Ensayo de Cortante

7/25/2019 Ensayo de Cortante

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Dyna, Ao 76, Nro. 159, pp. 35-41. Medelln, Septiembre de 2009. ISSN 0012-7353

ENSAYOS A CORTANTE DE VIGAS DE HORMIGNESTRUCTURAL AUTOCOMPACTABLE

BEAM SHEAR TEST OF STRUCTURAL SELF-COMPACTING

CONCRETECLAUDIA JENNY DE LA CRUZ

Escuela de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medelln, [email protected]

JOS TURMO

Departamento de Ingeniera Civil, Universidad de Castilla-La Mancha, Espaa

RAVINDRA GETTUDept. of Civil Engineering, Indian Institute of Technology Madras, India, [email protected]

BRYAN BARRAGNDepartamento de Ingeniera de la Construccin, Universidad Politcnica Catalua, Espaa, [email protected]

GONZALO RAMOSDepartamento de Ingeniera de la Construccin, Universidad Politcnica Catalua, Espaa, [email protected]

Recibido para revisar junio 20 de 2008, aceptado marzo 19 de 2009, versin final mayo 14 de 2009

RESUMEN: En el presente trabajo se presenta una serie de ensayos realizados en el Laboratorio de Tecnologa deEstructuras de la Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (Departamento de Ingeniera dela Construccin) de la Universidad Politcnica de Catalua. La campaa de ensayos inclua una serie de vigas deseccin doble T de hormign autocompactablede resistencia media (HAC-RM) y una serie paralela realizada conhormign convencional (HC) de la misma resistencia mecnica. Se verific el comportamiento estructural frente al

esfuerzo cortante de vigas de hormign armado y pretensado con armadura pretesa y postesa, y tanto estructurascontinuas como isostticas. Los resultados muestran una menor resistencia a cortante en las vigas con HAC yarmadura pasiva y activa. Para las vigas pretensadas con HAC y HC los valores de resistencia a cortante fueronsimilares.

PALABRAS CLAVE: hormign autocompactablede resistencia media, hormign convencional, armado,isosttica, engranamiento, pretensado, resistencia a cortante.

ABSTRACT: This paper presents a series of tests performed in the Structural Technology Laboratory of the Escuelade Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (Department of Construction Engineering) from thePolytechnic University of Catalonia. The campaign included a series of tests of beams section "Double T" SelfCompacting Concrete of low strength (HAC-RM) and a parallel series using conventional concrete (HC) of the samemechanical strength. Was observed compared to the structural behavior of shear beams with reinforced concrete and

prestressed reinforcement pretesa and postesa, and both continuous isostatic structures. The results show a lowerresistance to shear at SCC beams with frame steel active and passive. For beams with prestressed SCC and HC, theshear strength values were similar.

KEYWORDS: Low Strength Self-compacting concrete, Conventional concrete, reinforced, isostatic, aggregateinterlocking, prestressed, shear strength.


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1. INTRODUCCIN

El presente trabajo se enmarca en Laevaluacin de la influencia del material en laresistencia a cortante, realizando ensayos conhormign autocompactable de resistencia

media (HAC-RM) [1] y con hormignconvencional (HC) [2].El proyecto de investigacin global se plantea raz de los cambios que se han venidointroduciendo en los ltimos aos en laevaluacin del Estado Lmite ltimo deAgotamiento frente a Cortante, tanto en lanormativa espaola como en la Europea [3].Existan dudas razonables en cuanto a laconsideracin de diversos parmetros en lasformulaciones que proporcionan el cortanteltimo de una pieza, as como su extensin a

otros hormigones no convencionales [4]. Elhormign autocompactable de altasprestaciones (HAC) es un material cuyo uso seest extendiendo rpidamente por susevidentes ventajas de trabajabilidad y mejorade la calidad en zonas difcilmente vibrables ofuertemente armadas [5]. Pero muchas de susaplicaciones se ven restringidas, por lo altoscostos en la fabricacin de dicho material [6].De ah la necesidad de evaluar la pertinenciade un HAC-RM, cuya composicin bsica es lamisma que la de un HC [1]. Basando lostrabajos realizados hasta el momento, en lascaractersticas en estado fresco del material, ypor ende de la dosificacin y trabajabilidad [7-8].Sin embargo hay un campo an no totalmenteexplotado, que es la influencia en trminos deresistencia estructural, del uso de loshormigones autocompactables.La autocompactabilidad se alcanza medianteaditivos y, a su vez, incrementandoconsiderablemente la proporcin de finos en elhormign ya sea a travs de cemento, Fillerohumo de slice [9]. Tambin se disminuye

