Losas compuestas: procedimientos de ensayo (página 2)

8) Preparación de las probetas. Colocación de
gualderas y armado por retracción y temperatura.
Para conformar los laterales de las losas se pueden utilizar
canales de contención conformadas en frío. El labio
de retorno se curva hacia el exterior de la losa y las canales de
contención se fijan con tornillos, desde abajo a la zona
inferior de las alas, a todo lo largo del borde para facilitar el
desmontaje. (EUROCODE-4, 2004)

9) Preparación de la mezcla de hormigón.
Hormigonado de las losas. Deben registrarse las dimensiones de
los especímenes, incluyendo ancho (b), longitud (L),
peralto total (hl) y peralto efectivo (he). Toma de cuatro
muestras de hormigón por cada losa para obtener el
valor de
R"bk.

10) Proceso de
curado de las probetas de losas y las probetas de hormigón
en iguales condiciones. Se recomienda una semana de curado.

11) Ejecutar ensayo de
tracción a muestras de lámina de acero para
obtener las resistencias
de tracción última (Rak) y de fluencia.

12) Selección
del esquema y tipo de aplicación de la carga,
recomendándose dos cargas concentradas. Definición
de la Luz de Cortante
(L").

13) A los 28 días del hormigonado se inicia el montaje
individual de cada losa,

Mediante un mecanismo de elevación se sitúa la
losa sobre sus soportes, debajo del marco de carga. Se
efectúa un centrado general del sistema. A
continuación se depositan manualmente los perfiles
metálicos transversales y sus aparatos de apoyo
correspondientes. (Hernández, 2003)

14) Se sitúan los aditamentos para aplicar la carga con
la prensa,
colocación de extensómetro eléctrico en el
centro de la luz para medir los desplazamientos y
micrómetros en los extremos para medir los deslizamientos
o corrimientos.

14a) Se fijan potenciómetros en cada esquina de las
losas para medir el desplazamiento relativo, o sea, el movimiento
horizontal del hormigón con respecto a la lámina
metálica. Los potenciómetros se fijan a los
laterales de la losa de hormigón con sus émbolos
agarrados a los angulares metálicos que se colocan por
debajo de la lámina metálica.

14b) Los wire pot descifradores del desplazamiento se emplean
para medir las deflexiones verticales. Se colocan dos
descifradores en los puntos del primer cuarto, mitad de luz y
tercer cuarto. (Abdullah, 2004)

14c) Se puede emplear una bolsa de aire (air bag)
para aplicar carga uniforme. Asimismo se pueden emplear un gato
hidráulico y un marco de distribución de carga. Para el caso de la
bolsa de aire, se deberá utilizar un lector de presión
para registrar la presión de aire. Para el ensayo
normal se debe emplear una capacidad de carga de 250kips (60
ton).

15) Sometida la losa exclusivamente a su peso propio y al peso
de los perfiles metálicos con sus aparatos de apoyo, se
realiza la puesta a cero de los captadores de desplazamiento. El
captador de fuerza se
calibra a cero con la viga central de reparto suspendida.
Consecuentemente, el dispositivo de medida de la fuerza nos
proporcionará la suma de la fuerza ejercida por el
cilindro hidráulico más el peso de dicha viga
central.

16) En el procedimiento de
aplicación de la carga se sigue las prescripciones de EN
1994-1-1 B.3.4. Se trata de aplicar la carga progresivamente de
forma que la ruina no se produzca en menos de 1 hora. El ensayo
se realiza mediante control de la
fuerza. En todos los ensayos se
debe registrar la carga correspondiente a los deslizamientos
relativos de 0,1 y 0,5 mm. (EUROCODE-4, 2004)

16a) A partir de un ensayo
previo a la ruina efectuado sobre una losa, pueden determinarse
los valores de
la carga cíclica. Según el Eurocódigo, la
losa será sometida a una carga cíclica inicial
variando entre un valor mínimo Wmín, no superior a
0,2Wt, y un valor máximo Wmáx , no inferior a 0,6Wt
.

16b) La carga Wt corresponde a la carga de ruina de la losa,
es decir, la carga medida por el captador (fuerza del cilindro y
viga central) más el peso propio de la losa y el peso de
las vigas de reparto. Se deben realizar unos 5000 ciclos en un
tiempo no
inferior a las 3 horas.

Wt = Fcaptador + Peso propio losa + Vigas de reparto

la carga mínima del cilindro es de 400
kN.

16c) La carga estática
se aplica incrementalmente, primero por control de la carga, y
luego, cuando la fisuración sea significativa, la carga se
incrementa por control del desplazamiento. Cada incremento de
carga se mantiene por al menos 2 minutos para garantizar que la
losa se encuentre estabilizada en el momento de registrar las
lecturas.

