Revista
Ciencia e Ingeniería Neogranadina
Sistema
de Información Científica Redalyc
Red de Revistas Científicas de América
Latina y el Caribe, España y Portugal
Anclajes posinstalados en concretos de alta resistencia
Anchors post-installed in high strength
concrete
Yuber Mauricio Ruda Arias * yuber.ruda@uptc.edu.co
Universidad Pedagógica y Tecnológica
de Colombia, Colombia
Diego Fernando Páez Moreno
** diego.paez@uptc.edu.co
Universidad Pedagógica y Tecnológica
de Colombia, Colombia
Anclajes
posinstalados en concretos de alta resistencia
Ciencia e Ingeniería Neogranadina, vol. 27, núm. 2, 2017
Universidad
Militar Nueva Granada
Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=91150559007
Recepción: 02 Septiembre 2016
Aprobación: 13 Marzo 2017
Cómo citar: Y. M. Ruda Arias y D. F. Páez Moreno, "Anclajes posinstalados en concretos de alta resistencia," Ciencia
e Ingeniería Neogranadina, vol. 27, no. 2, pp. 137-156. DOI: http://dx.doi.org/10.18359/rcin.2208
Resumen:
Hoy en día, las grandes construcciones de
Colombia y el mundo, y en especial las de infraestructura vial, han fomentado
el uso de concretos de alta resistencia; también ha crecido de forma
simultánea el uso de los anclajes posinstalados
en todas las estructuras de concreto. Por lo anterior, se desarrolló en esta
investigación un procedimiento experimental para evaluar sistemas de
anclaje posinstalados, basado en ensayos a tracción
con probetas de concreto de alta resistencia. La evaluación considera el
análisis de los resultados de los ensayos a tracción de probetas
con un sistema de anclaje para tres longitudes (6, 9 y 12 veces el
diámetro de la varilla) con dos diámetros de varilla (3/8" y
5/8") en dos calidades de concreto de alta resistencia (5000Psi y
6000Psi), para determinar la longitud y carga efectiva del sistema. El
análisis que se realiza al ensayo experimental es correlacionar el
resultado de la carga máxima de fluencia del acero de refuerzo utilizado
(fy=4200Psi) con las variables del sistema de anclaje
posinstalado. Con esto se obtuvo como resultados el
porcentaje de resistencia del sistema en función de la longitud de
anclaje, la longitud efectiva que garantiza la fluencia del acero y las
correlaciones entre el porcentaje de resistencia efectiva alcanzada para cada
longitud de anclaje con el uso de concreto de alta resistencia. Con los anteriores
parámetros se analizó el aporte de los concretos de alta
resistencia a la eficiencia de los sistemas de anclajes posinstalados.
Palabras clave: Anclaje posinstalado, concreto de alta
resistencia.
Abstract: Nowadays the great constructions of Colombia
and the world, especially road infrastructure, have encouraged the use of
high-strength concrete. The use of post-installed anchors has also grown simultaneously
in all concrete structures. Therefore an experimental procedure was developed
in this investigation to assess post-installed anchor systems based on tensile
test specimens with high strength concrete. The evaluation considers the
analysis of the tensile tests results of test pieces with an anchoring system
for three lengths (6, 9 and 12 times the diameter of the rod) with two rod
diameters (3/8" y 5/8") in two types of high-strength concrete
(5000Psi y 6000Psi) to determine the length and effective system load. The
analysis carried out on the experimental test is to correlate the result of the
maximum strength of steel reinforcement used (fy = 4200Psi) with the variables post anchor system
installed. The results obtained are the percentage of system resistance
depending on anchor length; the length that ensures steel fluency and their
correlations between the percentage of effective
resistance reached for each anchorage length and the use of high strength
concrete. With the above parameters, the contribution of high strength concretes
to the efficiency of the installed anchorage systems was analyzed.
Keywords:
Post-installed anchor, high strength concrete.
INTRODUCCIÓN
Con todo el auge de la construcción, no hay que perder de
vista que hoy en día las exigencias de las estructuras de infraestructura
vial están haciendo que cada vez sea más frecuente el uso de
concretos de alta resistencia. Los puentes con altas exigencias
mecánicas, los pavimentos con edades tempranas de servicio, las
estructuras con geometrías cada vez más esbeltas, los elementos preesforzados o postensados en
estructuras de infraestructura vial, los puertos con estructuras sujetas a condiciones
severas de exposición, como ambientes agresivos marinos, son algunas de
las obras de infraestructura vial que han fomentado el uso de concretos con
condiciones de alta resistencia; sin embargo, el estudio del uso de anclajes epóxicos posinstalados en
concretos con estas exigencias no se ha profundizado.
