Norma ASTM C31 Resistencia del Concreto a la Compresión La resistencia a la compresión del concreto se mide para asegurar que el concreto entregado cumpla con los requisitos de las especificaciones de la obra y para el control de calidad. La resistencia a la compresión de las mezclas de concreto se puede diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedad es mecánicas y de durabilidad, y que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura. La resistencia a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras. La resistencia a la compresión se mide tronando probetas cilíndricas de concreto en una máquina de ensayos de compresión, en tanto la resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de ruptura dividida entre el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en megapascales (MPa) en unidades SI. Los requerimientos para la resistencia a la compresión pueden variar desde 17 MPa para concreto residencial hasta 28 MPa y más para estructuras comerciales. Para determinadas aplicaciones se especifican resistencias superiores hasta de 170 MPa y más. ¿Por qué se determina la resistencia a la compresión?
• Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión se usan fundamentalmente para determinar que la mezcla de concreto suministrada cumpla con los requerimientos de la resistencia especificada, ƒ´c, del proyecto. • Los resultados de las pruebas de resistencia a partir de cilindros moldeados se pueden utilizar para fines de control de calidad, aceptación del concreto o para estimar la resistencia del concreto concreto en estructuras, para programar programar las operaciones de construcción, tales como remoción de cimbras o para evaluar la conveniencia de curado y protección suministrada a la estructura.
Los cilindros sometidos a ensayo de aceptación y control de calidad se elaboran y curan siguiendo los procedimientos descritos en probetas curadas de manera estándar según la norma ASTM C31 “Práctica estándar para elab orar y curar cilindros de ensaye de concreto en campo”. Para estimar la resistencia del concreto in situ, la norma ASTM C31 formula procedimientos para las pruebas de curado en campo. Las probetas cilíndricas se someten a ensayo de acuerdo a ASTM C39, “Método estándar de prueba de resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto”. • Un resultado de prueba es el promedio de, por lo menos, dos pruebas de resistencia curadas de manera estándar o convencional elaboradas con la misma muestra de concreto y sometidas a ensaye a la misma edad. En la mayoría de los casos, los requerimientos de resistencia para el concreto se realizan a la edad de 28 días. Al diseñar una estructura los ingenieros se valen de la resistencia especificada, ƒ´c, y especifican el concreto que cumpla con el requerimiento de resistencia estipulado en los documentos del contrato del proyecto. La mezcla de concreto se diseña para producir una resistencia promedio superior a la resistencia especificada de manera tal que se pueda minimizar el riesgo de no cumplir la especificación de resistencia. Para cumplir con los requerimientos de resistencia de una especificación de proyecto se aplican los siguientes dos criterios de aceptación: **El promedio de tres ensayes consecutivos es igual o supera a la resistencia especificada, ƒ´c. ** Ninguno de los ensayes de resistencia deberá arrojar un resultado inferior a ƒ´c en más de 3.45 MPa, ni ser ser superior en más de 0.10 ƒ´c, cuando ƒ´c sea mayor de 35 MPa. Resulta importante comprender que una prueba individual que caiga por debajo de ƒ´c no necesariamente constituye un fracaso en el cumplimiento de los requerimientos del trabajo.
