COPIA División Ingeniería Estructural y Geotécnica Área Ingeniería Estructural

Transcripción

1 INFORME Nº ENSAYOS DE FLEXIÓN BAJO CARGA PUNTUALES A VIGAS PRETENSADAS Y LOSAS COMPONENTES y ENSAYOS DE TRACCIÓN A VARILLAS DE REFUERZOS DE PRETENSADO. MODELO VIGUETRABA Para: PREFABRICADOS HORMIPRET LTDA. Preparado por: DICTUC S.A. Laboratorio de Ingeniería Estructural La información contenida en el presente informe o certificado constituye el resultado de un ensayo, calibración o inspección técnica especificada acotado únicamente a las piezas, partes, instrumentos, patrones o procesos analizados, lo que en ningún caso permite al solicitante afirmar que sus productos han sido certificados por DICTUC, ni reproducir en ninguna forma el logo, nombre o marca registrada de DICTUC, salvo que exista una autorización previa y por escrito de DICTUC. Santiago, 30 de noviembre de 2012 Página 1 de 37

2 Contenido 1.- INTRODUCCIÓN Y ALCANCE ANTECEDENTES Probetas varillas de acero de pretensado Viguetas pretensadas de hormigón Losa sobre viguetas pretensadas de hormigón (L350) Losa corta sobre viguetas pretensadas de hormigón (L200) ENSAYOS REALIZADOS Ensayo de tracción directa a varillas de refuerzo de hormigón Ensayo de flexión simple de Vigas a los cuartos de la luz libre Ensayo de flexión simple de Losas a los cuartos de la luz libre (L350cm) Ensayo de flexión simple para falla de rasante de Losetas a 2.5H del borde RESULTADOS OBTENIDOS Resultados ensayo de tracción directa a varillas de refuerzo de hormigón Resultados ensayo de flexión simple de Vigas a los cuartos de la luz libre Resultados ensayo de flexión simple de Losas a los cuartos de la luz libre (L350cm) Resultados ensayo de flexión simple para falla de rasante de Losetas a 2.5H del borde RESUMEN Y COMENTARIOS Página 2 de 37

3 SOLICITANTE : PREFABRICADOS HORMIPRET LTDA. RUT : DIRECCIÓN : Av. Luis Thayer Ojeda 1272, Providencia - Santiago - Chile ATENCIÓN : Sr. Javier Martinez TELÉFONO : (56-2) TRABAJOS SOLICITADOS : Ensayos de tracción a varillas de acero para pretensado. Ensayos de flexión en condición de apoyo simple a vigas pretensadas, bajo una luz de 350cm. Ensayo de flexión en condición de apoyo simple a losas hormigonadas sobre dos vigas pretensadas, bajo una luz de 350cm. Ensayo de flexión en condición de apoyo simple a losas hormigonadas sobre dos vigas pretensadas, bajo una luz de 200cm. 1.- INTRODUCCIÓN Y ALCANCE En el presente informe se entregan los resultados obtenidos, análisis y comentarios de cuatro tipos de ensayos, realizados sobre probetas que tienen directa relación con la configuración de un tipo de viga pretensada o con sistema en donde esta viga es el elemento estructural principal. Esta viga es parte de un sistema de prefabricación, para ser instalado en terreno y completada su ejecución mediante el hormigonado in situ de una carpeta losa que permitirá la distribución de esfuerzos superficiales a los nudos resistentes formados por las vigas. Los ensayos realizados, corresponden a tracción universal de las barras de refuerzo de acero (varillas de pretensado) hasta cargas de rotura, flexión directa en condición de apoyo simple a las vigas prefabricadas sin losa con una luz libre de 350cm, y flexión bajo apoyo simple de una configuración de vigas completadas con losas tributarias, para obtener máximos de momento y un ensayo de flexión especial a un sistema de losa con características particulares para intentar obtener la resistencia de esfuerzo rasante entre la viga y la carpeta superior de la losa. Las vigas en cuestión, denominadas VIGATRABAS, son fabricadas por la empresa PREFABRICADOS HORMIPRET LTDA., en adelante HORMIPRET. Los ensayos fueron ejecutados a petición del Sr. Javier Martinez, en representación de la empresa HORMIPRET, bajo la aceptación de la propuesta de trabajo LIE Los ensayos de tracción de las barras de acero fueron realizados en dependencias del Laboratorio de Ensayos Mecánicos del Área de Servicios Mecánicos de DICTUC y los restantes ensayos a las vigas en si o a los sistemas conformados por éstas fueron realizados en dependencias del Laboratorio de Ingeniería Estructural de DICTUC, entre los días 4 y 17 de octubre de El diseño de los ensayos, la ejecución de estos y la elaboración del presente informe fue realizado por profesionales DICTUC en conformidad con los requerimientos planteados por el mandante. El objetivo de las pruebas es determinar la resistencia y el comportamiento del sistema como elemento estructural para niveles de solicitación a los cuales podría estar sometido y verificar las condiciones limites de comportamiento, para tipos de falla esperados mediante la ejecución de ensayos ya sea de los componentes de la viga (barras de refuerzo), de la viga como tal y del sistema en donde la viga es el elemento estructural principal (losas). En los ensayos del sistema estructural (vigas y losas), específicamente en las pruebas de flexión, la configuración de la Página 3 de 37

