Índice
Losas de Concreto sobre Terreno Reforzadas con Malla Electrosoldada.
Introducción
En todo el mundo se han desarrollado métodos innovadores para optimizar las propiedades del concreto tales como la tenacidad, ductilidad y resistencia a compresión, a tensión, a cortante, así como a los cambios bruscos de temperatura. En cuanto al tipo de refuerzo utilizado, el concreto reforzado con fibras de acero(CRFA) se ha convertido en un material fundamental en la construcción de pisos industriales, pavimentos, tableros de puentes, elementos para la estabilización de taludes, revestimientos de túneles, elementos estructurales prefabricados, bóvedas y refractarios, entre otros (Lugo, 2007).
En el caso de las losas sobre terreno para viviendas también es necesario encontrar un método de reforzamiento más eficiente que el refuerzo convencional por medio de barras o malla electrosoldada.
Comportamiento observado en losas sobre terreno
Las fibras de acero se pueden caracterizar por medio de varios parámetros; uno de los principales es la relación de esbeltez o de aspecto, que se define como el cociente entre la longitud y el diámetro de la fibra, lf/df. En CRFA, la dosificación, Df, representa la masa de fibras por unidad de volumen. La fracción de volumen de fibras de acero, Vf, se utiliza para expresar la dosificación de forma adimensional y se calcula como el cociente entre Df y la densidad del acero de las fibras, γs; es decir, 7.850 kg/m3. El parámetro Vf se expresa usualmente en porcentaje. Una de las principales propiedades mecánicas del CRFA es la tenacidad, que es una medida de la capacidad de absorber la energía durante la deformación. La tenacidad se puede estimar a partir del área bajo la curva carga-deformación. La tenacidad incrementa con la adición de fibras de acero, lo cual es útil para evitar una falla repentina del elemento bajo carga estática y mejora la absorción de energía en la carga dinámica (ACI 544.4R-88, 2009). La variable que más influye en la tenacidad es la capacidad adherente de las fibras.
Programa experimental
El programa experimental se desarrolló para determinar la dosificación de fibras de acero que se tendría que adicionar para que el desempeño de la losa sea equivalente al de las losas sobre terreno reforzadas con la cuantía mínima por contracción y temperatura establecida en la sección 7.12.2 de los Reglamentos ACI 318-11 y NSR-10, ρmin, que es igual a 0.18%. Por tanto, el ensayo principal de la investigación fue el ensayo de flexión de losas a partir del cual se determinó la tenacidad o la capacidad de absorción de energía. El programa experimental incluye 10 especímenes cuadrados de 600 mm de lado y 100 mm de espesor. El espesor de 100 mm corresponde al valor característico de losas sobre terreno para vivienda. Las variables del programa experimental son el tipo de refuerzo y la dosificación de fibras de acero. En cuanto al tipo de refuerzo se incluyeron dos losas sin refuerzo o concreto simple (CS), dos losas reforzadas con malla electrosoldada (CR) y seis losas con fibras de acero. En cuanto a la dosificación de fibras de acero se incluyeron dos losas de concreto reforzado con fibras en las siguientes dosificaciones: 5 kg/m3 (CF-5), 9 kg/m3 (CF-9) y 18 kg/m3 (CF-18).
Tipo de concreto y tipos de refuerzo
El concreto que se utilizó para la investigación fue de peso normal con resistencia nominal a compresión de 21 MPa, y tamaño máximo de agregado de 12.7 mm (1/2 pulg). Este tipo de concreto es el más utilizado para esta aplicación en viviendas. La composición del concreto por m3 fue: 283 kg de cemento, 71 kg de ceniza, 850 kg de arena, 896 kg de grava, 219 kg de agua y 2 kg de aditivo. El concreto se premezcló y suministró por la empresa Argos. En cuanto a las fibras de acero, se empleó una fibra de referencia Dramix Malla en Bolsa RL-45/50-BN, la cual tiene longitud (lf) de 50 mm, diámetro (lf) de 1.05 mm, relación de aspecto (lf/df)) de 48, y resistencia a tensión de 1.115 MPa. En la sección 7.12.2 de los Reglamentos ACI 318-11 y NSR-10 se indica que la cuantía mínima por contracción y temperatura en losas sobre el terreno es de 0.18%. Para proporcionar esta cuantía, tal como se hace de forma convencional, en el estudio se utilizó una malla electrosoldada de alambres corrugados verticales y horizontales con diámetro de 5 mm y aberturas cuadradas de 150×150 mm.
