Guía para fabricación y ensayo de probetas de lechada de Spinor A12

GUÍA PARA FABRICACIÓN Y ENSAYO DE PROBETAS DE LECHADA DE SPINOR A12 Beatriz Hortigón Fuentes José Antonio Santiago Espinal Fernando Fernández Ancio Esperanza Rodríguez Mayorga coleccióninformes 2 Cátedra VIENDA LOGO CÁTEDRA Roboto Roboto light 42pt Roboto bold 50pt GUÍA PARA FABRICACIÓN Y ENSAYO DE PROBETAS DE LECHADA DE SPINOR A12 Sevilla 2024 Cátedra VIENDA LOGO CÁTEDRA Roboto Roboto light 42pt Roboto bold 50pt GUÍA PARA FABRICACIÓN Y ENSAYO DE PROBETAS DE LECHADA DE SPINOR A12 Beatriz Hortigón Fuentes José Antonio Santiago Espinal Fernando Fernández Ancio Esperanza Rodríguez Mayorga Colección: Informes Núm.: 2 Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reproducirse o transmitirse por ningún procedimiento electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia, grabación magnética o cualquier almacenamiento de información y sistema de recuperación, sin permiso escrito de la Editorial Universidad de Sevilla. Financiación: De la investigación: US-1381350 Y US.20.08. De la publicación: Cátedra Vivienda – Emvisesa. © Editorial Universidad de Sevilla 2024 C/ Porvenir, 27 - 41013 Sevilla. 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..................................................................................................... 15 1.2.Glosario ........................................................................................................ 16 1.2.1.DoublePunchTest ............................................................. 16 1.2.2.Ensayopull out .................................................................... 16 1.2.3 Galgaextensiométrica ...................................................... 16 1.2.4.Mezcladordealtaturbulencia ..................................... 17 1.2.5.Mordaza ................................................................................... 17 1.2.6.Palpador .................................................................................. 17 1.2.7.Platodecarga ....................................................................... 17 1.2.8.Rodillodecarga .................................................................. 17 1.2.9.Rosetadegalgasextensiométricas ........................... 17 2.Fabricacióndelechadas ......................................................................... 18 2.1.Materiales ................................................................................................... 18 2.2.Mezcla ........................................................................................................... 19 3.Determinacióndelaspropiedadesmecánicas .......................... 21 3.1.Resistenciaacompresión,módulodeYoungy coeficientedePoisson ........................................................................ 21 3.1.1.Adaptacióndelprocedimientoparalas lechadasdeinyecciónenfábricas............................. 22 3.1.2.Preparacióndelensayo ................................................... 22 3.1.2.1.Moldes o encofrados ........................................ 22 3.1.2.2.Vertido de la lechada ....................................... 26 3.1.2.3.Curado .....................................................................  26 3.1.2.4.Corte y pesado de las probetas .................. 30 ÍNDICE 8 3.1.2.5.Colocación de galgas o rosetas extensiométricas ................................................ 32 3.1.2.6.Equipo ysoftwarede control ....................... 36 3.1.3.Ejecucióndelensayo ........................................................ 41 3.1.4.Datosdesalida,tratamientodelosmismos yresultados ........................................................................... 45 3.2.ResistenciaacompresiónsegúnelensayoDPT ...................  49 3.2.1.Adaptacióndelprocedimientopara laslechadasdeinyecciónenfábricas ..................... 50 3.2.2.Preparacióndelensayo ................................................... 50 3.2.2.1.Moldes o encofrados ........................................ 50 3.2.2.2.Preparación y vertido de la lechada ......... 51 3.2.2.3.Curado .....................................................................  51 3.2.2.4.Corte y pesado de las probetas .................. 51 3.2.2.5.Equipo y softwarede control........................ 51 3.2.3.Ejecucióndelensayo ........................................................ 52 3.2.4.Datosdesalida,tratamientodelosmismos yresultados ........................................................................... 55 3.3.Resistenciaaflexión .............................................................................  56 3.3.1.Adaptacióndelprocedimientopara laslechadasdeinyecciónenfábricas ..................... 57 3.3.2.Preparacióndelensayo ................................................... 57 3.3.2.1.Moldes o encofrados ........................................ 57 3.3.2.2.Preparación y vertido de la lechada ......... 57 3.3.2.3.Curado .....................................................................  57 3.3.2.4.Corte y pesado de las probetas .................. 57 3.3.2.5.Equipo y softwarede control........................ 58 3.3.3.Ejecucióndelensayo ........................................................ 59 3.3.4.Datosdesalida,tratamientodelosmismos yresultados ........................................................................... 60 4.Determinacióndelcomportamientoaadherenciaentre barracorrugadaylechada .................................................................... 63 4.1.Adaptacióndelprocedimientoparalaslechadasde inyecciónenfábricas ........................................................................... 63 ÍNDICE 9 4.2.Preparacióndelensayo ...................................................................... 64 4.2.1.Moldesoencofrados ........................................................ 64 4.2.2.Preparaciónyvertidodelalechada ......................... 69 4.2.3.Curado ...................................................................................... 71 4.2.4.Corteypesadodelasprobetas ................................... 72 4.2.5.Equipoysoftwaredecontrol ........................................ 73 4.3.Ejecucióndelensayo ........................................................................... 79 4.4.Resultados ................................................................................................. 87 5.Determinacióndelaspropiedadesfísicas ................................... 91 5.1.Fluidezyensayogranulométrico .................................................. 91 5.1.1.Adaptacióndelprocedimientopara laslechadasdeinyecciónenfábricas ..................... 91 5.1.2.Equipo ......................................................................................  92 5.1.3.Ejecucióndelensayo ........................................................ 93 5.2.Tiemposdefraguado ........................................................................... 95 5.2.1.Adaptacióndelprocedimientopara laslechadasdeinyecciónenfábricas ..................... 95 5.2.2.Equipo ......................................................................................  95 5.2.3.Ejecucióndelensayo ........................................................ 96 5.3.Capilaridad .................................................................................................  101 5.3.1.Adaptacióndelprocedimientopara laslechadasdeinyecciónenfábricas ..................... 102 5.3.2.Preparacióndelensayo ................................................... 102 5.3.2.1.Moldes ..................................................................... 102 5.3.2.2.Preparación y vertido de la lechada ......... 103 5.3.2.3.Curado .....................................................................  104 5.3.2.4.Secado ..................................................................... 105 5.3.3.Ejecucióndelensayo ........................................................ 108 5.3.4.Resultados ............................................................................. 111 Referenciasbibliográficas ............................................................................ 113 AnexoA.ObtencióndeldiagramaTensión-Deformaciónreal enelensayoacompresión ................................................................... 115 A.1.LeydeComportamientoTensión-Deformaciónreal ............. 115 INTRODUCCIÓN 16 extrapolables al ensayo de lechadas. Igualmente, se describen las soluciones adoptadas para resolver los problemas que han surgido al elaborar las probetas o realizar los distintos ensayos, bien derivados de la aplicación de normativas no pensadas para la caracterización de lechadas o bien, derivados de la propia ejecución de los mismos, como, por ejemplo, de la colocación de galgas extensiométricas o del contacto entre el plato de carga y la probeta. 1.2. Glosario En esta Guía se usa, entre otra, la siguiente terminología: 1.2.1. Double Punch Test Ensayo destinado a obtener la resistencia a compresión de una probeta de mortero o lechada de pequeño espesor mediante la aplicación de una carga concentrada en el centro de las bases superior e inferior de dicha probeta. 1.2.2. Ensayo pull out Ensayo que mide la fuerza necesaria para desplazar una barra de un testigo de lechada, mortero u hormigón en el que se encuentra embebida. 1.2.3 Galga extensiométrica Sensor empleado para medir desplazamientos en un determinado material durante la aplicación de una carga determinada. INTRODUCCIÓN 17 1.2.4. Mezclador de alta turbulencia Mezclador-batidor empleado para la fabricación de lechadas donde la velocidad de giro de las aspas es de 1500 rpm o superior. 1.2.5. Mordaza Dispositivo usado para aplicar una carga a una barra en el sentido longitudinal de la misma. 1.2.6. Palpador Dispositivo electrónico de alta precisión para medición de desplazamientos lineales. 1.2.7. Plato de carga Superficie de la máquina de ensayos con la que se aplica la carga a la probeta en el ensayo de compresión. 1.2.8. Rodillo de carga Superficie cilíndrica con la que se aplica la carga a la probeta en el ensayo de flexión. 1.2.9. Roseta de galgas extensiométricas Conjunto de sensores que miden la deformación de un determinado material en distintos ejes durante la aplicación de una carga determinada. 18 2 Fabricación de lechadas La descripción de la fabricación de las lechadas se divide en dos apartados. En primer lugar, se describen los materiales que la componen y, posteriormente, el proceso de mezclado. 2.1. Materiales El conglomerante hidráulico ultrafino utilizado es de la marca Spinor A12, comercializado por Holcim, también conocido como microcemento. Este conglomerante está autorizado para la inyección de lechada. Su composición incluye escorias y clinker molidos con una granulometría inferior a 12 μm. Su principal uso es la elaboración de lechadas de inyección para consolidar o mejorar la estanqueidad de terrenos de muy baja permeabilidad, en trabajos subterráneos (túneles, redes de saneamiento…), en la construcción o rehabilitación de estructuras y para realizar cimentaciones superficiales. Las lechadas a base de Spinor A12 no son agresivas con el medio ambiente y resisten los terrenos y ambientes agresivos. FABRICACIÓN DE LECHADAS 19 Para una inyectabilidad óptima, la puesta en obra de las lechadas a base de Spinor A12 se realiza con lechadas superfluidificadas y superplastificadas, evitando así la floculación de partículas ultrafinas del ligante y la aparición de grumos. El aditivo recomendado para ello por el fabricante es el denominado Plast-355 de Sika, conforme con la norma UNE-EN 934-2 [1]. Este aditivo mejora las propiedades reológicas de las lechadas, además de hacerlas inyectables en arenas de granulometría 0,1 – 0,3 mm y permeabilidad hasta 10-4m/s. El Plast 355 es un aditivo plastificante de alto rendimiento para la fabricación de lechadas de inyección con microcemento. Mejora la plasticidad sin provocar decantación ni empeorar la manejabilidad. Reduce el agua libre y la retracción, dispersa los granos de cemento, reduce la viscosidad y evita la segregación debida a la presión de inyección. La dosificación recomendada es del 5 % sobre la masa de cemento. 