Anclaje de Armaduras en Hormigon Endurecido

Bettor MBT, S.A. DEPARTAMENTO TÉCNICO.SERVICIO TÉCNICO

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ANCLAJE DE ARMADURAS PASIVAS ENHORMIGÓN ENDURECIDO.

TÉCNICA

RESUMEN:

Desde la aparición al mercado de la construcción, como productos deaplicación en obras, de morteros especiales: en base epoxi o base cemento conretracción controlada, son muchas las circunstancias que han llevado a su empleo,desde su utilización en solución de ciertas patologías hasta la unión de elementosprefabricados. En ambos aparece la necesidad de ejecución de anclajes de unión,sea en perforaciones existentes en las piezas prefabricadas, o en perforacionesrealizadas en el hormigón endurecido.

A continuación se definen los factores que influyen directamente en latensión de rotura que va a resistir el anclaje y se proponen recomendacionesgenerales empíricas para el correcto dimensionamiento de los anclajes.

Los resultados obtenidos con los ensayos realizados con productos de laactual gama de verifican que las recomendaciones propuestas son válidas, y sepropone el dimensionamiento de acuerdo a las vigentes normativas EHE y EC-2 paraarmadura longitudinal en hormigón.

Finalmente se presenta la aplicación informática anclajes.exe, realizadacon objeto de aunar los criterios que actualmente se usan para el dimensionado deanclajes individuales.

nº 1/2001

Enero 2001



Bettor MBT TÉCNICA nº 1/2001ANCLAJE DE ARMADURAS PASIVAS EN HORMIGÓN ENDURECIDO

1 Introducción.

Desde la aparición al mercado de la construcción, como productos de aplicación en obras,de morteros especiales: en base epoxi o base cemento con retracción controlada, sonmuchas las circunstancias que han llevado a su empleo, desde su utilización en solución deciertas patologías hasta la unión de elementos prefabricados. En ambos aparece lanecesidad de ejecución de anclajes de unión, sea en perforaciones existentes en las piezasprefabricadas, o en perforaciones realizadas en el hormigón endurecido.

Con objeto de poder indicar unas recomendaciones generales sobre el anclaje de armaduraactiva (barra corrugada de acero) en hormigón endurecido ejecutado in situ, es precisoestudiar el comportamiento de los morteros empleados, a modo de interfase entre ambosmateriales.

2 Generalidades

La adherencia entre acero y hormigón es necesaria para la interacción entre ambos materiales.Sin esta propiedad, el hormigón armado es inconcebible en sus aplicaciones, dado que unabarra se adhiere al hormigón que le rodea por medio del fenómeno adherente.

Además, la adherencia acero-hormigón influye sobre la rigidez de las piezas, y por tanto, sobresu deformabilidad.

El fenómeno de la adherencia tiene su origen en dos tipos de fenómenos: uno de naturalezafísica (físico-química) y otro de naturaleza mecánica.

De los mecanismos físico químicos se define la adhesión, fundamentada a partir de las fuerzasmoleculares desarrolladas en las interfases de contacto.

De los mecanismos de adherencia de naturaleza mecánica, más importantes en valor absoluto,se encuentran los fenómenos de rozamiento y acuñamiento. El rozamiento se originada por lairregularidad de las superficies cuando se inicia un deslizamiento relativo entre ellas, y segeneran unas tensiones tangenciales en la superficie de contacto.




La suma de adhesión y rozamiento confiere a las barras lisas la totalidad de la adherencia,resultando en cambio una parte relativamente baja de la capacidad total en el caso de barrascorrugadas.

El fenómeno importante de adherencia cuando se trata de barras corrugadas, es elacuñamiento que sufre el hormigón al actuar contra él los frentes de las corrugas. En barracorrugada puede llegar a ser del 70% al 90% de la tensión última de adherencia. Ello significaque en barras corrugadas puede, simplificadamente, considerarse que la totalidad de tracción dela barra se transfiere al hormigón a través de las corrugas, ignorando la influencia de la adhesióny rozamiento.