En todos los sectores de la construcción de infraestructura
vial se realiza la reutilización de obras actuales o continuación
de las construcciones de concreto existente, se generan juntas de
construcción, se efectúan ampliaciones, se hacen rehabilitaciones,
se construyen reforzamientos, se desarrollan rediseños o por el proceso
constructivo se hacen construcciones segmentadas, como es el caso de los
puentes. Es por esto que se hace innegable el uso de anclajes posinstalados entre las estructuras existentes y las nuevas
que garanticen que se comporten adecuadamente (adherencia, transferencia de cargas
o garantizar estructuras monolíticas). De estos anclajes el más
utilizado es el anclaje epóxico.
Por lo anterior, el objetivo de la investigación es evaluar
la longitud y resistencia efectivas de los anclajes epóxicos
posinstalados para dos diámetros de varilla corrugada,
en probetas de dos calidades de concreto de alta resistencia mediante ensayos a
tracción directa.
1. Investigaciones precedentes
En los últimos años, se han realizado numerosos estudios
para investigar el comportamiento de los anclajes adhesivos (anclajes posinstalados), en especial, los efectos de la longitud de empotramiento
(longitud de anclaje), el tipo de agente de anclaje utilizado (adherente),
diámetro de la perforación, diámetro de la barra de
refuerzo, distancia al borde y separación de los anclajes en una
superficie de concreto.
Hay pruebas de extracción total realziadas
por Shah et al. [1] sobre
barras de acero anclado en dos longitudes de empotramiento diferentes (longitud
de anclaje), utilizando materiales de dos fabricantes diferentes. Obata et al. [2] han desarrollado
estudios de los efectos de borde libre en la resistencia a la tracción
de los sistemas de anclaje, tanto experimental como analíticamente [3].
También se ha investigado el comportamiento de los anclajes
posinstaladas de piedra natural [4] y mampostería
[5]; al mismo tiempo, algunos estudios han investigado el comportamiento de los
anclajes adhesivos (anclajes posinstalados) bajo
carga externa. El comportamiento a la tracción de anclajes epóxicos posinstalados incrustados
en el concreto de baja resistencia también se ha estudiado [6], al igual
que el comportamiento de cizallamiento de los anclajes epóxicos
embebidos en el concreto de baja resistencia [7]. Kwon et al. [8] han estudiado
el comportamiento de conectores de corte postinstaladas
bajo cargas estáticas y de fatiga. También han sido reportados
los modos de falla, con una descripción completa de los efectos de la
tasa de carga en función del comportamiento de soporte de los anclajes
[9]. Varios modos de fallo [9]-[10] se han propuesto en la literatura para
determinar la falla a la carga de los anclajes adhesivos (anclajes post
instalados) en el concreto. En la mayoría de los casos, es-tos modos
están relacionados con productos específicos y el diámetro
de las barras de ensayo por utilizar es normalmente de menos de 40mm. Se
investigó la fuerza de extracción para los anclajes posinstalados de gran diámetro incrustados en
cimientos de concreto [11]. También se encontró que el ACI 318
tiene un enfoque muy sobreconservador para la
capacidad de tracción de los anclajes posinstalados
cuando se considera un concreto de baja resistencia; además, ha congregado
la mayor cantidad de información para las investigaciones de los
sistemas de anclajes posinstalados a través
del informe del estado del arte de los anclajes en hormigón (concreto)
[12].
Las investigaciones desarrolladas, aunque no han usado concreto de
alta resistencia, han logrado caracterizar algunas de las propiedades mecánicas,
clasificar tipos de anclajes, desarrollar metodologías de ensayo, y
hasta recomendar procesos de instalación [13]. Como síntesis de
todo lo anterior, se desarrolla la consulta e integración del estado del
arte, de las variables que intervienen en un sistema de anclaje posinstalado, con el objeto de parametrizar
las variables por tener en cuenta en el presente estudio, sin detenerse en
estudios de simulación numérica y comportamiento a corte o químico
del sistema de anclajes posinstalados y otros no
mencionados.