2.2. Mezcla Las relaciones agua/conglomerante analizadas en esta experimentación han sido 1, 0.75 y 0.5. Una vez establecida dicha relación, se determina el volumen necesario de aditivo, esto es, una proporción del 5 % sobre la masa de conglomerante. La mezcla se prepara en un mezclador de alta turbulencia que debe cumplir la norma UNE-EN 447 [1]. Se comienza mezclando el agua con el plastificante a baja revolución (400 rpm) y se añade el microcemento paulatinamente para evitar la formación de grumos a la vez que se aumentan las revoluciones de la mezcladora. Una vez introducido todo el microcemento, se acelera la mezcladora a 1800 rpm durante 15 - 20 minutos para garantizar la obtención de una mezcla FABRICACIÓN DE LECHADAS 20 homogénea, siguiendo las indicaciones de los fabricantes del microcemento y del plastificante (fig. 2.1). Figura 2.1. Preparación de las lechadas en la mezcladora de alta turbulencia 21 3 Determinación de las propiedades mecánicas En este apartado, se describe el proceso a seguir para la obtención de las propiedades mecánicas de las probetas de lechada, comenzando por su elaboración. Se describe en este apartado la obtención de los valores de la resistencia a compresión de la probeta siguiendo el ensayo estándar y el Double Punch Test (DPT), la resistencia a flexión y los valores del módulo de Young y coeficiente de Poisson, para los que es necesaria la instalación de galgas extensiométricas longitudinales y transversales, respectivamente, proceso que se describe también en detalle. 3.1. Resistencia a compresión, módulo de Young y coeficiente de Poisson Las propiedades de resistencia a compresión, módulo de Young y coeficiente de Poisson se obtienen a partir del ensayo de compresión estándar. Este ensayo permite la obtención de la resistencia a compresión en la sección transversal DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 22 de probetas con dimensiones 4 cm x 4 cm x 8 cm o 4 cm x 4 cm x 16 cm, siguiendo las normas UNE-EN 1015-11 [2] y UNE-EN 196-1 [3]. Las probetas pueden ser realizadas ex profeso para este ensayo o bien pueden extraerse de los restos de las probetas ensayadas a flexión (véase apartado 3.3). En lo relativo al proceso de curado, se tendrán en cuenta las especificaciones establecidas en las normas UNE-EN 445 y UNE-EN 447. 3.1.1. Adaptación del procedimiento para las lechadas de inyección en fábricas Las normas UNE-EN 1015-11 [2] y UNE-EN 196-1 [3] son de aplicación a morteros de cemento. Por tanto, requieren de una adaptación de su contenido para la aplicación a lechadas. En primer lugar, la preparación de las mezclas establecida en las mismas no puede ser seguida por motivos obvios, por lo que se siguen para tal fin los pasos establecidos en el apartado 2 de la presente Guía. De igual manera, la fabricación de los moldes en lo referente a sus dimensiones ha debido verse modificada, tal como se describe en el apartado 3.1.2.1. 3.1.2. Preparación del ensayo La descripción del ensayo de compresión comienza con la descripción detallada de la fabricación de las probetas. 3.1.2.1. Moldes o encofrados Para la fabricación de probetas de mortero, las normas UNE-EN 1015-11 [2] y UNE-EN 196-1 [3] recomiendan moldes metálicos de dimensiones interiores 4 cm x 4 cm x 16 cm. Sin embargo, estas dimensiones no son válidas para las lechadas DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 23 debido a la fuerte pérdida de volumen que experimentan las probetas durante el proceso de fraguado. Esta pérdida, que oscila entre el 25 y el 30 % del volumen inicial dependiendo de la dosificación agua/conglomerante, hace necesarios moldes de mayor capacidad inicial para que, una vez se haya completado el fraguado y, por tanto, la retracción de las mezclas, sea posible la obtención de probetas de las dimensiones establecidas. Así pues, se han fabricado moldes prismáticos de dimensiones interiores 4 cm x 16 cm x 11 cm, de manera que se puedan obtener bloques iniciales de mayor tamaño que, tras cortarse según el procedimiento descrito en 3.1.2.4, den lugar a probetas de las dimensiones pretendidas de 4 cm x 16 cm x 4 cm. Dado que los moldes se han fabricado en taller específicamente para este fin, se ha decidido sustituir el material metálico por láminas de metacrilato de 1 cm de espesor, más sencillos de fabricar, ligeros y económicos que los moldes metálicos. Tanto el metal como el metacrilato tienen en común la característica de ser no absorbentes y, por tanto, mantener el agua acumulada durante la decantación de la mezcla dentro del propio molde. Serían, por tanto, equivalentes. Estos encofrados son reutilizables (fig. 3.1). Por otro lado, consultada la norma americana ASTM C1019- 20 [4] relativa a la determinación de la resistencia a compresión de lechadas para inyección de fábricas, esta recomienda la utilización de moldes de materiales absorbentes tales como ladrillo, madera o piedra. La finalidad es que la elaboración de las probetas de lechada replique en cierto modo las condiciones en las que la lechada fraguará cuando esté siendo utilizada para el fin para el que es diseñada, esto es, en el interior de la fábrica. Así pues, se han preparado moldes a partir de planchas de DM de 1 cm de espesor (fig. 3.1). El DM es un material absorbente, por lo que los moldes no pueden ser DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 24 reutilizados, pues sus dimensiones y la planitud de su superficie se ven comprometidas al absorber estos parte del agua contenida en las mezclas. La misma norma americana ASTM C1019 [4] abre la puerta al uso de encofrados mixtos, es decir, encofrados que usan tanto material absorbente como no absorbente en sus laterales. Tal como se verá en el apartado 3.1.2.3, mientras los encofrados no absorbentes dan lugar a caras planas, las caras de las probetas en contacto con encofrados absorbentes resultan muy irregulares, dificultando de esta forma el correcto asiento del dispositivo de carga sobre la probeta y, por consiguiente, desvirtuando los resultados del ensayo. Así pues, se pueden fabricar también moldes siguiendo este criterio, en los que los laterales longitudinales sean de DM para mantener el efecto absorbente y la base y los laterales transversales de metacrilato (fig. 3.2). También permite colocar separadores intermedios de metacrilato. Las caras encofradas con metacrilato serán sobre las que se aplique la carga con el dispositivo de carga, ya que serán lisas, sin grietas ni irregularidades. Figura 3.1. Moldes absorbentes (DM) y no absorbentes (metacrilato) DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 25 Figura 3.2. Moldes mixtos de DM y metacrilato Tanto los moldes de DM como los de metacrilato se fabrican a partir de piezas machihembradas fácilmente cortables mediante láser (fig. 3.1). Las distintas piezas de los encofrados se pegan con silicona neutra, incluidos los laterales exteriores y las separaciones interiores (estas últimas no permiten la unión machihembrada). La silicona requiere emplear mucha menos fuerza para desmoldar que otros adhesivos, a la vez que permite un buen sellado de las juntas del molde. Una vez pegados con silicona, se comprueba el sellado rellenando los moldes con agua. Si el sellado no es correcto, debe aplicarse silicona en las zonas donde existan fugas. Cuando el sellado sea correcto, se refuerzan los moldes con cinta adhesiva para DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 32 Figura 3.9. Probeta rota a flexión no aprovechable para el ensayo de compresión Figura 3.10. Probeta numerada esperando a ser ensayada a compresión 3.1.2.5. Colocación de galgas o rosetas extensiométricas En el caso que se quiera conocer el módulo de Young (E) del material, será necesaria la colocación de galgas extensiométricas en las probetas. Si, además de este parámetro, DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 33 se pretende determinar también el coeficiente de Poisson, en lugar de galgas, se utilizarán rosetas extensiométricas, compuestas de dos galgas con la dirección de los hilos en sentido longitudinal y transversal respectivamente. Estas rosetas se colocan únicamente en una de las caras longitudinales de las probetas de 4 cm x 4 cm x 8 cm, entre 12 y 24 h antes de la realización de los ensayos, permaneciendo las probetas a temperatura ambiente tras su colocación hasta ser ensayadas. La colocación de la galga o roseta requiere que la cara donde esta vaya a ser adherida esté limpia, seca y lo más lisa posible. Las caras de las probetas que han fraguado en contacto con paredes no absorbentes presentan normalmente una superficie apta para ello. Por el contrario, las caras fraguadas en contacto con materiales absorbentes presentan excesivas rugosidades o irregularidades para que el proceso resulte exitoso. En caso de tener que adherir una galga o roseta en una superficie de este tipo, se recomienda que la superficie sea previamente saneada mediante un corte con la tronzadora. De cualquier modo, este corte podría generar una serie de fisuras en la probeta que igualmente impidiera la correcta adhesión del dispositivo de medida. Si esto ocurriese, la probeta debería ser descartada para su ensayo. La instalación de la galga o roseta comienza con la limpieza y secado de la cara de la probeta donde el dispositivo vaya a ser colocado con papel absorbente, su lijado con lija de grano 220 y su limpieza con alcohol. Tras este proceso, debe evitarse tocar la superficie para que esta esté totalmente desengrasada antes de colocar la galga. Para el correcto posicionado de la roseta, se trazan a lápiz los ejes de simetría vertical y horizontal de la cara de la probeta con la ayuda del calibre, se pega la roseta a un trozo de cinta adhesiva transparente y esta se pega a la probeta DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 34 haciendo coincidir las marcas de las dos galgas y las líneas trazadas sobre la probeta. Es importante que tanto el trazado de los ejes como la colocación de la roseta sean extremadamente precisos. Cualquier desviación en los mismos implicaría que las medidas de la deformación de la galga o roseta no tuviesen la dirección de los ejes, y, por tanto, no fueran válidas, al estar afectadas por el desajuste angular que se hubiera producido (fig. 3.11). Tras la colocación provisional, se procede a la preparación del adhesivo para su pegado definitivo. En este caso, se ha utilizado el adhesivo de polimerización rápida bicomponente X60. Para prepararlo, se vierte un cazo raso de X60A en polvo en un pequeño vaso de plástico y se echan entre 25 – 30 gotas de X60B líquido, agitando y comprobando hasta que la mezcla presente una viscosidad adecuada. Si queda demasiado líquida, al verterla sobre la probeta se extenderá demasiado y se corre el riesgo de que no exista cantidad suficiente bajo la galga como para que la adhesión sea la correcta. Si queda demasiado viscosa, difícilmente se conseguirá que se extienda de forma uniforme bajo la galga y ocupe todos los espacios bajo la misma. La forma de reconocer la consistencia adecuada es inclinar el cazo con la mezcla en diversas direcciones y comprobar