 = 1.57

- FS últ= 2268.8/930 = 3.14


En la figura 7.66 se aprecia el momento en que la cabeza del taco HILTI ya se ha roto

por cortante, en la figura 7.67 aparece el estado del taco HILTI empotrado en el muro y

los daños sufridos por el concreto, La figura 7.68 muestra la cabeza del taco HILTI

después de haberse fracturado por cortante.

Figura 7.65 Inicio del ensayo ( Platina Angular prueba 1)

ICIV 2003 II 37

124

Figura 7.66 Estado de la platina después de falla por cortante de cabeza taco HILTI

(Platina Angular prueba 1)

Figura 7.67 Estado concreto y taco HILTI después de retirado el anclaje (Platina

Angular prueba 1)

Figura 7.68 Cabeza taco HILTI fracturada a cortante (Platina Angular prueba 1)

ICIV 2003 II 37

125


De acuerdo a los valores de FS se puede concluir que la platina CUMPLIÓ para las

cargas y resistencia que se esperaban.

• Recomedaciones

Se recomienda para futuras pruebas el uso de tacos HILTI de mayor diámetro y que

resistan mayores cargas a corte. También se podría revisar la resistencia del concreto y

mejorarla




• Elemento de falla: En esta prueba el taco HILTI falló por tracción, desprendiéndose

del panel de concreto, causando a su vez la rotura y falla del concreto.

• Carga admisible teórica por platina: 930 Kgf


Tomada en el punto de cambio de la pendiente elástica.


Tomada en el punto máximo superior de la curva, justo antes de fallar el taco HILTI

por tracción

ICIV 2003 II 37

126

Figura 7.69 Curva de prueba Platina Angular ( prueba 2)

Figura 7.70 Gráfica comparativa Platina Angular (prueba 2)

- FS lím= 700/930 = 0.75

- FS últ= 1709.9/930 = 1.84

ICIV 2003 II 37

127

De la gráfica de barras se aprecia claramente que la carga Límite experimental no

alcanzó los valores teóricos que se esperaban. La principal razón de este valor de carga

Límite del sistema experimental está dada porque pudo haber una instalación

inapropiada del taco HILTI y en parte porque las cargas admisibles a tracción de los

tacos HILTI en concreto de 6000 psi no permiten valores de más de 1100 lb = 4.9 kN

(ANEXO 3).


En las figuras 7.71 y 7.72 se ve el momento en la platina comienza a levantarse debido

a la carga aplicada.

En las figura 7.73 y 7.74 se registra el momento en que el taco HILTI se desprende del

panel de concreto debido a la falla por tracción del mismo.

Las figura 7.75 y 7.76 muestran las grietas sobre el panel de concreto debido a la

tracción interna del taco HILTI.

Figura 7.71 Inicio del levantamiento de la platina causado por fuerza vertical

(Platina Angular prueba 2)

Figura 7.72 Levantamiento de la platina causado por fuerza vertical (Platina

Angular prueba 2)

ICIV 2003 II 37

128

Figura 7.73 Fractura del concreto y desprendimiento de la platina (Platina

Angular prueba 2)

Figura 7.74 Desprendimiento de la platina y taco HILTI (Platina Angular

prueba2)

Figura 7.75 Estado final concreto fracturado (Platina Angular prueba 2)

ICIV 2003 II 37

129


De acuerdo a los valores de FS se puede concluir el sistema NO CUMPLIÓ para las

cargas y resistencia que se esperaban. Sin embargo la platina no sufrió daños ni rotura

del material en la carga última, dado esto, se esperaría que resista mucho más.

• Recomedaciones

Se recomienda para futuras pruebas el uso de tacos HILTI de mayor diámetro y que

resistan mayores cargas a tracción. También es bueno establecer parámetros de

instalación de estos tacos HILTI

7.4.3 Comparación paneles de prueba

Figura 7.76 Curva de pruebas Platina Angular

ICIV 2003 II 37

130

Figura 7.77 Gráfica comparativa Platina Angular

En la figura 7.77 se aprecia los crecimientos de las curvas a diferente pendiente, y los

comportamientos distintos en los puntos de falla:

• Caída repentina de la curva(falla por cortante-PANEL1)

• Caída mas suave de la curva (falla por tracción-PANEL2)

De todos los anclajes, las platinas fueron las que no sufrieron deformaciones

permanentes, roturas, ni presencia de oxidación en la superficie, a diferencia de las

cabezas de los bulones en los que se notaba inicios de oxidación sobre el material.