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
2.1. Fabricación
del concreto de alta resistencia
Para el proyecto se utilizaron dos resistencias de concreto definidas
como f'c1 y f'c2. Se fabricaron 60 probetas, 30 de cada
resistencia correspondientes al tamaño de la muestra, y 6 probetas
adicionales para imprevistos. Se tomaron las recomendaciones para la construcción
de concretos de alta resistencia, de acuerdo con los catálogos
encontrados acerca de los concretos especiales en la construcción de
concretos de alta resistencia [14]-[15]. De acuerdo con lo anterior, se
decidió usar cemento portland convencional, verificar las dosificaciones
para alcanzar concretos de resistencia alta y definir una relación
agua-cemento A/C que garantice un concreto con resistencia alta [16]. Por esto,
se encontró que para obtener resistencias superiores a 34MPa, se
requieren relaciones de agua-cemento inferiores a 0,45 [17]. En la práctica
estas relaciones A/C son un poco complicadas de obtener; por tanto, fue
necesario el uso de un reductor de agua para lograr las relaciones
especificadas [18].
Por otro lado, se midió la resistencia a la compresión
a los 7 días para verificar la proyección de resistencia esperada
a los 28 días, y luego del periodo de curado se midió a los 28
días la resistencia a la compresión de 6 probetas (3 probetas de
cada resistencia), en la máquina universal de la Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia, empleando la norma NTC 673,
ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de concreto, con lo
cual se verificó que las resistencias del concreto son las esperadas
para el desarrollo de la investigación [19].
Teniendo en cuenta la proyección de los resultados de los
ensayos a 7 días, se logró predecir la resistencia a los 28 días
de cada una de las resistencias de trabajo. Como resultado, la resistencia f'c1
fue de 34,38MPa (5000Psi) y la resistencia f'c2 de 42,11MPa
(6000Psi).
2.2. Proceso
de ensamble de anclajes posinstalados
El procedimiento de ensamble de los sistemas de anclaje posinstalado fue tomado y adaptado del proyecto de investigación
que se titula Estudio de la resistencia a tracción en anclajes
estructurales post instalados con adhesivo epóxico
[20], de la línea de investigación en la cual se enmarcó el
presente proyecto; además, se tomaron en cuenta los factores que influyen
en el sistema [21], así como las recomendaciones de los elementos que
afectan la resistencia a tracción de esta [22]. Se realizaron los
sistemas de anclaje de acuerdo con el siguiente diseño experimental.
Se usaron barras de refuerzo de 3/8" (9,5mm) y 5/8" (15,9mm).
El diámetro de la perforación se realizó usando brocas de
diámetros 1/2" para anclaje de 3/8" y 3/4" para anclaje
de 5/8"; es decir, 1/8" adicional al diámetro de la barra de
refuerzo. Las longitudes de perforación usadas fueron 6, 9 y 12 veces el
diámetro de la varilla. Por tanto, las longitudes de perforación
fueron para la barra de refuerzo de 3/8" (9,5mm): 6 veces=57mm; 9 veces
85mm y 12 veces 114mm, y para la barra de refuerzo de 5/8" (15,9mm): 6
veces=95,4mm; 9 veces 143mm y 12 veces 190,8mm. Los sistemas de anclaje se
instalaron en los concretos f'c1 (5000Psi) y f'c2 (6000Psi).
Lo anterior corresponde a un diseño experimental factorial 3x2x2 con 4
repeticiones, es decir, 3 longitudes de perforación, 2 diámetros
de varilla, en 2 calidades de concreto con 4 repeticiones de cada
combinación, para un total de 48 probetas. El montaje de los sistemas de
anclajes con las principales variables para el ensamble se realizó como
se muestra en la Fig. 1.
Fig. 1 Sistema de anclaje postinstalado
Fuente: elaboración
propia.
Posteriormente, se procedió a la instalación de las
barras de refuerzo con adhesivo epóxico (como
se muestra en la Fig. 1), para lo cual se tomaron en cuenta las recomendaciones
del fabricante [23], para garantizar los requisitos de funcionamiento de los
adhesivos estructurales [24].
Luego de ensambladas las probetas de sistemas de anclaje, se efectuaron
las pruebas de resistencia a tracción. Los ensayos de resistencia a
tracción pura en los sistemas de anclaje estructural se realizaron en la
máquina universal del laboratorio de suelos y materiales de la
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC).