que la mezcla se adapta a este cambio con facilidad, pero sin formar ninguna “ola” con estos movimientos (fig 3.12). La aplicación del adhesivo comienza por la zona inferior de la galga. Para ello, se levanta el extremo de la cinta adhesiva correspondiente despegando también esta zona de la galga o roseta (la que contiene el cableado), se vierte la mezcla (fig. 3.13), y se vuelve a colocar la cinta adhesiva, distribuyendo entonces la mezcla por toda la superficie inferior de la galga o roseta de manera suave con los dedos (fig. 3.14). DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 35 Finalmente se cubre la cara en la que se ha colocado con una lámina de celofán y sobre la misma una lámina plástica o de silicona (fig 3.15). Sobre estas láminas es conveniente colocar algo de peso encima para garantizar el reparto del adhesivo hasta que este seque adecuadamente, mínimo en torno a 3-4 horas. Con la intención de que sea más fácil la posterior conexión de las galgas al aparato de toma de datos, conviene posicionar los 4 cables de salida de las galgas en la dirección que aparece en la figura 3.16. Si se colocasen en sentido vertical, los mismos cables no permitirían el asiento correcto de la probeta sobre el plato inferior. Figura 3.11. Trazado de los ejes de simetría de la cara de la probeta donde la galga o roseta va a ser adherida y colocación provisional del dispositivo con cinta adhesiva Figura 3.12. Consistencia correcta del adhesivo para ser utilizado DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 36 Figura 3.13. Vertido del adhesivo sobre la probeta Figura 3.14. Distribución del adhesivo bajo la galga con la ayuda de la cinta adhesiva Figura 3.15. Lámina de teflón cubriendo la galga o roseta a la espera del secado del adhesivo Figura 3.16. Galga adherida 3.1.2.6. Equipo y software de control El utillaje necesario para el ensayo consiste básicamente en dos platos de acero, con los que la máquina de ensayo aplica la carga, siendo fijo uno de ellos y el otro móvil. En este caso, el travesaño móvil es el inferior, desplazándose con un movimiento vertical ascendente que genera la compresión sobre la probeta. Ambos platos son circulares y están marcados en su centro para colocar correctamente la probeta evitando descentramientos en la carga (fig. 3.17). DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 37 Figura 3.17. Plato de carga inferior de la máquina de ensayo Teóricamente, las caras superior e inferior de las probetas son perfectamente perpendiculares al eje longitudinal. La realidad es que conseguir esto en la fabricación de las mismas es prácticamente imposible. Es por ello que el plato inferior posee una base fija, mientras que el superior presenta una cierta capacidad de giro. Normalmente, el plato superior se acopla al correspondiente travesaño a través de un apoyo de esfera que permite que su superficie inferior pueda girar un cierto ángulo. De este modo, cuando se aplica la carga, el plato puede adaptarse al ángulo de la cara superior de la probeta, generando así una superficie de apoyo lo más continua posible. En caso de ensayar las probetas exclusivamente a compresión, es decir, sin galgas o rosetas extensiométricas, es necesario que el software de control tenga dos canales de entrada procedentes de la máquina de ensayo, y que estos canales registren la fuerza aplicada y el desplazamiento del travesaño. Si además se han colocado galgas o rosetas extensiométricas DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 38 para la obtención del módulo de Young, será necesario un canal por cada desplazamiento que se pretenda registrar, es decir, un canal para el caso de colocar una galga, ya que esta solamente mide el desplazamiento en una dirección, y dos canales para el caso de colocar una roseta, ya que entonces se deberían registrar tanto desplazamientos longitudinales como transversales para evaluar tanto el módulo de Young como el coeficiente de Poisson. Si no se dispone de rosetas, pueden colocarse dos galgas en una misma probeta con sus hilos dispuestos en direcciones perpendiculares. Con base en la experiencia adquirida, se realizan en este punto algunas indicaciones sobre precauciones a tener en cuenta en la realización del ensayo y en la configuración del software, que seguro ayudarán en el tratamiento posterior de los datos: ✦Antes de comenzar con el ensayo, es preciso comprobar que se está recibiendo la señal de todos los sensores correctamente y que se está almacenando en el formato adecuado. Por ello, es conveniente confeccionar más probetas de las planificadas y así poder hacer esta comprobación evitando desperdiciar probetas de las destinadas para el ensayo, en caso de un problema de configuración de la máquina o del software. De esta forma se verifica que la configuración de la máquina es la del ensayo a realizar. ✦En el software de control, elegir (si es posible) como signo positivo de la fuerza el de compresión. ✦Asignar como unidad de medida de fuerza (si es posible) el newton. Las probetas de lechada no soportan grandes cargas comparadas con las que estas máquinas pueden aplicar. Los softwares suelen registrar las DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 39 medidas con un número limitado de decimales. Si la recepción de la señal se hace en toneladas (que es práctica habitual en determinados laboratorios) y el número de decimales está limitado en el software, se corre el riesgo de perder parte de la información de la medida de la fuerza (aunque la sensibilidad de la célula de carga de la máquina sí lo hubiese permitido). En caso de querer registrar la medida en toneladas, establecer un mínimo de tres (aunque lo recomendable sería de cuatro) en los decimales a registrar en la medida de la fuerza. ✦Asignar como medida de tiempo el segundo. Si es posible, establecer un mínimo de dos decimales en la medida de registro del tiempo. ✦Establecer una frecuencia de toma de datos adecuada a este tipo de ensayos. La normativa establece una velocidad de ensayo mediante control de fuerza de entre 50 y 500 N/s, recomendando que este tenga una duración de entre 30 y 90 segundos. Si se pretende tener una población de datos suficiente para registrar adecuadamente la evolución del ensayo, la frecuencia de toma de datos debe ser alta, como mínimo de 20 muestras por segundo. ✦Respecto al rango de velocidad de ensayo citado en el párrafo anterior, se recomienda tomar siempre valores no excesivamente altos. Velocidades altas reducirían aún más la duración del ensayo y harían que el ensayo se alejase de lo que se supone que es un ensayo básicamente estático e incluiría efectos dinámicos indeseables en los resultados. Hay dos puntos críticos: cuando el plato de carga entra en contacto con la probeta y cuando se produce la rotura. Estos dos puntos se registrarían mal si la velocidad de aplicación de la carga fuese excesivamente alta. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 40 ✦El software de ensayos está equipado con controles de detección automática de la rotura de la probeta. Estos controles paran el ensayo automáticamente cuando la probeta falla, evitando así daños en la propia máquina. Los controles están asociados a la medida del descenso brusco de la carga que la máquina aplica. Un umbral muy bajo en la detección del fallo implicaría que el ensayo se detuviese ante cualquier pequeño descenso de la carga, aunque ello no significase la rotura definitiva de la probeta sino simplemente un pequeño escalón descendente. Un umbral demasiado alto podría suponer que la máquina no detectase la rotura de la probeta y que los platos superior e inferior se acercasen peligrosamente entre ellos. ✦En relación con la salida de datos, se recomienda el formato txt, por ser compatible con prácticamente todos los posibles programas con los que se procesarán los datos posteriormente. Aunque el software de control permite suministrar gráficas, lo habitual es tratar los datos a través de algún otro programa, como por ejemplo Matlab o Excel. Al hacer la exportación, se debe comprobar que no existe límite al número de líneas del fichero, para así evitar perder toda la información a partir de un punto concreto del ensayo. Comprobar también que la exportación de datos se hace a la misma frecuencia que se hizo la toma de datos para no perder valores intermedios. Por último, comprobar que las unidades de la exportación de datos coinciden con las unidades que se han establecido en la recepción. ✦Si se van a recoger datos de galgas extensiométricas, es fundamental tener en cuenta que en el mercado pueden encontrarse galgas con diferentes valores DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 41 de resistencia nominal y factor k, valores que hay que incorporar en el software de adquisición de datos. Es necesario asegurarse de que están correctamente especificados en el programa y que, en el caso de ensayar con otro tipo de galga, se deben volver a configurar de nuevo en el software. 3.1.3. Ejecución del ensayo Las probetas se extraen del armario de curado aproximadamente una hora antes del ensayo, lo que permite su secado al aire. Si fuese necesario, podría utilizarse un papel absorbente para terminar de secarlas. Antes del ensayo y una vez secas, las probetas se pesan con una balanza de precisión. Se anota entonces también si alguna de ellas presenta grietas o desperfectos apreciables a simple vista. Las caras de la probeta dispuestas en posición horizontal deben estar lo más planas posibles para permitir el correcto asiento de los platos de carga. En caso de que alguna cara presentase alguna irregularidad excesiva, la probeta debería ser saneada mediante el corte de alguna de sus caras con la tronzadora (ver apartado 3.1.2.4), su limpieza o, si ninguna de estas soluciones funcionase, desechar la probeta. Si la probeta tiene colocadas galgas o rosetas extensiométricas, se recomienda conectar las terminales de hilo de cobre al equipo de adquisición de datos antes de colocarla sobre el plato inferior de la máquina de ensayo. En caso contrario, es más que posible que, debido al bajo peso de la probeta, esta se mueva de su posición correcta de ensayo al manipular los cables. Para que el apoyo de la probeta sobre los platos sea lo más uniforme posible y evitar (o al menos mitigar) que las pequeñas irregularidades de las caras en contacto con el plato DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 48 la resistencia a compresión, F la fuerza y A el área transversal de la probeta. Conviene también distinguir entre deformación experimental y deformación real. La deformación experimental se obtiene a partir del desplazamiento del plato o travesaño de la máquina. Las deformaciones reales se obtienen a partir de las medidas de las galgas. Figura 3.24. Gráfica de carga vertical (ton) frente a desplazamiento vertical del travesaño (mm) definitiva tras el tratamiento de la señal Deformación experimental (ε) = h/l donde h = al desplazamiento del travesaño y l = altura de la probeta. Para conseguir unos resultados válidos, dependiendo de la normativa y tamaño de probeta especificado, se emplean entre 3 y 6 probetas. La figura 3.25 representa la gráfica Tensión-Deformación experimental correspondiente al ensayo anterior. En la fase DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 49 plástica se ha mantenido el área inicial en el cálculo de la resistencia a la compresión, aunque esta afirmación no es estrictamente correcta. Figura 3.25. Gráfica de resistencia a la compresión (MPa) frente a deformación experimental La parte correspondiente a los datos registrados por la roseta y su tratamiento posterior, así como un método propuesto para obtener una gráfica Tensión-Deformación real en la fase plástica, se han incluido en el anexo A por ser un estudio añadido a lo que la norma establece. 