8) Preparación de las probetas. Colocación de gualderas y armado por retracción y temperatura. Para conformar los laterales de las losas se pueden utilizar canales de contención conformadas en frío. El labio de retorno se curva hacia el exterior de la losa y las canales de contención se fijan con tornillos, desde abajo a la zona inferior de las alas, a todo lo largo del borde para facilitar el desmontaje. (EUROCODE-4, 2004)
9) Preparación de la mezcla de hormigón. Hormigonado de las losas. Deben registrarse las dimensiones de los especímenes, incluyendo ancho (b), longitud (L), peralto total (hl) y peralto efectivo (he). Toma de cuatro muestras de hormigón por cada losa para obtener el valor de R"bk.
10) Proceso de curado de las probetas de losas y las probetas de hormigón en iguales condiciones. Se recomienda una semana de curado.
11) Ejecutar ensayo de tracción a muestras de lámina de acero para obtener las resistencias de tracción última (Rak) y de fluencia.
12) Selección del esquema y tipo de aplicación de la carga, recomendándose dos cargas concentradas. Definición de la Luz de Cortante (L").
13) A los 28 días del hormigonado se inicia el montaje individual de cada losa,
Mediante un mecanismo de elevación se sitúa la losa sobre sus soportes, debajo del marco de carga. Se efectúa un centrado general del sistema. A continuación se depositan manualmente los perfiles metálicos transversales y sus aparatos de apoyo correspondientes. (Hernández, 2003)
14) Se sitúan los aditamentos para aplicar la carga con la prensa, colocación de extensómetro eléctrico en el centro de la luz para medir los desplazamientos y micrómetros en los extremos para medir los deslizamientos o corrimientos.
14a) Se fijan potenciómetros en cada esquina de las losas para medir el desplazamiento relativo, o sea, el movimiento horizontal del hormigón con respecto a la lámina metálica. Los potenciómetros se fijan a los laterales de la losa de hormigón con sus émbolos agarrados a los angulares metálicos que se colocan por debajo de la lámina metálica.
14b) Los wire pot descifradores del desplazamiento se emplean para medir las deflexiones verticales. Se colocan dos descifradores en los puntos del primer cuarto, mitad de luz y tercer cuarto. (Abdullah, 2004)
14c) Se puede emplear una bolsa de aire (air bag) para aplicar carga uniforme. Asimismo se pueden emplear un gato hidráulico y un marco de distribución de carga. Para el caso de la bolsa de aire, se deberá utilizar un lector de presión para registrar la presión de aire. Para el ensayo normal se debe emplear una capacidad de carga de 250kips (60 ton).
15) Sometida la losa exclusivamente a su peso propio y al peso de los perfiles metálicos con sus aparatos de apoyo, se realiza la puesta a cero de los captadores de desplazamiento. El captador de fuerza se calibra a cero con la viga central de reparto suspendida. Consecuentemente, el dispositivo de medida de la fuerza nos proporcionará la suma de la fuerza ejercida por el cilindro hidráulico más el peso de dicha viga central.
16) En el procedimiento de aplicación de la carga se sigue las prescripciones de EN 1994-1-1 B.3.4. Se trata de aplicar la carga progresivamente de forma que la ruina no se produzca en menos de 1 hora. El ensayo se realiza mediante control de la fuerza. En todos los ensayos se debe registrar la carga correspondiente a los deslizamientos relativos de 0,1 y 0,5 mm. (EUROCODE-4, 2004)
16a) A partir de un ensayo previo a la ruina efectuado sobre una losa, pueden determinarse los valores de la carga cíclica. Según el Eurocódigo, la losa será sometida a una carga cíclica inicial variando entre un valor mínimo Wmín, no superior a 0,2Wt, y un valor máximo Wmáx , no inferior a 0,6Wt .
16b) La carga Wt corresponde a la carga de ruina de la losa, es decir, la carga medida por el captador (fuerza del cilindro y viga central) más el peso propio de la losa y el peso de las vigas de reparto. Se deben realizar unos 5000 ciclos en un tiempo no inferior a las 3 horas.
Wt = Fcaptador + Peso propio losa + Vigas de reparto
la carga mínima del cilindro es de 400 kN.
16c) La carga estática se aplica incrementalmente, primero por control de la carga, y luego, cuando la fisuración sea significativa, la carga se incrementa por control del desplazamiento. Cada incremento de carga se mantiene por al menos 2 minutos para garantizar que la losa se encuentre estabilizada en el momento de registrar las lecturas.