4 probeta es representativa de una condición típica a implementar en terreno y las cargas puntuales se aplican en longitudes equivalentes (dispuestas a L/4 de la luz libre) en magnitud para momento máximo a las obtenidas en condición con carga uniforme. En tanto uno de los ensayos tiene la finalidad de determinar la resistencia y comportamiento para el esfuerzo rasante generado en la interfaz de la viga (cara superior) con la carpeta de hormigón la losa, por lo cual la configuración de la probeta y la disposición de las cargas esta implementada con la intención de logara dicho objetivo, en particular el diseño de esta prueba fue realizado y solicitado su ejecución por el mandante. El informe se divide en: Antecedentes, Ensayos realizados y Resultados obtenidos, y Resumen y Comentarios. Los datos expuestos en el capitulo de antecedentes, propiedades geométricas, propiedades mecánicas y denominación del sistema fueron íntegramente informados y proporcionados por el mandante. 2.- ANTECEDENTES Probetas varillas de acero de pretensado. Se trata de muestras de varillas de acero, para su uso como tendones de pretensado insertos en el sistema de vigas a ensayar. Estas varillas poseen una estructura monolítica, sin presencia de hebras menores trenzadas, con un trefilado de tipo helicoidal para generar superficie de adherencia con el hormigón tipo corrugado. Se presentan para el presente estudio muestras de diámetros nominales Ø4mm y Ø5mm, que son los cuales se encuentran insertos en las vigas dependiendo del ensayo. De estas muestras se obtuvieron 3 probetas de cada tipo de diámetro, de 350mm de longitud. El peso promedio de cada probeta correspondió a 36g para el caso Ø4mm y 54g para el caso Ø5mm y en ninguna de las muestras entregadas poseía marcas de algún fabricante. Esto genera además que las muestras presenten una sección constante sin resaltes ni reducciones locales. La resistencia nominal corresponde a Kg/cm² y el acero cumpliría con la norma ASTM A421, según la información entregada por el mandante La Fotografía muestra una vista general de los dos tipos de varillas entregadas, observándose en la zona superior las 3 probetas de Ø4mm y en la parte inferior las 3 probetas de Ø5mm. Se observa el tipo de trefilado helicoidal. Fotografía 2.1.1: Vista general de las probetas de varillas entregadas para la realización de ensayos de tracción universal. Página 4 de 37

5 Con el objeto de identificar cada una de las probetas que fueron sometidas a los ensayos de tracción directa, se presenta en la Figura la nomenclatura utilizada para este ensayo. ET-VPT-HORM-Øx-01 Número de orden de la probeta Ensayo de Flexión de Viga Varillas de pre-tensado Diámetro nominal de la barra Empresa Prefabricados Hormipret Ltda. Figura Nomenclatura utilizada para la identificación de las probetas en los ensayos de tracción de barras Viguetas pretensadas de hormigón El sistema de viga que es parte de los ensayos es de tipo pretensada y prefabricada y es utilizada como elemento de apoyo intermedio en estructuras tipo losas. En particular las vigas ensayadas corresponden a las denominadas por el mandante como Viguetrabas, las cuales son fabricadas en forma integra por la empresa HORMIPRET. La longitud total de las vigas es de L=360cm, para ser instaladas con una luz libre de 350cm. Las vigas señaladas corresponden a los elementos resistentes principales del sistema testeado y únicos elementos pretensados prefabricados. Se proporcionan por parte del mandante dos vigas pretensadas Viguetrabas para la ejecución de dos ensayos de flexión del sistema. Estas vigas son instaladas en obra, apoyando sobre ellas moldajes de poliestireno expandido, para posteriormente e In-situ, realizar el hormigonado de la losa colaborante. El hormigón empleado en la fabricación de las vigas contiene cemento Portland, la dosificación se proyecta para obtener una resistencia característica de 450kg/cm² a los 28 días, según la información proporcionada por el mandante. La Figura muestra un esquema general de la viga ensayada, donde se indica la longitud total de la viga y la longitud de la luz libre. La Figura muestra un detalle de la sección de esta viga (corte A-A). Figura Esquema general de la viga típica ensayada en laboratorio. Página 5 de 37

6 Φ4mm 3 Φ4mm Figura Corte transversal de la sección típica de la viga. La viga posee un peso por longitud de 17,5 kgf/m, el cua fue medido en Laboratorio y coincide con el indicado por el fabricante. Al ser un elemento pretensado excéntrico, posee una contra flecha promedio de 19mm (valor obtenido a partir de la medición realizada en el Laboratorio para las dos vigas ensayadas). Cada viga, posee en su cara superior, una terminación regular corrugada rectangular, la cual actúa como conector de corte con la losa hormigonada in situ sobre esta. La Figura muestra una vista en perspectiva de la viga a ensayar. Terminación regular corrugada que actúa como conectores de Corte Figura Esquema de la viga a ensayar. Página 6 de 37

7 En la Fotografía se presenta una vista general de la viga pretensada y prefabricada VigueTraba al momento de ser dispuesta para el ensayo de flexión. En la Fotografía se presenta una vista lateral de la viga y en la Fotografía un detalle de la terminación de la cara superior de la viga y en la Fotografía un detalle de la sección de la viga en estudio. Fotografía 2.2.1: Vista general de la viga pretensada y prefabricada denominado como Viguetraba. Fotografía 2.2.2: Vista lateral de la viga pretensada y prefabricada denominado como Viguetraba. Fotografía 2.2.3: Detalle de la terminación de la cara superior de la viga, donde se aprecia parte de la terminación regular corrugada para la conexión con la carpeta de la losa. Fotografía 2.2.4: Detalle de la sección que tiene la viga denominada VigueTraba en estudio Con el objeto de identificar cada una de las vigas pretensadas ensayadas a flexión, se presenta en la Figura la nomenclatura utilizada para este ensayo. FV-HORMIPRET-VT-L Número de orden de la probeta Ensayo de Flexión de Viga Empresa Prefabricados Hormipret Ltda. Luz del ensayo Modelo VigueTraba Figura Nomenclatura utilizada para la identificación de las probetas en los ensayos de flexión a vigas simples. Página 7 de 37

8 2.3.- Losa sobre viguetas pretensadas de hormigón (L350) COPIA El sistema en términos generales esta conformado por vigas Viguetrabas, de dimensiones 360cm de longitud, idénticas a las presentadas en el punto 2.2 del presente informe, las cuales corresponden al elemento resistente del sistema. El sistema de losa cuenta con bovedillas de poliestireno expandido (para el caso particular corresponde a ExpanPol) ubicadas entre las vigas como elemento aligerante. Finalmente se completa la losa mediante el hormigonado in situ de la carpeta superior (carpeta de compresión). Todo este conjunto constituye la estructuración típica de losas colaborantes con el sistema de vigas Viguetrabas. Se proporcionan por parte del mandante dos sistemas de losas con las características señaladas para la ejecución de dos ensayos de flexión del sistema. Las probetas tienen en su configuración dos vigas resistentes separadas entre si 50cm, la dimensiones de la losa corresponden a 100cm de ancho y una longitud total de 360cm con una luz libre, esto último dado la longitud de las vigas (Ver Figura y Figura 2.3.2). El hormigón empleado para la construcción de la losa colaborante, corresponde a un H25. La losa, posee armadura de refuerzo en su cara superior, correspondiente a una malla Φ4,2@15cm. Ambas probetas poseen además, refuerzos tipo vigas de apoyo en sus cabezales para todo su ancho, correspondientes a bloques macizos de hormigón, de 20cm de largo por 22cm de alto, armados con 4Φ10 a lo ancho (en cada cabezal) y estribos a lo ancho Φ8@20. Estos bloques actúan como apoyo de la probeta en la realización de este ensayo. Las vigas Viguetrabas, quedan insertas en los bloques cabezales de la probeta La Figura muestra un esquema general del sistema de losa presentado. La Figura muestra una vista en corte de la losa. Figura Esquema general del sistema losa ensayado en laboratorio. Página 8 de 37