3.2. Resistencia a compresión según el ensayo DPT El ensayo conocido como Double Punch Test (en adelante, DPT) permite la obtención de la resistencia a compresión en probetas de pequeño espesor. Es un ensayo orientado principalmente a valorar la resistencia del mortero de las juntas DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 50 en las fábricas de distinto tipo. Las probetas, por tanto, deben tener pequeño espesor, concretamente 1,2 cm y a diferencia del ensayo de compresión estándar recogido en el apartado 3.1 de esta Guía, la carga se aplica mediante dos punzones. El procedimiento de ensayo descrito en este documento sigue el Método 1 establecido en la norma DIN 18555-9 [6] para probetas de 5 cm x 5 cm x 1,2 cm. En lo relativo al proceso de curado se tendrán en cuenta las especificaciones establecidas en las normas UNE-EN 445 [5] y UNE-EN 447 [1]. 3.2.1. Adaptación del procedimiento para las lechadas de inyección en fábricas Tanto la norma que regula el desarrollo del ensayo DPT [6] como las normas a las que esta remite para la fabricación de las mezclas [2] son referidas a morteros. Así pues, se descarta todo lo incluido en ellas relativo a la preparación de las mismas, remitiendo a lo descrito en el apartado 2 del presente documento. Igualmente ocurre con las especificaciones respecto a la dimensión y material de los encofrados o moldes recomendados en esta última norma, los cuales se han realizado conforme a lo descrito en el apartado 3.1.2.1., es decir, siguiendo el principio de elaborar bloques de lechada que serán cortados hasta generar las probetas en su tamaño reglamentario. 3.2.2. Preparación del ensayo 3.2.2.1. Moldes o encofrados Los moldes para la elaboración de los bloques de lechada se elaboran según lo descrito en el apartado 3.1.2.1., resultando una dimensión final de las probetas de 4 cm x 4 cm x 1,2 cm. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 51 3.2.2.2. Preparación y vertido de la lechada Para la preparación y vertido de la lechada es válido el procedimiento descrito en el apartado 3.1.2.2. de esta Guía. 3.2.2.3. Curado Los bloques de lechada se curan según lo descrito en el apartado 3.1.2.3. de esta Guía. 3.2.2.4. Corte y pesado de las probetas Las probetas se obtienen del corte de los bloques elaborados según los apartados anteriores. El proceso de corte y pesado previo al ensayo es análogo al descrito en el apartado 3.1.2.4. de esta Guía. 3.2.2.5. Equipo y software de control El equipamiento y software de control coinciden con el del ensayo a compresión estándar especificado en el apartado 3.1.2.6. Este ensayo presenta la particularidad de precisar de dos cilindros de acero de 20 mm de diámetro, denominados punzones, que sirven para concentrar la carga en una superficie restringida de las caras de la probeta. Estas dos piezas no llevan ningún tipo de sujeción sobre los platos (fig. 3.26). Figura 3.26. Ensayo DPT. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 52 3.2.3. Ejecución del ensayo Las probetas se extraen del armario de curado aproximadamente una hora antes del ensayo, permitiendo así su secado al aire; si fuese necesario, podría utilizarse un papel absorbente para terminar de secarlas. Antes del ensayo y una vez secas, las probetas se pesan con una balanza de precisión. Se anota entonces si alguna de ellas presenta grietas o desperfectos apreciables a simple vista. Las caras de la probeta dispuestas en posición horizontal deben estar lo más planas posibles para permitir el correcto asiento de los punzones de aplicación de carga. En caso de que alguna cara presentase alguna irregularidad excesiva, la probeta debería ser saneada mediante el corte de alguna de sus caras con la tronzadora (ver apartado 3.1.2.4), su limpieza o, si ninguna de estas soluciones funcionase, desechar la probeta. En este caso la colocación de galgas es inviable por el escaso tamaño de la probeta. Sobre el plato de carga inferior se apoya uno de los punzones en posición vertical centrándolo en el plato con la ayuda de los surcos circulares concéntricos marcados en el mismo (fig. 3.27). Sobre el extremo del punzón es conveniente colocar un cartón de poco espesor y de tamaño coincidente con el de las caras de la probeta donde se aplicará la carga. Sobre ellos se dibujan, en primer lugar, dos líneas que marquen el centro. Posteriormente se trazan otras cuatro líneas que permitan definir un cuadrado interior de 2 cm x 2 cm (fig. 3.28). Este cuadrado interior sirve para centrar la probeta sobre el extremo circular del punzón inferior. Una vez centrada la probeta sobre el punzón inferior con la ayuda del cartón, se debe realizar un proceso similar para centrar el punzón superior. Este proceso permite asegurar que los ejes verticales de los dos punzones y de la probeta DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 53 estén alineados (fig. 3.29). Los cartones evitan, además, que, en el contacto inicial de los platos con los punzones, estos puedan inclinarse y dañar la probeta mientras se termina de ajustar el plato superior. Es buena práctica, para mantener el laboratorio limpio, introducir la probeta a ensayar dentro de una bolsa de plástico transparente. Figura 3.27. Detalle del punzón ubicado en las marcas del plato de carga Figura 3.28. Planchas de cartón utilizadas en el contacto entre el punzón y la probeta Figura 3.29. Ensayo DPT de una probeta de lechada DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 54 Respecto a la ejecución del ensayo, la máquina lo realiza en tres fases, de manera similar a lo descrito en el apartado 3.1.3. para el ensayo de compresión estándar. El control del ensayo sigue haciéndose por fuerza con velocidad de 100 N/s. Las reducidas dimensiones de la probeta en este caso aconsejan estar vigilantes por si el control de rotura no parase el ensayo a tiempo y los punzones superior e inferior entrasen en contacto entre ellos pudiendo llegar a dañar la máquina. Para poder considerar que el ensayo DPT se ha desarrollado correctamente, la probeta debe presentar el patrón de rotura que se muestra en la figura 3.30. La probeta debe presentar grietas radiales a los punzones en dirección exterior a los mismos. En caso de producirse superficies de rotura lisas y siguiendo un patrón distinto al indicado, probablemente sea debido a que la probeta se encontrase agrietada con anterioridad al inicio del ensayo, y los fragmentos se hayan separado al empezar a recibir carga. Valores inferiores de carga última en el ensayo para probetas que presenten estas características apoyarían esta conclusión. Estas probetas deben ser desechadas. Figura 3.30. Muestra en metacrilato del patrón de rotura que una probeta debe presentar para considerar que el ensayo DPT ha transcurrido de forma correcta DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 55 3.2.4. Datos de salida, tratamiento de los mismos y resultados En la siguiente figura se muestra una de las gráficas correspondientes a un ensayo DPT (fig. 3.31) donde se ha representado la fuerza ejercida por el punzón (ton) frente al desplazamiento del travesaño (mm). El proceso que debe seguirse con estos datos se corresponde con el ya desarrollado en el punto 3.1.4. de esta Guía. La resistencia a compresión DPT fDPT se obtiene mediante: fDPT = F ⁄ AP donde F es la fuerza ejercida por el punzón sobre la probeta y Ap es la sección transversal del punzón que aplica la carga. La deformación unitaria experimental del plato ε = h / l donde h es el desplazamiento del plato o travesaño y l es la altura de la probeta. Figura 3.31. Gráfica Fuerza-Desplazamiento correspondiente a un ensayo DPT DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 56 Tras el tratamiento de los datos iniciales siguiendo el procedimiento descrito en 3.1.4, se obtiene la gráfica Tensión- Deformación experimental (fig. 3.32). Figura 3.32. Gráfica Tensión-Deformación correspondiente a un ensayo DPT 3.3. Resistencia a flexión El valor de la resistencia a flexión de una probeta de mortero se obtiene del denominado ensayo de la viga, recogido en las normas UNE-EN 1015-11 [2] y UNE-EN 196-1 [3]. Para este fin, las probetas a ensayar deben tener de dimensiones 4 cm x 4 cm x 16 cm. En lo relativo al proceso de curado, se tendrán en cuenta las especificaciones establecidas en las normas UNE-EN 445 [5] y UNE-EN 447 [1]. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS 57 3.3.1. Adaptación del procedimiento para las lechadas de inyección en fábricas Las normas UNE-EN 1015-11 [2] y UNE-EN 196-1 [3] son de aplicación a morteros de cemento. Por tanto, requieren de una adaptación de su contenido para su aplicación a lechadas. En primer lugar, la preparación de las mezclas establecida en las mismas no puede ser seguida por motivos obvios, siguiéndose para tal fin los pasos establecidos en el apartado 2 de la presente Guía. Tal como se expone en el apartado 3.1.2.1. de esta Guía, las dimensiones de los moldes también han debido ser modificadas. 3.3.2. Preparación del ensayo 3.3.2.1. Moldes o encofrados Los moldes para la elaboración de los bloques de lechada se elaboran según lo descrito en el apartado 3.1.2.1. 3.3.2.2. Preparación y vertido de la lechada Para la preparación y vertido de la lechada es válido el procedimiento descrito en el apartado 3.1.2.2. 3.3.2.3. Curado Los bloques de lechada se curan según lo descrito en el apartado 3.1.2.3. 3.3.2.4. Corte y pesado de las probetas Las probetas se obtienen del corte de los bloques elaborados según los apartados anteriores. El proceso de corte y pesado previo al ensayo es análogo al descrito en el apartado 3.1.2.4. de esta Guía. DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 64 primer lugar, el tamaño del bloque de lechada debe modificarse. La norma recomienda bloques de hormigón de 20 cm x 20 cm x 20 cm. La ejecución de un bloque de lechada de tales dimensiones es inviable, además de inservible, pues las barras suelen introducirse en fábricas con lechadas en taladros sensiblemente más pequeños. El tamaño del bloque, por tanto, se ha reducido con el objeto de simular las condiciones de trabajo reales de las lechadas de inyección. Las barras de GRP se han sustituido por barras corrugadas de acero inoxidable normalizadas de diámetro 5 mm. La preparación de las lechadas se realiza conforme a lo descrito en el apartado 2 del presente documento. 