Se deben registrar como significativas la carga última aplicada (Pe), el cortante último experimental (Ve), tipo del modo de fallo y su descripción y el comportamiento de la flecha y del deslizamiento en el extremo.
16d) Equipos
Un marco de carga con una capacidad máxima de 60 toneladas, anchura de 2,8m y altura regulable hasta 3,0m.
Grupo hidráulico de aceite mineral con bomba de engranajes accionada por un motor eléctrico trifásico de 3CV a 1.500rpm. Regulador de presión de válvula, controlado externamente.
Cilindro hidráulico de 200kN con doble efecto asimétrico.
Amplificador de extensometría eléctrica (que imprima los valores en papel).
Tarjeta de adquisición de datos con 16 entradas y 2 salidas analógicas, conversor 16 bits a 100kHz
Célula de carga mediante galgas extensométricas de capacidad máxima 200kN
Captadores de desplazamiento de tipo resistivo; entre ?25mm y ?100mm, con resolución 0,01mm.
Fuente de alimentación 5Vdc de los captadores de desplazamiento
16e) Las probetas de hormigón se deben ensayar en la misma fecha que las probetas de losas. (CSSBI-S3, 2003)
17) Observar que los valores obtenidos experimentalmente no tengan diferencias mayores del 7,5%. (Hernández, 2003)
18) Con los valores de Ve obtenidos de cada losa ensayada se construyen el gráfico con 
como ordenada y 
como abcisa. Una zona de puntos agrupados deberá corresponder a las láminas del mayor espesor, y otra a las del menor. (NC-082, 2004)
Colocación de galgas y captadores de cargas y desplazamientos
Para cada zona se promedian los tres puntos que corresponden a las tres muestras de la luz larga (Región A) y los tres de la luz corta (Región B). Estos dos valores promedios se plotean en el diagrama y se unen con una línea recta que coincide con su línea de regresión lineal.
Si se realizan cuatro pruebas en cada región, entonces la regresión lineal reducida puede obtenerse un 10% bajo la recta original dado que aumenta la exactitud estadística por una muestra más amplia.
El intercepto en el eje de las Y (valor de k) y la pendiente de la recta (valor de m) se reduce en un 15%, obteniéndose la línea de regresión reducida y a partir de ella los valores definitivos de m y k.
Gráfico típico m-k
19) Con los resultados obtenidos se pueden construir tablas, curvas Carga vs Deformación, Carga vs Deslizamiento, entre otros estudios, para arribar a conclusiones.
Fallo típico del enlace por cortante longitudinal.
Secciones críticas de fallo.
Extrapolación a losas de más de un tramo
Ensayo de tracción a losas compuestas (pull out)
Descripción
Cuando los ensayos de tracción (pull out) se aplican sobre barras corrugadas, se utilizan para medir la fuerza necesaria para arrancarlas de una probeta de hormigón en la que han sido previamente embebidas. Al dividir dicha fuerza por la superficie adherente se obtiene la tensión media de cizallamiento entre la barra y el bloque de hormigón. (AISC, 2007)
La probeta para el ensayo de Pull-out, desarrollado en el ICOM por Daniels (1988), consiste en dos pequeñas secciones de losa compuesta, concretamente dos entre-nervios, encarados por la parte de la lámina. El ancho del bloque de hormigón debera ser igual a la distancia entre nervios, su longitud 300mm y su espesor aproximadamente 150 mm. (Ferrer, 2006)
Sobre el conjunto se aplica un esfuerzo de cizallamiento entre la chapa y el hormigón, sujetando las láminas por la parte superior y desplazando el hormigón hacia abajo, con el fin de provocar el deslizamiento entre ambos materiales. Unas placas de acero servirán como elementos de enlace y rigidización (López, 2007).
Esquema de Ensayo Pull out
La configuración utilizada consiste en compensar la tracción superior de la lámina mediante unas barras roscadas de acero embebidas en el hormigón, que sobresalen por la parte inferior de la probeta y se usan como elementos de tracción. Dicha tracción iguala deslizamientos a ambos lados de la probeta. Se mide la fuerza total desarrollada el equipo de tracción. (Edder, 2003)
Solidarios al bloque de hormigón y mediante barras roscadas embebidas en él, se fijan captadores de desplazamiento que miden el deslizamiento relativo entre éste y la lámina de acero. Para medir los desplazamientos se implementa un captador de desplazamiento en la parte superior de la probeta.
Preparación de las probetas
En las fotografías siguientes se muestra el proceso de preparación de las probetas. Primeramente se lleva a cabo el montaje de la lámina y los encofrados de madera, previo al hormigonado y vibrado de la probeta. Se aprecian las barras roscadas para la tracción inferior y para el posicionado del captador de desplazamiento en la parte superior.