9 Figura Corte transversal de la sección típica de la losa Al ser un sistema compuesto por un elemento pretensado prefabricado y una losa hormigonada in situ, apoyada sobre las vigas prefabricadas, estas pierden parte de su contraflecha de 19mm, midiéndose en promedio para el sistema de vigas y losas colaborantes, un valor promedio de 9,5mm de contraflecha. La Figura muestra una vista en perspectiva de la losa a ensayar, en dicha figura se encuentra representada la armadura dispuesta en las vigas extremas que actúan de cabezales y la malla superior (retracción) de la losa. Figura Esquema de la losa a ensayar. Página 9 de 37

10 Con el objeto de identificar cada una de las probetas ensayadas a flexión, se presenta en la Figura la nomenclatura utilizada para este ensayo. FV-HORMIPRET-LVT-L Número de orden de la probeta Ensayo de Flexión de Viga Empresa Prefabricados Hormipret Ltda. Luz del ensayo Modelo Losa VigueTraba Figura Nomenclatura utilizada para la identificación de las probetas en los ensayos de flexión a losas de luz 350cm Loseta corta sobre viguetas pretensadas de hormigón (L200) El sistema en general tiene características similares a las señaladas en el punto 2.3 del presente informe, pero en la cual se han realizado modificaciones en algunos aspectos del sistema, relacionado con el objetivo del ensayo. El sistema de losa esta conformada por elementos Viguetrabas que han sido reforzadas aumentando el diámetro de las barras de refuerzo a 5mm, además de aumentar la altura total de la sección (aumento del fondo de la carpeta de compresión). Las losas tienen contemplado en su configuración una longitud total de 210cm con una luz libre de 200cm. Este sistema no es representativo de una condición típica de terreno y corresponde a una configuración especial, pensada para obtener fallas por rasante (conexión de corte entre las Viguetrabas y la losa colaborante), antes de obtener fallas por flexión típica. Este diseño del sistema fue desarrollado por el mandante basado principalmente en recomendaciones señaladas en el estándar español EH08 señalado para este tipo ensayos, según fue informado. Se proporcionan por parte del mandante dos sistemas de losas con las características señaladas para la ejecución de dos ensayos para determinar la resistencia al esfuerzo rasante. Las probetas tienen en su configuración dos vigas resistentes separadas entre si 50cm, la dimensiones de la losa corresponden a 100cm de ancho y una longitud total de 210cm con una luz libre de 200cm, esto último dado la longitud de las vigas (Ver Figura y Figura 2.4.2). El hormigón empleado para la construcción de la losa colaborante, corresponde a un H25. La losa, posee armadura de refuerzo en su cara superior, correspondiente a una malla Φ4,2@15cm. Ambas probetas poseen además, refuerzos tipo vigas de apoyo en sus cabezales para todo su ancho, correspondientes a bloques macizos de hormigón, de 20cm de largo por 25cm de alto, armados con 4Φ10 a lo ancho (en cada cabezal) y estribos a lo ancho Φ8@20. Estos bloques actúan como apoyo de la probeta en la realización de este ensayo. Las vigas Viguetrabas, quedan insertas en los bloques cabezales de la probeta La Figura muestra un esquema general del sistema de losa presentado. La Figura muestra una vista en corte de la losa. Página 10 de 37

11 Figura Esquema general del sistema loseta ensayado en laboratorio. Figura Corte transversal de la sección típica de la loseta La Figura muestra una vista en corte de la viga Viguetraba reforzada para este ensayo. Φ5mm 4 Φ5mm Figura Corte transversal de la sección de la viga Viguetraba reforzada. Página 11 de 37

12 Al ser un sistema compuesto por un elemento pretensado prefabricado y una losa hormigonada in situ, apoyada sobre las vigas prefabricadas, estas pierden parte de su contraflecha inicial, la cual para una viga Viguetraba reforzada no se conoce, al no presentarse probetas solas con este tipo de armadura. No obstante, las mediciones realizadas en laboratorio para estas probetas arrojan la nula existencia de contraflecha, a diferencia de las losas medidas en el punto 2.3 del presente informe. La Figura muestra una vista en perspectiva de la losa a ensayar. Figura Esquema de la losa a ensayar. Con el objeto de identificar cada una de las probetas ensayadas, se presenta en la Figura la nomenclatura utilizada para este ensayo. FV-HORMIPRET-LVT-L Número de orden de la probeta Ensayo de Flexión de Viga Empresa Prefabricados Hormipret Ltda. Luz del ensayo Modelo Losa VigueTraba Figura Nomenclatura utilizada para la identificación de las probetas en los ensayos de flexión a losas de luz 200cm. Página 12 de 37