4.2. Preparación del ensayo 4.2.1. Moldes o encofrados Debido a la necesaria adaptación al trabajo con lechadas comentado en el apartado 4.1, se ha establecido un tamaño de bloque de lechada de 5 cm x 5 cm x 10 cm. A causa de la fuerte retracción que las lechadas experimentan, los moldes deberán ser, necesariamente, más grandes. Teniendo en cuenta que la pérdida de volumen de la lechada durante el proceso de fraguado oscila, según la dosificación agua-con- glomerante y el material del molde, entre un 25 % y un 30 %, se han diseñado moldes de dimensiones interiores 5 cm x 10 cm de base y 11 cm de altura cada uno de ellos. Los moldes son de tres compartimentos (fig. 4.1), con el fin de permitir la fabricación simultánea de tres probetas. El material de los moldes puede ser tanto absorbente como no absorbente, o combinación de ambos (ver apartado 3.1.2.1), siempre teniendo en cuenta que la medición de los desplazamientos DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 65 durante el ensayo debe llevarse a cabo sobre caras de la probeta totalmente lisas. Estas medidas se toman en las caras de la probeta de dimensiones 5 cm x 5 cm, por lo que, si no han sido encofradas con material no absorbente, requerirán de un corte para su saneamiento (ver apartado 3.1.2.4). En esta Guía se recomienda la fabricación de moldes de metacrilato para este ensayo ya que, con estos moldes, las caras de la probeta tras el proceso de fraguado presentan menos irregularidades. Así se evita en gran medida tener que cortar la probeta para sanearla, lo que podría suponer una excesiva manipulación de la misma durante el proceso de corte. La probeta para el ensayo pull out debe ir atravesada por la barra corrugada. Por ello, las caras frontales de cada compartimento deben perforarse en una posición centrada respecto a los laterales y a 2,5 cm desde el centro del orificio hasta la cara inferior o a otra distancia dependiendo del recubrimiento que quiera ensayarse (fig. 4.1). El diámetro de los orificios de las paredes delantera y trasera es diferente. Según establece la norma ACI 440.3R-12 [7], la longitud de la barra en contacto con la probeta debe ser 5 veces el diámetro de la misma, lo que, para barras de 5 mm, implicaría 25 mm. Así pues, el molde descrito anteriormente debe completarse con la inserción de un tubo de plástico que recubra los 75 mm restantes de la barra (o una longitud diferente, dependiendo del diámetro de la barra y la dimensión de la probeta) evitando su adherencia a la probeta de lechada. De este modo, la cara delantera del molde estará atravesada por la barra exclusivamente, por lo que el diámetro del orificio debe permitir el paso de la barra corrugada, mientras que la cara trasera además debe permitir el paso del tubo, por lo que el diámetro debe aumentarse en una cantidad igual al doble del espesor de la pared del tubo de plástico. Las barras corrugadas tienen DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 66 32 cm de longitud total. La disposición de las barras es tal que hacia la cara frontal del molde, donde la barra contacta con la lechada, esta debe sobresalir 4 cm, quedando libres 18 cm en la cara opuesta del molde (fig. 4.2). Figura 4.1. Esquema de los moldes para elaborar varias probetas para el ensayo pullout Figura 4.2. Barras corrugadas atravesando el molde para elaborar las probetas DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 67 Así pues, las fases del proceso de fabricación son 1. Cortar las piezas de metacrilato para montar el molde previendo una unión machihembrada entre ellas y abrirle los orificios a las paredes delantera y trasera (fig. 4.1). 2. Montar el molde y colocar las barras para comprobar y marcar su posicionado respecto a la base y paredes del mismo, ajustando las longitudes en cada extremo. La longitud de barra que queda sin cubrir por el tubo de plástico dentro del molde es la longitud calibrada del ensayo de adherencia y equivale a 5 veces el diámetro de la barra (fig. 4.2). 3. Pegar las paredes laterales y delantera del molde a la base con silicona (fig. 4.3). Figura 4.3. Fijación del tubo de plástico recubriendo la barra corrugada y pegado de las superficies del molde DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 68 4. Colocar los trozos de tubo de plástico en las barras, fijándolos con silicona a las propias barras y a la superficie trasera del molde (fig. 4.3). 5. Comprobar el sellado del tubo de plástico con agua. 6. Pegar la pared trasera al resto de la caja e insertar las barras en los orificios de la pared delantera del molde. 7. Sellar todas las juntas con silicona y comprobar el sellado con agua (fig. 4.4). Figura 4.4. Molde montado y sellado con silicona 8. En caso de moldes múltiples, colocar los separadores intermedios fijándolos exclusivamente con un punto de silicona en cada pared delantera y trasera. De esta forma, al verter la lechada se rellenan los tres sectores del molde a la vez. Temporalmente y mientras la silicona seca, utilizar cinta adhesiva para mantener los separadores intermedios en posición vertical. DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 69 9. Reforzar las juntas con cinta de precintar y precintar todo el perímetro exterior a dos alturas diferentes para reforzar el molde en caso de que la presión ejercida por la lechada separe las paredes pegadas con silicona (fig. 4.5). Figura 4.5. Molde para la elaboración de probetas para el ensayo pullout una vez finalizado el montaje 4.2.2. Preparación y vertido de la lechada La preparación de las lechadas se realiza conforme a lo descrito en el apartado 2 del presente documento. Antes de comenzar el vertido de la lechada en los moldes, debe aplicarse aceite a modo de desencofrante en las superficies internas de los moldes y del tubo de plástico, pero no en la superficie de la barra corrugada (para evitar disminuir la adherencia). DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 70 Conviene utilizar un pincel o brocha en el caso de moldes estrechos. Es conveniente introducir el molde en una bolsa de plástico por motivos de limpieza. El volumen de lechada a fabricar dependerá de si ese volumen puede fabricarse de una sola vez o si esto no es posible debido a la capacidad del mezclador. En este último caso, es preciso tener en cuenta que el tiempo de mezcla está entre 15 y 20 minutos y que el molde debe rellenarse, según la norma UNE-EN 445 [5], en menos de una hora. También el volumen de lechada necesario dependerá de la retracción durante el fraguado, estimada como ya se ha comentado anteriormente entre el 25 % y el 30 %. Tras el vertido de la lechada debe comprobarse que no quede aire ocluido en forma de burbujas. Al ser transparente, el metacrilato permite visualizar fácilmente este tipo de defectos. En caso de que suceda, las burbujas pueden eliminarse moviendo la lechada mediante un alambre o aguja (fig. 4.6). Una alternativa es utilizar una mesa vibradora (fig. 4.7). Figura 4.6. Vertido en molde múltiple (izquierda) y en molde sencillo (derecha) DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 71 Figura 4.7. Mesa vibradora utilizada para eliminar oclusiones de aire en la masa de lechada 4.2.3. Curado El proceso de curado y desmoldado de las probetas, así como los tiempos de estos procesos, son análogos a los descritos en el apartado 3.1.2.3. Se recomienda extremar la precaución durante el desmoldado para no provocar la deformación de las barras. Una vez desencofradas las probetas, es importante revisar que la lechada no haya penetrado en el interior del tubo de plástico, es decir, que el sellado del interior de los tubos haya cumplido su función correctamente. A continuación, debe medirse la altura de los bloques con el calibre para, posteriormente, introducir las probetas en el armario de curado (fig. 4.8). Dado que el proceso de curado se realiza bajo una humedad relativa no menor del 90 %, se advierte que, si las barras no son de acero inoxidable, deben impregnarse previamente con imprimación antioxidante para evitar su corrosión durante el proceso. Esta imprimación no puede aplicarse en la zona que estará en contacto con la lechada para evitar alterar la adherencia barra-lechada. DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 72 Figura 4.8. Proceso de curado en cámara de temperatura y humedad controlada de una probeta pull out con barra de acero inoxidable 4.2.4. Corte y pesado de las probetas Este proceso se realizará de manera similar a lo especificado en el apartado 3.1.2.4. Los bloques de lechada se cortarán en la cara superior a una distancia de 2,5 cm del eje de la barra, espesor del recubrimiento que se pretende dar a la misma, de tal modo que la barra quede colocada en el eje del prisma (fig. 4.9). Figura 4.9. Probetas desmoldadas (izquierda) y una vez han sido cortadas para su ensayo (derecha) DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 73 4.2.5. Equipo y software de control Para el ensayo pull out se debe utilizar una máquina para ensayos de tracción, además de una estructura de apoyo y dispositivos específicos que deben ser instalados en la máquina previamente. Los requisitos básicos de estos elementos vienen especificados en la norma ACI 440.3R-12 [7]. A partir de estos requisitos, se deben diseñar los dispositivos y el utillaje necesario para la sujeción de probetas de pequeño tamaño, la recepción de la señal de dispositivos de medición de desplazamientos, etc. (fig. 4.10). Lo recomendable es que todo sea contratado con la misma empresa. Figura 4.10. Dispositivo diseñado por la empresa Servosis para la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Sevilla para el ensayo pull out de probetas de pequeñas dimensiones (imagen propiedad de Servosis S. L.) DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 80 anota también si alguna de ellas presenta grietas o desperfectos apreciables a simple vista. El montaje de todo el utillaje comienza por la fijación de la chapa inferior al cabezal inferior mediante la mordaza (fig. 4.12 (izquierda)). Para el caso de ensayar probetas de bajo peso, como el caso que se trata en esta Guía, no es necesario el montaje de la chapa intermedia. La posición de la chapa superior debe permitir posicionar por debajo de ella la probeta, el palpador inferior y la base magnética que lo sustenta. La horizontalidad de la chapa superior y su ortogonalidad a la dirección del ensayo debe asegurarse midiéndola con un nivel de precisión. Las cuatro tuercas inferiores que sustentan la chapa permiten modificar la inclinación de esta hasta conseguir su completa horizontalidad. Debe garantizarse que las cuatro tuercas están en contacto con la chapa, evitando que esta solo tenga tres puntos de apoyo. Una vez nivelada, las cuatro tuercas superiores inmovilizarán la chapa. En la imagen de la derecha puede verse posicionada dicha chapa intermedia. En caso de optar por colocar la chapa intermedia (fig. 4.12 (derecha)), es conveniente nivelar esta primero, apoyar la probeta sobre esta base y luego nivelar la chapa superior. Una vez montado el marco de carga, debe apoyarse sobre la chapa superior la pieza diseñada para fijar los tres palpadores superiores (fig. 4.13). Los palpadores se introducen en los orificios de la cara superior de la pieza (fig. 4.13 (izquierda)). La pieza se debe colocar simplemente apoyada concéntrica con el orificio central de la chapa superior (fig. 4.13 (derecha)). A continuación, se sitúa la probeta entre las chapas superior e intermedia (o entre la superior y la inferior, en caso de no tener intención de usar la intermedia), y se introduce el extremo superior de la barra por los orificios centrales de la chapa superior y del dispositivo de amarre de los tres palpadores, para DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 81 finalmente introducirla en el cabezal superior de la máquina de ensayos, pero sin fijar la mordaza. El objetivo es tenerla posicionada correctamente para que, cuando se comience el ensayo y haya que realizar el apriete, no se tenga que modificar la posición de la probeta y desajustar así todo el posicionamiento de los palpadores. El deslizamiento vertical de la probeta debido a su propio peso se evita apretando los cuatro tornillos del dispositivo de amarre de los palpadores (fig 4.13 (centro)), haciendo que el mismo dispositivo funcione de mordaza de la barra corrugada y acompañando a la misma en su movimiento ascendente durante el ensayo. Antes de fijar la barra, es importante asegurar que la cara superior de la probeta esté en contacto con la parte inferior de la chapa (fig. 4.14). Si la probeta fuese mediana o grande, su peso sería excesivo para este sistema, y sería necesaria la chapa