Índice esclerómetrico Los ensayos esclerómetrico pretenden proporcionar una estimación de la resistencia a la compresión del concreto basándose en la correlación entre dicha resistencia con su dureza superficial. Para determinar la dureza superficial existen tres formas principales de medida: Medición de un rebote (con el esclerómetro o martillo Schmidt), medición de la huella impresa por una bola (martillo Frank), y medición de la profundidad de la penetración de un clavo (sonda Windsor). En cada uno de estos ensayos el principio es impactar la superficie del concreto con una determinada masa, activada de una determinada energía cinética, y medir la magnitud de la fuerza, del rebote, o de la profundidad de penetración. Los ensayos de rebote son rápidos y baratos, y además permiten estudiar la uniformidad superficial del concreto. Pero tienen algunas limitaciones porque las medidas medid as son afectadas por la rugosidad o la forma de la superficie, las condiciones de humedad, el tamaño y el tipo de los agregados. Procedimiento
Para determinar el índice esclerómetrico primero se necesitan probetas de hormigón, por lo cual en este ensayo fueron f ueron utilizadas las probetas ya confeccionadas por el grupo en el laboratorio anterior, se utiliza la probeta cúbica de 200x200mm de lado, esta debió estar sumergida en agua por más de 24 horas antes de poder realizar el ensayo, la probeta debe estar húmeda completamente, para evitar que el secado en su superficie tenga un efecto que altere al tere la medición esclerométrica que arroje el martillo. Se quita el exceso de agua que escurra en la superficie del hormigón con la arpillera. arp illera. Para que las mediciones que se hagan estén uniformemente repartidas en la cara de la probeta a utilizar, se hace una cuadricula con tiza y regla con cuadrados de 4 cm2de lado. Luego uno de nuestros compañeros toma el martillo de Smith y lo coloca de forma perpendicular a la superficie de ensayo en un punto a elección de la cuadricula, este ejerce la presión necesaria en e n el martillo para que este dispare, al disparar nuestro compañero presiona el botón que esta en este que deja registrado el dato, para luego así revisar y anotar la medición que arrojó la escala en un costado cos tado del martillo. Este acto se realizará así sucesivamente en cada punto pu nto elegido hasta registrar 10 mediciones en la cara de la probeta.
Determinación del índice esclerómetrico
La norma NMX-C-192-ONNCCE-2006, establece el procedimiento para determinar el número de rebote utilizando el dispositivo conocido como esclerómetro. Este método se emplea para evaluar comparativamente la resistencia del concreto, pero no debe ser utilizado como una alternativa para la determinación de la resistencia a la compresión del concreto endurecido. Preparación y acondicionamiento de las muestras.
La zona de prueba debe de tener por lo menos 150mm de diámetro y 100mm de espesor, para evitar lecturas erróneas debido a la elasticidad de la pieza. Todos los elementos deben fijarse rígidamente para efectuar la prueba. Deben elegirse las superficies de prueba de acuerdo a la representatividad del área a ensayar en función de sus oquedades, desconchamiento, alta porosidad o textura rugosa. Preparación de la superficie de prueba.
Antes de la prueba debe eliminarse de la superficie la pintura, polvo o cualquier elemento no propio del concreto que pueda afectar el índice de rebote. Cuando la superficie tenga irregularidades esta debe pulirse con la piedra abrasiva. Ensayo
Los ensayos comparativos deben efectuarse con un mismo martillo, el que debe sujetarse firmemente en posición perpendicular sobre la superficie de concreto que se va evaluar y se ejerce una presión sobre el martillo para que el embolo se libere y se deja que se extienda hasta alcanzar su máxima extensión manteniendo la perpendicularidad hasta que la masa interna del martillo golpe la superficie de concreto. El esclerómetro digital tiene la ventaja que se pueda tomar las medidas de manera continua ya que se registran en la memoria interna del aparato. Cálculo e interpretación de resultados
Se determina el promedio de lecturas. Si más de tres lecturas difieren del promedio en seis o más unidades se desecha la prueba. Se
eliminan las lecturas que difieran de un promedio en más de 5 unidades y se determina el promedio de las lecturas restantes, siendo este el número de rebote. Calibración del equipo.
