Este manuscrito presenta un método para el control de la calidad de la instalación de los anclajes de espiga diseñado para retrasar la delaminación de polímeros reforzados fibra externamente consolidada. El protocolo incluye la preparación de la perforación y el proceso de inserción. Se discuten los parámetros más influyentes en la eficacia de los anclajes.
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Artículo de método
Método de instalación para mejorar el Control de calidad de fibra reforzado con anclajes de espiga de polímero
En este artículo
Resumen
Resumen
Anclajes de polímero (FRP) fibra reforzada son una forma prometedora para mejorar el rendimiento de FRPs externamente consolidado aplicado a las estructuras existentes, como pueden retrasar o incluso prevenir fallas debonding. Sin embargo, una de las principales preocupaciones que enfrentan los diseñadores es el fallo prematuro de los anclajes debido a la concentración de tensiones. Calidad mala instalación y preparación de los agujeros pueden resultar en la concentración de estrés que provoca esta falla prematura. Este trabajo aborda un método de instalación que tiene como objetivo reducir el impacto de la concentración de estrés y proporcionar un adecuado control de calidad de la preparación de la perforación. El método consiste en tres partes: la perforación y limpieza de los orificios, el suavizado de los bordes del agujero con una broca de modificado para requisitos particulares y la instalación del ancla, incluyendo la impregnación de la espiga de anclaje y su inserción. Fans de anclaje (la longitud libre de los picos) entonces se enlaza al refuerzo externo de FRP. Para el anclaje de extremo y en el caso de refuerzos con capas múltiples, se recomienda insertar el ventilador ancla entre dos capas para el mecanismo de transferencia de estrés.
El procedimiento propuesto se complementa con un enfoque de diseño para anclajes de espiga, basado en una extensa base de datos. Se propone que el diseño sigue una serie de pasos, a saber: selección del diámetro de anclaje y posterior tracción del conector (es decir, el ancla antes de aventar hacia fuera el extremo libre), evaluación de la reducción en la resistencia debido a flexión, provisión de suficiente empotramiento para evitar fallas de deslizamiento y la consideración del número y espaciamiento de los anclajes para refuerzo de concreto. En este sentido, cabe señalar que la investigación adicional es necesaria para obtener una expresión general para la contribución de los anclajes de espiga para total adherencia del refuerzo FRP.
Introducción
FRP anclas oferta un camino prometedor para mejorar el rendimiento de externamente consolidada FRPs aplicados a estructuras existentes, dadas que pueden retrasar o incluso prevenir debonding falta1,2. Sin embargo, una preocupación importante para los diseñadores conlleva la falla prematura de las anclas en esquileo debido a la concentración de tensiones en la región de doblado. Calidad de instalación y preparación de los agujeros son cruciales para limitar esta concentración de estrés que provoca una falla prematura.
Este trabajo aborda un método de instalación que tiene como objetivo reducir el impacto de la concentración de estrés y proporcionar un adecuado control de calidad de la preparación de la perforación y la instalación de las anclas. El método consiste en cuatro partes: perforación y limpieza de los orificios, suavizar los bordes del agujero con una broca modificado para requisitos particulares para evitar irregularidades en la distribución de la tensión en la región de flexión, instalación del ancla, incluyendo la impregnación de el pasador de anclaje y su inserción y la adherencia del anclaje para el refuerzo.
De los estudios previamente publicados3,4,5,6,7, se puede concluir que spike anclas con una flexión de la región (es decir, con un ángulo determinado entre el extremo libre y el región incrustado), sufren la concentración de tensiones que es propenso a provocar una falla prematura. Esto no puede evitarse siempre debido a la geometría de los miembros originales. En muchos casos, ángulos de 90° pasador se emplean ampliamente, aunque es generalmente aceptado que ángulos de 135° pasador permiten una reducción en la concentración de tensiones y llevan a mejor desempeño de los anclajes de espiga. Las principales razones para el uso de ángulos de 90° pasador son que son más simples de ejecutar y controlar en cualquier dirección y que reducen la posibilidad de cumplir con refuerzos internos.
La figura 1 muestra un ancla de espiga típica con los ángulos más comunes de la espiga. Anclajes de espiga con ángulos de 90° pasador pueden, sin embargo, mostrar un rendimiento relativamente bueno si se proporciona un control adecuado de la concentración de estrés. Limitar la concentración de tensión generalmente implica el diseño de los anclajes con un interior de gran radio, de doblez como el radio de curvatura interior se ha encontrado para desempeñar un papel importante en fibra acodamiento8,9. En este sentido, autores como Orton et al. 3 sugieren que se debe utilizar un radio de curvatura de 4 veces el diámetro del ancla. Recomendación el resultado práctico doblar radios, incluso para diámetros pequeños ancla, como aumentando el radio de curvatura implica disminuir la longitud de empotramiento real para una profundidad del agujero dado.