13 3.- ENSAYOS REALIZADOS. Se realizaron diversos ensayos aplicados sobre el sistema en estudio, con el objeto de determinar propiedades que sean de interés tanto de un elemento componente como del sistema y conocer los niveles de resistencia y comportamiento del sistema bajo condiciones simuladas de borde similares a las existentes en su disposición en terreno. En particular los ensayos realizados corresponden a la tracción directa de varillas de refuerzo para vigas pretensadas, flexión simple de la viga VigueTraba con una luz libre de 350cm y bajo la acción de cargas puntuales dispuestas a los cuartos de la luz, flexión simple de un sistema de losa con las vigas pretensadas como elemento resistente con una luz libre de 350cm y separación típica entre vigas de 50cm, baja la acción de cargas distribuidas en el ancho, aplicadas a los cuartos de la luz libre de flexión y un ensayo especial para una configuración de sistema de losa modificado (tanto la configuración de la viga, de la carpeta superior y luz de ensayo se ven modificadas), con el objeto de obtener la falla por rasante (conexión de corte entre las viguetrabas y la losa colaborante), antes de otro mecanismo y con esto determinar la resistencia a dicho esfuerzo rasante. A continuación se detalla el procedimiento para cada uno de los ensayos mencionados Ensayo de tracción directa a varillas de refuerzo de hormigón. Las probetas de varillas de refuerzo para hormigón pretensado, son ensayadas en una prensa hidráulica de tracción, marca Tinius Olsen, de 60 toneladas de capacidad y fijadas mediante cuñas de apriete a sus placas de apoyo, superior e inferior, especialmente diseñadas para su trabajo. La aplicación de la carga se realiza en forma monotonicamente creciente y durante el ensayo se mide la deformación axial en una longitud central de 50mm de la barra mediante la implementación de un extensómetro digital, dicho elemento se mantiene en el ensayo hasta determinar la fluencia de la probeta, para luego ser retirado antes de la falla por razones de seguridad para el sensor. La Fotografía muestra una vista general del equipo de ensayos y en la Fotografía un detalle de la barra implementada en la prensa hidráulica y el extensómetro digital dispuesto. Fotografía 3.1.1: Vista general de la prensa de tracción Tinius Olsen, ocupada para la realización del ensayo de tracción a las probetas de pletinas. Fotografía 3.1.1: Detalle de una de las probetas implementada en la prensa hidráulica antes del inicio del ensayo y del extensómetro digital dispuesto para la medición de las deformaciones hasta la fluencia de la barra. Página 13 de 37

14 Para todos los casos de medición, se calcula el punto de fluencia bajo el control en una sección de 100mm de longitud, mediante el uso de un extensómetro digital. La Carga es aplicada bajo un ritmo de deformación de 5mm por minuto y es controlada mediante una celda de carga interna del equipo Ensayo de flexión simple de Vigas a los cuartos de la luz libre. Un esquema general del ensayo de flexión simple implementado para el sistema de vigas pretensadas VigueTrabas se muestra en la Figura La carga es aplicada mediante el uso de dos gatos hidráulico de 5 toneladas de capacidad, apoyados sobre maderas de 10cm de ancho, las cuales son instaladas en la cara superior de la viga, dichos elementos tienen una geometría que permite un ajuste con la parte superior de la viga y una mejor aplicación de la carga. Esta viga se encontraba simplemente apoyada en sus extremos sobre 2 rótulas (fija correspondiente a un medio cilindro solido y deslizante correspondiente a un cilindro solido), la luz libre para este ensayo fue de 350cm en ambas probetas. Vista en Elevación Transductor en eje apoyo Gato hidráulico Transductores en eje central P/2 P/2 Gato hidráulico Panel 11[cm] 87.5 [cm] 87.5 [cm] 87.5 [cm] 87.5 [cm] 350 [cm] 360 [cm. Figura Esquema del ensayo de flexión simple a vigas. En la Fotografía se muestra una vista general de la implementación del ensayo de flexión sobre la viga prefabricada. En la Fotografía se presenta un detalle del sistema de aplicación de la carga. Página 14 de 37

15 Fotografía 3.2.1: Vista general de la implementación del ensayo de flexión simple a vigas prefabricadas y pretensadas. Fotografía 3.2.2: Detalle del sistema de aplicación de carga sobre la cara superior de la viga. Se instalaron 4 transductores, con el objeto de registrar las deformaciones que experimentan las probetas (vigas) durante el ensayo. Se ubicó un transductor sobre cada uno de los ejes de apoyo de la viga (2 transductores en total) y dos transductores en el eje central de la misma, que es paralelo a los apoyos. En las Fotografías y se presenta un detalle de los transductores utilizados en los apoyos y de los transductores ubicado al centro de la probeta, respectivamente. Fotografía 3.2.3: Detalle de uno de los transductores típicos instalados sobre el centro del eje de los apoyos. Fotografía 3.2.4: Detalle de los dos transductores dispuestos para medir la deflexión central de la probeta durante el ensayo. El plan de carga consiste en aplicar dos ciclos de carga y descarga, correspondientes a la sobrecarga máxima de trabajo durante la ejecución del hormigonado in situ de la carpeta superior sobre el sistema de viga considerando en la configuración un ancho tributario de 50cm (separación entre vigas) y una altura de carpeta superior en los vanos de 50mm, lo cual según la información proporcionada por el mandante corresponde a una sobrecarga por losa de 77.15kgf/m y adicionalmente considerar una sobrecarga de uso de 100kgf/m 2, con lo cual considerando la geometría del sistema implica una carga de kgf/m. Al considerar la configuración implementada en los ensayos se tiene que el nivel de solicitación total equivalente a aplicar sobre la viga para la carga señalada anteriormente corresponde P=445kgf. Durante el ensayo y en cada uno de los ciclos implementados se incrementó Página 15 de 37

16 la carga máxima en forma monotónica y creciente. En cada ciclo de carga se registran las deformaciones experimentadas por la viga y la carga correlacionada a cada una de esas mediciones, bajo una frecuencia de muestreo de 5Hz. Las cargas máximas de cada ciclo se mantienen por 5 minutos antes de comenzar a descargar el panel, posteriormente con la carga vertical cercana a cero (20 [kgf] en el gato hidráulico) se esperaron 5 minutos para volver a aplicar carga. En el plan de ensayo también es de interés determinar lo niveles de solicitación asociados a dos niveles de deformación netos específicos experimentados por la viga en el punto central de la luz libre, dichos niveles corresponden a L/500 y L/300, en donde L es la luz libre; para los niveles de deformación de interés se tiene considerado descontar la contraflecha que tiene la viga debido al pretensado. La carga aplicada y las deformaciones medidas por los transductores para distintos niveles de carga, se registraron mediante un equipo de adquisición de datos digital de origen Alemán, marca HBM, modelo QuantumX 840A Ensayo de flexión simple de losas con vigas pretensadas cargadas a los cuartos de la luz libre (L350cm). El ensayo de carga de flexión simple sobre losas con vigas pretensadas (VigueTrabas) como elemento estructural principal se muestra en la Figura La carga es aplicada mediante el uso de dos gatos hidráulicos de 20 toneladas de capacidad que reparte la carga sobre la superficie de la losa. Como elemento repartidor de esfuerzos se utilizaron 2 vigas de madera (pino radiata) de 10 [cm] x 10 [cm] x 160 [cm] y 11 [kgf] de peso cada una. El eje de cada viga de madera se encontraba a 1/4 de la luz libre de la losa. La probeta se encontraba apoyada en ambos extremos en su longitud menor (L=100 [cm]). Los apoyos de la losa consistían en rótulas deslizantes implementadas como cilindros de acero de Ø32mm, huecos y de 3mm de espesor, apoyados sobre una viga de madera de sección 10 x 10 [cm]. La luz libre entre apoyos fue de 350 [cm] para el caso losas de ensayo de flexión. Vista en Elevación Transductor en eje apoyo Transductores P/2 Gato hidráulico en eje central P/2 Viga de madera Panel 17 [cm] 87.5 [cm] 87.5 [cm] 87.5 [cm] 87.5 [cm] 350 [cm] 360 [cm. Figura Esquema del ensayo de flexión simple sobre losas de luz libre 350cm. Página 16 de 37

