Ingeniería

Modelos experimentales

(Segunda parte)

Tres notables expertos nos hablan en esta segunda sobre algunos ejemplos de investigación experimental, dentro del tema de los modelos experimentales para la investigación del cortante horizontal en elementos compuestos de sección concreto-concreto.

Una vez expuestos en la edición anterior, algunos de los modelos tradicionalmente usados en la investigación experimental del cortante horizontal, en interfaces concreto-concreto, se expone un ejemplo de investigación sobre esta temática.

Esta investigación tuvo como objetivo obtener valores de tensiones tangenciales que caractericen la capacidad resistente de la interface en losas compuestas por losas huecas pretensadas y topping (capa de compresión). Los ensayos permitieron valorar además la incidencia de diferentes factores en la capacidad resistente de la conexión.

El programa experimental se concibió en dos series de ensayos independientes. La Serie 1 está en-caminada a investigar la incidencia del tipo de planta productora de las losas huecas y de la resistencia a la compresión del concreto de la losa in situ. Por su parte, la Serie 2 fue concebida para evaluar la incidencia de la condición de la superficie (húmeda o seca) de la losa hueca, y del m todo de compactación del concreto in situ.

El factor del tipo de planta productora, es muy complejo para asignarle los niveles correspondientes en la matriz del ensayo. El mismo se evalúa fundamentalmente con el objetivo de tener en cuenta los dos tipos de plantas que producen losas huecas en Cuba. Las mismas se pueden agrupar en:

 • Plantas instaladas desde los años 70 con tecnología Spiroll, que han sufrido durante su uso el desgaste y deterioro de sus mecanismos. En estos casos se ha considerado que puede verse afectada la terminación superficial de las losas, y pueden presentarse con mayor probabilidad los defectos locales, hendiduras y protuberancias en la parte superior.

Plantas instaladas recientemente con tecnología Ultra-Span, con sus mecanismos de vibración y compactación del concreto en buen estado. Se ha considerado que se obtienen losas de elevada calidad y buena terminación superficial.

La incidencia de la resistencia a la compresión del concreto in situ, en la capacidad resistente de la conexión se evalúa teniendo en cuenta las dos tendencias existentes en los documentos normativos; unos que consideran en sus expresiones este factor, y otros que lo ignoran. De acuerdo a lo que se usa comúnmente en la práctica constructiva, se escogió un rango de resistencia para la losa in situ, oscilante entre 20 y 30 MPa.

El factor de la condición de la superficie, fue seleccionado dado que la exigencia de humedecer la superficie de la losa prefabricada antes del colado in situ se plantea en diferentes documentos normativos y resulta conveniente contrastar los resultados de tal práctica con los que se obtienen con superficies secas (supuestamente en peores condiciones para la adherencia entre concretos). Esta es una de las condiciones que con mayor facilidad puede variar en obra y es más difícil de controlar.

El factor vinculado al método de compactación del concreto in situ, se escogió teniendo en cuenta que existen contradicciones e incertidumbres en los resultados obtenidos en investigaciones precedentes. En los documentos técnicos no hay una clara exigencia del vibrado como condición indispensable para el adecuado funcionamiento de la unión. Con base en lo anterior se valora la incidencia de dos métodos de compactación: vibrado o fija (picado con barra de acero).

Los argumentos antes expuestos conducen a la formulación de un diseño estadístico del experimento, que consta de dos series independientes, cada una de ellas concebidas en un plan factorial 2² (dos factores con dos niveles) y dos réplicas, lo que conduce al ensayo de 12 especímenes por serie y un total de 24 especímenes. En la Serie 1 las dos variables o factores experimentales considerados fueron:

X1: Tipo de planta productora (cualitativo).
X2: Resistencia a la compresiÓn del concreto in situ (cuantitativo).

En la Serie 2 fueron:

X1: Condición de la superficie (cualitativo).
X2: Método de compactación del concreto (cualitativo).

En el modelo utilizado se aplican los conceptos básicos de ensayos pullout precedentes y se incorporan nuevas ideas que tienen en cuenta las especificidades del tipo de sección compuesta que se investiga. Este modelo salva además algunos de los inconvenientes mencionados anteriormente.

Respecto a la conformación de los especímenes, se refiere que las piezas prefabricadas se obtienen de la bandeja de producción de las losas pretensadas; utilizando la máquina de corte destinada para esta función. Se cortan en franjas de 0.35 m de longitud y posteriormente se giran para realizar el corte en el otro sentido, quedando las piezas de 0.35 x 0.288 metros.

Cada pieza tiene siempre un hueco central con los respectivos nervios de la pared de las losas a cada lado (Fig. 2).

Posteriormente se colocan las dos piezas prefabricadas que serán pareadas en un molde común con separador para la colocación del concreto “in situ”. Con esto queda garantizado que las dimensiones de las dos piezas sean teóricamente iguales (Fig. 3).

En el momento del ensayo se parean las piezas conformando el espécimen simétrico de ensayo con ayuda de un dispositivo metálico diseñado para tal efecto (Fig. 4).

Antes de la ejecución de los ensayos se realizaron mediciones de las dimensiones de las piezas, haciendo especial hincapié en las relacionadas con la determinación de la superficie de contacto entre concretos. A continuación se muestra el espécimen colocado en la prensa con todos los dispositivos necesarios, listo para el ensayo antes de ser sometido a carga.