3 ¿Qué factores influyen en la adherencia de las armaduras de acero?

El complejo fenómeno de la adherencia es condicionado por factores muy diversos tales como:

3.1 Resistencia del hormigón o mortero de relleno.

La resistencia del hormigón a compresión y/o a tracción es determinante en el anclaje de barrascorrugadas, dado que, la principal componente de adherencia es el acuñamiento de los frentesde corrugas contra el hormigón o mortero de relleno.

3.2 Geometría de las barras.

La geometría de las barras, en función de la distribución y tipo de corrugas determinadirectamente la tensión de adherencia.

La tendencia en el diseño de corrugas tiende a disminuir tanto la altura de las corrugas como suseparación. Esta disposición evita que los empujes radiales de las corrugas pueden llegar adesprender zonas de hormigón con poco recubrimiento1.

1 Fenómeno de “splitting” del recubrimiento. Las componentes radiales de las tensiones de adherencia ponen en cargaal hormigón circundante, de tal modo que, si se supera su resistencia a tracción, se produce el agotamiento delmismo. Esta modalidad de rotura con “splitting” del recubrimiento es habitualmente de naturaleza frágil.




3.3 Espesor de recubrimiento

Al ser traccionada una barra corrugada, existe una componente normal a la directriz de laarmadura, situación asimilable a una presión hidráulica actuando en el interior de un anillo dehormigón, cuyo espesor cmin, se corresponde con la menor dimensión del recubrimiento.

En piezas donde el recubrimiento mínimo es el inferior cy, la fisuración se inicia siguiendo ladirectriz de la armadura, para posteriormente, desarrollar una fisuración en cuña (ver Fig (a) y(b))

En piezas donde el recubrimiento mínimo es el lateral cx y además es igual a la mitad de laseparación libre entre barras la fisuración se produce horizontalmente a la altura de la ubicaciónde las armaduras (ver Fig (c)).

3.4 Armadura de confinamiento.

La armadura de confinamiento existente dispuesta como armadura transversal, evita la fisuraciónlongitudinal ocasionada por el empuje de las corrugas y con ello, se incrementa de forma claralas tensiones de adherencia finales.

Por ello, en el momento de dimensionar un anclaje, la existencia de armadura transversal seráun condición favorable y puede permitir reducir las longitudes de anclaje.

∅∅barra corrugada < cmin < 2 ∅∅barra corrugada




4 ¿Cómo hay que dimensionar los anclajes en hormigón endurecido?

En general, y gracias a las elevadas propiedades resistentes y de adherencia de los productosde anclaje, su existencia garantiza la completa transmisión de esfuerzos entre hormigón y acero.Cumpliendo unas recomendaciones de diámetro de taladro se consigue un comportamientoidéntico al anclaje de barra de acero corrugada embebida en hormigón in situ.

Los ensayos realizados demuestran que las recomendaciones de diseño vigentes para barra enhormigón in situ son completamente válidas para anclajes perforados en hormigón endurecido,quedando siempre del lado de la seguridad respecto el comportamiento real.

Como norma general, resulta recomendable diseñar los anclajes de modo que su capacidadresistente se corresponda con la del acero y no con la del hormigón. Es decir, convienegarantizar que el acero sea capaz de alcanzar, ante solicitaciones imprevistas, una tensiónequivalente a su límite elástico sin que, previamente se agote su capacidad adherente,recomendación que aún es de mayor interés si la solicitación es de naturaleza dinámica, pues esel modo de alcanzar un comportamiento más dúctil.




Para el dimensionamiento de anclajes pasivos en hormigón endurecido, se recomienda 2 laformulación para anclaje de armadura longitudinal, descritos en la normativa EHE Apdo66.5.2 así como Eurocódigo 2 Env 1992-1-1Apdo 5.2.3.2.