17 Vista en Planta SUR Viga de madera Transductor en eje central (2) Viga de madera Transductor en eje apoyo (1) Gato hidráulico Transductor en eje apoyo (4) A = 100 [cm] A PANEL A Transductor en eje central (3) NORTE Figura Esquema del ensayo de flexión simple sobre losas de luz libre 350cm (continuación). En la Fotografía se muestra una vista general de la implementación del ensayo de flexión sobre losas de luz libre 350cm. En la Fotografía se presenta un detalle del sistema de aplicación de la carga, el gato hidráulico y el sistema de repartición transversal. Fotografía 3.3.1: Vista general de la implementación del ensayo de flexión de losas de luz libre 350cm. Fotografía 3.3.2: Detalle del sistema de aplicación y repartición de la carga (2 gatos hidráulicos y vigas de repartición). Se instalaron 4 transductores, con el objeto de registrar las deformaciones que experimenta la losa durante el ensayo. Se ubicó un transductor sobre cada uno de los ejes de apoyo de la losa (2 transductores en total) y dos transductores en el eje central de la misma, que es paralelo a los apoyos. En las Fotografías y se presenta un detalle de los transductores utilizados en los apoyos y de los transductores ubicado al centro de la probeta, respectivamente. Página 17 de 37

18 Fotografía 3.3.3: Detalle de uno de los transductores típicos instalados sobre el centro del eje de los apoyos. Fotografía 3.3.4: Detalle de los dos transductores dispuestos para medir la deflexión central de la probeta durante el ensayo. El plan de carga consiste en aplicar cuatro ciclos de carga y descarga, aplicando cargas puntuales equivalentes correspondientes a una sobrecarga de 250kgf/m 2, una sobrecarga de 550kgf/m 2, una sobrecarga de 1000kgf/m 2 y un ciclo final a carga de colapso. Durante el ensayo se incrementó la carga máxima en forma monotónica. En cada ciclo de carga se registran las deformaciones experimentadas por el panel y la carga correlacionada a cada una de esas mediciones, bajo una frecuencia de muestreo de 5Hz. Las cargas máximas de cada ciclo se mantienen por 5 minutos antes de comenzar a descargar el panel, posteriormente con la carga vertical cercana a cero (20kgf en el gato hidráulico) se esperaron 5 minutos para volver a aplicar carga. En el plan de ensayo también es de interés determinar lo niveles de solicitación asociados a dos niveles de deformación netos específicos experimentados por el sistema en el punto central de la luz libre, dichos niveles corresponden a L/500 y L/300, en donde L es la luz libre; para los niveles de deformación de interés se tiene considerado descontar la contraflecha que tiene la losa debido al pretensado de la viga. La carga aplicada y las deformaciones medidas por los transductores para distintos niveles de carga, se registraron mediante un equipo de adquisición de datos digital de origen Alemán, marca HBM, modelo QuantumX 840A Ensayo especial de flexión simple para obtener falla por rasante de losas con vigas pretensadas cargadas a 2.5H del borde. Este tipo de configuración de sistema de losa fue fabricado con condiciones especiales y modificadas respecto a una configuración típica, las variantes están destinadas principalmente a aumentar la resistencia a flexión con el objeto de evitar este tipo de falla y favorecer una falla por esfuerzo rasante entre las superficies de contacto horizontal de la viga con el hormigón de la losa, con este mismo propósito se realizaron modificaciones en la configuración del ensayo, disminuyendo significativamente la luz libre, los principales aspectos del ensayo de flexión especial para esfuerzo rasante se muestran en la Figura La carga es aplicada mediante el uso de dos gatos hidráulicos de 20 toneladas de capacidad que reparte la carga sobre la superficie de la losa. Como elemento repartidor de esfuerzos se utilizaron 2 vigas de acero ][ 200x100mm, de peso 35kgf cada una apoyadas sobre un listón de madera de 4cm de ancho. El eje de cada viga (viga de acero y listón de apoyo) se encontraba a 2.5 alturas Página 18 de 37

19 totales de la losa desde los bordes, correspondiente a 1/4 de la luz libre de la losa. La probeta se encontraba apoyada en ambos extremos en su longitud menor (L=100 [cm]). Los apoyos de la losa consistían en rótulas deslizantes implementadas como cilindros de acero de Ø32mm, huecos y de 5mm de espesor, apoyados sobre una viga de madera de sección 10 x 10 [cm]. La luz libre entre apoyos fue de 200 [cm] para el caso losas de ensayo a rasante. En la Fotografía se muestra una vista general de la implementación del ensayo de flexión sobre losas de luz libre 200cm. En la Fotografía se presenta un detalle del sistema de aplicación de la carga, el gato hidráulico y el sistema de repartición transversal. Fotografía 3.3.1: Vista general de la implementación del ensayo de flexión de losas de luz libre 350cm. Fotografía 3.3.2: Detalle del sistema de aplicación y repartición de la carga (2 gatos hidráulicos y vigas de repartición). Vista en Elevación Transductor en eje apoyo P/2 Gato hidráulico Transductores P/2 en eje central Viga de acero de repartición Listón de madera Panel H=20[cm] 2.5H=50 [cm] 50 [cm] 200 [cm] 210 [cm. 50 [cm] Figura Esquema del ensayo de flexión simple sobre losas de luz libre 200cm. 2.5H=50 [cm] Página 19 de 37

