INTRODUCCIÓN

Las barras de refuerzo post-instaladas (PIR) desempeñan un papel crucial tanto en edificaciones como en estructuras civiles al permitir conexiones estructurales entre concreto colado en diferentes momentos.  

Se utilizan ampliamente en la rehabilitación, el reforzamiento y las ampliaciones de estructuras existentes, garantizando la integridad estructural sin necesidad de demolición. Las barras de refuerzo post-instaladas en aplicaciones estructurales suelen ejecutarse con morteros adhesivos de inyección, mediante el anclaje de las barras de refuerzo en perforaciones, para imitar el comportamiento de las barras embebidas en sitio. Esto crea conexiones monolíticas que permiten una transferencia efectiva de fuerzas.

Instalación de la aplicación de barras de refuerzo post-instaladas

La seguridad y el desempeño de estas soluciones post-instaladas dependen de una combinación entre el diseño y los requisitos en obra. La evaluación de las barras de refuerzo post-instaladas (PIR) realizada a través de los Organismos de Evaluación Técnica de ICC-ES / EOTA (TABs) garantiza la equivalencia en desempeño en términos de resistencia de adherencia y relación carga-desplazamiento entre las barras de refuerzo post-instaladas y las embebidas, bajo diversos parámetros de prueba. Solo deben utilizarse para el diseño —siguiendo los códigos y normas aplicables— aquellos sistemas evaluados y aprobados, así como para la instalación de soluciones post-instaladas. Existen varios métodos de diseño de última generación bajo códigos establecidos (Códigos ACI / Eurocódigos), normas y reportes aceptados (Reportes ICC-ES / Reportes Técnicos de EOTA) que atienden diferentes acciones de carga en distintas aplicaciones utilizando soluciones post-instaladas. Ignorar cualquiera de estos puede provocar fallas en la adherencia, una vida útil insuficiente o un desempeño inseguro bajo los requisitos previstos de diseño y condiciones en obra.

Como ingeniero de diseño, es crucial considerar el método de instalación, su calidad y otras condiciones en obra, ya que esto puede influir tanto en los resultados del diseño como en la efectividad de la instalación. El procedimiento correcto para la instalación de barras de refuerzo post-instaladas incluye los siguientes pasos típicos:

·      Posicionamiento de las barras de refuerzo post-instaladas
·      Preparación/raspado de la superficie del material base
·      Perforación de los barrenos
·      Dar rugosidad a los barrenos perforados en caso de perforación con corona diamantada
·      Limpieza de los barrenos perforados
·      Inyección de mortero químico e instalación de las barras de refuerzo

·      Simplificación del proceso de instalación con el sistema Hilti SPEC2SITE

En este artículo, comparamos sistemas de inyección de mortero epóxico e híbrido y te ofrecemos algunas perspectivas sobre tres parámetros en obra que afectan la longitud de diseño del anclaje y el desempeño de las soluciones de barras de refuerzo post-instaladas (PIR): i) temperatura del material base durante la instalación, ii) condiciones de humedad del material base, y iii) método de perforación. Estos factores deben tomarse en cuenta al seleccionar el mortero de inyección adecuado para tu caso de aplicación. Este artículo ayudará a garantizar que tu diseño de barras de refuerzo con sistemas de inyección esté bien encaminado y listo para obra, además de mostrarte los beneficios que puedes obtener frente a otras posibles soluciones.

CONDICIÓN EN OBRA 1: TEMPERATURA DEL MATERIAL BASE DURANTE LA INSTALACIÓN  

La temperatura del material base (concreto) durante la instalación de barras de refuerzo post-instaladas afecta dos parámetros del producto en la instalación: el tiempo de trabajo y el tiempo de curado.

Los sitios de obra civil pueden requerir el uso de morteros con un tiempo de trabajo mayor o menor

El tiempo de trabajo comienza inmediatamente después de la inyección y es el periodo durante el cual la barra de refuerzo debe insertarse y puede ajustarse. Cuando se alcanza el tiempo de trabajo, los componentes instalados no deben tocarse hasta que se cumpla el tiempo completo de curado, salvo que las instrucciones del fabricante indiquen lo contrario. Si un adhesivo cura demasiado rápido en temperaturas altas, puede que no haya suficiente tiempo de trabajo para que el instalador inserte la barra de refuerzo en el barreno. Si el fraguado excede el tiempo de trabajo definido, la barra de refuerzo no quedará instalada correctamente o el desempeño de carga podría verse comprometido. Este parámetro depende de las características del producto y de la temperatura del material base: a mayor temperatura, menor tiempo de trabajo, y viceversa.