La aplicación anclajes.exe aúna la formulación de la EHE Apdo 66.5.2 con recomendacionesgenerales de buena práctica así como los requisitos particulares de cada tipo de producto.

Los ensayos3 de arrancamiento llevados a cabo permiten realizar las siguientes observaciones:

4.1 Longitud de anclaje

La longitud de anclaje, pues, es un factor importante desde el punto de vista de la capacidadresistente del anclaje, habiéndose observado que, al menos de modo aproximado, se puedeconsiderar que tal longitud está en proporción directa con la carga última de tracción, si laperforación es cilíndrica.

Morteros sintéticos a base de resinas (tipo epoxi, epoxi-acrilato, etc.)

=

Anclajes con morteros sintéticos(epoxi, epoxi-acrilato, etc.)

Tras los ensayos realizados con objeto de determinar las longitudes de anclaje, los autores delos estudios concluyen que para morteros sintéticos:

Lanclaje < 10 ∅∅barra corrugada se produce agotamiento en la interfase resina-hormigón.

Mientras que si

2 Cumpliendo las especificaciones técnicas de cada producto así como las recomendaciones generales para anclajede armadura in situ (especialmente diámetro de taladro).3 Ensayos realizados por LIU y HOLLAND: Dowels for anchoring new concrete facing to existing lock walls. ACISP 103/9 1987.




Lanclaje > 10 ∅∅barra corrugada se produce por agotamiento en el acero

Para anclajes realizados con morteros sintéticos en base resina epoxi, cabe esperar unadisminución progresiva de la capacidad de anclaje a medida que aumenta la temperatura, acausa de la también progresiva pérdida de resistencia de estos materiales, en especial paratemperatura de 60ºC o superiores.

Morteros hidráulico – poliméricos en base cemento

Anclajes con morteros cementosos(alta resistencia y retracción controlada)

Para anclajes realizados mediante morteros fluidos en base cemento, se recomienda que si

Lanclaje < 15 ∅∅barra corrugada se produce agotamiento en la interfase resina-hormigón.

Mientras que si

Lanclaje > 15 ∅∅barra corrugada se produce por agotamiento en el acero

Para anclajes realizados con morteros en base cemento, con aporte de calor proveniente de lasoldadura del perno o de algún elemento metálico, y con una longitud de anclaje superior a 12∅∅barra corrugada, tomándose ciertas medidas protectoras, no se registra deterioro adherente.

Se observa que para anclajes realizados con morteros sintéticos o cementosos (sin retracción),con una longitud superior o igual a 15 ∅∅barra corrugada , con el diámetro de taladro óptimo (ver 4.2),la rotura se da por agotamiento en acero.

Los valores de longitud de anclaje obtenidos con la formulación de la normativa EHE Apdo66.5.2 así como Eurocódigo 2 Env 1992-1-1 Apdo 5.2.3.2. son superiores al valor empíricode 15 ∅∅barra corrugada , quedando claramente ambas recomendaciones del lado de laseguridad.




4.2 Diámetro del taladro

Según el CEB4 el comportamiento óptimo del anclaje se obtiene con un diámetro de taladroobtenido en la siguiente formulación:

∅∅ taladro = (1.2* ∅∅barra corrugada + 5 ) en mm

Asimismo para cada producto de anclaje se debe cumplir los requisitos de espesor mínimo deaplicación (en función de la carga mineral o árido que contenga).

Por ello el diámetro de taladro óptimo vendrá determinado por el mayor de ambos valores.

∅∅ taladro = MAX((1.2* ∅∅barra corrugada + 5 ) en mm, eMINIMO APLICACIÓN MORTERO)

5 ¿Qué ensayos se han realizado con los productos de Bettor MBT, S.A.?

Los ensayos realizados tenían como objetivo verificar que las recomendaciones para eldimensionamiento de anclajes con barra corrugada en hormigón endurecido son válidas.

