 |
¿Cúan limpia debe estar la varilla corrugada? Bruce A. Suprenant y Ward R. Malish |
|||
|
La mayoría de las especificaciones exigen que el refuerzo
esté libre de materiales dañinos. Sin embargo, ¿tienen
los contaminantes de construcción comunes un efecto perjudicial
en la adherencia?
El Grupo Aberdeen llevó a cabo una serie de pruebas de adherencia para valorar el efecto de los contaminantes sobre la resistencia de adherencia. Las pruebas de adherencia miden la fuerza adherente que actúa paralela a la varilla en la intercara entre la varilla y el concreto.2 Nosotros probamos varillas de acero limpias, negras, de grado 60, y varillas con agentes descimbrantes, compuestos de curado/eliminadores de adherencia, salpicaduras de cemento, aceite de motor y herrumbre sobre la superficie. Los resultados pueden sorprender a la mayoría de los supervisores. Requisitos de una varilla limpia Además de las enunciaciones generales del ACI 301 que exigen que todos los refuerzos estén libres de materiales nocivos, la especificación también menciona explícitamente a los agentes descimbrantes. "No permita que el agente descimbrante haga contacto con el acero de refuerzo o con el concreto endurecido contra el cual ha de colocarse concreto fresco." El Manual del ACI para la Inspección del Concreto3 establece que "el refuerzo debe estar limpio, y debe quitarse el aceite o mortero no adherente que se haya salpicado sobre él." En contraste con los requisitos de quitar el aceite y el mortero, el ACI 301 provee diferentes criterios para la herrumbre: "El refuerzo con herrumbre, escamas de fábrica, o una combinación de ambos, será considerado satisfactorio a condición de que las dimensiones nominales mínimas, el peso nominal y la altura promedio mínima de las deformaciones de un espécimen de prueba limpiado a mano con un cepillo de alambre, no sean menores que los requisitos aplicables de la especificación del ASTM." Esta recomendación se basa en las pruebas realizadas por Johnson y Cox en 1940.4 Estos investigadores realizaron aproximadamente 420 pruebas de adherencia en especímenes de varillas corrugadas con 78 diferentes grados de herrumbre. No pudimos encontrar estudios similares que mostraran el efecto de los contaminantes comunes en la construcción sobre la adherencia de la varilla corrugada. Sin tales datos, la mayoría de los supervisores adoptan una posición conservadora exigiendo la remoción de tales materiales de la varilla. Pero quitar los contaminantes es una tarea costosa y que toma mucho tiempo, y si los contaminantes de la construcción no son nocivos a la adherencia de la varilla corrugada, su remoción puede no ser necesaria. Debido a la falta de datos, el Grupo Aberdeen empezó un programa limitado de pruebas. Contaminantes comunes Los contaminantes comunes de la construcción se aplicaron a varillas corrugadas limpias, y se incluyeron varillas limpias, negras, de acero con herrumbre, como estándares de referencia. En el cuadro 1 se describen los contaminantes de varillas y la manera en que los aplicamos. Se usaron varillas de refuerzo corrugadas de grado 60, núm. 4. El descimbrante y el compuesto de curado/eliminador de adherencia fueron aplicados en espray en 100 por ciento de la superficie de las varillas corrugadas (figura 1), para duplicar el peor caso de cobertura contaminante posible durante la construcción. El aceite usado de motor se aplicó con un trapo a toda la longitud de la varilla. Se mezcló una pasta de cemento y se aplicó a varias áreas de la varilla (figura 2a). Para producir varillas con herrumbre, se bañaron tres varillas en ácido hidroclorídrico y luego se almacenaron en un cuarto de curado húmedo. La figura 2b muestra la cantidad de herrumbre en las varillas. Construcción de los especímenes Construimos especímenes para prueba de adherencia con una profundidad de ahogamiento de 15 cm, utilizando la mitad inferior de moldes cilíndricos de plástico de 15 ´ 30 cm, con un agujero de 1.6 y 1.3 cm de diámetro taladrado a través del fondo de cada uno (figura 3). Los moldes, 27 en total, fueron colocados en tablones de 5 ´ 15 cm en los que se habían taladrado de antemano agujeros de 1.6 y 1.3 cm de profundidad. Insertamos varillas corrugadas núm. 4, grado 60, de al menos 60 cm de largo, en una posición vertical, de manera tal que 1.3 cm de cada varilla salía desde el fondo del molde cilíndrico hacia el agujero del tablón. Esta configuración ayudó a mantener la varilla