Los autores creen que la recomendación de gran radio de curvatura se relaciona con la dificultad de controlar el interior real flexión radio, desde un punto de vista geométrico, cuando el suavizado se realiza a mano. Una broca de medida ha sido en consecuencia diseñada que permite un fácil control de la calidad de la instalación y asegura que el radio de curvatura se considera en el diseño.
Se consideran dos procesos diferentes en el papel. La primera de ellas está relacionada con el procedimiento de instalación de los conectores (anclajes, especialmente antes de aventar hacia fuera el extremo libre), mientras que la segunda incluye el método propuesto para el diseño con anclajes de espiga y la verificación de las necesidades.
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Protocolo
1. método ancla de la instalación
Nota: Este método incluye el agujero de perforación, limpieza y alisado del borde del agujero, impregnación e inserción del ancla.
- Taladre el agujero para la longitud de empotramiento requerida y con el diámetro especificado.
- Utilizar una herramienta de perforación apropiada (es decir, eléctrico martillo o diamond core). Para estructuras de concreto, los criterios de selección de herramientas de perforación son los mismos que los anclajes adhesivos y pueden encontrarse en el trabajo anteriormente publicado10,11. Un martillo eléctrico, taladro con una velocidad máxima de 800 rpm.
- Proporcionar un espacio de agujero (es decir, la diferencia entre el diámetro de la broca y la del conector) de no menos de 4 mm. Además, se recomienda que esta diferencia sea 8-10 mm. Esto facilita el alisado del orificio y permite doblar el anclaje en el taladro.
Nota: Cabe señalar que cuerdas de la fibra comercial tienen diámetros nominales (cuando impregnados) de entre 10 y 12 mm. Las anclas que aparece en el protocolo filmado fueron hechas de cuerdas de la fibra con un diámetro nominal de 12 mm.
- Proporcionar un espacio de agujero (es decir, la diferencia entre el diámetro de la broca y la del conector) de no menos de 4 mm. Además, se recomienda que esta diferencia sea 8-10 mm. Esto facilita el alisado del orificio y permite doblar el anclaje en el taladro.
- Utilizar una herramienta de perforación apropiada (es decir, eléctrico martillo o diamond core). Para estructuras de concreto, los criterios de selección de herramientas de perforación son los mismos que los anclajes adhesivos y pueden encontrarse en el trabajo anteriormente publicado10,11. Un martillo eléctrico, taladro con una velocidad máxima de 800 rpm.
- Controlar la longitud de empotramiento y lisa del agujero. Control de longitud es muy importante, como ancla el rendimiento es extremadamente sensible a la longitud. Se recomiendan longitudes de empotramiento que van desde 75 a 150 mm.
- Para realizar el control de la Iongitud, inserte una barra rígida en el orificio de perforación y comparar la longitud total de la barra y la longitud que queda fuera del agujero cuando se insertan con una cinta métrica.
- Utilice una bomba de expulsión, una vez que la perforación esté completa, para realizar un primer retiro de polvo. Siga las instrucciones del fabricante de la bomba. Sople por no menos de dos veces para la primera eliminación de polvo.
- Lisa el orificio con un instrumento rotatorio, no percusivo. Vea la figura 2 para más detalles de la broca modificado para requisitos particulares. Una broca como que puede adaptarse fácilmente a la mayoría los martillos eléctricos. Refrigere el sustrato continuamente con agua durante el trabajo. Alisado es completado cuando aparecen ningunos filos, y la parte superior de la broca toca la superficie del concreto.
- Limpiar el orificio con una combinación de soplar y el cepillado de los ciclos, ya que es crucial lograr la más alta fuerza de Unión. El proceso de limpieza es similar para picos de FRP y para anclajes adhesivos. Se recomienda realizar al menos dos ciclos de limpieza. Consulte directrices existentes10 recomendaciones adicionales sobre el proceso de limpieza y siga siempre las recomendaciones del fabricante si se utilizan otras herramientas de limpieza.
- Siempre golpe antes y después del cepillado. Por lo tanto, cada ciclo de cepillado mecánico implica dos insuflaciones y un cepillado.