El fallo se produjo, tal como se esperaba, de forma no avisada con magnitudes de deslizamientos relativos pequeños. Los primeros deslizamientos relativos se registraron en todos los casos para tensiones superiores a 0.4 MPa, y con mayor frecuencia para valores en el intervalo entre 0.6 MPa y 1 MPa. Los valores máximos de deslizamientos obtenidos fueron de 0.08 mm. En todos los casos, en las superficies se observaron restos de concreto de la pieza prefabricada en la pieza colada in situ, y viceversa; evidenciando la adherencia que se logra entre los concretos en la interfaz (Fig. 6).

Una vez registrados todos los resultados, se procedió al procesamiento estadístico de los mismos. Para ambas series se demostró que no resultaron significativos los factores considerados ni sus interacciones en la variable dependiente, tensión en la interfaz para un nivel de confianza del 95% Al no ser significativos los factores evaluados, en ninguna de las dos series se procedió a procesar los resultados de la tensión en la interfaz teniendo en cuenta los valores de ambas series.

Se observaron diferencias apreciables entre los valores de tensión máxima y mínima para piezas teóricamente iguales. Los resultados de los ensayos realizados en este trabajo, demuestran que la unión estudiada puede ser considerada como una su perficie rugosa. Cabe decir que se contrastaron los resultados de los ensayos de este trabajo y los valores de tensión nominal en la interfaz admitidos para superficies rugosas según expresiones de varias normas. Se observó que los resultados obtenidos en los ensayos para la conexión estudiada, corresponden a una interfaz que admitió valores altos de tensión, comparados con los establecidos en diferentes documentos normativos. Lo mismo ha sucedido tradicionalmente con los resultados que otros autores han obtenido para conexiones concreto-concreto.

Resulta oportuno comentar que los criterios que existen sobre la fragilidad del fallo, la dispersión que se alcanza en los ensayos para piezas teóricamente iguales, la dificultad para establecer patrones de medición de rugosidad, el papel fundamental que tiene el hecho de que la superficie esté libre de lechada, polvo y suciedades; así como otras cuestiones asociadas a las condiciones de ejecución, han influido en que no haya existido un pronunciamiento generalizado sobre la posibilidad de variar (incrementar) los valores establecidos en los documentos normativos.

Conclusiones

De acuerdo a lo anterior se concluye que:

 • Se demostró la efectividad del modelo de ensayo propuesto para la evaluación de la capacidad resistente de la conexión objeto de estudio. Quedó en evidencia que los conceptos manejados en el mismo pueden hacerse extensivos al estudio de otros tipos de conexiones en piezas compuestas concreto-concreto.

 • Los factores evaluados: tipo de planta productora, resistencia del concreto de la losa in situ, método de compactación del concreto (vibrado o fija) y condición de la superficie (húmeda o seca) no resultaron significativos para la variable tensión resistente en la interfaz.

 • El tipo de fallo presentado fue frágil y con valores de deslizamientos relativos pequeños; tal como se esperaba para este tipo de conexión sin armadura de “cosido”.

 • La superficie de las losas huecas pretensadas producidas con técnica de vibrado y extrusado clasifica como una superficie de rugosidad alta y garantiza una conexión adecuada para el diseño estructural de la tipología que se estudia.

 • Los valores obtenidos de tensión resistente en la interfaz resultaron superiores a los establecidos en todos los documentos técnicos referenciados. para secciones compuestas concreto-concreto. Esto se refleja igualmente en los ensayos realizados por otros autores.

Consideraciones finales

El fenómeno del cortante horizontal en interfaces de elementos compuestos concreto-concreto es muy complejo, por lo que la investigación experimental a elementos específicos constituye la vía más idónea para investigar su comportamiento y fijar valores de capacidad resistente.

No existe una normativa específica que proponga el modelo de ensayo para investigar la conexión concreto-concreto, en elementos compuestos. Se han utilizado indistintamente, tanto modelos a escala real como a escala reducida.

Los resultados de los ensayos para evaluar la capacidad resistente de la conexión en piezas compuestas de concreto presentan gran dispersión, tanto en un mismo experimento como en experimentos realizados por diferentes autores. Esta es una de las razones por la que los márgenes de seguridad son elevados, incluso en los documentos menos conservadores.

Referencias: Aragón Torre, A., “Investigación de los mecanismos de transferencia de tensiones rasantes en juntas de piezas compuestas entre concretos in situ y prefabricados de alta resistencia, Tesis doctoral, Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Burgos, España, 2007.Girhammar, U. A.; Pajari M., “Test and analysis on shear strength of composite slabs of hollow core units and concrete topping”, VTT Building and Transport, Kemistintie, Finland, en Construction and Building Materials, 7/2007.González Valle E., “Estudio experimental del comportamiento de juntas entre concretos in situ y prefabricados con distintos tratamientos en la unión, Tesis doctoral, Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Madrid, España, 1988.Hanson, N. W., “Precast prestressed concrete bridges. Horizontal shear connections”, en Journal PCA Research and Development Laboratories, vol. 2, núm. 2, pp. 38-58, mayo de 1960.Iraola, N., “Diseño de estructuras compuestas con losas huecas pretensadas prefabricadas y losa in situ, sometidas a flexión bajo la acción de cargas estáticas, Tesis doctoral, La Habana, Cuba, 2009.Timothy, E., “Horizontal shear transfer between ultra high performance concrete and lightweight concrete”, Thesis for the degree of Master of Science, Virginia Polytechnic Institute, 2005.

AUTORES:
Noel Iraola Valdés;
Guillermo López Garí;
Rafael Larrúa Quevedo

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