Cuando el promedio de las pruebas de resistencia de un trabajo caiga dentro de la resistencia promedio exigida, ƒ´c, la probabilidad de que las pruebas de resistencia individual sean inferiores a la resistencia especificada es de aproximadamente 10% y ello se tiene en cuenta en los criterios de aceptación. Cuando los resultados de las pruebas de resistencia indican que el concreto suministrado no cumple con los requerimientos de la especificación es importante reconocer que la falla puede radicar en las pruebas, y no en el concreto. Ello es particularmente cierto si la fabricación, manejo, curado y pruebas de los cilindros no se realizan en conformidad con los procedimientos estándar. Los registros históricos de las pruebas de resistencia se utilizan para establecer la resistencia promedio deseada de mezcla de concretos para obras futuras. Cómo realizar la prueba de resistencia del concreto
• Las cilindros para pruebas de aceptación deben tener un tamaño de 6 x 12 pulgadas (150 x 300 mm) o 4 x 8 pulgadas (100 x 200 mm), cuando así se especifique. Las probetas más pequeñas tienden a ser más fáciles de elaborar y manipular en campo y en laboratorio. El diámetro del cilindro utilizado debe ser como mínimo tres veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso que se emplee en el concreto. • El registro de la masa de la probeta antes de cabecearla constituye una valiosa información en caso de desacuerdos. • Con el fin de conseguir una distribución uniforme de la carga, generalmente los cilindros se cabecean con mortero de azufre (ASTM C 617) o con almohadillas de neopreno (ASTM C 1231). El cabeceo de azufre se debe aplicar como mínimo dos horas antes y preferiblemente un día antes de la prueba. • Las almohadillas de neopreno se pueden usar para medir las resistencias del concreto entre 10 a 50 MPa. Para resistencias mayores de hasta 84 Mpa se permite el uso de las almohadillas de neopreno siempre y cuando hayan sido calificadas por pruebas con cilindros compañeros con cabeceo de azufre. Los requerimientos de dureza en durómetro para las almohadillas de neopreno varían desde 50 a 70
dependiendo del nivel de resistencia sometido a ensaye. Las almohadillas se deben sustituir si presentan desgaste excesivo. • No se debe permitir que los cilindros se sequen antes de la prueba. • El diámetro del cilindro se debe medir en dos sitios en ángulos rectos entre sí a media altura de la probeta y deben promediarse para calcular el área de la sección. Si los dos diámetros medidos d ifieren en más de 2%, no se debe so meter a prueba el cilindro. • Los extremos de las probetas no deben presentar desviación con respecto a la perpendicularidad del eje del cilindro en más 0.5% y los extremos deben hallarse planos dentro de un margen de 0.002 pulgadas (0.05 mm). Los cilindros se deben centrar en la máquina de ensayo de compresión y cargados hasta completar la ruptura. El régimen de carga con máquina hidráulica se debe mantener en un rango de 0.15 a 0.35 MPa/s durante la última mitad de la fase de carga. Se debe anotar el tipo de ruptura. La fractura cónica es un patrón común de ruptura. • La resistencia del concreto se calcula dividiendo la máxima carga soportada por la probeta para producir la fractura entre el área promedio de la sección. ASTM C 39 presenta los factores de corrección en caso de que la razón longituddiámetro del cilindro se halle entre 1.75 y 1.00, lo cual es poco común. Se someten a prueba por lo menos dos cilindros de la misma edad y se reporta la resistencia promedio como el resultado de la prueba, al intervalo más próximo de 0.1 MPa. • El técnico que efectúe la prueba debe anotar la fecha en que se recibieron las probetas en el laboratorio, la fecha de la prueba, la identificación de la probeta, el diámetro del cilindro, la edad de los cilindros de prueba, la máxima carga aplicada, el tipo de fractura y todo defecto que presenten los cilindros o su cabeceo. Si se mide, la masa de los cilindros también deberá quedar registrada. • La mayoría de las desviaciones con respecto a los procedimientos estándar para elaborar, curar y realizar el ensaye de las probetas de concreto resultan en una menor resistencia medida. • El rango entre los cilindros compañeros del mismo conjunto y probados a la misma edad deberá ser en promedio de aproximadamente. 2 a 3% de la resistencia promedio. Si la diferencia entre los dos cilindros compañeros sobrepasa con
demasiada frecuencia 8%, o 9.5% para tres cilindros compañeros, se deberán evaluar y rectificar los procedimientos de ensaye en el laboratorio. • Los resultados de las pruebas realizadas en diferentes laboratorios para la misma muestra de concreto no deberán diferir en más de 13% aproximadamente del promedio de los dos resultados de las pruebas. • Si uno o dos de los conjuntos de cilindros se truenan a una resistencia menor a ƒ´c, evalúe si los cilindros presentan problemas obvios y retenga los cilindros sometidos a ensaye para examinarlos posteriormente. A menudo, la causa de una prueba malograda puede verse fácilmente en el cilindro, bien inmediatamente o mediante examen petrográfico. Si se desechan o bota n estos cilindros se puede perder una oportunidad fácil de corregir el problema. En algunos casos se elaboran cilindros adicionales de reserva y se pueden probar si un cilindro de un conjunto se truena a una resistencia menor. • Una prueba a los tres o siete días puede ayudar a detectar problemas potenciales relacionados con la calidad del concreto o con los procedimientos de las pruebas en el laboratorio, pero no constituye el criterio para rechazar el concreto. • La norma ASTM C 1077 exige que los técnicos del laboratorio que participan en el ensaye del concreto deben estar certificados. • Los informes o reportes sobre las pruebas de resistencia a la compresión son una fuente valiosa de información para el equipo del proyecto para el proyecto actual o para proyectos futuros. • Los reportes se deben remitir lo más pronto posible al productor del concreto, al contratista y al representante del propietario.