ICIV 2003 II 37

131

7.5 CUADRO RESUMEN DE RESULTADOS

Tabla 7-1 Cuadro resumen de resultados finales

ICIV 2003 II 37

132

7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• En el ámbito general, y partiendo del contacto directo con las empresas del sector

metalmécanico se pudo comprobar que no hay una tarifa única de precios ya que

varían esencialmente por el costo de la mano de obra. Está diferencia de precios es

más notoria cuando son pocas las piezas que se fabrican.

• Si se comparan los precios de fabricación de los anclajes desde Noviembre del 2003

a Julio del 2004, hay un aumento aproximado del 25 % en siete meses. Esto

comprueba el comportamiento actual del sector del acero en el cual ha habido un

gran aumento de la demanda a nivel mundial mientras la oferta se ha mantenido,

generando una gran alza en los precios.

• Se puede concluir que si no se hubieran presentado fallas en elementos como el

concreto o tacos de fijación, todos los anclajes en estudio habrían resistido las cargas

para las cuales fueron diseñados. Esto se comprobó observando el estado de los

anclajes para los valores de carga última, en los cuales los anclajes no sufrieron

roturas ni deformaciones permanentes, a excepción de los sistemas FPA-5, los cuales

sobrepasaron satisfactoriamente los valores de carga admisible teórica, pero que

sufrieron posteriormente deformaciones permanentes (sin rotura) antes de llegar a la

carga última de falla del sistema.

• Tomando en cuenta lo anterior y que aproximadamente el precio del kilo de acero

importado es 40% más costoso que el precio del kilo de acero Nacional, se puede

concluir que a nivel general los aceros que se consiguen en el mercado Nacional,

específicamente en Bogotá, son de muy buena calidad y confiabilidad técnica. Por lo

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tanto hay la viabilidad de fabricar los anclajes en estudio con acero del mercado

colombiano y obtener resultados satisfactorios en obra. Sin embargo, es

recomendable tomar muestras previas del material para ensayos de laboratorio y así

evitar posibles incovenientes con la calidad del material.

• En el caso de los sistemas FPA-5 y las platinas angulares para los cuales es necesario

la utilización de elementos auxiliares de fijación (tornillos, tacos de acero, tacos

HILTI) es recomendable que se tengan las especificaciones y certificados de calidad

de estas piezas auxiliares con el fin de seleccionar elementos que cumplan o

sobrepasen las cargas admisibles de los anclajes en estudio y así no presenten

problemas una vez instalados. Esta recomendación parte de los resultados

encontrados en los ensayos de los sistemas FPA-5 y de platinas angulares, en los

cuales los elementos auxiliares de fijación fallaron en primera instancia.

• En general, la calificación de los resultados de los ensayos fue satisfactoria, esto se

puede observar mejor en los promedios de los Factores de Seguridad:

- FS lím. Promedio de los ensayos = 1.31

- FS últ. Promedio de los ensayos = 2.10

No obstante, por las pocas pruebas realizadas, no se cuenta con la suficiente

información , ni respaldo experimental para dar valores precisos de confiabilidad de

los Anclajes.

• El siguiente cuadro resumen es una recopilación de las conclusiones y

recomendaciones específicas de cada prueba:

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Tipo Anclaje FS lím.

FS últ. Conclusiones específicas

Recomendaciones específicas

BULON Apertura 30º

prueba 1 1.50 1.77 De acuerdo a los valores de Factor de Seguridad FS

encontrados, los anclajes CUMPLIERON con la carga para la cual fueron diseñados

Aunque las pruebas dieron resultados satisfactorios se recomendaría la utlización de concreto de mayor

resistencia y así alcanzar valores de FS más altos

prueba2 1.65 1.87 De acuerdo a los valores de Factor de Seguridad FS

encontrados, los anclajes CUMPLIERON con la carga para la cual fueron diseñados

Aunque las pruebas dieron resultados satisfactorios se recomendaría la utlización de concreto de mayor

resistencia y así alcanzar valores de FS más altos

BULON Apertura 60º

prueba 1 0.58 1.17 De acuerdo a los valores de Factor de Seguridad FS

encontrados, el sistema NO CUMPLIO para las cargas a las que se diseñaron los anclajes.

Se recomendaría para futuras pruebas la utilización de paneles más anchos y un

concreto de mayor resistencia

prueba2 0.70 0.86 De acuerdo a los valores de Factor de Seguridad FS

encontrados, el sistema NO CUMPLIO para las cargas a las que se diseñaron los anclajes.