Los morteros epóxicos como el Hilti HIT-RE 500 V3 y HIT-RE 100 ofrecen un tiempo de trabajo más largo que los sistemas híbridos (por lo que típicamente se conocen como morteros de “curado lento”) y, por lo tanto, suelen ser más adecuados para obras ubicadas en regiones cálidas y/o para barras de gran diámetro en combinación con barrenos profundos en proyectos de infraestructura civil apropiados, que requieren más tiempo para completar el fraguado/instalación.

Un mortero híbrido que presenta un tiempo de trabajo adecuado en presencia de altas temperaturas y profundos embebidos (significativamente mayor que otros morteros híbridos y no mucho menor que los morteros epóxicos) es el Hilti HIT-HY 200-R, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de trabajos en concreto.

El tiempo de curado es el tiempo requerido para desarrollar la capacidad completa. Este parámetro depende de la temperatura del material base de manera similar al tiempo de trabajo. Si el adhesivo cura demasiado lento en temperaturas bajas, el cronograma del proyecto puede sufrir retrasos significativos y una pérdida de productividad. Generalmente, en condiciones de barrenos húmedos, el tiempo de curado de los morteros de inyección aumenta de manera considerable. Sin embargo, los sistemas híbridos suelen presentar un tiempo de curado acelerado y pueden ser la mejor opción para incrementar la velocidad de instalación —y por lo tanto la productividad en obra— en aplicaciones con diámetros pequeños a medianos de barras, barrenos de profundidad pequeña a media, bajas temperaturas y condiciones húmedas. Por esta razón, los morteros híbridos también se conocen como sistemas de “curado rápido”, como el Hilti HIT-HY 200-R.

También es esencial señalar que la temperatura del cartucho de mortero de inyección debe acondicionarse para proteger el desempeño del sistema PIR. El acondicionamiento es un método de regulación de temperatura. Los morteros de inyección deben regularse a una cierta temperatura (según la aprobación correspondiente) para reaccionar adecuadamente al mezclarse y lograr la capacidad de adherencia diseñada.

CONDICIÓN EN OBRA 2: CONDICIONES DE HUMEDAD EN EL MATERIAL BASE (CONCRETO)  

Las barras de refuerzo post-instaladas normalmente requieren perforaciones profundas para cumplir con los requisitos de longitud de desarrollo. Hilti recomienda las herramientas de perforación más apropiadas (diferenciadas para distintos rangos de diámetros de barreno) con el fin de optimizar la productividad. Se diferencian principalmente por el peso, la energía de impacto, la rotación y la frecuencia de percusión. Los barrenos para instalar barras de refuerzo se perforan utilizando uno de los siguientes métodos, que tienen efectos variables en el desempeño del producto (con ventajas y limitaciones):

1.             Método de perforación con rotomartillo (HD)

2.             Método de perforación con rotomartillo utilizando broca hueca en combinación con aspiradoras (sistema de limpieza automática) (HDB)

3.             Perforación con aire comprimido (CA)

4.             Método de perforación con corona diamantada en húmedo (DD)

5.             Método de perforación con corona diamantada en húmedo combinado con rugosidad del barreno (DD+RT)

Nota: La perforación a través de barras de refuerzo existentes u otros objetos embebidos no debe realizarse, en general, sin consultar previamente con el ingeniero responsable del proyecto o con la autoridad competente.

El primer método consiste en utilizar perforación rotativa de impacto/perforación con rotomartillo (HD) equipada con brocas estándar de carburo de dos hélices o cruciformes. Este es el enfoque preferido para la mayoría de las aplicaciones debido a su portabilidad y facilidad de uso. La resistencia de adherencia del mortero proviene del micro-anclaje del adhesivo con el concreto rugoso. Los taladros de percusión Hilti producen una superficie de barreno no uniforme, especialmente adecuada para garantizar una correcta adherencia (siempre que se utilicen los procedimientos adecuados de limpieza del barreno). Para barrenos profundos y de gran diámetro, los taladros de percusión pueden no ser prácticos. Además, no son adecuados para perforar a través de barras de refuerzo existentes cuando esto es requerido.

Perforación con rotomartillo (HD)

Como segunda alternativa, la máquina de perforación rotativa de impacto puede equiparse con brocas huecas (HDB) en combinación con aspiradoras certificadas (limpieza automática). Esto incrementa la confiabilidad y la velocidad de la aplicación al eliminar el paso más crítico y que más tiempo consume en el proceso de instalación: la limpieza del barreno antes de la inyección del adhesivo. Al igual que en el caso anterior, pueden utilizarse tanto sistemas epóxicos como híbridos si están calificados para esta condición, tales como Hilti HIT-HY 200-R, HIT-RE 500 V3 y HIT-RE 100.