Elaboración de cilindros de concreto en el campo Para probar la resistencia a compresión del concreto se elaboran especímenes cilíndricos de prueba de 15 x 30 cm y se almacenan en la obra
hasta que el concreto se endurece de acuerdo con los requisitos de la ASTM, Norma C 31, Práctica estándar para la elaboración y curado de especímenes de prueba de concreto en el campo. Al elaborar los cilindros para la aceptación del concreto, el técnico de campo debe probar otras propiedades del concreto fresco como la temperatura, el revenimiento, la densidad –peso unitario- y el contenido de aire. Un resultado de prueba de resistencia siempre es el promedio de, al menos, dos especímenes probados a la misma edad. Puede hacerse un conjunto de dos a seis cilindros a partir de la misma muestra de concreto como mínimo por cada 115 m3 de concreto colocado. Los cilindros de concreto para pruebas se usan para: • Pruebas de aceptación para resistencias especificadas. • Verificar las proporciones de la mezcla. • Control de calidad por el productor de concreto. Cualquier desviación respecto a los procedimientos estándares dará como resultado una resistencia medida más baja. Los resultados de prueba de baja resistencia debido a procedimientos que no están de acuerdo con los estándares generan problemas, costos y retrasos excesivos al proyecto. Los resultados de la resistencia de cilindros curados en la obra se usan para: • Determinar el momento en que se puede permitir que una estructura sea puesta en servicio. • Evaluar la suficiencia del curado y protección del concreto en la estructura. • Programar la remoción de los moldes y de los puntales. Los requisitos de curado para cilindros curados en la obra campo son diferentes a los exigidos para los curados de manera estándar y no deben confundirse ambos. Equipo necesario para hacer los cilindros:
• Moldes para colar especímenes cilíndricos y varilla de apisonamiento con punta semiesférica 15 mm de diámetro para cilindros de 15 x 30 cm. • Mazo de hule de 600gr ± 200 gr. • Pala, llana manual de madera y cucharón. • Carretilla u otro contenedor apropiado para la muestra.
• Tanque de agua o caja de curado con disposiciones para mantener el ambiente requerido de curado durante el periodo de curado inicial.
Empiece las pruebas de revenimiento, densidad -peso unitario-, y contenido del aire a los cinco minutos y comience a moldear los cilindros a los 15 minutos después de haber obtenido la muestra. Colado y manejo de los cilindros:
Toma de muestras de concreto del camión de concreto premezclado:
• Es muy importante obtener la muestra de concreto que sea representativa del concreto en el camión mezclador. El muestreo debe realizarse de acuerdo con la norma ASTM C 172, Práctica estándar para el muestreo de concreto recién mezclado. • El concreto debe ser muestreado desde la parte media de la carga. La primera y la última descarga de la carga no proporcionará una muestra representativa. El concreto debe ser muestrado desviando la canaleta hacia una carretilla, de tal modo que se recoja la descarga completa. Son necesarias al menos dos porciones durante la descarga para obtener una muestra compuesta. El tiempo entre la primera y la porción final de la muestra compuesta no debe exceder 15 minutos. El tamaño mínimo requerido de la muestra de concreto es de 28 l.