Se deben registrar como significativas la carga última
aplicada (Pe), el cortante último experimental (Ve), tipo
del modo de fallo y su descripción y el comportamiento
de la flecha y del deslizamiento en el extremo.

16d) Equipos

Un marco de carga con una capacidad máxima de 60
toneladas, anchura de 2,8m y altura regulable hasta 3,0m.

Grupo hidráulico de aceite mineral
con bomba de engranajes accionada por un motor
eléctrico trifásico de 3CV a 1.500rpm. Regulador de
presión de válvula, controlado externamente.

Cilindro hidráulico de 200kN con doble efecto
asimétrico.

Amplificador de extensometría eléctrica (que
imprima los valores en
papel).

Tarjeta de adquisición de datos con 16
entradas y 2 salidas analógicas, conversor 16 bits a
100kHz

Célula de carga mediante galgas
extensométricas de capacidad máxima 200kN

Captadores de desplazamiento de tipo resistivo;
entre ?25mm y ?100mm, con resolución 0,01mm.

Fuente de alimentación 5Vdc de
los captadores de desplazamiento

16e) Las probetas de hormigón se deben ensayar en la
misma fecha que las probetas de losas. (CSSBI-S3, 2003)

17) Observar que los valores obtenidos experimentalmente no
tengan diferencias mayores del 7,5%. (Hernández, 2003)

18) Con los valores de Ve obtenidos de cada losa ensayada se
construyen el gráfico con como ordenada y como abcisa. Una zona de puntos agrupados
deberá corresponder a las láminas del mayor
espesor, y otra a las del menor. (NC-082, 2004)

Colocación de galgas y captadores de
cargas y desplazamientos

Para cada zona se promedian los tres puntos que corresponden a
las tres muestras de la luz larga (Región A) y los tres de
la luz corta (Región B). Estos dos valores promedios se
plotean en el diagrama y se
unen con una línea recta que coincide con su línea
de regresión
lineal.

Si se realizan cuatro pruebas en
cada región, entonces la regresión lineal reducida
puede obtenerse un 10% bajo la recta original dado que aumenta la
exactitud estadística por una muestra
más amplia.

El intercepto en el eje de las Y (valor de k) y la pendiente
de la recta (valor de m) se reduce en un 15%, obteniéndose
la línea de regresión reducida y a partir de ella
los valores definitivos de m y k.

Gráfico típico m-k

19) Con los resultados obtenidos se pueden construir tablas,
curvas Carga vs Deformación, Carga vs Deslizamiento, entre
otros estudios, para arribar a conclusiones.

Fallo típico del enlace por cortante
longitudinal.

Secciones críticas de
fallo.

Extrapolación a losas de más de
un tramo

Ensayo de
tracción a losas compuestas (pull out)

Descripción

Cuando los ensayos de tracción (pull out) se aplican
sobre barras corrugadas, se utilizan para medir la fuerza
necesaria para arrancarlas de una probeta de hormigón en
la que han sido previamente embebidas. Al dividir dicha fuerza
por la superficie adherente se obtiene la tensión media de
cizallamiento entre la barra y el bloque de hormigón.
(AISC, 2007)

La probeta para el ensayo de Pull-out, desarrollado
en el ICOM por Daniels (1988), consiste en dos pequeñas
secciones de losa compuesta, concretamente dos entre-nervios,
encarados por la parte de la lámina. El ancho del bloque
de hormigón debera ser igual a la distancia entre nervios,
su longitud 300mm y su espesor aproximadamente 150 mm. (Ferrer,
2006)

Sobre el conjunto se aplica un esfuerzo de cizallamiento entre
la chapa y el hormigón, sujetando las láminas por
la parte superior y desplazando el hormigón hacia abajo,
con el fin de provocar el deslizamiento entre ambos materiales.
Unas placas de acero servirán como elementos de enlace y
rigidización (López, 2007).

Esquema de Ensayo Pull out

La configuración utilizada consiste en compensar la
tracción superior de la lámina mediante unas barras
roscadas de acero embebidas en el hormigón, que sobresalen
por la parte inferior de la probeta y se usan como elementos de
tracción. Dicha tracción iguala deslizamientos a
ambos lados de la probeta. Se mide la fuerza total desarrollada
el equipo de tracción. (Edder, 2003)

Solidarios al bloque de hormigón y mediante barras
roscadas embebidas en él, se fijan captadores de
desplazamiento que miden el deslizamiento relativo entre
éste y la lámina de acero. Para medir los
desplazamientos se implementa un captador de desplazamiento en la
parte superior de la probeta.

Preparación de las probetas

En las fotografías siguientes se muestra el proceso de
preparación de las probetas. Primeramente se lleva a cabo
el montaje de la lámina y los encofrados de madera, previo
al hormigonado y vibrado de la probeta. Se aprecian las barras
roscadas para la tracción inferior y para el posicionado
del captador de desplazamiento en la parte superior.