- Golpe desde el interior hacia la apertura del orificio para eliminar las partículas sueltas dentro del orificio taladrado. Hay dos maneras de soplar. Si el anclaje se instala sobre concreto seco, que sopla puede hacerse con una bomba de extracción. Si se instala sobre concreto húmedo, soplar debe realizarse con aire a presión (presión máxima de 10 bar).
Nota: El protocolo ha sido desarrollado para soportes secos, aunque podía ser adaptado a condiciones de mojado. Cabe destacar que la técnica suavizadora consiste en hidratación del sustrato. Por lo tanto, el grado resultante de humedad dependerá de las condiciones ambientales y en el tiempo transcurrido entre el suavizado del agujero y la inserción del conector. La condición de soporte seco se define para una humedad relativa por debajo del 5%, que normalmente corresponde a condiciones normales de secado de varios días. En el caso de estructuras de hormigón existentes, los agujeros pueden considerarse secos cuando han transcurrido 24 horas entre el alisar del borde del agujero y la inserción del ancla. Una condición húmeda se refiere a cerca de 100% de humedad relativa, que normalmente corresponde a las estructuras marítimas. - Utilice un cepillo de alambre para radialmente el agujero. El diámetro del cepillo debe ser igual o hasta 20 mm mayor que el diámetro de la broca. Seleccione el diámetro del cepillo para estar lo más cerca posible a la del orificio, para permitir igual fricción alrededor de la sección del orificio.
- Instale los anclajes inmediatamente después de la limpieza. Si esto no es posible (si el ancla no se ha insertado dentro de 1 h de limpieza), realizar un ciclo de limpieza adicional antes de insertar los anclajes. Este último ciclo de limpieza es especialmente crítico para anclajes horizontales y de agujeros en la superficie superior del sustrato.
- Preparar e instalar los anclajes. Esto implica tres procesos diferentes.
- Corte el paquete de la fibra o cuerda a la longitud requerida. La longitud del anclaje debe ser igual a la longitud de empotramiento (o longitud de la espiga) más la longitud del ventilador de anclaje.
- Impregnar el pasador de anclaje con la cartilla de epoxy de baja viscosidad con un cepillo suave. Respetar el tiempo de vida útil de la resina, según el fabricante. Se necesitan aproximadamente 150 g de resina por anclaje. Impregnación requiere parcialmente aventando hacia fuera el paquete de la fibra para maximizar la penetración de la resina.
- Impregnar siempre hacia el final del conector para evitar que se doblen las fibras. Mantenga la región flexión para evitar el deslizamiento de algunas fibras desde el paquete y para evitar que el extremo libre se aventó hacia fuera en este paso.
- Sujete el extremo impregnado con un lazo de cable inmediatamente después de la impregnación. Luego, inserte el pasador de anclaje. Ayudar a la inserción con un alambre que empuja el lazo de cable, para garantizar que las fibras lleguen realmente a la longitud de empotramiento requerida.
- Conecte el refuerzo para el anclaje para garantizar un mecanismo de transferencia adecuado al conector. Este protocolo ha sido desarrollado y es además para el anclaje final de múltiples IMPLICITAS externamente consolidada refuerzos FRP. Vea la figura 3 para una explicación gráfica del proceso.
- Aplicar la primer capa de refuerzo antes de la inserción del ancla (pero siempre después de la preparación y limpieza del agujero), como se muestra en la figura 3. Alternativamente, utilice una capa primera más corta que los que se adhirieron en el ventilador de anclaje, para permitir la inserción del ancla antes de aplicar la primera capa de la armadura.
- Proporcionar anclaje final cuando la placa de extremo quitar los brackets (o delaminación) se espera que se producen. Para el uso mojado del refuerzo externo, siempre prepare la superficie del sustrato según normas o directrices12,13.
Nota: Fans de anclaje deben ser completamente enlazados al refuerzo, como este vínculo acumulará el mecanismo de transferencia de estrés. En el caso de refuerzos FRP hechos de varias capas y con anclaje de extremo, se recomienda la instalación de ventilador de ancla entre dos capas. Esto elimina la necesidad de perforar la lámina con el ancla y evitar dañar el refuerzo. Hasta la fecha, no hay longitud mínima del ventilador se ha determinado en la literatura. Los autores recomiendan que se utilicen longitudes de ventilador de no menos de 50 mm. - Aplicar resina de epoxy para el refuerzo de FRP exterior y el ventilador de anclaje. La resina puede aplicarse con una brocha o rodillo. Utilizar la misma resina para el refuerzo de FRP exterior al sustrato y el ventilador de anclaje para el refuerzo externo. Siempre tener en cuenta el tiempo de vida útil de la resina, según el fabricante.