20 Vista en Planta SUR Viga de acero ][200x100 Transductor en eje central (2) Viga de acero ][200x100 Transductor en eje apoyo (1) Gato hidráulico Transductor en eje apoyo (4) A = 100 [cm] A PANEL A Transductor en eje central (3) NORTE Figura Esquema del ensayo de flexión simple sobre losas de luz libre 200cm (continuación). Se instalaron 4 transductores, con el objeto de registrar las deformaciones que experimenta la losa durante el ensayo. Se ubicó un transductor sobre cada uno de los ejes de apoyo de la losa (2 transductores en total) y dos transductores en el eje central de la misma, que es paralelo a los apoyos. En las Fotografías y se presenta un detalle de los transductores utilizados en los apoyos y de los transductores ubicado al centro de la probeta, respectivamente. Fotografía 3.4.3: Detalle de uno de los transductores típicos instalados sobre el centro del eje de los apoyos. Fotografía 3.4.4: Detalle de los dos transductores dispuestos para medir la deflexión central de la probeta durante el ensayo. Página 20 de 37

21 El plan de carga consiste en aplicar dos ciclos de carga y descarga, correspondientes a una sobrecarga de 2050kgf/m 2 y un ciclo final a carga de colapso. Durante el ensayo se incrementó la carga máxima en forma monotónica. En cada ciclo de carga se registran las deformaciones experimentadas por el panel y la carga correlacionada a cada una de esas mediciones, bajo una frecuencia de muestreo de 5Hz. Las cargas máximas de cada ciclo se mantienen por 5 minutos antes de comenzar a descargar el panel, posteriormente con la carga vertical cercana a cero (20 [kgf] en el gato hidráulico) se esperaron 5 minutos para volver a aplicar carga. La carga aplicada y las deformaciones medidas por los transductores para distintos niveles de carga, se registraron mediante un equipo de adquisición de datos digital de origen Alemán, marca HBM, modelo QuantumX 840A. Página 21 de 37

22 4.- RESULTADOS OBTENIDOS Resultados ensayo de tracción directa a varillas de refuerzo de hormigón. En todas las probetas ensayadas y en los dos tipos de secciones analizadas (diámetro nominal 4mm y5mm) se logra la fluencia, con estricción y ruptura por tracción. La Tabla muestra un resumen de los resultados obtenidos para la serie de probetas de diámetro nominal Ø4mm. La Tabla muestra un resumen de los resultados obtenidos para la serie de probetas de diámetro nominal Ø5mm. En cada una de las tablas se presenta la nomenclatura utilizada, el límite de fluencia, la resistencia a la tracción máxima y el alargamiento en 100mm, con los promedios respectivos y desviaciones estándar asociadas. Para ambos casos se observa a partir de los resultados numéricos obtenidos una uniformidad en los valores obtenidos para cada uno de los parámetros, en cada grupo de probetas, con magnitudes similares entre si para las probetas de iguales características. Tabla Resumen de resultados de los ensayos de tracción sobre probetas de varillas de diámetro Ø4mm. Muestra Límite de fluencia (kgf) Resistencia a la tracción máxima (kgf) Alargamiento en 100mm (%) ET-VPT-HORM-Ø4mm ,3 ET-VPT-HORM-Ø4mm ,9 ET-VPT-HORM-Ø4mm ,5 Promedio ,9 Desviación Estándar ,40 Tabla Resumen de resultados de los ensayos de tracción sobre probetas de varillas de diámetro Ø5mm. Muestra Límite de fluencia (kgf) Resistencia a la tracción máxima (kgf) Alargamiento en 100mm (%) ET-VPT-HORM-Ø5mm ,9 ET-VPT-HORM-Ø5mm ,8 ET-VPT-HORM-Ø5mm ,4 Promedio ,7 Desviación Estándar ,26 La Fotografía muestra una vista general de una de las probetas de tracción. La Fotografía muestra una vista general del mecanismo de falla típico presentado en las probetas ensayadas. Página 22 de 37

23 Fotografía 4.1.1: Vista general de la probeta sometida al ensayo de tracción directa. Fotografía 4.1.2: Vista general del mecanismo de falla típico que se presentó en las probetas sometidas al ensayo de tracción directa Resultados ensayo de flexión simple de Vigas a los cuartos de la luz libre. El desarrollo del ensayo fue según lo que estaba planificado en ambas probetas, en particular en el primer ciclo no se observó la existencia de daños en las vigas ensayadas o indicios de algún tipo de mecanismo de falla. Como resultado de los ensayos de flexión dos vigas pretensadas como elementos unitarios, se obtuvieron las curvas Carga Aplicada vs. Deflexión Promedio Centro de la probeta que se presentan en los Gráficos del al Es importante señalar que en el análisis de las deformaciones y el parámetro utilizado tanto en los gráficos como en las tablas del presente informe denominada como deflexión o deformación promedio central corresponde a una deformación central neta, la cual se obtiene como la diferencia entre el promedio de las mediciones directas realizadas en el punto central de la viga y el promedio de las deformaciones verticales registradas en los apoyos. En los gráficos y tablas el parámetro utilizado en forma directa es la deformación promedio central. En la Figura se presenta un esquema en donde se explica el funcionamiento de los parámetros antes descritos. A C B δabs A δabs C δneta C δabs B δabs = Deformación absoluta. δneta = Deformación Neta Deformación Neta punto C = Deformación Absoluta punto C menos promedio de la deformación absoluta de los apoyos A y B. δnetac = δabsc [(δabsa+ δabsb)/2] Figura Esquema explicativo de los parámetros relacionados con deformaciones absolutas y deformaciones netas en ensayos de flexión. Página 23 de 37