normalmente el tamao mximo de rido y suvolumen. Por ello, a priori, parece que puedehaber diferencias en comportamiento, respectoa un HC, en todos los aspectos en que elengranamiento de los ridos influya. As, porejemplo, puede preverse una menorcontribucin a la resistencia del cortante delrozamiento entre labios de fisura o tambin una

posible menor adherencia con las barrascorrugadas [10].Tambin influir en el cortante la friccin quese desarrolla en juntas entre hormigones. Por elcontrario, la resistencia a flexin viene

marcada por la resistencia a compresin delhormign por lo que, normalmente, no deberavariar si las resistencias de los hormigonesson comparables sean stos convencionales oautocompactables (HAC) [11-17].Por ello, esta investigacin, se ha centrado enel comportamiento frente a esfuerzos cortantes.

2. PROGRAMA DE ENSAYOS

Los costes y, sobre todo el esfuerzo, que

requiere una campaa experimental exigenaprovecharla al mximo. As pues, se har unadetallada comparacin entre el HC y el HAC.La cuanta de armadura longitudinal aumentala resistencia al cortante al igual que la cuantade pretensado [4-18]. En este artculo no seevala la influencia de las distintas cuantas deacero al cortante.Altos niveles de pretensado, proporcionanresistencias a cortante mayores [12] y retrasanla aparicin de las primeras fisuras porFlexotraccin [4]. Por lo que muy seguramentese notar un incremento de la resistencia alcortante a medida que se aumente el nivel delpretensado.

En la Figura 1. , se presenta la preparacin delos encofrados y armadura para la fabricacinde las vigas con ambos hormigones. Nteseque todas las vigas estaban instrumentadas,para tener un control de deformacin desde laaparicin de la primera fisura.

Figura 1.Moldes y armadura de las vigas de HC yHAC-RM

Figure 1.Molds and Steel frame forBeams with HC and HAC-RM.


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El programa de ensayos consta de un total de12 vigas isostticas de igual seccin transversal(Ver Figura 2.), sometidas al mismo tipo deensayo (Ver Figura 3.). Seis (6) de ellas de 3 mde longitud (2,5 m de longitud entre losapoyos, a/d=2,1) y otras seis (6) de 7 m de

longitud (6,5 m de longitud entre apoyos,a/d=5,4).De cada grupo de seis (6) vigas dos (2) sonarmadas con armadura convencional, otras dos(2) estn armadas con armadura de pretensadopero sin tesar y las dos (2) restantes estnarmadas con armadura pretesa.

Figura 2.Seccin transversal de las vigas de HC yHAC

Figure 2. Transverse section for Beams with HCand HAC

Se quieren examinar las diferencias decomportamiento mecnico, entre HC y HAC-RM(Ver Figura 3).

Figura 3.Montaje del ensayo con HC y HAC-RMFigure 3. Assembly of test with HC and HAC-

RM

Adems, se ensayaron seis (6) vigas de seccindoble continuas, de dos (2) vanos, con 7 m delongitud total y vanos de 3,25 + 3,25 y unacarga puntual a 1,5 m del apoyo central,nuevamente en HC y en HAC-RM (Ver Figura4).

Figura 4.Montaje de las vigas continuasFigure 4. Assembly for continuous Beams

3. MATERIAL

Uno de los objetivos adicionales de estacampaa era la dosificacin de un HAC-RMcon una resistencia del orden de 25 - 30 MPa.La razn es doble. Se ha optado por la

utilizacin de un nico hormign base, cuyadosificacin bsica es cemento 397 kg/m3,agua 238 kg/m3, arena 0-2 588 kg/m3, arena2-5 408 Kg/m3, grava 5-12 683 Kg/m3 [1].De este modo, ambos slo difieren en sucaracterstica de la autocompactabilidad enestado fresco.