Para controlar el buen funcionamiento del esclerómetro, se emplea el yunque de calibración. La calibración del equipo se deberá de realizar antes de proceder al ensayo sobre el concreto. El yunque debe de ser colocado sobre el suelo. El lugar preparado para recibir la barra de percusión está pulido en forma plana, el peso del yunque será de aproximadamente 16 kg de acero duro. El embolo del esclerómetro debe dar, sobre el yunque, y las medidas de número de rebote deben ser comprendidas entre 78 y 82, con lo que se verifica que la calibración es correcta. Si, a pesar de un ajuste exacto, el No de rebote indica por debajo 78, es probable que el equipo esté sucio y debe ser limpiado. Cada equipo debe someterse a un control periódico de calibración después de cada 2000 impactos sobre el concreto. Se recomienda que los impactos sean siempre horizontales para no afectar la velocidad de salida del embolo y así no obtener resultados erróneos, en el caso del esclerómetro digital la corrección por posición ya viene integrada como una herramienta en la calibración del equipo.
Ultrasonido El fundamento de la utilización del método de los ultrasonidos se basa en el estudio del tiempo de tránsito y/o de la velocidad de propagación de ondas ultrasónicas a través del concreto Mediante un transductor electro acústico se genera un impulso de vibración longitudinal; después de recorrer una determinada distancia, un segundo transductor recibe el señal y, por medio de un circuito electrónico se mide el tiempo de tránsito o de propagación del impulso a través el material. La velocidad de transmisión o velocidad de propagación se determina en cada caso por el cociente entre la distancia o separación entre los transductores y el tiempo de tránsito para esta distancia.
La velocidad de las ondas en el material permite obtener informaciones sobre las propiedades elásticas. Pero se debe recordar que este método no mide directamente la resistencia del material, sino su módulo elástico dinámico Ed. Estas medidas dependen de la edad del concreto, de la humedad, de la relación agua cemento, del tipo de agregado utilizado, y de la posición de las armaduras con relación a la posición de los transductores. Este ensayo es realizado generalmente para determinar el grado de homogeneidad de la estructura de hormigón, además de otras características. Esto se logra a través de mediciones de velocidad ultrasónica sobre el material que se va a probar. El método ultrasónico es un método no destructivo que permite examinar de manera fiable el interior de un elemento de hormigón. Los equipos de medición actuales son robusto, barato, fácil de utilización y funcional en las condiciones de obra. Sin embargo el operario debe conocer los factores que influyen las medidas para que en caso sea capaz de reaccionar y de mejorar los ensayos durante la campaña experimental in situ. Los resultados deben ser analizados también considerando estos factores, y su fiabilidad dependerá del nivel de influencia de los dichos factores. En efecto el método tiene mucho menos repercusión sobre la evaluación de las propiedades del hormigón a ensayar, si no se cumplen ciertas condiciones (influencia despreciable de las armaduras, longitud de recorrido bien definida,...) Por razón de accesibilidad in situ, el método más utilizado en las obras es el método por transmisión indirecta. Pues se debe hacer hipótesis cuando a la trayectoria y a la velocidad de propagación de la onda; eso puede perjudicar al nivel de confianza que se dará a los resultados. Además, la presencia de agua en el hormigón no permite detectar coqueras o grietas, y la humedad desconocida del material complica las correlaciones que se pueden establecer entre la resistencia de probetas testigos, y la resistencia real del elemento de hormigón que se ensaya. Respecto a esta evaluación de resistencia del hormigón in situ, no se puede hacer extrapolaciones con otros estudios, y se debe plantear una campaña de correlaciones en laboratorio cada vez que se plantea una campaña de control de la resistencia del hormigón con medidas ultrasónicas in situ.