Para el montaje se fabricó un acople de acero ajustado a la
máquina universal del laboratorio, el cual dispone un orificio circular
dispuesto en el centro geométrico de 0,12 m de diámetro para
generar un área libre para el desarrollo de la falla del sistema. Se
hizo un ensayo típico a tracción, a una velocidad de carga de 1 MPa/s, y se fallaron las 48 probetas. Con esto se obtuvo
como resultado para cada espécimen la gráfica carga (KN) versus
alargamiento (mm), característica de esta prueba. Este procedimiento se
ejecutó con base en Icontec (1995). El esquema de montaje se presenta en
la Fig. 2.
Fig. 2 Esquema de montaje ensayo a tracción de sistema
anclaje posinstalado.
Fuente: elaboración
propia.
3. Evaluación de la longitud efectiva
Para las dos resistencias de concreto se fallaron las probetas con
las tres profundidades para evaluar la longitud efectiva de anclaje con barras
de refuerzo de 3/8" (9,5mm) y 5/8" (15,9mm). Como base para correlacionar
los resultados de los sistemas de anclaje posinstalado,
se realizaron las pruebas a tracción del acero de refuerzo utilizado
[25]. En la Fig. 3 se muestran los resultados de la curva de resistencia a tracción
del refuerzo 3/8" (9,5mm) a la izquierda y a la derecha, la curva de
resistencia a tracción 5/8" (15,9mm).
Fig. 3 Curvas de resistencia tracción 3/8" (9,5mm)
y 5/8 (15,9mm)
Fuente: elaboracipon propia.
De las curvas de resistencia de las barras acero, se identificó
el parámetro "base" de la correlación de longitud
efectiva de anclaje. De las muestras de control que aparecen en la Fig. 3, se
definió como principal parámetro la carga máxima de fluencia
del acero. Tomando como base el valor mencionado, se buscó que el
sistema de anclaje posinstalado garantizara la condición
con la cual la barra de refuerzo del sistema de anclaje sea capaz de
desarrollar la carga máxima de influencia del refuerzo correspondiente a
la probeta ensamblada. Los valores de resistencia de "carga máxima
de fluencia" correspondientes a cada varilla fueron 3/8" (9,5mm)=
29,43 KN y 5/8" (15,9mm)= 81,73 KN. Se analizó la longitud de
anclaje (perforación) en función del porcentaje de resistencia
alcanzado para cada resistencia de concreto, con cada varilla de refuerzo según
la profundidad de la perforación (veces el ∅ de la varilla), como se muestra en las Fig. 4, 5 y 6. El porcentaje
desarrollado del sistema de anclaje respecto a la carga de fluencia del acero
se calcula con el promedio aritmético de las probetas según su
diámetro y profundidad de anclaje.
Fig. 4 Longitud de anclaje seis veces el diámetro,
promedio resistencia
Fuente: elaboración
propia.
Se estableció que para la resistencia de concreto f'c1,
tomando una longitud de anclaje de 6 veces el diámetro de la varilla, se
desarrolla en promedio el 48 % de la carga máxima a fluencia del acero de
refuerzo. Para una longitud de anclaje de 9 veces el diámetro de la varilla
se desarrolla en promedio el 73 %; finalmente, para la longitud de anclaje de
12 veces el diámetro de la varilla se desarrolla en promedio el 92 %.
Fig. 5 Longitud de anclaje nueve veces el diámetro,
promedio resistencia
Fuente: elaboración
propia.
Fig. 6 Longitud de anclaje doce veces el diámetro,
promedio resistencia
Fuente: elaboración
propia.
Por lo anterior, se determina que con una longitud de anclaje de
12 veces el diámetro de la varilla se cumple de forma "aceptable"
con la resistencia máxima de fluencia del acero de refuerzo. Para la
resistencia de concreto f'c2, tomando una longitud de anclaje de 6
veces el diámetro de la varilla, se desarrolla en promedio el 62 % de la
carga máxima a fluencia del acero de refuerzo. Para una longitud de
anclaje de 9 veces el diámetro de la varilla se desarrolla en promedio
el 89 % de la carga máxima a fluencia del acero de refuerzo; finalmente,
para la longitud de anclaje de 12 veces el diámetro de la varilla, se
desarrolla en promedio el 111 % de la carga máxima a fluencia del acero
de refuerzo. En vista de lo mencionado, se comprueba que con una longitud de
anclaje de 12 veces el diámetro de la varilla, se cumple ampliamente con
la resistencia máxima de fluencia del acero de refuerzo.