Método de perforación con rotomartillo utilizando broca hueca (HDB) en combinación con aspiradoras

La perforación con aire comprimido (CA) ofrece rapidez y eficiencia, y produce una superficie de barreno rugosa. La mayor energía de impacto asociada con el aire comprimido puede incrementar la tendencia a generar daños en el elemento de concreto, particularmente si se utiliza en aplicaciones con distancias pequeñas al borde o con recubrimiento reducido.

La perforación con corona diamantada (DD) se utiliza cuando las soluciones anteriores no son prácticas para longitudes de anclaje mayores y barrenos de gran diámetro, y este método emplea tecnología de perforación en húmedo o en seco. A diferencia de los taladros de percusión, que fracturan el concreto mediante energía de impacto, las brocas de corona utilizan una matriz sacrificable que contiene fragmentos de diamante para desgastar el concreto. La rigidez del barril de la corona permite perforar barrenos con menor desviación respecto a la trayectoria prevista, y son capaces de perforar a través de barras de refuerzo existentes sin gran esfuerzo. Los taladros de corona suelen producir un barreno muy liso que, por lo general, queda cubierto con una delgada película de polvo que es perjudicial para la adherencia, con el resultado de que algunos sistemas de mortero de inyección no son adecuados para usarse en barrenos perforados con corona diamantada.

Método de perforación con corona diamantada en húmedo (DD)

Los morteros epóxicos aprobados para instalaciones con perforación de corona diamantada son Hilti HIT-RE 500 V3 y HIT-RE 100. No obstante, incluso cuando el producto está calificado para perforación con corona diamantada, debido a la superficie lisa del barreno, la resistencia de adherencia para ciertos diámetros de barras de refuerzo se reduce en comparación con los barrenos perforados con rotomartillo. Dar rugosidad a los barrenos perforados con corona diamantada permite el uso de algunos morteros como sistemas híbridos/inorgánicos cuando se emplea esta técnica de perforación, tal como se explica a continuación.

El procedimiento de perforación con corona diamantada en húmedo combinado con raspado del barreno para rugosidad (DD+RT) incrementa el enclavamiento mecánico entre el mortero y el concreto para lograr el mismo desempeño de carga que los barrenos perforados con rotomartillo. Este raspado resulta en un sistema con resistencia de adherencia equivalente a la obtenida con barrenos perforados con rotomartillo. Esta ventaja la ofrecen el mortero epóxico Hilti HIT-RE 500 V3 y el mortero híbrido Hilti HIT-HY 200-R. Consulta los reportes ICC-ES/ETA(s)/ correspondientes para las aprobaciones de diámetros de barras de refuerzo según el método de perforación.

Método de perforación con corona diamantada en húmedo combinado con raspado del barreno (DD+RT)

Nota: Se pueden emplear ayudas de alineación de perforación en operaciones manuales (eficiencia de perforación) para proporcionar una distancia suficiente respecto al borde existente del concreto y evitar la fisuración y/o el desprendimiento del recubrimiento.

Ahora es evidente que las distintas técnicas de perforación afectan el comportamiento carga-desplazamiento de las soluciones de barras de refuerzo post-instaladas hasta cierto grado de desempeño. A continuación, se muestra una tabla con la compatibilidad de los sistemas de mortero de inyección con los métodos de perforación:

Nota: La decisión final sobre el método de perforación debe ser tomada por profesionales con base en las condiciones específicas de la obra y la idoneidad para la aplicación PIR. Los códigos, normas o reglamentos aplicables, así como las guías específicas del cliente y/o de la industria, deben ser considerados y evaluados de manera independiente.

SOLUCIONES HILTI Y GUÍA SOBRE CUÁNDO UTILIZAR CADA UNA

La siguiente tabla destaca las soluciones calificadas de Hilti con sus atributos de desempeño relacionados tanto con el diseño (acciones de carga, vida útil) como con los parámetros en obra (temperatura, condición de humedad, método de perforación).

DISEÑO UTILIZANDO EL SOFTWARE PROFIS ENGINEERING

Para comenzar con diseños de conexiones concreto a concreto totalmente conformes a norma y seguros, utiliza el software de Hilti PROFIS ENGINEERING para obtener soluciones de diseño rápidas, eficientes y confiables con sistemas de inyección Hilti calificados, de acuerdo con los códigos y normas de diseño más avanzados. Al ingresar las condiciones de obra y las restricciones de diseño como datos de entrada, recibirás apoyo durante todo el proceso de cálculo hasta obtener un informe de diseño completo en solo unos clics. PROFIS ENGINEERING es una plataforma integral para el diseño de diversos tipos de aplicaciones utilizando barras de refuerzo post-instaladas. PROFIS también permite el uso de varios estándares internacionales de diseño, tales como americanos, europeos y otros estándares nacionales/regionales.

En caso de que necesites más apoyo o estés manejando un caso que quieras discutir con nosotros, háznoslo saber en los comentarios o publica tu pregunta en nuestro Centro de Ingeniería.

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