24 En los Gráficos y además de las curvas de Carga Aplicada vs. Deflexión Promedio Centro, se presenta una recta (línea de trazo de color gris oscuro) cuya pendiente corresponde a la rigidez elástica de la curva de comportamiento de la probeta, asociada a esto se presenta una recta horizontal (línea de trazo corto de color gris) la cual corresponde a la estimación de límite de proporcionalidad o elástico. Dado el tipo de comportamiento observado en las vigas ensayadas, para obtener la pendiente elástica y el límite de proporcionalidad se utilizó el criterio mediante el cual se considera la pendiente que mejor representa el comportamiento mostrado por la probeta durante el ensayo. En forma adicional se presentan en los gráficos una serie de líneas rectas que corresponden a limites o niveles de interés, ya sea en deformación como nivel de carga; en particular se tiene tres líneas rectas verticales que representan los niveles de deformación asociados a una condición de L/500 (7mm) y de L/300 (11.7mm) y también la contraflecha medida para la viga. Se tiene también una línea recta horizontal adicional que representa la carga de trabajo de las vigas para condiciones de hormigonado y sobrecarga igual a 100kgf/m 2. Para el caso de las rectas asociados a la condición de control L/500y L/300 y con el objeto de no considerar el efecto de la contraflecha, se encuentran graficadas incorporando (adicionando) la magnitud de la contraflecha al valor de la deformación de control. En la Tabla se resumen: la carga máxima registrada durante los ensayos, la deflexión promedio central de la viga máxima registrada, la deflexión promedio central de la viga asociada a la carga máxima registrada y la rigidez de la viga. Se presentan además los valores de deformación correspondientes al límite de proporcionalidad. Tabla Resultados obtenidos durante los ensayos de flexión simple bajo carga a los cuartos de la luz a vigas unitarias Viguetrabas. Panel Pmax (1) δmax (2) δ Pmax (3) Pprop (4) δprop (5) P (L/500) (6) P (L/300) (7) Kelást (8) [kgf] [mm] [mm] [kgf] [mm] [kgf] [kgf] [kg/mm] FV-HORMIPRET-VT-L ,3 FV-HORMIPRET-VT-L ,3 Promedio ,3 Notas: (1) Carga transversal máxima que resiste la viga (incluye carga externas aplicadas y el peso del sistema de aplicación de carga). (2) Deformación máxima que se produce en el centro de la viga. (3) Deformación que se produce en el centro de la viga asociada a la carga máxima. (4) Carga correspondiente al límite de proporcionalidad de la viga. (5) Deformación asociada a Pprop, obtenido para la carga aplicada. (6) Carga asociada al nivel de deformación L/500 sobre la deformación de contra flecha. (7) Carga asociada al nivel de deformación L/300 sobre la deformación de contra flecha. (8) Rigidez vertical elástica de la viga Principalmente en los gráficos y en la tabla resumen se puede observar que el primer ciclo implementado presenta un comportamiento global de tipo lineal en ambas probetas ensayadas. Además se tiene que la carga máxima aplicada asociado a la falla de la viga supera en ambos casos en forma importante, con un factor de seguridad de FS=2.45, la carga de trabajo máxima estipulada por el mandante, al momento de la instalación de moldajes auto soportados y procesos de hormigonado, correspondiente a un Pt=445kgf, de igual manera se puede observar que la carga asociada al limite de proporcionalidad es superior del orden de un 22.5% a dicha nivel de carga. El nivel de deformación promedio central asociado a la carga denominada de trabajo para el sistema de vigas fue del orden de 13mm, generando una perdida de la contra flecha inicial (19mm) del 68%. Página 24 de 37

25 Carga Aplicada P [Kgf] Carga Aplicada P [Kgf] COPIA Ensayo de Flexión Simple a Vigas - Viguetraba HORMIPRET Curva de Carga P vs Deflexión Promedio Central Probeta FV-HORMIPRET-VT-L Deformación Central Promedio Pendiente Elastica Límite de Proporcionalidad Contra Flecha L/300 L/500 Carga de Trabajo Pmax = 1079 [kgf] kelast = 35,3 kgf/mm Limite Elastico P = 540kgf Deflexión Promedio Central [mm] Gráfico Ensayo de Flexión Simple a Vigas - Viguetraba HORMIPRET Curva de Carga P vs Deflexión Promedio Central Probeta FV-HORMIPRET-VT-L Deformación Central Promedio Pendiente Elastica Límite de Proporcionalidad Contra Flecha L/300 L/500 Carga de Trabajo Pmax = 1100 [kgf] kelast = 33,3 kgf/mm Limite Elastico P = 550kgf Deflexión Promedio Central [mm] Gráfico Página 25 de 37

26 En las Tablas se muestran: el valor de la carga máxima aplicada en el ensayo y el momento flector en el centro de la viga producto de esta carga máxima, que corresponde a la carga aplicada por el gato más la carga de peso propio de los elementos de aplicación de carga y el peso propio de la viga. Tabla Valores de momento flector de rotura y carga equivalente viga luz 350cm Probeta Pmax (1) [kgf] Momento Flector en el centro de la Viga. Mmax (2) [kgf m] FV-HORMIPRET-VT-L FV-HORMIPRET-VT-L Promedio Notas: (1) Carga máxima total que resiste la viga (incluye carga externa aplicada y el peso propio de los elementos de aplicación de carga). (2) Se calcula como (P x L / 8)+(q x L 2 /8), donde P es la carga externa aplicada sobre la viga incluido el peso propio del sistema de carga, q peso propio de la viga y L es la distancia entre apoyos de la misma. El mecanismo de falla para las dos probetas ensayadas correspondió al aplastamiento por compresión del hormigón de la zona comprimida, en la longitud media de la viga (entre las carga aplicadas). Esta falla es de carácter frágil. Se observan fisuras por flexión las cuales se presentaron en forma importante, pero con una distribución muy homogénea y no presentando espesores importantes, observándose el avance de una de estas hasta obtener la falla por cabezal de hormigón. Esta falla, si bien se presentó en ambas probetas, el aporte de resistencia a compresión considerable de la losa colaborante, impediría que este tipo de falla se presente en condiciones de instalación normales. Se presentan en las Fotografías y dos vistas de la falla típica presentada por las probetas ensayadas. Fotografía 4.2.1: Vista de la falla por cabeza de compresión en vigas viguetrabas ensayadas de manera unitaria bajo luz de 350cm. Fotografía 4.2.2: Vista de la falla por cabeza de compresión en vigas viguetrabas ensayadas de manera unitaria bajo luz de 350cm. Página 26 de 37