El porcentaje de la carga máxima del sistema de anclaje depende
del diámetro de la varilla; es decir, que a menor diámetro se va
a desarrollar una mayor resistencia del sistema de anclaje. Por esto, una vez
definida el área de refuerzo, será más conveniente usar
una mayor cantidad de acero de menor diámetro, como se mencionó en
el artículo del estudio "Behavior of
post-installed large-diameter
anchors in concrete foundations"
[11], donde se indicó que al aumentar el diametro
de refuerzo, aumentaba marginalmente la resistencia del sistema de anclaje.
Otra correlación que se analizó fue la longitud de anclaje en función
de la resistencia del concreto, la cual se muestra en la Fig. 7. Asimismo, se
realizó el promedio de los resultados de anclaje para las probetas con
seis veces el diámetro de la varilla. El proceso anterior se
realizó también para los resultados de anclaje para las probetas
con nueve y doce veces el diámetro de la varilla. Este indicador se
calculó para cada una de las resistencias, de tal manera que los
resultados pudieran ser comparables. Se obtuvo con esto lo que se muestra en la
Fig. 7.
Fig. 7 Resistencia según longitud de anclaje para cada
f'c
Fuente: elaboración
propia.
La longitud de anclaje tiene un mejor comportamiento dependiendo
de la resistencia del concreto. Como se observa en la Fig. 7, el sistema de anclaje
con 6, 9 y 12 veces la longitud de anclaje de la varilla para la resistencia f'c2
es mayor en todos los casos a las resistencias desarrolladas para f'c1.
De lo anterior se podría indicar de forma preliminar que por cada
1000Psi de resistencia en los concretos de alta resistencia, se podría
mejorar el desarrollo de resistencia a la carga en un 15 %. Lo anterior
coincide con los estudios que determinan que en diferentes calidades de
materiales, cambia la resistencia del sistema de anclaje [1]. Por otra parte,
la tendencia de la longitud de anclaje en función de n(veces
el diámetro de la varilla) es lineal, por lo que a través de
ensayos como los propuestos en el presente estudio experimental y realizando la
metodología de análisis propuesta, se podría determinar la
longitud efectiva para cualquier sistema de anclaje posinstalado
con una resistencia de concreto f'c definida.
Al correlacionar el comportamiento obtenido en el ensayo con los
estudios similares desarrollados, se pudo validar que en concretos de alta resistencia
aplica el diseño de los anclajes adhesivos individuales en concreto no
fisurado [26]
4. Evaluación de la resistencia efectiva
Se graficaron las curvas de resistencia de los resultados obtenidos
en los ensayos para 12 veces el diámetro de la varilla con un acero de
refuerzo 3/8"(9,5mm) (Fig. 8) y 5/8" (15,9mm) (Fig. 9), para observar
el comportamiento durante el ensayo de tracción de los sistemas de
anclajes [27]Para cada grupo de resistencia de concreto
f'c1 y f'c2, se identifica cada una de las probetas para
correlacionarlas entre ellas.
Fig. 8 Curvas
de resistencia f'c1 (3/8" 9,5mm) y f'c2 (3/8" 9,5mm)
Fuente: elaboración
propia.
Fig. 9 Curvas de resistencia f'c1 (5/8" 15,9mm) y f'c2
(5/8" 15,9mm)
Fuente: elaboración
propia.
En el comportamiento para las barras 3/8" (9,5mm) de diámetro
(Fig. 8), se pudo identificar la semejanza al comportamiento de curva de
resistencia del acero [28], mientras que para las barras 5/8" (15,9mm) de
diámetro (Fig. 9), se desarrollaron las gráficas en la zona
elástica, hasta la falla del concreto en el sistema de anclaje. En
general, basados en las curvas mostradas se puede identificar la zona elástica,
la carga máxima de fluencia, la zona plástica y la carga de
rotura del acero de refuerzo. El punto donde la gráfica decrece indica
el instante de falla de la probeta o punto de rotura de la barra de refuerzo.
Correlacionando lo anterior con un estudio hecho en concretos de baja
resistencia, usar barras de menor diámetro podría proporcionar
diseños más seguros, ya que los menores diámetros de acero
son más susceptibles a desarrollar por completo la curva de resistencia
hasta la carga de rotura [7].
