Desarrollo de Microconcreto para modelos a escala de vigas simplemente reforzadas, pretensadas y postensadas.

Abstract

INTRODUCCIÓN. Un modelo estructural es cualquier elemento estructural o ensamblaje de elementos estructurales construidos a escala reducida, cuyo propósito es ser sometido a pruebas de resistencia o comportamiento. Existen ciertos requerimientos de similitud que se deben considerar para fabricar un modelo a escala y que éste funcione de manera adecuada. Un proyecto de un modelo a escala reducida es un proyecto de ingeniería en si mismo que requiere de la misma planeación cuidadosa que una construcción real. El modelismo en sí también es un campo netamente empírico en el cual se ha logrado progresar por el hecho de una gran cantidad de estudios que se han realizado sobre los cuales se han podido desarrollar teorías y conclusiones, que ayudan a siguientes investigadores a tener un punto de partida en el proceso. Con la experiencia previa de otros investigadores se ha desarrollado el proceso de modelismo, que es una serie de pasos recomendada con la cual se logra una planeación, diseño, fabricación y experimentación de los modelos. Se han desarrollado clasificaciones en cuanto al alcance y similitud que se pretenda alcanzar con un modelo. Con base al alcance de un estudio, así se seleccionará la precisión con la cual se reproducirá el modelo. Conociendo la similitud que se tratará de lograr con el modelo, se escoge el tipo de modelo y la escala con la cual se desarrollará el diseño. Al seleccionar la escala se debe tomar en cuenta la instrumentación que se cuenta en los laboratorios disponibles. Una vez culminada la parte de planeación inicial se deben seleccionar adecuadamente los materiales que se utilizarán. En este estudio se muestra el proceso de selección y diseño de una mezcla de Microconcreto para trabajar un modelo de Microconcreto reforzado. Para ello se hizo un equipo de trabajo con personal del Centro Tecnológico de Cementos Progreso (CETEC) y se estudió cómo reproducir una mezcla adecuada para hacer modelos a escala de vigas reforzadas para puentes. Se desarrollaron varias mezclas de Concreto prototipo que fueron sometidas a pruebas de resistencia y así evaluar cuál podía ser más adecuada para una fundición de puentes. Utilizando las bases presentadas en Estructural Modeling and Experimental Techniques por Harry Harris y Gajanan Sabnis (1999) se reprodujeron las mezclas de Concreto prototipo en Microconcreto. Se desarrolló una parte experimental en donde se realizaron varias mezclas de Microconcreto utilizando el “Grout” comercial distribuido por Mixto Listo, haciendo variaciones en el contenido de cemento y estudiando su resistencia. Se lograron hacer observaciones acerca del comportamiento de la resistencia a través del tiempo en las mezclas, y la relación que tenían las variaciones con la cantidad de cemento y la cantidad de agua. A partir de las pruebas de resistencia a las probetas de Microconcreto, se lograron desarrollar gráficas con las cuales se pueden estudiar las variaciones en el comportamiento resistencia-tiempo según las variaciones en agua y cemento. De esta manera se pudo determinar la importancia que tiene este parámetro, no solo en el Microconcreto si no que en el concreto en general. También se pudo notar que el comportamiento de la resistencia-tiempo del Microconcreto no es igual al comportamiento del concreto, denotando al Microconcreto como un material distinto y singular. Para el desarrollo del modelo a escala de Microconcreto Reforzado fue necesario identificar un material que pudiera ser utilizado para simular el acero de refuerzo. Para ello se identificó como importantes las características de resistencia a la fluencia, resistencia última y las deformaciones en la superficie de las barras reales, para reproducir en el modelo a escala. Se hizo un estudio comercial para identificar que materiales se podían utilizar y se escogieron barras corrugadas para malla electrosoldada, alambre de amarre convencional liso, alambre de acero galvanizado y cable de acero torchado. Se hizo estudio de factibilidad y pruebas de laboratorio para determinar cuál de estos materiales era más apto para ser utilizado en el modelo. Por sus características de resistencia, la facilidad que puede dar al fabricar el modelo y el hecho de poder encontrar una manera de diseño con barra lisa, se escogió el alambre de amarre convencional liso luego de descartar los demás materiales. En el proceso de fabricación fue necesario hacer la armadura de refuerzo para las vigas que se iban a fundir. Esto resultó en un proceso artesanal que conllevo el uso de herramienta casera simple para poder acoplar los alambres y formar una armadura funcional. Para desarrollar el modelo fue necesario diseñar un encofrado para poder fundir la viga. Fue necesario seleccionar un material adecuado y encontrar formas de mantener el refuerzo en su lugar en el proceso de fundir. También se tuvo que implementar herramientas caseras para poder simular algunos procesos de fundición como lo es el vibrado. Se determinó algún método para lograr que el modelo no perdiera humedad. Se consideró mantener la viga inundada, como también se consideró aplicar antisol a la viga. Se seleccionó el segundo ya que éste requiere de menor atención y consumiría menos tiempo del personal de CETEC. Se desarrollaron tres vigas a escala las cuales se fundieron en las instalaciones de CETEC utilizando una de las mezclas evaluadas y las armaduras fabricadas. Por último se desencofraron las tres vigas y fueron sometidas a pruebas de flexión a 14 días para determinar el comportamiento del Microconcreto y el refuerzo utilizado. También se buscó discutir acerca de la funcionalidad que se logró con el encofrado utilizado. Se presentan conclusiones y recomendaciones acerca de todo el proceso de modelado estudiado, esperando que este estudio sirva como primer elemento en una base de datos a desarrollar a nivel nacional acerca del modelismo. Se presentan también recomendaciones para desarrollar modelos de vigas pretensadas y postensadas para puentes. A. Objetivos 1. General  Promover las bases teóricas para la construcción y diseño de modelos a escala utilizando micro concreto, para el estudio en laboratorio de elementos estructurales. 2. Específicos  Investigar los antecedentes teóricos para el diseño de mezclas de concreto.  Investigar las granulometrías de los agregados utilizados en mezclas comunes de concreto.  Investigar la manera de poder representar las propiedades de una mezcla de concreto prototipo en un material apto para modelos a escala.  Desarrollar granulometrías a escala para los agregados a ser utilizados en una mezcla de Microconcreto.  Estudiar el comportamiento de la resistencia según el tiempo de las mezclas que se desarrollen con Microconcreto.  Evaluar si los métodos para diseño de mezclas de concreto pueden ser utilizados directamente para diseñar mezclas de Microconcreto.  Desarrollar el modelo de una viga simplemente reforzada utilizando Microconcreto y acero de refuerzo adecuado.  Estudiar las formas de fabricación de modelos a escala incluyendo un proceso similar al proceso constructivo convencional.  Proponer un proyecto de diseño de un modelo a escala de una viga post tensada que considere el uso del microconcreto desarrollado en este trabajo.