27 4.3.- Resultados ensayo de flexión simple de Losas a los cuartos de la luz libre (L350cm). Como resultado de los ensayos de flexión a dos sistema de losas sobre vigas pretensadas, se obtuvieron las curvas Carga vs. Deflexión Promedio Centro de la probeta que se presentan en los Gráficos del al En estos Gráficos se presenta el valor promedio de las flechas registradas por ambos transductores al centro de la losa menos la contribución de las deformaciones promedios registradas los apoyos. El análisis y la explicación realizada en el punto anterior (4.2) para las deformaciones experimentadas por la probeta también aplica y es valido para este caso (Ver Figura 4.2.1). En los Gráficos y además de las curvas de Carga Aplicada vs. Deflexión Promedio Central, se presenta una recta (línea de trazo de color gris oscuro) cuya pendiente corresponde a la rigidez elástica de la curva de comportamiento de la probeta, asociada a esto se presenta una recta horizontal (línea de trazo corto de color gris) la cual corresponde a la estimación de límite de proporcionalidad o elástico. Dado el tipo de comportamiento observado en las vigas ensayadas, para obtener la pendiente elástica y el límite de proporcionalidad se utilizó el criterio mediante el cual se considera la pendiente que mejor representa el comportamiento mostrado por la probeta durante el ensayo. En forma adicional se presentan en los gráficos una serie de líneas rectas que corresponden a limites o niveles de interés, ya sea en deformación como nivel de carga; en particular se tiene tres líneas rectas verticales que representan los niveles de deformación asociados a una condición de L/500 (7mm) y de L/300 (11.7mm) y también la contraflecha medida para la viga; con consideraciones similares a la señala en el punto 4.2 del presente informe. En la Tabla se resumen: la carga máxima registrada durante los ensayos, la deflexión promedio central de la losa máxima registrada, la deflexión promedio central de la losa asociada a la carga máxima registrada y la rigidez vertical de la losa. Se presentan además los valores de deformación correspondientes al límite de proporcionalidad, L/500 y L/300. Tabla Resultados obtenidos durante los ensayos de flexión simple bajo carga a los cuartos de la luz a losas sobre dos vigas. Probeta Pmax (1) [kgf] δmax (2) [mm] δ Pmax (3) [mm] Pprop (4) [kgf] P (L/500) (5) [kgf] P (L/300) (6) [kgf] δprop (7) [mm] Kelást (8) [kg/mm] FV-HORMIPRET-LVT-L (*) ,5 268,4 FV-HORMIPRET-LVT-L (*) ,3 277,8 Promedio ,1 Notas: (1) Carga transversal máxima que resiste la losa (incluye carga externas aplicadas y el peso del sistema de aplicación de carga). (2) Deformación máxima que se produce en el centro de la losa. (Para ambos casos se alcanza recorrido máximo del transductor) (3) Deformación que se produce en el centro de la losa asociada a la carga máxima. (4) Carga correspondiente al límite de proporcionalidad de la losa. (5) Carga asociada al nivel de deformación L/500 sobre la deformación de contra flecha. (6) Carga asociada al nivel de deformación L/300 sobre la deformación de contra flecha. (7) Deformación asociada a Pprop, obtenido para la carga aplicada. (8) Rigidez vertical elástica de la losa. Página 27 de 37

28 Carga Aplicada P [Kgf] Carga Aplicada P [Kgf] COPIA Ensayo de Flexión Simple a Losas - Viguetraba HORMIPRET Curva de Carga P vs Deflexión Promedio Central Probeta FV-HORMIPRET-LVT-L Deformación Central Promedio Pendiente Elastica Límite de Proporcionalidad Contra Flecha L/300 L/500 Pmax = 5681 [kgf] kelast = 268,4 kgf/mm Limite Elastico P = 3750kgf P_L/500=4120 [kgf] P_L/300=4380 [kgf] Deflexión Promedio Central [mm] Gráfico Ensayo de Flexión Simple a Losas - Viguetraba HORMIPRET Curva de Carga P vs Deflexión Promedio Central Probeta FV-HORMIPRET-LVT-L Deformación Central Promedio Pendiente Elastica Límite de Proporcionalidad Contra Flecha L/300 L/500 Pmax = 5551 [kgf] kelast = 277,8 kgf/mm Limite Elastico P = 3750kgf P_L/500=4220 [kgf] P_L/300=4410 [kgf] Deflexión Promedio Central [mm] Gráfico Página 28 de 37

29 En las Tablas se muestran: el valor de la carga máxima aplicada en el ensayo y el momento flector en el centro de la losa producto de esta carga máxima, que corresponde a la carga aplicada por el gato más la carga de peso propio de los elementos de aplicación de carga y el peso propio de la losa (calculado de manera analítica para una densidad de hormigón de 2.4ton/m 3 ). Tabla Valores de momento flector de rotura y carga equivalente viga luz 350cm Probeta Pmax (1) [kgf] Momento Flector en el centro de la Losa. Mmax (2) [kgf m] FV-HORMIPRET-LVT-L FV-HORMIPRET-LVT-L Promedio Notas: (1) Carga máxima total que resiste la losa (incluye carga externa aplicada y el peso propio de los elementos de aplicación de carga). (2) Se calcula como (P x L / 8)+(q x L 2 /8), donde P es la carga externa aplicada sobre la losa incluido el peso propio del sistema de carga, q peso propio de la losa y L es la distancia entre apoyos de la misma. El mecanismo de falla para las dos probetas ensayadas correspondió a la falla por tracción de los refuerzos de acero inferiores de las vigas pretensadas. Se observa una gran cantidad de fisuras anterior a producirse la falla, y un nivel de agrietamiento de la sección bastante importante. A pesar que el mecanismo principal de falla se presento de forma repentina y frágil, el comportamiento global del sistema puede definirse como dúctil, con una gran deflexión central. La carga de falla promedio se asocia en esfuerzos a una carga distribuida de 1605kgf/m 2. Se presentan en las Fotografías y dos vistas de la falla típica presentada por las probetas ensayadas. La Fotografía muestra una vista general de la sección en corte donde se produce la falla. La Fotografía muestra un detalle de la zona de viga, donde se destacan las tres barras cortadas a tracción. Fotografía 4.3.1: Vista de la falla por flexión con avance de fisura completa bajo luz de 350cm. Fotografía 4.3.2: Vista de la falla por flexión con avance de fisura completa bajo luz de 350cm. Página 29 de 37