Al realizar la comparación entre el grupo de resultados de
las cargas a tracción de la resistencia de concreto f'c2 y f'c1,
se observa que en las curvas del concreto de mayor resistencia se desarrollan
unas mayores cargas máximas del sistema de anclaje. Aun cuando la falla
sea por el concreto o por el acero en el sistema de anclaje, en los dos casos
el acero de refuerzo ya había alcanzado la resistencia máxima de
fluencia fy=4200k/ cm2. También se
puede afirmar que en cualquiera de los dos casos se garantizaría que el
sistema de anclaje siempre cumpla con los requisitos de resistencia.
Tanto en la Fig. 8 como en la Fig. 9, se identificó que para
los sistemas de anclaje posinstalado, en su mayoría,
las probetas fallaron por el concreto, mientras que en la curva de resistencia
se identifica como el cambio de pendiente subito (decreciente),
o también se puede reconocer cuando el punto de culminación de la
curva de resistencia ha terminado y no mostró el desarrollo de la curva
de resistencia completa del acero de refuerzo, mostrado en la Fig. 3 (muestras
de control).
Al haber predefinido en el presente proyecto de investigación
tomar 12 veces el diámetro para establecer la resistencia efectiva del
sistema de anclaje (el cual desarrolle el 100% de la carga máxima de
fluencia) y observando los resultados de los ensayos a tracción donde su
gran mayoría fallaron por el concreto (aunque se está garantizando
que el sistema de anclaje funciona), la falla podría no ser
dúctil. Lo anterior se menciona teniendo en cuenta el escenario de la
metodología experimental propuesta en el proyecto, es decir, usando
probetas de concreto simple con un sistema de anclaje. Además, es
importante tener en cuenta que la fabricación de las probetas no
considera variables como el confinamiento del concreto con acero de refuerzo,
como se estudió en Contrastación experimental de la resistencia
de anclajes epoxicos [29], donde sí se
consideraron las probetas con refuerzo de confinamiento, como en los elementos
de un sistema de concreto reforzado.
Por otro lado, la resistencia efectiva a tracción en anclajes
posinstalados, a través de ensayos de tracción
directa, dió como resultado que depende
directamente de la longitud de anclaje. Finalmente se realiza el cálculo
de la resistencia efectiva a tracción en función de la
profundidad de anclaje para cada barra de refuerzo. El cálculo se hace
con el promedio aritmético de los resultados de las cargas máximas
registradas en los ensayos en las dos calidades de concreto f'c1 y
f'c2 y se muestran en las Figs. 10, 11 y 12.
Fig. 10 Resistencia efectiva (profundidad de anclaje: seis
veces el diámetro varilla)
Fuente: elaboración
propia.
Fig. 11 Resistencia efectiva (profundidad de anclaje: nueve
veces el diámetro varilla)
Fuente: elaboración
propia.
Fig. 12 Resistencia efectiva (profundidad de anclaje: doce
veces el diámetro varilla)
Fuente: elaboración
propia.
Como resultado del análisis, se determinó que con una
longitud de anclaje de seis veces el diámetro de la varilla la resistencia
efectiva a tracción desarrolla entre un 50 % y un 60 % de la carga
máxima de fluencia del acero de refuerzo (ver Fig. 10). Con una longitud
de anclaje de nueve veces el diámetro de la varilla, la resistencia
efectiva a tracción desarrolla alrededor del 80% de la carga máxima
de fluencia del acero de refuerzo (ver Fig. 11). Finalmente, con una longitud
de anclaje de doce veces el diámetro de la varilla, la resistencia
efectiva a tracción garantiza el 100 % de la carga máxima de
fluencia del acero de refuerzo (ver Fig. 12). Para el caso de estudio, siendo
la carga máxima del acero de refuerzo entre 30 % y 40 % mayor a la carga
máxima de fluencia, el sistema de anclaje estaría supeditado a no
superar estos valores.
5. CONCLUSIONES
En las investigaciones precedentes, se observó que los estudios
de los anclajes posinstalados han crecido, en
función de su uso en las obras de construcción, y la longitud de
anclaje es la variable más analizada [1], y, como se comprobó en
la presente investigación, resulta ser la más sensible en los análisis
de resultados.
Teniendo en cuenta que en la actualidad la producción de los
concretos de alta resistencia se están dirigiendo a proyectos de infraestructura
vial y que además el uso de anclajes posinstalados
es más frecuente durante el proceso constructivo, se justificó en
esta investigación la evaluación de los anclajes posinstalados en concretos de alta resistencia.