en posición vertical durante la colocación del concreto y proporcionó suficiente longitud protuberante de la varilla para los agarres de la máquina de prueba. Se entregó al laboratorio de prueba concreto premezclado con un revenimiento de 9 cm y 1.3 por ciento de contenido de aire. La resistencia a la compresión del concreto en el momento de la prueba de adherencia era de 386 kg/cm2. El concreto fue colado de modo que fraguara en la dirección de la carga aplicada, eliminando cualquier efecto que el sangrado pudiera haber causado en la adherencia medida. Colocamos el concreto en dos capas, varillamos cada capa 25 veces y golpeteamos ligeramente con la mano los lados de los cilindros después de varillar cada capa. Se aplanó la superficie superior y después se la cubrió con una tapa de cilindro que tenía un agujero de 1.6 cm de diámetro taladrado en el centro. La tapa proporcionó el curado inicial y mantuvo las varillas en una posición vertical. Después de 24 horas en el aire del laboratorio a aproximadamente 21 °C, se removieron las tapas de cilindro y los moldes, y se colocaron los especímenes de prueba en un cuarto de curado húmedo. Los especímenes permanecieron en el cuarto de curado húmedo 15 días y se probaron a esa edad. Después de la remoción del cuarto de curado húmedo, los extremos cargados de los especímenes de concreto fueron recubiertos con un material cementante a base de yeso de alta resistencia. El tamaño de los especímenes de prueba, la longitud ahogada de las varillas de refuerzo, la dirección de la colocación del concreto y las condiciones de curado fueron las mismas que las usadas por Johnson y Cox para determinar el efecto de la herrumbre en la adherencia de las varillas corrugadas. Procedimientos de prueba La figura 4 muestra una configuración típica para una prueba de adherencia. Los especímenes de prueba fueron colocados sobre un bloque de apoyo esférico en la parte superior de la máquina de prueba. Después se conectaron agarraderas dentadas a la varilla corrugada para permitir que la máquina cargara la varilla en tensión. Se usó un marco de tensión / compresión universal Tinus-Olsen de 27 ton para aplicar la carga a la varilla a aproximadamente 90 kg por segundo. Los técnicos midieron el deslizamiento del extremo libre de la varilla corrugada con un indicador digital electrónico. A medida que se aplicaba la carga a cada espécimen, una persona leía la carátula del indicador mientras que otra persona monitoreaba la carga a cada lectura de deslizamiento. Una tercera persona registraba los datos y observaba los modos de falla del espécimen. Los contaminantes tuvieron poco efecto sobre la fuerza de adherencia En vez de sacar el espécimen de concreto -lo que sería de esperar si los contaminantes destruyeran completamente la adherencia-, la varilla corrugada se rompió en ocho de los nueve conjuntos de tres pruebas. Los especímenes de concreto se tronaron en la prueba restante. La tabla muestra el deslizamiento promedio en el punto cedente y la carga última, la tensión promedio en la carga última, y el modo de falla para las varillas de referencia y las siete varillas con contaminantes. El esfuerzo último alcanzado por las varillas no se vio afectado por ninguno de los contaminantes. Tronamos hasta abrir los especímenes de concreto para examinar la superficie de falla de la varilla. Entre las deformaciones, era evidente una superficie brillosa sobre la varilla de refuerzo, que indicaba en dónde se había aplicado con espray el contaminante. Sin embargo, en las deformaciones no era visible ninguna superficie brillosa que indicara que el concreto apoyado contra las deformaciones de la varilla corrugada durante la carga hubiera removido el contaminante por la fricción. Creemos que el mayor deslizamiento inicial de la varilla cubierta con los contaminantes se debió a la pérdida de adherencia a lo largo de la parte lisa de la varilla entre las deformaciones. Como se muestra en figura 5, después del deslizamiento inicial, la carga fue resistida por el apoyo de las deformaciones sobre el concreto y la resistencia a cortante del concreto entre las deformaciones.5 Una cantidad excesiva de deslizamiento antes de que se alcance el valor mínimo del esfuerzo de la varilla incrementará la deflexión de los miembros de concreto reforzado. Mientras que el deslizamiento es mayor para varillas de refuerzo con contaminantes, el incremento en el deslizamiento es similar al