intermedia como apoyo de la probeta. Una vez la probeta estuviese colocada tocando ambas chapas con sus caras superior e inferior (con la ayuda de las cuatro tuercas de las chapas superior e intermedia), se procedería a apretar los cuatro tornillos. Figura 4.12. Instalación de las chapas superior e inferior del marco (izquierda) y colocación de la peana magnética con el palpador, y la probeta sobre la chapa intermedia DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 82 Figura 4.13. Dispositivo de amarre de tres palpadores diseñado por la empresa Servosis para la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Sevilla para el ensayo pull out de probetas de pequeñas dimensiones Figura 4.14. Cara superior de la probeta en contacto con la chapa superior Una vez finalizadas las operaciones de colocación y fijación de la probeta se colocan los palpadores o sensores de desplazamiento (fig. 4.15 (izquierda)). El primer palpador en ser colocado es el inferior. Su posición correcta es tocando la sección transversal inferior de la barra corrugada. Dada la dificultad que esto entraña (debido a la escasa sección de la barra y a la posibilidad de que dicha sección no sea perfectamente plana, la colocación del palpador se hace DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 83 con la ayuda de un casquillo (fig. 4.15 (derecha)). El casquillo es un cilindro con un taladro en la cara superior por el que penetra la barra corrugada, que se fija al mismo mediante un tornillo lateral. El casquillo aumenta la sección de la barra facilitando la ubicación del palpador. Conviene tener varios casquillos disponibles en función de los diámetros de las barras a ensayar. El soporte del palpador, cuya base es conveniente que sea magnética para evitar movimientos indeseados, se apoya sobre la chapa inferior. El brazo del soporte y el palpador deben estar totalmente horizontal y vertical respectivamente, por lo que es necesaria la ayuda de un nivel de precisión. En su posición inicial, el palpador debe quedar casi completamente comprimido, ya que cuando comience el ensayo, la barra irá ascendiendo y el palpador deberá registrar este movimiento ascendente (fig. 4.15 (derecha)). Los tres palpadores superiores se introducen en los orificios de la pieza de amarre de los palpadores para tal efecto (fig. 4.16). Los palpadores se disponen en los vértices de un triángulo equilátero. Con el fin de posibilitar dos configuraciones de palpadores, la pieza está equipada con seis perforaciones en lugar de tres. El sistema permite una configuración para probetas pequeñas, con los palpadores cercanos al eje de la barra, y otra para probetas de mayor sección, con los palpadores más separados. Es importante que los palpadores estén alejados del eje de la barra tanto como permita la sección de la probeta de lechada, ya que la precisión de la medida aumentará. Las perforaciones que alojan los palpadores se extienden a la chapa superior (fig. 4.13 (derecha)) para permitir que estos toquen la cara superior de la probeta de lechada. La colocación precisa de la pieza de amarre es, por tanto, fundamental. DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 84 Figura 4.15. Imagen de palpador (izquierda) y el mismo palpador en posición (derecha) gracias a la colocación de un casquillo en la barra corrugada Figura 4.16. Palpadores colocados en la pieza de amarre DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 85 Los palpadores superiores deben fijarse a la pieza de amarre con unos tornillos laterales con los que la pieza está equipada. Se deben fijar cuando estén al final de su recorrido, es decir, cuando estén casi totalmente comprimidos. Cuando comience el ensayo, la barra comenzará a elongarse y los palpadores acompañarán tal elongación en dirección vertical y hacia arriba, extendiéndose, ya que esta pieza está fijada a la barra. El valor promedio de las mediciones de los palpadores superiores dará el desplazamiento del extremo cargado de la barra. Si un palpador fallase, se reduce el número de palpadores empleados para promediar sus mediciones a dos. Si fallasen dos de los tres palpadores, habría que replantearse la opción de dar por invalidado el ensayo. Posicionados los palpadores, el paso siguiente sería conectarlos al equipo de recepción de datos. Esto podría haberse hecho con anterioridad a su colocación evitando así que, al manipular los cables, se mueva accidentalmente algún palpador. En cualquier caso, debe asegurarse que los cables no cuelguen de los palpadores para que este efecto distorsione la recepción de la señal ya que estos dispositivos poseen una alta sensibilidad ante cualquier movimiento. Finalmente, se aprieta la mordaza superior para fijar la barra y se realiza el ensayo (fig. 4.17). Tras la finalización del ensayo, debe verificarse que la zona en Figura 4.17. Sistema preparado para el comienzo del ensayo pullout DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 86 contacto entre barra y lechada se corresponde con la longitud calibrada inicial igual a cinco veces el diámetro de la barra. Se debe comprobar también que la lechada no hubiera penetrado por el interior del tubo de plástico, aumentando así la zona teórica de adherencia e invalidando el resultado del ensayo o que, por el contrario, haya zonas que debieran estar en contacto y no lo hayan estado. También la forma de la rotura de la probeta dará información sobre la calidad de su construcción. El patrón de rotura correcto en el bloque de lechada está asociado a la aparición de grietas radiales en la cara inferior del bloque, grietas que se extienden longitudinalmente a lo largo de toda la altura del bloque. Las corrugas deben quedar bien marcadas en los restos de lechada correspondientes a la longitud calibrada, confirmando así que la lechada había ocupado correctamente el espacio entre corrugas. Separando uno de los fragmentos del bloque puede observarse su sección tras la rotura (fig. 4.18). Conviene revisar la coloración de la lechada en los fragmentos rotos del bloque. Restos de óxido o partes con coloración blanquecina en la longitud calibrada implicarían una fabricación no del todo correcta, o la presencia de burbujas de aire en contacto con la barra tras el vertido y curado de la lechada. Una coloración blanquecina indica que la lechada ha fraguado en presencia de aire. Franjas de varias tonalidades paralelas a la dirección de la barra informan de la decantación y la sedimentación de la lechada (se recuerda que el fraguado de la probeta transcurre con la barra de acero en posición horizontal). Este cambio de tonalidad también se observa en la parte interior del bloque una vez roto este. La cara opuesta a la de la base del molde (opuesta a las franjas) también debe tener coloración blanquecina por la exposición al aire que se introduce en las grietas creadas durante el corte de la probeta (fig. 4.19). DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 87 Figura 4.18. Patrón de rotura correcto de probeta tras ensayo pull out Figura 4.19. Tonalidades observadas en la probeta tras la rotura 4.4. Resultados Los datos obtenidos del ensayo pull out son: fuerza (F), desplazamiento del cabezal de la mordaza superior (d), desplazamiento del palpador inferior (d1), desplazamiento del palpador DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 88 superior 1 (d2), desplazamiento del palpador superior 2 (d3), desplazamiento del palpador superior 3 (d4) y promedio del desplazamiento de los tres palpadores superiores (dm). Se muestra a continuación la gráfica Fuerza-Desplaza- miento del cabezal superior obtenida a partir de uno de los ensayos realizados (fig. 4.20) una vez eliminados los valores correspondientes a la fase donde la probeta no ha entrado en carga (fácilmente identificables porque la fuerza registrada es prácticamente cero). Figura 4.20. Curva Fuerza-Desplazamiento obtenida en una de las probetas ensayadas a pull out La medida de los palpadores superiores debe corregirse. Estos palpadores están fijados a la barra corrugada mediante la pieza que los posiciona formando un triángulo. La elongación que experimenta la barra debido al esfuerzo de tracción distorsiona esta medida. De esta forma, para medir correctamente la deformación del extremo superior de la probeta, DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO A ADHERENCIA ENTRE BARRA CORRUGADA Y LECHADA 89 debe aplicarse una corrección que elimine esta elongación. Esta elongación se obtiene mediante la fórmula: scp = (F · l1 ⁄ EA, donde A es la sección transversal de la barra que se puede obtener a partir de ∅ y l1 es la separación entre la longitud calibrada y el soporte de los palpadores. Esta longitud l1 es la distancia desde el final de longitud calibrada y el soporte de palpadores y se obtiene sumando la longitud de barra en el interior de la probeta que no presenta contacto con la lechada más la distancia desde la cara superior de la probeta hasta el punto donde se considere que los palpadores están fijados a la barra corrugada (tomado normalmente en el punto medio de las dos filas de tornillos que se usan para fijar estos palpadores). Este valor debe restarse a la media de la medida de los tres palpadores superiores para obtener un valor correcto del desplazamiento de la cara superior de la probeta. La tensión de adherencia se obtiene mediante la expresión τ= F ⁄ (π∅l) ), donde ∅ es el diámetro equivalente de la barra y l la longitud característica del ensayo pullout (5∅). La gráfica siguiente muestra esta tensión de adherencia representada frente a tres desplazamientos: el de la mordaza superior, el del extremo libre inferior de la barra y respecto a la media de los tres palpadores superiores (estando ya esta medida corregida) (fig. 4.21). DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 96 5.2.3. Ejecución del ensayo Antes de comenzar con la elaboración de las lechadas para el ensayo, cuya preparación responde a lo descrito en el apartado 2 de esta Guía, es preciso comprobar el funcionamiento del aparato de Vicat. Tras colocar en el dispositivo la aguja de inicio de fraguado (45 mm de longitud y 1,13 mm de diámetro) (fig. 5.6), debe comprobarse que el eje de la aguja y del soporte estén perfectamente alineados y que el movimiento del soporte sea completamente vertical y sin rozamiento. En resumen, debe comprobarse que la penetración de la aguja en la pasta sea completamente vertical. A continuación, debe calibrarse el aparato de Vicat para su uso, es decir, fijar el “cero” en la posición de la aguja en que esta toque la placa base. Figura 5.6. Aguja o sonda de inicio de fraguado Las lechadas se vierten para su ensayo en el molde de Vicat, molde cilíndrico hueco sobre placa base de vidrio o metacrilato. Al ser las lechadas extremadamente fluidas, el molde debe sellarse a la placa con silicona para evitar fugas. Antes del vertido y durante el mezclado/amasado, es necesario engrasar el molde y la base con aceite mineral. El molde debe llenarse sin compactación ni vibración excesivas. Se pueden eliminar los huecos y burbujas mediante golpecitos ligeros con la palma de la mano sobre el mismo. El exceso de lechada se quita con un utensilio de borde recto, asegurando el llenado completo del molde y que la superficie superior quede lisa (fig. 5.7). DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 97 Figura 5.7. Molde para vertido de lechadas una vez sellado a la placa base y completado el vertido Las mediciones del tiempo inicial de fraguado se realizan cada 30 minutos. Para tomarlas, se coloca la placa con el molde bajo la aguja del aparato de Vicat y, posteriormente, se