En concretos de alta resistencia, los sistemas con longitud de anclaje
de nueve veces el diámetro de la varilla, con refuerzo de diámetro
igual o menor a 3/8" podrían satisfacer los requerimientos de
diseño, pues se encontró que con esta profundidad se puede llegar
a desarrollar un mínimo del 85 % de la resistencia del acero de
refuerzo. Lo anterior se menciona en caso de que se aplicase de forma similar
la condición establecida en la NSR10- Parágrafo C5.6.5.4, donde
se aprueba una muestra con el 85 % de la resistencia (del concreto) [30]
De los resultados de las cargas máximas de los sistemas de
anclaje, se observó que en los sistemas de anclaje con doce veces el diámetro
de la varilla se garantiza que se desarrolle la carga máxima de fluencia
del acero de refuerzo.
Al analizar la longitud de anclaje con el diámetro de la varilla,
pudo verse que a menor diámetro de la barra, el sistema de anclaje posinstalado desarrolla mayor resistencia a tracción.
Lo anterior ratifica que después de definida un área de refuerzo
será más conveniente usar una mayor cantidad de acero de menor
diámetro [7].
Se identificó que la longitud efectiva de anclaje para dos
diámetros de varilla corrugada, en dos concretos de resistencia alta mediante
ensayos a tracción directa, es once veces el diámetro de la
varilla. Las recomendaciones del proveedor [23], al definir la longitud de anclaje
como doce veces el diámetro de la varilla, garantizarían que el
acero de refuerzo satisfaga las solicitaciones de resistencia. Para el caso de
estudio, al aumentar la calidad del concreto, aumenta la resistencia a tracción
de los sistemas de anclajes posinstalados. Se
observó que por cada 1000Psi de resistencia en los concretos de alta resistencia,
se podría mejorar la capacidad de resistencia a la carga de los anclajes
posinstalados en un 15 %.
Aun cuando la falla en las probetas del sistema de anclaje sea por
el concreto o por el acero, con una profundidad de anclaje de once veces el diámetro
del acero de refuerzo, alcanzará la resistencia máxima de
fluencia fy=4200k/cm2. Es por esto que se
puede definir que en cualquiera de los dos casos se garantizaría que el
sistema de anclaje siempre cumpla con los requisitos (solicitaciones) de
resistencia. Se aclara que las pruebas se desarrollaron con probetas de
concreto simple y no concreto confinado, como se ha considerado en algunos
estudios donde se integra de forma implícita dicha variable [29].
Adicionalmente, se identificó que con una longitud de anclaje
de seis veces el diámetro de la varilla, la resistencia efectiva a
tracción desarrolla entre un 50 % y un 60 % de la carga máxima de
fluencia del acero de refuerzo. Con una longitud de anclaje de nueve veces el
diámetro de la varilla, la resistencia efectiva a tracción desarrolla
alrededor del 80 %. Finalmente, se determinó que con una longitud de
anclaje de 12 veces el diámetro de la varilla, la resistencia efectiva a
tracción garantiza el 100% de la carga máxima de fluencia del
acero de refuerzo.
Frente a una mayor calidad del concreto, aumenta la resistencia del
sistema de anclaje posinstalado, como se mostró
en el estudio al comparar los sistemas de anclaje en los concretos de alta
resistencia usados en el caso de estudio. Lo anterior se menciona al
correlacionar los resultados de estracción de
anclajes en diferentes calidades de materiales, en los estudios realizados en
concreto de baja resistencia, concreto estándar, piedra [4] y mampostería
[5].
REFERENCIAS
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Adhesive Anchors in Concrete," International Journal
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pp. 113-122, 1998. https://doi.org/10.1016/S0167-6636(97)00052-5 .
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Notas de autor
* Ingeniero de Transporte y Vias; Ingeniero de Diseño Esrtuctural;
candidato a magíster en Ingeniería con énfasis en Infraetructura Vial. Universidad Pedagógica y Tecnológica
de Colombia. Correo electrónico: yuber.ruda@uptc.edu.co. ORCID:
http://orcid.org/0000-0002-9519-1609.
** Ingeniero Civil, de la Universidad
Nacional de Colombia; magíster en Ingeniería Civil, de la
Universidad de los Andes, Profesor de planta, de la Universidad Pedagógica
y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia. Correo electrónico:
diego.paez@uptc.edu.co. ORCID: http://orcid.org/0000-0003-1141-8819.
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