Resistividad eléctrica La resistividad eléctrica de una sustancia mide la capacidad de ésta para oponerse al flujo de carga eléctrica a través de ella. Un material con una resistividad eléctrica alta (conductividad eléctrica baja), es un aislante eléctrico. Un material con una resistividad baja (conductividad alta) es un buen conductor eléctrico. En circunstancias normales no existen conductores perfectos ni aislantes perfectos. Los elementos metales son muy buenos conductores (malos aislantes). Una de las unidades para medir la conductividad térmica es: ohmio. La resistividad eléctrica es una característica del tipo de sustancia que mide la resistencia intrínseca (propia) de la misma De acuerdo a la fórmula para la resistencia eléctrica R de un conductor de sección transversal [S] longitud [L], y resistividad [ρ]. La resistividad eléctrica es una propiedad de cada material, y corresponde al recíproco de su conductividad; su unidad de medida es el (ohm-cm u ohm-m). Depende en gran proporción del grado de saturación de los poros del concreto, y en menor grado de la hidratación de la pasta y la presencia de sales disueltas en la fase acuosa. Está en función de variables como: tipo de cemento, las adiciones inorgánicas, la relación agua/cemento, y la porosidad de las estructuras, entre otras.
Criterios de evaluación de la resistividad eléctrica. Resistividad del concreto
Pronóstico de Corrosión
(ρ) kΩ.cm ρ > 200
Poco riesgo
200 > ρ > 10
Riesgo moderado
ρ > 10
Alto riesgo
Cloruros en el concreto En el concreto armado el refuerzo de acero se encuentra doblemente protegido contra la corrosión. En efecto, el recubrimiento de las barras opone una barrera física para la penetración del agua y del oxígeno del entorno. Además el acero en el concreto se encuentra rodeado por una fina capa de óxido, transparente, compacta y continúa, que crea condiciones de pasivación. La capa pasivante se forma en el proceso de hidratación del cemento y permanece por la elevada del calcio, en especial por la actividad de la Portlandita Ca (OH)2 que crea un pH alrededor del 12.4 y el contenido de álcalis que puede elevar el pH a 13.2. La película protectora que cubre el acero es destruida puntualmente en la corrosión inducida por los iones de cloruro presentes en la interface con el acero, formándose una superficie anódica muy pequeña con relación a un gran superficie catódica, constituida por la barra de acero pasivada. Las condiciones desfavorables de la superficie producen una profunda y muy acelerada penetración de la corrosión en el refuerzo. El proceso puede darse como sigue. El ion cloruro actúa como un catalizador para la oxidación tomando parte activa en la reacción. Al oxidar al acero para formar el ion complejo cloruro férrico, FeCI3, arrastra este ion inestable en la solución, donde reacciona con los iones hidroxilos disponibles pata formar hidroxilo de fierro, Fe(OH)2. Este libera iones cloro y consume iones hidroxilo como se esquematiza en las siguientes reacciones: 2 Fe + 6CI – = 2FeCI3 + 4e Seguido por: FeCI3 + 2OH = Fe(OH)2 + 3CI Los electrones liberados en la reacción de oxidación fluyen a través del acero hasta la superficie catódica. Este proceso resultaría en una concentración de ion cloruro y una reducción del pH que favorece la ruptura continua de la película pasivante de óxido.