baja la aguja para que contacte con la pasta. En esta posición debe esperarse un periodo de 4 a 5 segundos, para asegurar que se está midiendo sobre la lechada y no sobre el agua que se libera, ya que la capa superior queda blanda incluso después del fin del fraguado. A continuación, se sueltan las partes móviles del aparato de Vicat y se observa cómo la aguja penetra verticalmente en la pasta. Cuando se pare el descenso de la aguja, o a los 30 segundos desde su liberación (lo que ocurra antes), se lee la escala y se registran el valor medido (distancia entre el extremo de la aguja y la placa base) y el tiempo que ha transcurrido desde el instante cero. Las sucesivas mediciones sobre Figura 5.8. Aguja de Vicat preparada para tomar la medición DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 98 la misma probeta deben hacerse en posiciones separadas, al menos, a 8 mm del borde del molde, a 5 mm de otras mediciones en la probeta y a 10 mm como mínimo de la última medición realizada en la probeta. Durante el intervalo de tiempo entre mediciones, la probeta se debe guardar en la cámara de temperatura controlada (armario de curado) a 20 °C de temperatura y una humedad relativa no menor del 90 %. La aguja de Vicat debe limpiarse inmediatamente después de cada uso y, en caso de ser necesario realizar el ensayo de final de fraguado, se guarda la probeta. El tiempo de inicio de fraguado se determina como el tiempo (en minutos) que transcurre desde el instante cero hasta el momento en el que la distancia entre la aguja y la placa base sea de 6 ± 1 mm, con una aproximación de 15 min. El ensayo de tiempo final de fraguado se realiza con una aguja específica para ello. Esta aguja incorpora un dispositivo que permite la purga del aire ocluido en el interior de la aguja evitando así que las posibles burbujas afecten a la penetración de la aguja en la lechada y enturbie las mediciones de tiempo. Figura 5.9. Aguja o sonda de fin de fraguado Estas mediciones se realizan sobre la cara opuesta a la que se han realizado las del tiempo inicial de fraguado anteriormente descritas. Para ello, es necesario darle la vuelta al molde, previamente pasando el agua libre a un recipiente calibrado para controlar su volumen y masa. En la base superior DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 99 se coloca una placa de metacrilato limpia, se sella con silicona para evitar fugas y, una vez la silicona se ha secado, se gira el molde. Antes de realizar esta operación, se recomienda comprobar que la lechada tiene consistencia suficiente para no desprenderse del molde (fig. 5.10). Tras retirar la silicona que sellaba el molde a la placa base de vidrio (que ahora es la base superior) se separa dicha placa. Este procedimiento puede complicarse pues la placa suele pegarse a la muestra. Se puede ayudar con movimientos suaves o una hoja fina (cúter o similar). El molde se guarda en el armario de curado en las condiciones de temperatura y humedad especificadas anteriormente hasta la realización de las mediciones. La placa de vidrio se limpia y seca para eliminar restos de silicona y lechada y poder reutilizarla en otro ensayo. Figura 5.10. Medida del agua expulsada en la lechada y giro de muestra para proceder al ensayo de fin de fraguado DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 100 Para medir el tiempo final de fraguado, se coloca la placa base con el molde bajo la aguja del aparato Vicat. Se vuelve a bajar la aguja hasta contactar con la pasta, fijándola en esta posición mientras se pone la referencia de medida en 5 cm. Al bajar la aguja, la posición medida se reducirá hasta 0 cm. Conviene esperar entre 1 y 2 segundos para evitar la existencia de alguna velocidad inicial o aceleración forzada de las partes móviles del aparato. Se sueltan las partes móviles y se deja la aguja penetrar verticalmente en la pasta. Tras finalizar la penetración o 30 segundos después de la liberación de la aguja (lo que ocurra antes) se lee la escala (fig. 5.11). El ensayo se repite sobre la misma probeta en posiciones separadas siguiendo las mismas indicaciones que en el caso del ensayo de inicio de fraguado. En este caso, los intervalos de tiempo entre mediciones deben ser de 30 min, pero puede reducirse este periodo para mejorar la precisión. Durante el intervalo de tiempo entre mediciones, la probeta se debe devolver de nuevo al armario de curado. La aguja de Vicat debe limpiarse inmediatamente después de cada penetración. El tiempo de finalización de fraguado es el tiempo transcurrido desde el instante cero hasta que la aguja penetra, por primera vez, 0,5 mm en la pasta. La medición del tiempo final de fraguado (con una Figura 5.11. Ensayo de final de fraguado DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 101 aproximación de 5 min) debe confirmarse repitiendo la medida en 2 posiciones más. Este aparato tiene una precisión de 1 mm, por lo que el objetivo es que las 3 mediciones queden entre 4,9 y 5 cm. Al dar por finalizado este ensayo, se extrae la lechada del molde y se limpia este a fondo para poder reutilizarlo en otro ensayo, eliminando completamente restos de lechada endurecida y aceite. A pesar de que la norma UNE-EN 447 [1] establece que el fraguado final debe producirse en un tiempo menor o igual a 24 horas, este tiempo puede ser superior en lechadas con mayor cantidad de agua, como las dosificaciones A/C iguales a 1 o 0.75. Por tanto, para evitar estar vigilando las 24 horas del día el mismo molde, una recomendación es fabricar una tanda de lechada por la mañana temprano y controlar las 10-12 primeras horas desde la adición del microcemento a la mezcla y, el mismo día u otro, fabricar otra segunda tanda de lechada a última hora de la tarde. De esta forma, las primeras horas desde la adición del conglomerante de la segunda tanda de lechada coincidirán con las horas de la noche/madrugada y no será necesario vigilar la mezcla porque es conocido cómo se comporta. Al día siguiente, por la mañana, puede seguir controlándose el estado de la lechada con el ensayo de tiempos de fraguado en el intervalo que va desde las 10-12 a las 24 horas desde la adición del conglomerante. 5.3. Capilaridad El ensayo de capilaridad permite caracterizar el sistema capilar de una probeta mediante la medida del agua absorbida por la lechada endurecida. Para ello, se sigue el método gravimétrico recomendado en [9] para evaluación de lechadas de inyección de cal hidráulica. En lo relativo al proceso DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 102 de curado de la lechada se tendrán en cuenta las especificaciones establecidas en las normas UNE-EN 445 [5] y UNE-EN 447 [1]. 5.3.1. Adaptación del procedimiento para las lechadas de inyección en fábricas El procedimiento de evaluación de la capilaridad en probetas de lechada es específico para las mismas, por lo que no se requiere adaptación de ningún tipo. Los moldes utilizados en [9] han sido adaptados de acuerdo a lo expuesto en el apartado 5.3.2.1. 5.3.2. Preparación del ensayo 5.3.2.1. Moldes Cada molde consiste en un tubo rígido de PVC de 21 mm de diámetro interior y 2 mm de espesor de pared. Cada probeta necesita dos tapones, preferentemente macho al menos uno de ellos. También pueden emplearse tapones hembra, más sencillos de encontrar, pero que dificultan el desencofrado y hacen necesario el corte del extremo dañado de la probeta endurecida. Los tapones pueden también fabricarse mediante torneado, con diámetro mayor de 25 mm y diámetro menor de 21 mm, y longitud total de 15 mm, de los cuales 10 mm quedan introducidos en el tubo. Tras colocar los tapones de los extremos inferiores de los tubos, sellarlos con silicona y comprobar el sellado con agua, se precintan los extremos. Este precinto facilita la identificación de la parte superior y la inferior del molde, de manera que nunca se invierta la posición de las probetas durante su fraguado. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 103 Figura 5.12. Tapón inferior o tapón macho y tapón superior o tapón hembra (izquierda) y tubos ya precintados para comprobar su estanqueidad (derecha) La longitud de tubo debe calcularse para cada dosificación de lechada o mortero según la decantación, pérdida de agua por sangrado, encogimiento, etc. Por ejemplo, si en una dosificación el volumen sólido endurecido representa el 75 % del volumen de mezcla líquida original, el volumen que debe emplearse para calcular la longitud necesaria del tubo es el de la mezcla líquida, ya que, si se emplease el de mezcla sólida, la probeta final sería de menor altura que la indicada para el ensayo (100 mm). La longitud de tubo necesaria en función de estos parámetros sería: 5.3.2.2. Preparación y vertido de la lechada La preparación de las lechadas se realiza conforme a lo descrito en el apartado 2 del presente documento. Antes del vertido, debe aplicarse aceite mineral en el interior de los moldes con un pincel. Los tubos deben mantenerse, en todo momento, en posición vertical (fig. 5.13). DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 104 Figura 5.13. Vertido para la realización del ensayo de capilaridad 5.3.2.3. Curado Durante los 28 días que dura el curado, bien dentro o fuera del molde, las probetas permanecerán en un armario de curado a temperatura de 20 °C y humedad relativa no menor del 90 %. Durante todo el proceso, al igual que durante el vertido de la lechada, se debe mantener la verticalidad de las probetas. El desencofrado de las probetas se debe producir a los 14 días del vertido. Tanto antes como después del desencofrado se deben mantener las probetas en posición vertical de acuerdo con el vertido, es decir, el extremo inferior del tubo corresponderá al extremo inferior del cilindro de lechada que se extraiga y será el mismo que el extremo inferior del cilindro de lechada que se ensaye. Nunca deben intercambiarse las posiciones de los extremos inferior y superior durante la manipulación de moldes con la lechada líquida, cilindros de lechada sólida o cilindro ensayado. La única excepción será el pesado de probetas durante el ensayo de capilaridad, que se describirá en el apartado 5.3.2.4. El uso de un torno mecánico facilita el desencofrado de las probetas. Finalizado el período de fraguado (fig. 5.14), las DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 105 probetas pasan directamente a la fase de secado. Dado que se quiere estudiar la capilaridad del material, debe evitarse cortar la probeta, aunque su altura difiera de 100 mm, ya que se podría alterar el sistema capilar de la misma durante el corte. Una probeta válida para el ensayo de capilaridad debe tener unos 100-105 mm de longitud. Como es complicado saber con seguridad el volumen de mezcla líquida necesario para fabricar cada probeta sólida final debido a la pérdida de agua de la mezcla, puede aumentarse el intervalo de longitudes válidas a 100-110 mm. Figura 5.14. Probetas obtenidas tras el desencofrado 5.3.2.4. Secado El secado de la probeta es un proceso iterativo de ciclos de secado, que finalizan cuando la masa de la probeta alcanza un valor constante. Se considera que se ha alcanzado este valor constante cuando la diferencia de masa entre dos mediciones sucesivas en un intervalo de 24 h es menor o igual al 0,1 % de la masa inicial de la probeta. Además de la masa de la probeta y la humedad que pueda contener, la masa inicial de la probeta también incluye la masa de las lajas desprendidas DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS 112 si bien no se han desprendido estas lajas manualmente, desechar los datos de los dos primeros días y hacer el ajuste con