Geometría, refuerzo y elaboración de especímenes
En la figura 1 se muestra la geometría y la configuración del refuerzo de las losas reforzadas convencionalmente con malla electrosoldada. Para mejorar el anclaje de las mallas se generó un gancho estándar en los extremos de la malla con un doblez a 90 grados, conforme a las especificaciones dadas en sección 7.2.3 de los Reglamentos ACI 318-11 y NSR-10. El recubrimiento de los alambres fue de 20 mm, que es mayor al tamaño máximo nominal (TMN) del agregado utilizado (12.7 mm, 1/2 pulg), tal como se especifica en la sección 7.2 de los Reglamentos ACI 318-11 y NSR-10.
Figura 1. Geometría y configuración del refuerzo de la losa reforzada.
Las losas se elaboraron en moldes metálicos. En las losas reforzadas con malla electrosoldada se colocaron espaciadores de 20 mm para garantizar el recubrimiento. Para prevenir el alineamiento preferencial de las fibras de acero dentro del concreto, el método de vibración de la matriz de CRFA fue diferente al del concreto simple y al del concreto reforzado con la malla electrosoldada. Para las losas de concreto simple (CS) y con malla electrosoldada se agregó una sola capa de concreto y se aplicaron 100 apisonadas con una barra de acero recta y con extremos redondeados. Para las losas de CRFA se vertió una sola capa de concreto y se aplicaron 100 golpes externos con un mazo de cabeza de goma. El desencofrado de las probetas se realizó a las 24±8 horas. El curado se realizó inmediatamente después de desmoldar los especímenes, y consistió en la aplicación, sobre cada superficie de los especímenes, de una membrana de curado comercial.
Configuración de ensayo de losas
El ensayo de absorción de energía se realizó de acuerdo con los lineamientos de la norma NTC-5721 (2009). Los ensayos se realizaron en un marco de carga con capacidad de 100 kN, que cuenta con una rótula para garantizar la carga de forma axial. El marco dispone de un marco metálico cuadrado rígido y nivelado, con medidas internas de 500 mm de lado, con un borde perimetral sobre que se apoya el espécimen. El elemento donde se aplica la carga es una platina cuadrada de acero de 100 mm de lado y 20 mm de espesor (figura 2a). La velocidad de aplicación de la carga en el punto central de la losa fue de 1.5 mm/min. Para medir las deflexiones se utilizaron cinco transductores de desplazamiento lineal; cuatro de ellos estuvieron montados en un dispositivo especial patentado (Carrillo et al., 2015) que se sujeta en los extremos de la parte superior de la probeta.
Figura 2. Configuración del ensayo a flexión de losas: a) dispositivo preparado, b) ubicación de deformímetros en los alambres
La malla electrosoldada es un material compuesto de alambre de acero trabajado en frío, fabricado en paneles o rollos mediante el proceso de soldadura por resistencia eléctrica. En este estudio, las propiedades mecánicas de los alambres de la malla electrosoldada se caracterizaron a partir de ensayos de tensión, los cuales se realizaron en una Máquina Universal. Para determinar el límite de fluencia y la máxima resistencia a tensión de alambres de malla se siguieron los lineamientos de la norma NTC-3353 (2003).
Desempeño a flexión de losas
En la figura 5a se muestran las curvas carga-deflexión medidas durante los ensayos a flexión de las losas de CS, CRFA y reforzadas con malla electrosoldada. La deflexión corresponde a la medida en el centro del claro de la losa. En la figura 6 se muestran los esquemas de agrietamiento final de las losas. Teniendo en cuenta que para cada tipo de losas se ensayaron dos especímenes, en la Figura 5a se muestra la curva del espécimen con el mejor desempeño. En la figura 4b se muestran las curvas carga-deformación unitaria de los alambres de la malla medida por medio de los deformímetros adheridos en los alambres, tal como se indica en la figura 2b.
Figura 6. Esquemas de agrietamiento final de las losas: a) CS, b) Df = 14.1 kg/m3, c) CR
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