Los HAC son alcanzados a partir del uso demateriales convencionales sin laincorporacin de finos adicionales. As elmaterial puede ser provisto por cualquierplanta de hormign preparado aunque nodisponga de silos de Filler (situacin msgeneral). Como contrapartida, el volumen depasta necesaria para alcanzar laautocompactabilidad hace que se tenga querecurrir a altos contenidos de cemento y unaalta relacin a/c, lo que va en detrimento dela economa [13].


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Para conseguir la caracterstica de laautocompactabilidad se han utilizado unaditivo superplastificante (GleniumC303SCC 0.4%) y un aditivo cohesionante(RHEOMAC 890F 0.5%), con unadosificacin de 1.59 kg/m3 y 1.99 kg/m3

respectivamente. Cabe notar las dosiselevadas de cohesionante necesaria paraevitar la segregacin en un material con tanelevado relacin a/c. Estas dosis pueden tenerimplicaciones en la adherencia.

Esta dosificacin est ajustada con elobjetivo de obtener unos hormigones con unaresistencia caracterstica, fck, del orden de25-30 MPa. Es por eso, que el tamaomximo del rido es slo de 12 mm, y larelacin agua-cemento, a/c = 0.6, que es

evidentemente algo alta.

La autocompactabilidad, es decir, lahabilidad del material de fluir, de pasar entrelas barras de armadura sin bloquearse y deresistir la segregacin, fue evaluada a travsde los ensayos de Escurrimiento, Embudo enV y Caja en L; ensayos habitualmenteutilizados para caracterizar estas propiedadesintrnsecas del HAC [7].

Tabla 1.Medidas de autocompactabilidadTable 1. Measures of self compactibility

Ensayo Parmetro ResultadoEscurrimiento T50(s) 1

Df(mm) 580Embudo-V TV(s) 2Caja en L T60(s) 1

CbL 0,80

En la Figura 5, se puede observar el aspectodel HAC en el ensayo de Escurrimiento [1].Donde queda expuesta la fluidez delmaterial (la lnea blanca de trazodiscontinuo indica los 600 mm) y su granestabilidad o resistencia a la segregacin,evidenciada por la no separacin de loscomponentes en el permetro de la tortafinal del ensayo y la distribucin uniformedel rido grueso.

Figura 5. Ensayo de Escurrimiento [1]Figure 5. Slump flow test [1]

4. RESULTADOS

Los patrones de deformacin son los mismostanto para el HC, como para el HAC [14].Todas las vigas presentaron una rotura a

cortante, tal como estaba previsto, conplastificacin y, en algunos casos, rotura fsicade los cercos.

Se han observado dos (2) tipos de grietasdiagonales en los ensayos realizados en vigasde concreto pretensado: grietas por cortante yflexin, y grietas por cortante en el alma [15].La fisuracin que mostraron fue la esperada,

fisuracin diagonal, con una concentracin deabertura de fisura en una fisura principal quees la que llevaba a rotura. Posteriormente las

vigas entraban en una fase de post-pico en elque el mecanismo era tipo arco [16]. Sinembargo, en fases avanzadas de carga y,prcticamente ya en el post-pico, s que haaparecido una diferencia entre elcomportamiento de los dos hormigones.

En el caso de las vigas fabricadas con HACapareci una fisura horizontal desde la primerafisura de cortante hasta el apoyo, situada en lamitad del canto, producindose la rotura fsicade la viga en esa zona.

Esta fisura horizontal puede deberse a dosfactores o, ms probablemente, a unacombinacin de ambos: Por un lado, laaparicin justo en la zona por la que discurreun armadura longitudinal, de dimetro 8 mm,


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puede ser debida a un fallo en la adherencia dela barra agravado por el escaso recubrimientonecesario en elementos pequeos como ste.Por otro lado, el desplazamiento entre las dosmitades en que qued dividida la viga sugiereun fallo a rasante.

En las figuras 6 y 7, se puede observar la formade rotura de las vigas con hormignconvencional y con hormignautocompactante.

a) HC b) HAC

Figura 6. Formas de rotura de las vigasFigure 6. Form of crack for Beams

Figura 7. Ensayo en vigas continuasFigure 7. Test Continuous Beams

En la Figura 7, se puede observar el montaje y

Ensayo, para las vigas continuas, en HC y enHAC.

Las curvas carga deformacin puedenconsultarse en la Figura 8. Como se puedeapreciar el comportamiento no es funcin deltipo de hormign.