- Evitar la aparición de vacíos de aire entre las capas de refuerzo mediante el uso de un rodillo de burbuja que permite alivio de aire después de la impregnación de cada capa (incluyendo el ventilador de anclaje).
Nota: Para el desarrollo del Protocolo, se empleó una resina con un tiempo de vida útil de 90 min a 20 ° C.
- Evitar la aparición de vacíos de aire entre las capas de refuerzo mediante el uso de un rodillo de burbuja que permite alivio de aire después de la impregnación de cada capa (incluyendo el ventilador de anclaje).
2. diseño con anclajes de espiga
Nota: El método de diseño se explica aquí para anclajes de ventilador, pero podrían seguirse procedimientos similares para dispositivos de anclaje diferentes. Este método consiste en la evaluación de la capacidad de anclaje, adherencia y contribución de las anclas a la fuerza general del miembro reforzado.
-
Evaluar la capacidad de anclaje. Esto principalmente depende de si el ancla está sometido a tracción o las fuerzas de corte. En los casos más comunes con pasador ángulos de menos de 180° (aplicaciones de corte), el ángulo de la espiga limita la eficacia de la conexión debido a la concentración de tensiones en la región de la curva. Control de la fuerza de la curva siguiendo el método de instalación presentado arriba.
- Expresar la capacidad de anclaje como una fracción de su resistencia a la tracción. La capacidad de diseño para el anclaje será el mínimo de lo siguiente: la fuerza del cono de hormigón, fuerza de adherencia (calculada como en cualquier anclaje post instalado en concreto10), doble fuerza y resistencia a la tracción, con un factor de seguridad. Esto resulta en una capacidad de diseño de los anclajes (de). En Villanueva Llauradó et al. 14, las expresiones de todos los modos de fallo esperable de los anclajes de espiga se discuten.
- Estimar la resistencia de cono de hormigón con una expresión como la de Kim y Smith15 para evitar la falta de cono de hormigón. La resistencia de cono concreto sólo es crítica para anclajes muy superficiales y, en general, puede tomarse para anclajes con longitudes de empotramiento mayores que 75 mm.
- Calcular la fuerza de unión de la espiga de anclaje. Esto se puede realizar con las expresiones generales para anclajes post-instalados de códigos y guías de diseño. Según esas expresiones, la adhesión depende de los siguientes: la resistencia del concreto, el diámetro del agujero y la longitud de empotramiento15,16. Adoptar un valor para la resistencia al corte promedio en el interfaz de resina de hormigón que van desde 8 hasta 15 MPa cuando se utiliza la resina de epoxy.
- Estimar la reducción de la fuerza debido a la flexión. Esto depende principalmente de la interna radio, según la expresión proporcionada por JSCE8, que ha sido ampliamente adoptado para barras de FRP internos de doblez. Sin embargo, pruebas complementarias sobre anclajes aislados se recomiendan para evaluar la fuerza real conforme a la obra de los conectores en una configuración geométrica determinada. Esta prueba debe realizarse con pruebas de corte y con los anclajes instalados siguiendo el procedimiento propuesto en este trabajo.
- Calcular la resistencia a la tracción del anclaje con la fracción de fibras en el cross section de los conectores y la resistencia a la tracción de la fibra. Cables de fibra, fabricantes especifican generalmente resistencia a la tracción del conector impregnado, que podría ser adoptado para el diseño con un factor de reducción suficiente (de 1.25 a 1.5). Para paquetes de la fibra de los anclajes hechos a mano, deben realizar pruebas de cupón plana como en las normas de ASTM17.
- Calcular la resistencia de la Unión de refuerzos fijos con cualquier expresión de códigos internacionales o de los modelos analíticos como los que se proporcionan en las referencias18,19. Alternativamente, pueden realizarse pruebas de cizallamiento simple o doble en régimen de servidumbre, muestras. El valor de la fuerza de adherencia (Pdb, d) debe ser utilizado en cálculos posteriores.