Con varios productos de la actual gama de Bettor MBT, S.A. se realizaron ensayos con lalongitud de anclaje teórica recomendada para hormigón in situ de acuerdo a la EHE, y otrosempleando una longitud empírica de 15 ∅∅barra corrugada. La longitud de anclaje teórica erasensiblemente inferior a la recomendada en la normativa EHE. En ambos casos se buscaba unagotamiento del anclaje por plastificación de la barra de acero.

Longitud de anclaje normativa Longitud de anclaje empírica

=

=acero B500S

HA 30/B/20/IIA

30 cm

12 mm

= =

=acero B500S

HA 30/B/20/IIA

18 cm

12 mm

Características de las probetas de ensayos de anclajes de barra corrugada.

5.1 Resultados obtenidos

4 CEB comité europeo del hormigón




De acuerdo al diseño realizado el tipo de rotura fue de acuerdo a lo previsto, agotando en todoslos casos el acero. Con ello se consigue validar las recomendaciones anteriormente descritaspara cada tipo de producto empleado.

Fig1. Ejecución de los taladros en seco.Fig 2. Necesidad de eliminación del polvo mediantesoplado enérgico con aire comprimido sin presencia

de agua.

Fig 3. Mezcla enérgica mediante métodosmecánicos de los dos componentes.

Fig 4. Vertido del producto antes de la colocación dela barra corrugada.




Fig 5. Vista general de la máquina de ensayo (MTSm810 500KN capacidad) con velocidad de

arrancamiento de 20 mm/min

Fig 6. Detalle de la placa de apoyo de sujeción, conorificio de diámetro superior al taladro, para permitir

un eventual fallo de la interfase resina-hormigón.

Fig 8. Vista del ensayo durante el arrancamiento,con acero plastificando.

Fig 9. Vista del ensayo con rotura por agotamientodel acero, con deformaciones del 8-10%.

Fig 10. Detalle de agotamiento del aceroFig 11. Vista general de la probeta 26/26 RN8 con

agotamiento de 65.253 KN




Fig 12. Vista general de las probetas de acuerdo a lanormativa, con agotamiento por barra de acero.

Fig 13. Disponibilidad de informe de ensayorealizado por LGAI (Laboratorio General de la

Generalitat) para cada producto ensayado.




Los resultados obtenidos se pueden resumir en las siguiente tabla:

PRODUCTO Nºserie Φ_barra ΦΦ_taladroLongitudtaladro

Resultado ROTURA

1 C_N1 12 mm 22 mm 30 cm 65047 N ACERO2 C_N2 12 mm 22 mm 30 cm 64884 N ACERO3 C_E1 12 mm 22 mm 18 cm 64970 N ACERO

BETTOGROUT20

4 C_E2 12 mm 22 mm 18 cm 64866 N ACERO5 C_N5 12 mm 62 mm 30 cm 64963 N ACERO6 C_N6 12 mm 62 mm 30 cm 65332 N ACERO7 C_E5 12 mm 62 mm 18 cm 65453 N ACERO

MASTEFLOW885

8 C_E6 12 mm 62 mm 18 cm 65470 N ACERO9 C_N7 12 mm 22 mm 30 cm 64970 N ACERO

10 C_N8 12 mm 22 mm 30 cm 65263 N ACERO11 C_E7 12 mm 22 mm 18 cm 64867 N ACERO

MASTERFLOW928/960

12 C_E8 12 mm 22 mm 18 cm 65418 N ACERO13 C_N9 12 mm 22 mm 30 cm 65091 N ACERO14 C_N10 12 mm 22 mm 30 cm 65177 N ACERO15 C_E9 12 mm 22 mm 18 cm 64918 N ACERO

MASTERFLOWAR

16 C_E10 12 mm 22 mm 18 cm 64850 N ACERO17 R_N1 12 mm 22 mm 30 cm 65590 N ACERO18 R_N2 12 mm 22 mm 30 cm 65350 N ACERO19 R_E1 12 mm 22 mm 18 cm 65091 N ACERO