• Ponga una etiqueta en el molde con la marca de identificación apropiada. • No ponga etiquetas en las tapas o en la parte superior. • Así mismo, coloque los moldes cilíndricos sobre una superficie nivelada. • También, determine el método de compactación. • Para concreto con un revenimiento menor de 2.5 cm el concreto se debe compactar por vibración. • Para concreto con revenimiento de 2.5 cm o más alto se permite la compactación por varillado o por vibración. • Determine el número de capas de concreto que se colocarán en el molde: Para concreto compactado con varilla de apisonamiento coloque el concreto en tres capas iguales para cilindros de 15 x 30 cm. Para concreto que se compactará por vibración llene el molde en dos capas iguales. • Coloque el concreto en el molde distribuyéndolo alrededor del interior del molde con el cucharón. Compacte la capa varillando 25 veces uniformemente alrededor de la capa. Cuando use un vibrador, insértelo lo suficiente de modo que las grandes bolsas de aire dejen de salir de la parte superior. Se requieren dos inserciones del vibrador para un cilindro de 15 x 30 cm. Evite la vibración excesiva.
Previamente al colado de los cilindros:
• Proteja la muestra contra evaporación, luz solar y contaminación. Lleve la muestra hasta el lugar en donde han de realizarse las pruebas del concreto fresco, el cual debe estar cerca del lugar en donde los cilindros serán almacenados sin perturbación para el periodo de curado inicial. Después de que el concreto es llevado al sitio para el colado de los cilindros, mezcle nuevamente el concreto en la carretilla.
• Golpee ligeramente los lados del molde de 10 a 15 veces con el mazo después de cada capa a fin de cerrar cualquier hoyo de inserción que se haya formado, ya sea por la varilla o por el vibrador. • Enrase la parte superior con una lla na de madera para producir una superficie plana, pareja y a nivel, y cubra con una bolsa de plástico.
• Traslade los moldes cilíndricos con concreto fresco cuidadosamente, soportando la parte inferior. • Coloque los cilindros sobre una superficie plana y en un ambiente controlado en donde la temperatura se mantenga de 16 a 27°C. Cuando la resistencia especificada del concreto es mayor que 40 MPa, el rango de temperatura para el curado inicial debe mantenerse de 20 a 26°C. Sumergir los cilindros, completamente cubiertos por agua es un procedimiento aceptable y preferido que asegura resultados de resistencia más confiables. La temperatura en el almacenamiento, como por ejemplo en los cajones de curado debe controlarse según sea necesario. Deben registrarse y reportarse las temperaturas máxima y mínima durante el curado inicial. • Proteja los cilindros contra la luz directa del sol o calor radiante y contra temperaturas de congelación en invierno.
Objetivo y campo de aplicación
Esta norma establece los procedimientos que ayudan a determinar la consistencia del concreto hidráulico en estado fresco mediante el método de ensayo conocido como revenimiento. Con este método se obtienen valores confiables de revenimiento en el intervalo de 2 a 20 cm; es aplicable al concreto fresco industrializado o hecho en obra con tamaño máximo nomina l del agregado menor de 50 mm. Definición
Revenimiento: Es una medida de la consistencia del concret o fresco en término de la disminución de altura. Equipo Molde: De metal o de cualquier otro material no absorbente, no susceptible de ser atacado por la pasta de cemento.
• Los cilindros deben ser transportados de regreso al laboratorio a las 48 horas después del colado, y no deben ser movidos o transportados hasta, al menos, ocho horas después del fraguado final. Almacene los cilindros para evitar daño y mantenga la humedad durante la transportación. El tiempo de viaje desde el sitio de la obra hasta el sitio del laboratorio no debe exceder de cuatro horas.