de las varillas con herrumbre cuando se compara con las varillas sin herrumbre.4 Los datos y conclusiones se basan en sólo 27 pruebas de varillas con nueve condiciones diferentes de superficie. Las mismas representan un tamaño de varilla, grado de acero y nivel de resistencia del concreto. Sin embargo, cuando Johnson y Cox probaron las varillas de refuerzo con herrumbre y sin herrumbre, notaron efectos similares para diferentes tamaños de varillas, niveles de herrumbre y resistencias del acero y el concreto. Puesto que las pruebas del Grupo Aberdeen fueron hechas con cien por ciento de recubrimiento de contaminantes del acero de refuerzo, ellas representan el peor caso posible. En estas severas condiciones, los contaminantes no afectaron adversamente la adherencia. ILUSTRACIONES Figura 1. Se aplicó un agente descimbrante en espray sobre la varilla corrugada, cubriendo cien por ciento de la superficie. Figura 2. Cantidad de salpicadura de cemento (a) y herrumbre (b) sobre la varilla corrugada probada. Figura 3. Los especímenes para la prueba de adherencia fueron colados en moldes de cilindros de 15 cm de diámetro y 15 cm de alto con una varilla corrugada núm. 4, de al menos 60 cm de largo, insertada en el centro. Figura 4. Con el espécimen de prueba colocado sobre un bloque de apoyo esférico en la parte superior de la máquina de prueba, se aplicó una carga de tensión con agarres dentados. Un indicador digital electrónico medía el deslizamiento en el extremo libre de la varilla corrugada. Figura 5. Las fuerzas de tensión aplicadas en la varilla corrugada son resistidas por la adhesión (va) a lo largo de la superficie de la varilla, apoyada (fb) contra la cara de deformación y cortante en el concreto (vc) entre las deformaciones adyacentes. Para una varilla recubierta con contaminantes, se redujo la adhesión, pero la varilla todavía se deformaba debido a la resistencia proporcionada por el apoyo y la resistencia a cortante del concreto. __________________________ (Cuadro:) Resultados de las pruebas de adherencia (promedio de tres pruebas) Descripción Varilla corrugada simple -en su lugar antes de colar el concreto Varilla con herrumbre -en su lugar antes del colado Salpicadura de cemento -aplicado 24 horas antes del colado Descimbrante1 -aplicado 24 horas antes del colado Descimbrante1-aplicado 15 minutos antes del colado Curado/eliminador de adherencia2 -aplicado 24 horas antes, y luego limpiado4 15 minutos antes del colado Descimbrante5 -aplicado 24 horas antes del colado Aceite usado de motor -aplicado 24 horas antes del colado Deslizamiento Deslizamiento Esfuerzo Modo de falla en el límite de en la carga último, fluencia, cm última, cm kg/cm < 0.00025 ± 0.0012 7,110 Varillas rotas ± 0.0005 0.0066 7,107 Varillas rotas < 0.00025 ± 0.0025 7,107 Varillas rotas ± 0.0012 0.0081 7,107 Varillas rotas .± 0.002 0.0124 7,066 Varillas rotas ± 0.002 0.0086 6,831 Concreto roto ± 0.0005 0.006 7,101 Varillas rotas ± 0.0005 0.005 7,107 Varillas rotas ± 0.001 0.007 7,130 Varillas rotas 1. Un agente descimbrante de concreto a base de petróleo, químicamente reactivo 2. Un compuesto de curado y eliminador de adherencia a base de solvente, químicamente reactivo. 3. Un compuesto de curado y eliminador de adherencia a base de agua, químicamente reactivo. 4. Un desmoldador y desgrasador de concreto que cumple con VOC. 5. Un agente descimbrante a base de petróleo, químicamente
neutro.
Los autores agradecen a Dayton Superior Corp., Miamisburg, Ohio, el haber proporcionado los agentes descimbrantes y los eliminadores de curado/adherencia; a la división de premezclado de CAMAS Colorado, Inc., Denver, por haber proporcionado el concreto, y a GTC-Geotek, Denver, por auxiliar en la construcción y prueba de los especímenes. Referencias 1. ACI 301-96, Standard specifications for structural concrete, American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 1996. 2. ACI Committee 408, "Bond Stress -The State of the Art", Journal of the American Concrete Institute, ACI, noviembre de 1966. 3. ACI 311, ACI Manual of concrete inspection, SP-2, ACI, 1992. 4. Bruce Johnston y Kenneth C. Cox, The Bond Strength of Rusted Deformed Bars", Journal of the American Concrete Institute, ACI, septiembre de 1940. 5. R. Park y T. Paulay, "Chapter 9: Bond and
Anchorage", Reinforced
concrete structures, John Wiley & Sons, Nueva York, 1975.
|
|
|||
|
Instituto Mexicano
del Cemento y del Concreto, A.C. |
||||
|
|
||||