APOTENANCLAJES

20 R_E2 12 mm 22 mm 18 cm 65229 N ACERO21 R_N3 12 mm 22 mm 30 cm 65194 N ACERO22 R_N4 12 mm 22 mm 30 cm 65056 N ACERO23 R_E3 12 mm 22 mm 18 cm 64953 N ACERO

MASTERFLOW150

24 R_E4 12 mm 22 mm 18 cm 65004 N ACERO29 R_N7 12 mm 22 mm 30 cm 65108 N ACERO

ADEPOX30 R_N8 12 mm 22 mm 30 cm 65253 N ACERO




5.2 Conclusiones

• Siguiendo las recomendaciones de diseño y empleando la normativa vigente para anclaje debarra corrugada, los resultados obtenidos son positivos para morteros en base resina y enbase cemento.

• Evaluando las cargas de agotamiento en barra de acero para cada probeta, se puede deducir(simplificando y suponiendo una distribución de tensiones uniforme) una cota inferior deadherencia para cada producto entre: hormigón_&_mortero (ττm) y mortero_&_barra (ττb).

PRODUCTO ΦΦ_taladroLongitudtaladro

ττb

ADHERENCIABARRA-

MORTERO(N/mm^2)

ττm

ADHERENCIAMORTERO-HORMIGÓN(N/mm^2)

1 22 mm 30 cm 5,75 3,142 22 mm 30 cm 5,74 3,133 22 mm 18 cm 9,57 5,22

BETTOGROUT 20

4 22 mm 18 cm 9,56 5,215 62 mm 30 cm 5,74 1,116 62 mm 30 cm 5,78 1,127 62 mm 18 cm 9,65 1,87

MASTEFLOW 885

8 62 mm 18 cm 9,65 1,879 22 mm 30 cm 5,74 3,13

10 22 mm 30 cm 5,77 3,1511 22 mm 18 cm 9,56 5,21

MASTERFLOW928/960


MASTERFLOWAR


APOTENANCLAJES


MASTERFLOW150

24 22 mm 18 cm 9,58 5,2329 22 mm 30 cm 5,76 3,14

ADEPOX30 22 mm 30 cm 5,77 3,15

Las tensiones de adherencia reales siempre serán superiores a las cotas mínimas obtenidas, y laadherencia límite se obtendría para menores longitud de anclaje, que no permitan unagotamiento del acero y la rotura se produzca en dicha interfase.




6 Anclajes.exe

Con objeto de aunar los distintos criterios de diseño para anclajes para hormigón endurecido sepresenta la aplicación ejecutable anclajes.exe v1.1. La aplicación de 200 KB de tamaño,funciona directamente en entorno Windows, sin requerir ningún otro tipo de programa instalado.

6.1 Paso a paso.

• Elección de la calidad del hormigón.




• Selección del tipo de soporte (humedad superior o inferior al 4%)

• Selección de calidad y diámetro del acero




• Existencia o no de esfuerzos dinámicos sobre el anclaje

• Elección del producto de anclaje recomendado, tras presionar el botón _DIMENSIONA.




• Solución propuesta de acuerdo a la normativa EHE, de geometría del anclaje.

DOCUMENTACIÓN COMPLEMENTARIA

Para ampliar la información de esta BETTOR MBT TÉCNICA pueden consultarse lossiguientes documentos:

- Servicio Técnico. Fichas técnicas de los productos citados.- EHE Instrucción de Hormigón Estructural.- Eurocódigo 2 Proyecto de Estructuras y hormigón UNE-ENV 1992 1-1.- Dowels for anchoring new concrete facing to existing lock walls. ACI SP 103/9 1987.- Anclaje de armaduras pasivas en los hormigones endurecidos. Roberto Vera Soriano.

GEHO CEB Grupo Español del hormigón. Tesis Doctorales.

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