Posteriormente se llevan a cabo las tareas de
recepción, hormigonado, vibrado, condiciones de curado del
hormigón y montaje del ensayo. Al tiempo de hormigonar se
han de tomar no menos de 3 probetas de hormigón para
ensayarlas a compresión. Después de 7 días
de secado se retirarán los encofrados y se
mantendrán los angulares de fijación.

Transcurridos 28 días se hace el posicionado de la
probeta para su ensayo, y se le montan los captadores de fuerza y
deslizamiento. Por otra lado, a este mismo tiempo se han de
ensayar las probetas de hormigón con el fin de determinar
la resistencia
última a compresión del hormigón.

Equipos

El ensayo se puede realizar mediante una máquina MTS
para ensayos de tracción–compresión
controlable mediante computador y
software
específico incorporado. El desplazamiento interno MTS
máximo es de 160mm y la capacidad de carga máxima
de 250 KN. (Ferrer, 2006)

Captadores de desplazamiento de características:
Resistencia: 5K; Alimentación: ?5V DC; Desplazamiento
máximo: 50mm; Error linealidad: ??0,15% (máximo);
Error alimentación: 1mVpp

Captadores de fuerza lateral con una capacidad de 5kN y una
señal de entrada de 2mV/V. Todos los captadores se
conectan a un amplificador de señal.

Programa de ensayo

El control de avance del ensayo se realiza por desplazamiento,
mediante el captador interno de la máquina MTS. El ensayo
se realiza en tres fases:

1. Medida de la fuerza de máxima adherencia inicial
Fu,1 donde se produce el primer deslizamiento. La
fuerza cae bruscamente. La velocidad de
avance es de 0,1mm/min hasta un desplazamiento absoluto de
2,5mm.

2. Medida de la fuerza de máxima resistencia
del ensayo Fu,2. En este tramo la velocidad de
avance es de 0,4mm/min hasta completar un desplazamiento absoluto
total de 10 mm.

3. En el último tramo la fuerza decae gradualmente. La
velocidad de avance se establece en 0,8mm/min hasta un
desplazamiento absoluto final de 20mm.

Diagrama típico de Fuerza Vs
Desplazamiento

La adquisición de datos se efectúa por
incremento de tiempo, cada 0,1 s en la primera fase y cada 0,5s
en las fases 2ª y 3ª. (Ferrer, 2006)

Conclusiones

Ante la ausencia de métodos de
diseño
completamente analíticos lo suficientemente precisos como
para describir el complejo fenómeno de cizallamiento entre
la lámina metálica y el bloque de hormigón
en una losa compuesta, continúan siendo como
prácticos y fiables los métodos experimentales de
flexión a un tramo simplemente apoyado de losa, o de
tracción a una probeta simétrica de
entrenervios.

En este trabajo se
describen los procedimientos
para ejecutar cualquiera de estos dos ensayos.

Bibliografía

ABDULLAH, R. (2004) Experimental Evaluation and Analytical
Modeling of Shear Bond in Composite Slabs. Doctoral Thesis.
Virginia Technology Institute. EE.UU.

AISC (2007) AISC: American Institute for Steel and Concrete.
EE.UU

CSSBI-S3 (2003) CSSBI Criteria for the Design of Composite
Slabs.Canada

EDDER, P. (2003) Essais Pull-Out Interlaboratoires. IN ICOM
(Ed.) ICOM 464. Lausanne, Laboratoire de la construction
métallique (ICOM). Suiza

EUROCODE-4 (2004) Eurocode 4: Design of composite steel and
concrete structures: General rules and rules for buildings.

FERRER , M. (2006) Estudio numérico y experimental de
la interacción entre la chapa de acero y el
hormigón para la mejora resistente de las losas.
Barcelona, Universidad
politécnica de Cataluña (UPC). España

HERNÁNDEZ, D. L. (2003) Cálculo de
Estructuras
Compuestas de Hormigón y Acero a Flexión con el
empleo de
láminas perfiladas. Cuba

LÓPEZ, M., LARRÚA, R. & RECAREY, C. (2007)
Un nuevo sistema de diseño de embuticiones en
láminas de acero para maximizar resistencia de losas
compuestas. Revista Ingeniería de Construcción, Vol 22, Nro 3.

NC-082 (2004) NC 082:2004 Cálculo de losas compuestas
con láminas de acero como encofrado colaborante sometidas
a cargas estáticas. Código
de buenas prácticas. IN NC (Ed.) 1 ed., MICONS. Cuba

Autor:

Ing. Melchor López Ávila

Ingeniero civil. Puerto Padre, Cuba Diciembre
2008