- Estimar la fuerza general como resultado de la fuerza de unión de la capacidad de refuerzo y anclaje, refuerzos con un anclaje. Esta hipótesis puede ser aceptada, según los datos existentes, cuando el ventilador de anclaje cubre completamente la anchura de la FRP, que es coherente con los resultados de comparar el rendimiento de muestras anclado de servidumbre y no adherente20de autores, 21. Calcular la resistencia de diseño para FRP anclado con un anclaje de punto con la siguiente ecuación:
Pd = Pdb, d + Panc, d (1) - Para anclajes múltiples, determinar la eficiencia del ancla y la contribución en función de la disposición de los anclajes (número de capas y filas, espaciado de ancla). Por favor prueba el arreglo deseado con el fin de evaluar la reducción de la eficiencia debido a múltiples anclajes y expresar la resistencia de diseño de la articulación anclada (Pd) como sigue:
Pd = Pdb, d + y' • n • Panc, d (2)
Obtener el coeficiente de y' de las pruebas con cada acuerdo específico del proyecto, dado el número de anclajes de espiga, como en las referencias20,23. Como alternativa a la prueba, considerar la eficacia de la y' lo sugerido en los enfoques de este tipo de pruebas en esas mismas publicaciones20,23.
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Resultados
Se realizaron pruebas en los conectores aislados para evaluar la efectividad del método de suavizado. Además, se compararon dos métodos de impregnación y la inserción de los conectores. El método húmedo consistía en impregnar las anclas inmediatamente antes de la inserción, como en el protocolo presentado. El método templado (o pre-impregnado) consistió en impregnación de la región embebida de los anclajes por adelantado, al menos 24 h antes de la inserción.
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Discusión
Se presenta un protocolo paso a paso para la instalación y diseño de los anclajes de espiga FRP. Al mejor del conocimiento authors', no hay protocolos detallados en los anclajes de espiga se han desarrollado en relación con el efecto de los parámetros de instalación y proceso sobre capacidad de anclaje.
La propuesta broca suavizado es beneficiosa en el rendimiento de los anclajes de espiga, por medio de la reducción de la concentración de estrés y ha demostrado su eficacia en la reducción de l...
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores desean expresar su agradecimiento a Sika SAU para su apoyo y, particularmente para su suministro de material para los anclajes y los refuerzos. Betazul es reconocido especialmente por su ayuda con la broca modificado para requisitos particulares y con la preparación del video.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Hormigón | El hormigón para soporte tiene una dosificación realizada por los autores, y una clase de resistencia no inferior a C40 | ||
| Anclaje SikaWrap C | SIKA | Este material se ha utilizado para los anclajes de espigas de FRP. SikaWrap Anchor C es una cuerda unidireccional de fibra de carbono, envuelta en una gasa elástica. La gasa se puede cortar en el sitio para crear un extremo de abanico que ancla las telas y placas de CFRP utilizadas en el refuerzo estructural de mampostería y concreto. | |
| Sikadur 330 | SIKA | Resina de impregnación, apta para métodos de saturación manual. El producto se utilizó para impregnar la clavija de anclaje antes de la inserción | |
| Sikadur 30 | SIKA | Thixotropic, resina epoxi de dos partes aplicada por espátula y, por lo tanto, adecuada para prácticamente cualquier aplicación, incluida la broca de cabeza | |
| Betazul | Broca empleada para alisar los agujeros que fue diseñada por los autores y desarrollada por Betazul SA | ||
| Taladro percutor | Hilti | Herramienta para la ejecución de agujeros de anclaje en mampostería y hormigón, para diferentes rangos de perforación | |
| Cepillo de alambre | Hilti | Hit series | Para el cepillado adecuado de agujeros perforados de diferentes diámetros y profundidades de empotramiento |
| Bomba de soplado | Hilti | Hit series | Bomba de soplado manual |
| SikaWrap-230 C | SIKA | Tejido de fibra de carbono tejido unidireccional para el proceso de aplicación en seco | |
| Placa | aluminio Bubble Roller | Para laminaciones en las que es necesario aumentar la presión para liberar las burbujas de aire. Son rectos a lo ancho de la cabeza y proporcionan un excelente alivio de aire para casi todas las aplicaciones. | |
| Cepillo | Para la impregnación de haces y láminas de FRP | ||
| Máquina de ensayo de 600 kN | Proeti | DI-CP/S | Se utiliza para la prueba de cizallamiento de anclajes, con el fin de evaluar la eficacia del método de inserción propuesto |
| Bridas | Las bridas para sujetar el extremo de la clavija de anclaje con el fin de evitar que las fibras se salgan de las fibras durante la inserción | ||
| Cinta | métrica | La cinta métrica es necesaria para controlar la longitud de la incrustación, así como el diámetro de la broca y la holgura del orificio | |
| Alambre | Necesario para ayudar a la inserción | ||
| Barra | Se necesita una barra rígida de cualquier material (en este caso, se hizo con una barra de acero) para controlar la longitud de la incrustación |
Referencias
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Reimpresiones y permisos