Se recomendaría para futuras pruebas la utilización de paneles más anchos y un

concreto de mayor resistencia.

BULON Muro

carga 1.38 2.47

recarga 2.25 2.73

Ya que los procesos de carga y recarga sobre el panel alcanzaron factores de seguridad aceptables se puede concluir que los anclajes CUMPLIERON para

las cargas que fueron diseñados

En futuros ensayos se podría experimentar con concretos de mayor

resistencia y diferentes espesores.

SISTEMA FPA-5

prueba 1 1.57 2.76 De acuerdo a los valores de FS se puede concluir que los anclajes CUMPLIERON para las cargas a las que

fueron diseñados.

Se recomienda para futuras pruebas tornillos de fijación certificados(elemento que falló) y se podría fabricar el anclaje

con un tipo de acero menos blando y más resistente

prueba2 1.57 3.14 De acuerdo a los valores de FS se puede concluir que los anclajes CUMPLIERON para las cargas a las que

fueron diseñados

Se recomienda para futuras pruebas tornillos de fijación certificados(elemento que falló) y se podría fabricar el anclaje

con un tipo de acero menos blando y más resistente

PLATINA ANGULAR

prueba 1 1.18 2.44 De acuerdo a los valores de FS se puede concluir que

la platina CUMPLIÓ para las cargas y resistencia que se esperaban.

Se recomienda para futuras pruebas el uso de tacos HILTI de mayor diámetro y

que resistan mayores cargas a corte. También se podría revisar la resistencia

del concreto y mejorarla

prueba2 0.75 1.84

De acuerdo a los valores de FS se puede concluir el sistema NO CUMPLIÓ para las cargas y resistencia que se esperaban. Sin embargo la platina no sufrió

daños ni rotura del material en la carga última, dado esto, se esperaría que resista mucho más.

Se recomienda para futuras pruebas el uso de tacos HILTI de mayor diámetro y que resistan mayores cargas a tracción.

También es bueno establecer parámetros de instalación de estos tacos HILTI

Tabla 8-1. Cuadro resumen de conclusiones y recomendaciones específicas

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BIBLIOGRAFÍA

• Cámara Fedemetal de la ANDI. Trabajo de evaluación de la cadena siderúrgica

y metalmecánica en Colombia, para la negociación del alca (benchmarking de

los principales subsectores con américa latina) [en línea]. Disponible en la base

de datos de la Cámara Fedemetal de la ANDI. Bogotá, Julio 2002

<www.andi.com.co/camaras> [Consulta: Abril 2004].

• Iberoamérica empresarial. Alza en precios del acero afectaría construcción [en

línea]. Disponible en la página de noticias de Iberoamérica empresarial. Febrero

2004. <http://www.iberoamericaempresarial.com/edicion/noticia/> [Consulta:

Abril 2004].

• A precio de oro. Revista Dinero, Marzo 5 del 2004/No 200, Pág. 50-51.

• HALFEN-DEHA. Información sobre los anclajes estudiados para este proyecto

de grado. <www.deha.com>.

• Fixing Systems For Pre-Cast Concrete Cladding Panels. HALFEN.

• Manual Técnico Bulón DEHA Grupo 1- Anclajes para el transporte de

prefabricados. DEHA.

• Manual Técnico Anclajes para paneles de fachada. DEHA.

• CARRILLO, Wilmer y REYES, Juan Carlos. Modelación del comportamiento

inelástico de pórticos de concreto con mampostería no reforzada Trabajo de

investigación, Universidad de los Andes, Bogotá, 2004, p. 7

• SHIGLEY, Joseph y MISCHKE, Charles.Diseño en Ingeniería Mecánica. Quinta

edición. Ed. Mc Graw Hill.

• Manual Técnico de Productos Hilti. HILTI.

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ANEXO 1

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137

*Valor derivado

Fuente: SHIGLEY, Joseph y MISCHKE, Charles.Diseño en Ingeniería Mecánica. Quinta edición. Ed. Mc Graw

Hill. Pag 861

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ANEXO 2

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139

Fuente: Tabla suministrada por NICOLAS DEL CASTILLO Y CIA. LTDA.

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140

ANEXO 3

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141

Fuente: Manual Técnico de Productos Hilti. Pag 20

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142

ANEXO 4

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143

Fuente: Manual Técnico de Productos Hilti. Pag 20

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