Posteriormente se llevan a cabo las tareas de recepción, hormigonado, vibrado, condiciones de curado del hormigón y montaje del ensayo. Al tiempo de hormigonar se han de tomar no menos de 3 probetas de hormigón para ensayarlas a compresión. Después de 7 días de secado se retirarán los encofrados y se mantendrán los angulares de fijación.
Transcurridos 28 días se hace el posicionado de la probeta para su ensayo, y se le montan los captadores de fuerza y deslizamiento. Por otra lado, a este mismo tiempo se han de ensayar las probetas de hormigón con el fin de determinar la resistencia última a compresión del hormigón.
Equipos
El ensayo se puede realizar mediante una máquina MTS para ensayos de tracción–compresión controlable mediante computador y software específico incorporado. El desplazamiento interno MTS máximo es de 160mm y la capacidad de carga máxima de 250 KN. (Ferrer, 2006)
Captadores de desplazamiento de características: Resistencia: 5K; Alimentación: ?5V DC; Desplazamiento máximo: 50mm; Error linealidad: ??0,15% (máximo); Error alimentación: 1mVpp
Captadores de fuerza lateral con una capacidad de 5kN y una señal de entrada de 2mV/V. Todos los captadores se conectan a un amplificador de señal.
Programa de ensayo
El control de avance del ensayo se realiza por desplazamiento, mediante el captador interno de la máquina MTS. El ensayo se realiza en tres fases:
1. Medida de la fuerza de máxima adherencia inicial Fu,1 donde se produce el primer deslizamiento. La fuerza cae bruscamente. La velocidad de avance es de 0,1mm/min hasta un desplazamiento absoluto de 2,5mm.
2. Medida de la fuerza de máxima resistencia del ensayo Fu,2. En este tramo la velocidad de avance es de 0,4mm/min hasta completar un desplazamiento absoluto total de 10 mm.
3. En el último tramo la fuerza decae gradualmente. La velocidad de avance se establece en 0,8mm/min hasta un desplazamiento absoluto final de 20mm.
Diagrama típico de Fuerza Vs Desplazamiento
La adquisición de datos se efectúa por incremento de tiempo, cada 0,1 s en la primera fase y cada 0,5s en las fases 2ª y 3ª. (Ferrer, 2006)
Conclusiones
Ante la ausencia de métodos de diseño completamente analíticos lo suficientemente precisos como para describir el complejo fenómeno de cizallamiento entre la lámina metálica y el bloque de hormigón en una losa compuesta, continúan siendo como prácticos y fiables los métodos experimentales de flexión a un tramo simplemente apoyado de losa, o de tracción a una probeta simétrica de entrenervios.
En este trabajo se describen los procedimientos para ejecutar cualquiera de estos dos ensayos.
Bibliografía
ABDULLAH, R. (2004) Experimental Evaluation and Analytical Modeling of Shear Bond in Composite Slabs. Doctoral Thesis. Virginia Technology Institute. EE.UU.
AISC (2007) AISC: American Institute for Steel and Concrete. EE.UU
CSSBI-S3 (2003) CSSBI Criteria for the Design of Composite Slabs.Canada
EDDER, P. (2003) Essais Pull-Out Interlaboratoires. IN ICOM (Ed.) ICOM 464. Lausanne, Laboratoire de la construction métallique (ICOM). Suiza
EUROCODE-4 (2004) Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures: General rules and rules for buildings.
FERRER , M. (2006) Estudio numérico y experimental de la interacción entre la chapa de acero y el hormigón para la mejora resistente de las losas. Barcelona, Universidad politécnica de Cataluña (UPC). España
HERNÁNDEZ, D. L. (2003) Cálculo de Estructuras Compuestas de Hormigón y Acero a Flexión con el empleo de láminas perfiladas. Cuba
LÓPEZ, M., LARRÚA, R. & RECAREY, C. (2007) Un nuevo sistema de diseño de embuticiones en láminas de acero para maximizar resistencia de losas compuestas. Revista Ingeniería de Construcción, Vol 22, Nro 3.
NC-082 (2004) NC 082:2004 Cálculo de losas compuestas con láminas de acero como encofrado colaborante sometidas a cargas estáticas. Código de buenas prácticas. IN NC (Ed.) 1 ed., MICONS. Cuba
Autor:
Ing. Melchor López Ávila
Ingeniero civil. Puerto Padre, Cuba Diciembre 2008
| Página siguiente |