La presencia de cloruros en el concreto puede provenir de sus componentes: cemento, agregados, agua de mezcla y aditivos. De otro lado, los iones de cloruro provenientes del entorno también se difunden en el concreto a través de su estructura capilar, como sucede con el agua de mar, la brisa marina y sustancias gaseosas de medios industriales. El ión cloruro en el concreto puede encontrarse: combinado químicamente, absorbido físicamente o en estado libre. Únicamente la parte de cloruro no combinado es la responsable de la corrosión del esfuerzo. Se estima que aproximadamente el 0.4% del cloruro, con respecto al peso del cemento puede llegar a combinarse. La difusión del ion cloruro en el concreto se reduce por la capacidad del cemento para combinarlo química o físicamente, en cuanto reacciona con los productos de hidratación. Los componentes del cemento que reaccionan son el aluminato tricalcico (C3A) o 3CaO.AI2O3 que forma cloroaluminatos cálcicos de composición aproximadamente: 3CaO.AI2O3 CaCI210H2O y la fase ferrita, reaccionando el ferroaluminato tetra cálcico, (C4FA) o 4CaOFe2O3AI2O3 con la formación del cloroferrito cálcico, de composición: 3CaO.AI2O3 CaCI210H2O Existe una concentración crítica de cloruros para el inicio de la corrosión, pero no hay acuerdo sobre el nivel de esta concentración, por intervención de factores propios del concreto, como la relación agua/cemento, el tipo de cemento y el estado de endurecimiento. Para que se presente la corrosión por cloruro, además de la presencia de oxígeno y humedad, se requiere de un determinado valor denominado ―potencial crítico de cloruros‖, en función del contenido de cloruros. En condiciones de un entorno que genere la desecación del concreto, el potencial crítico será mayor, debido a que el contenido de humedad no será suficiente para producir la corrosión del esfuerzo. En algunas ocasiones, sin alcanzar el potencial crítico, se puede presentar la corrosión, tal es el caso del agrietamiento del concreto, que ocasiona una concentración localizada de cloruros.
La carbonatación del concreto, reduce la capacidad del cemento para fijar los cloruros, e incrementa la corrosión aun en bajos contenidos de cloruros. En los concretos cuya superficie está sometida a procesos de humedecido y secado, se presenta un enriquecimiento de los cloruros en el interior del concreto. En efecto, durante el humedecimiento, el agua que penetra por succión capilar deposita los cloruros, luego durante el secado, el agua se evapora con nuevos ciclos que aceleran e incrementan la concentración de cloruros. La velocidad de penetración del cloruro en el concreto ha sido estimada por la expresión. X = 4 (Dt)1/2 Siendo D el coeficiente de difusión, que para el cemento portland tiene el valor de 3.102 cm2/seg; para una relación a/c de 0.50 y 3.109 para la relación a/c de 0.40 y t (en segundos) el tiempo empleado para penetrar un espesor x (en cms).
Profundidad de carbonatación La velocidad del frente de carbonatación, es de vital importancia para calcular el tiempo en que tardará en llegar hasta la armadura, está en función de la porosidad, la humedad en el hormigón y su contenido en materia alcalina carbonatable. El dióxido de carbono de la atmósfera (Generalmente en concentraciones entre 600 y 800 mg/m 3 ) reacciona con el calcio y los hidróxidos alcalinos que existen en el hormigón. El producto de la reacción es mayoritariamente carbonato cálcico. Este efecto reduce el pH en la solución de los poros hasta valores cercanos a neutros (7 — 8), dejando a la armadura en unas condiciones que permiten la corrosión activa de la misma. La carbonatación es un proceso de difusión y por lo tanto su avance en el interior del hormigón progresa atenuándose en el tiempo.
El objetivo del ensayo es determinar la profundidad de carbonatación del hormigón, parámetro necesario para evaluar su estado en cuanto a la durabilidad del material. Para su realización, se aprovecha los espacios donde se efectuaron los ensayos de ultrasonido, previa la pacometría, pues se tiene que tener el cuidado de no perforar sectores donde exista armadura. Se aplica una solución de fenolftaleína cada 0,5 cm de profundidad, perforando de manera sistemática hasta encontrar el frente no carbonatado identificado por el no cambio en la coloración de la superficie. En las figuras 6 se puede apreciar el estado en que se encuentra la superficie de hormigón después de realizado los ensayos de pacometría, ultrasonido y carbonatación.