el resto de puntos de la nube. La nube de puntos se obtiene a partir de la variación de masa normalizada (%) y el tiempo de las medidas (días). A partir de la nube de puntos y usando el método de los mínimos cuadrados puede obtenerse la función de ajuste de la nube de puntos completa a una ecuación exponencial decreciente con asíntota horizontal. f(x) = a e-bx + c El valor de la asíntota en la ecuación viene representado por c, es decir, la masa seca final de la probeta normalizada respecto a la masa inicial de la probeta (%). Con este valor puede estimarse un valor de masa seca de la probeta: mFinal Seca De forma análoga se obtiene la curva del ensayo de capilaridad. La única salvedad es que el ajuste se debe realizar a una función de tipo logarítmica creciente con asíntota horizontal: f(x)= a ln(bx) + c 113 Referencias bibliográficas [1] AENOR CTN 83 - Hormigón, UNE-EN 447:2009 Lechadas para tendones de pretensado. Requisitos básicos., 2009. [2] AENOR CTN 83 Hormigón, UNE-EN 1015-11:2000/A1:2007. Métodos de ensayo de los morteros para albañilería. Parte 11: Determinación de la resistencia a flexión y a compresión del mortero endurecido., 2007. [3] AENOR CTN 80 - Cementos y cales, UNE-EN 196-1:2018. Métodos de ensayo de cementos. Parte 1: Determinación de resistencias., 2018. [4] Subcommittee C12.02, ASTM C1019 Standard Test Method for Sampling and Testing Grout for Masonry, USA, 2020. [5] AENOR CTN 83 - HORMIGÓN, UNE-EN 445:2009 Lechadas para tendones de pretensado. Métodos de ensayo., 2009. [6] German Institute for Standardisation, DIN 18555-9 Testing of mortars containing mineral binders - part 9: hardened mortars - Determination of the mortar compressive strenght in the bed joint, (1999). REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 114 [7] ACI Committee 440, Guide Test Methods for Fiber-Reinforced Polymers (FRPs) Composites for Reinforcing or Strengthening Concrete and Masonry Structures ACI 440.3R-12, Technical Documents. (2012) 440. [8] AENOR CTN 80 - Cementos y Cales, UNE-EN 196-3:2017 Métodos de ensayo de cementos. Parte 3: Determinación del tiempo de fraguado y de la estabilidad de volumen., 2017. [9] B. Biçer-Şimşir, L. Rainer, Evaluation of Lime-Based Hydraulic Injection Grouts for the Conservation of Architectural Surfaces, The Getty Conservation Institute, Los Angeles, 2011. 115 Anexo A Obtención del diagrama Tensión-Deformación real en el ensayo a compresión La obtención del diagrama Tensión-Deformación experimental ha sido desarrollado en el punto 3.1 de esta guía. Si en la probeta se dispone una galga extensiométrica (o dos en forma de roseta si se quiere obtener el coeficiente de Poisson), sería posible obtener también el diagrama Tensión-Deformación real. En este anexo se especifica el procedimiento. Su incorporación como anexo y no en el punto 3.1 de esta Guía es debido a que la normativa correspondiente no habla de deformaciones reales en ningún caso. Por tanto, el procedimiento que a continuación se expone no responde a bibliografía alguna. A.1. Ley de Comportamiento Tensión-Deformación real En la gráfica que expresa la relación Fuerza-Desplazamiento experimental de un ensayo a compresión realizado sobre una probeta (fig. A.1), se observa una primera rama casi lineal y con una fuerte pendiente ascendente que se corresponde con un OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN REAL EN EL ENSAYO A COMPRESIÓN 116 primer tramo elástico. Al final de ese tramo elástico aparece la carga máxima resistida por el material y, a partir de ahí, comienza una segunda rama descendente que se corresponde con una fase plástica. El deterioro del material comienza un poco antes de alcanzar el pico máximo. Es posible que este deterioro no se perciba de forma clara en el exterior de la probeta, pero ya hay zonas concretas del material que presentan algún daño. En casos concretos, zonas de la superficie de la probeta se desprenden y comienzan a aparecer ligeras grietas. El punto exacto donde el material deja de comportarse como elástico y comienza a presentar zonas con comportamiento plástico no es posible determinarlo con precisión. Dependerá de cómo se repartan estas zonas dañadas en la masa de la probeta y de la extensión de estas. No existe un procedimiento similar al que existe en el caso de probetas de acero para definir el valor del límite elástico. Figura A.1. Gráfica de carga vertical (ton) frente a desplazamiento vertical del travesaño (mm) en un ensayo que ha transcurrido correctamente OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN REAL EN EL ENSAYO A COMPRESIÓN 117 Una vez alcanzado el valor de la carga máxima, el daño puede percibirse visualmente de una forma clara. Hay fragmentos de la superficie de la pieza que se desprenden y comienzan a aparecer grietas que se van extendiendo por toda la masa de la probeta. Cada vez las partes que se desprenden del bloque son mayores y las grietas más grandes y profundas. La ruina completa de la pieza aparece con relativa rapidez. Aunque en la gráfica la zona plástica presente una longitud mayor que la zona elástica, en términos temporales, la fase plástica evoluciona muy rápidamente y el deterioro completo de la probeta sucede en pocos segundos. Las deformaciones experimentadas por el material en el tramo elástico pueden ser obtenidas tanto por el desplazamiento del travesaño como por los valores registrados por la galga. Sin embargo, estos valores no coinciden numéricamente. Mientras que la galga registra la deformación real experimentada por el material, el desplazamiento del travesaño incorpora otros muchos parámetros: deformación en la goma EVA, ajustes internos en los mecanismos propios de la máquina, etc. Por el contrario, los desplazamientos en el tramo plástico y, por tanto, la relación Fuerza-Desplazamiento en este tramo solo puede ser analizado siguiendo el desplazamiento del travesaño de la máquina de ensayos ya que, con toda seguridad, la galga se desprendió antes de terminar la curva ascendente debido a los daños que aparecen progresivamente en la superficie de la probeta durante el ensayo coincidiendo con la ubicación de la galga o roseta. Es por ello que es habitual que la galga o roseta no registre ningún valor una vez sobrepasada la carga máxima. La curva Fuerza-Desplazamiento del travesaño y la curva Fuerza-Desplazamiento real obtenida a partir de la medición registrada por la galga no solo no coinciden, sino que son OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN REAL EN EL ENSAYO A COMPRESIÓN 118 bastante diferentes (fig. A.2). Aparte de que la galga puede registrar exclusivamente la zona elástica (antes de la carga máxima, momento en que la galga se desprende habitualmente), la pendiente de las dos leyes Fuerza-Desplazamiento son distintas. Figura A.2. Gráfica carga vertical (ton) frente a desplazamiento experimental y real (mm) A partir de la fuerza y conociendo la sección transversal de la probeta, puede obtenerse la tensión de compresión en la misma. Este valor de tensión incorpora, sin embargo, un error sistémico al suponer la sección de la probeta como la inicial. A partir del valor máximo de carga registrado (incluso puede que antes), los daños en la probeta son evidentes y la pérdida de sección resistente se incrementa con el paso del tiempo, conforme el ensayo va progresando. Existen métodos para registrar la sección real de la probeta en cada instante basados en técnicas de videoextensometría, métodos que, sin OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN REAL EN EL ENSAYO A COMPRESIÓN 119 embargo, no suelen dar resultados fiables más que en probetas cilíndricas de metales, no siendo viable su aplicación a día de hoy a materiales hidráulicos como morteros, lechadas u hormigones. Un procedimiento para obtener la curva tensión-deformación real en el tramo plástico pasaría por obtener la relación entre deformación experimental y deformación real en el tramo elástico y aplicar esta relación en el tramo plástico. A continuación, se expone de forma simplificada el procedimiento desarrollado en esta Guía para hacerlo: 1. Se analiza el tramo elástico de las gráficas tensióndeformación real del conjunto completo de ensayos realizados: a. Se eliminan las partes iniciales de cada ensayo correspondientes con los primeros puntos de contacto con la goma EVA (ver apartado 3.1.4). b. Se eliminan los valores registrados a partir de que se perciba en la gráfica una irregularidad o alteración de la curva que invite a pensar que la galga se haya despegado total o parcialmente. c. Se modifica el punto de referencia inicial al valor cero una vez realizados los pasos a-b. 2. Se ajusta linealmente una curva al conjunto de curvas resultantes, compuesto por las ramas ascendentes de leyes Fuerza-Desplazamiento de las distintas probetas (fig. A.3). Así puede obtenerse el módulo de Young E representativo de la parte elástica inicial del material. 3. Se compara la regresión lineal obtenida (representada en rojo en la figura A.3), con las curvas Tensión- Deformación experimental de las probetas. OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN REAL EN EL ENSAYO A COMPRESIÓN 120 4. Se busca una función de ajuste que obtenga una predicción de las deformaciones reales a partir de las deformaciones experimentales del travesaño. 5. Aplicando este ajuste a las deformaciones del travesaño en todo el ensayo, se obtendrían con la máxima confianza posible, unas deformaciones reales para ambos tramos, elástico y plástico. Figura A.3. Ajuste mediante regresión lineal de las curvas Tensión- Deformación real correspondientes a probetas realizadas sobre moldes de metacrilato con relación A/C=0,75 OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN REAL EN EL ENSAYO A COMPRESIÓN 121 La exactitud del proceso depende de las funciones de ajuste citadas en el apartado 4 del procedimiento indicado. Tras numerosas pruebas realizadas usando diferentes tipos de funciones, se ha comprobado que el uso de funciones polinómicas de grado 2 y 3 aportan suficiente precisión en el ajuste sin incorporar complejidad en los cálculos posteriores. En su obtención se ha empleado el método de los mínimos cuadrados. Este procedimiento se ha realizado para todos los ensayos disponibles obteniendo en cada uno de ellos una función polinómica particularizada de grado 2 y 3. Para escoger qué función es la más adecuada, se comparan tres diagramas Tensión-Deformación: el del tramo lineal elástico obtenido a partir de la medición de las galgas, el diagrama completo con las deformaciones del travesaño ajustadas mediante la función polinómica de grado 2 y el diagrama completo con las deformaciones del plato ajustadas mediante la función polinómica de grado 3. De entre las funciones polinómicas de grado 2 y 3, se escogerá para cada probeta aquella cuya parte elástica aproxime mejor la recta del diagrama obtenido a partir de la galga y cuya parte plástica tome siempre valores de deformación crecientes. Tras representar todas las curvas en una misma gráfica, se revisan en su conjunto por comparación, descartando las que sean muy divergentes o presenten irregularidades o tramos excesivamente escalonados. También se corrigen y vuelven a referenciar a 0 las curvas que sea necesario, ya que la función de ajuste puede ser buena, pero al inicio del tramo elástico puede estar alejada del valor 0. En cualquier caso, el valor de Fmax no debe ser modificado. Por último, se agrupan los datos experimentales de todas las probetas para crear una nube de puntos. A la hora de hacer el ajuste, puede ser necesario limitar el valor de deformación máximo de alguna de las