Comparacin de Flecha-Carga

0

50

100150

200

250

300

350

400

0 10 20 30 40 50 60 70

Flecha en punto de carga (mm)

Carg

a

aplicada

(k

HCact

HCpas

HCpret

HACact

HACpas

HACpret

Figura 8. Curvas carga flecha para las vigas deHC y HAC, L=6.50 m (pas = armadura pasiva, act =armadura activa no tesada, pret = armadura pretesa)Figure 8. Curves Strength-strain for Beams with HCand HAC, L=6.50 m (pas = Steel frame passive, act

= Steel frame active no prestressed, pret = Steelframe prestressed)

En la tabla 2, 3 y 4 se pueden consultar losresultados de los ensayos en forma de cortanteltimo respuesta para las distintas series.

Tabla 2. Comparacin de resultados de las vigasisostticas L=2.50 m

Table 2. Comparison of various results of isostaticBeams L=2.50 m

Resistencia aCompresin

(MPa)

Carga ltima(KN)Viga con

HAC HC HAC HC

ArmaduraPasiva

26,5 31,7 367,5 435,8

ArmaduraActiva

26,5 31,7 385,5 400,8

Pretesa 29,0 30,3 411,7 421,7

Tabla 3. Comparacin de resultados de las vigasisostticas L=6.50 m

Table 3. Comparison of various results of isostaticBeams L=6.50 m


(MPa)

Carga ltima

(KN)Viga con

HAC HC HAC HC

ArmaduraPasiva

32,0 31,2 316,4 343,4

ArmaduraActiva

32,4 27,4 272,6 291,5

Pretesa 28,0 32,4 362,0 328,8


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Tabla 4.Comparacin de resultados de las vigascontinuas L=6.50 m

Table 4.Comparison of various results ofcontinuous Beams L=6.50 m


(MPa)

Carga ltima(KN)Viga con

HAC HC HAC HCArmadura

Pasiva21,0 32,5 278,6 504,0

ArmaduraActiva

22,8 26,4 271,0 396,0

Pretesa 32,5 26,4 577,0 509,0

5. CONCLUSIONES

A partir de las tablas anteriores se puedededucir que en las mismas condiciones dearmado (armado pasivo, pretensado opretensado sin tesar) las vigas con HAC-RM,muestran una menor resistencia a cortante conarmadura pasiva y activa. Para las vigaspretensadas con HAC y HC los valores deresistencia a cortante fueron similares.

Existe diferencia de comportamiento en elmodo de rotura entre HC y HAC al apareceruna fisura horizontal que no existe en el casode HC. Esta fisura puede explicarse por unamenor adherencia del hormign con la barra

corrugada y por una menor resistencia frente atensiones tangenciales y, por tanto, frente alrasante.

Tambin se aprecia una fisuracin prematura y,por tanto, una menor resistencia a la traccinjustificable por su menor resistencia acompresin.

El cortante ltimo en las vigas pretensadas esla suma de tres mecanismos: el cortante delmecanismo de celosa, ms el resistido porefecto arco y el compensado por el pretensado.

Otra forma de entender el doble mecanismocelosa arco es considerar la inclinacin delas bielas tras la plastificacin de la armadurade cortante. Estos mecanismos se hanpresentado en todos los casos.

6. AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue realizado en el Laboratorio deTecnologa de Estructuras de la Escuela deIngenieros de Caminos, Canales y Puertos deBarcelona (Departamento de Ingeniera de la

Construccin) de la Universidad Politcnica deCatalua, y ha recibido financiacin delMinisterio de Ciencia y Tecnologa espaol atravs de los proyectos BIA2005-09229-C02-01/02, BIA2006-15471-C02-01/02, PSE11-2005 /PSS-380000-2005-12/2007-1 yMAT2002-00849 (Estudio terico yexperimental del comportamiento de piezas dehormign frente a esfuerzo cortante.Comprobacin de la actual normativaespaola y europea).

Los autores quieren agradecer la colaboracinde los Ingenieros de Caminos AlejandroLpez, Antonio Timoner Salv, y Juan IgnacioGuinda por su apoyo en la parte experimental.Asimismo, quieren agradecer el apoyoentusiasta del personal del laboratorio,especialmente de su Director, el IngenieroToms Garca.

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