Ensayo de porosidad Porosidad
Se define como porosidad a la cantidad de espacios vacíos que quedan inmersos en la masa del concreto como consecuencia de la evaporación del agua libre de la mezcla y de la presencia del aire naturalmente atrapado. La permeabilidad del hormigón poroso, consiste en que este pueda ser atravesado por un fluido (agua, aire, vapor de agua, etc.) La permeabilidad está determinada por el caudal filtrado de acuerdo con la ley experimental de Darcy, en la cual el flujo es laminar y permanente. La permeabilidad de este concreto depende principalmente del contenido de vacíos, este se da con el tamaño a usar del agregado grueso, la cantidad de agregado fino a considerar en el diseño de cada una de las mezclas y también la cantidad de pastad de cemento a agregar. También depende de la porosidad de la pasta del cemento y de los agregados, aunque estos pueden ser despreciados debido a la diferencia de vacíos. El porcentaje de vacíos en el hormigón poroso es alto, vamos
a considerar el 20% del volumen a considerar como aire incluido, la permeabilidad varía dependiendo el diseño de la mezcla. La granulometría utilizada resulta fundamental en la permeabilidad que tendrá el hormigón poroso. Vamos a utilizar áridos provenientes del Río Baba con ausencia casi total de finos, pues impermeabilizarían la mezcla: tener un tamaño de agregado con granulometría abierta, para obtener un porcentaje elevado de vacíos (del orden del 20%) y un tamaño máximo de árido de 1‖ con porcentajes de arena para una
menor y mayor permeabilidad respectivamente, para permitir una adecuada terminación superficial. Una mayor dosis de cemento generará un hormigón más resistente, pero demasiado cemento disminuirá el porcentaje de vacíos interconectados en el hormigón perdiendo éste su capacidad de infiltración. Vamos a usar una dosis de 1200 Kg/m , según requisitos de resistencia y permeabilidad. ₃
Con un elevado contenido de vacíos, aumenta la permeabilidad y disminuye la resistencia. Este porcentaje de vacíos ésta determinado por el tamaño del agregado, junto con las variables ya mencionadas. Para que una mezcla sea considerada porosa debe tener como mínimo un 15% de huecos. Se recomienda además que este contenido no supere el 25% por la poca estabilidad de la mezcla. Debido a la alta permeabilidad o bien dicho porosidad del concreto poroso es vulnerable al ataque de muchas sustancias químicas y mecánicas que lo pueden deteriorar, debido a eso deben tomarse muchas precauciones para minimizar los ataques al máximo.
Metodología a usar
Nos vamos a introducir a un método para la determinación del coeficiente de permeabilidad ―k‖, cuya NORMA ASTM D-2434 rige para nuestros ensayos.
El coeficiente de permeabilidad es una constante de proporcionalidad relacionada con la facilidad de movimiento de un flujo a través de un medio poroso. Existen dos métodos generales de laboratorio para determinar directamente el coeficiente de permeabilidad, sólo vamos a utilizar uno de estos métodos. El método que vamos a utilizar es el llamado método de la carga constante, este método es el óptimo por lo semejante esta prueba cubre un procedimiento para determinar el coeficiente de permeabilidad para el flujo laminar de agua a través de nuestros especímenes para las diferentes mezclas a analizar. Pruebas de permeabilidad
Las pruebas de permeabilidad se ejecutan en un laboratorio utilizando aparatos especiales llamados permeámetros que pueden ser de carga constante o de carga variable. La temperatura debe ser lo más constante posible. En nuestro caso sólo vamos a utilizar permeámetros de carga constante ya que estos se usan en gravas y arenas, porque se asemejan a la característica que tienen el hormigón a estudiar. Esta consiste en determinar la cantidad de agua que se recoge en un tiempo, y conociendo A y L, aplicando la Ley de Darcy, calculamos k de la expresión k = coeficiente de permeabilidad Q= gasto o caudal que pasa a través de la muestra A= área de la sección transversal de la muestra h= altura de la carga t= tiempo.
Evaluación del acero de refuerzo