Norma ASTM C143 Determinación del revenimiento en el concreto fresco (cono de Abrams)
El molde debe ser rígido y con forma de cono truncado de 20 cm en su diámetro mayor, de 19 cm, en el menor, y de 30 cm de altura. La base y la parte superior deben ser paralelas entre sí y formar un ángulo recto con el eje longitudinal del cono. Debe estar provisto de dos estribos para apoyar los pies y de dos asas para levantarlo. Por su parte, la superficie interior del molde debe ser lisa, libre de protuberancias o remaches; además, el cuerpo del cono no debe mostrar abolladuras y debe estar fabricado con junta o costura.
El molde puede estar provisto de abrazaderas o bridas en la parte inferior para sujetarlo a una base de material no absorbente. El sistema de sujeción debe ser tal que pueda aflojar sin mover el molde.
Varilla para la compactación: Es una barra de acero de sección circular, recta, lisa, de 16 mm (5/8”, aproximadamente) de diámetro y aproximadamente 600 mm., de longitud, con uno o los dos extremos de forma semiesférica del mismo diámetro de la varilla.
Método de ensayo
1. Humedezca el interior del cono de revenimiento. 2. Coloque el cono sobre una superficie plana, mojada, no absorbente y rígida. 3. Sostenga el cono firmemente en su lugar parándose sobre los dos estribos de apoyo a cada lado del molde. Llene el cono en tres capas.
Materiales Auxiliares
• Pala. • Cucharón. • Guantes de hule. • Escala.
Para la primera capa:
Preparación y acondicionamiento de la muestra
La muestra debe obtenerse y prepararse de acuerdo con lo indicado en la norma ASTM C172. Después de haber obtenido la muestra, se re-mezcla el concreto con una pala -o cucharón- hasta garantizar uniformidad en la m ezcla y proceder de inmediato, a hacer el ensayo. Condiciones ambientales
Este ensayo no debe efectuarse en condiciones climáticas capaces de contaminar el concreto, tales como vientos que contengan polvo, lluvia, etc.
a) Llene el molde a aproximadamente 1/3 de su volumen 70 mm. b) Varille la capa 25 veces en todo su espesor. Distribuya uniformemente los golpes sobre la sección transversal de la capa. Incline ligeramente la varilla, empezando cerca del perímetro, continuando progresivamente en forma de espiral hacia el centro.
Para la segunda capa: c) Llene el cono a aproximadamente 2/3 de su volumen, aproximadamente 16.00 cm. d) Varille la capa 25 veces en todo su espesor, penetrando ligeramente en la primera capa. Distribuya uniformemente los golpes en toda la sección transversal de la capa.
Para la tercera capa:
a) Amontone el concreto por encima de la parte superior del cono. b) Varille la capa 25 veces en todo su espesor, penetrando ligeramente en la segunda capa. Distribuya uniformemente los golpes en toda la sección transversal de la capa. c) Sí como resultado del varillado el concreto cae de la parte superior del cono, agregue concreto a modo de mantener un exceso por encima del cono. Continúe el conteo del varillado desde el valor alcanzado antes de agregar concreto al cono. Cálculo y expresión de los resultados
4. Enrase la parte superior de la superficie de concreto con la varilla de compactación en un movimiento de enrasado.
5. Al tiempo que se mantiene una presión hacia abajo, remueva el concreto que se haya acumulado alrededor de la base del cono durante el enrasado.
6. Remueva inmediatamente el cono levantándolo en una dirección vertical constante. No debe haber ningún movimiento lateral o de torsión del cono al estarlo levantando. 7. Complete la prueba de revenimiento, a partir del llenado hasta la remoción del cono, en 2-1/2 min.
Medir de inmediato el revenimiento, determinando el asentamiento del concreto a partir del nivel original de la base superior del molde. Medir también esta diferencia de alturas en el centro desplazado de la superficie superior al espécimen. Si alguna porción del concreto se desliza o cae hacia un lado, el ensayo se desecha y deberá efectuarse otro con una nueva porción de la misma muestra. Si se dan dos ensayos consecutivos hechos de la misma muestra presentan fallas al hacer parte del concreto a un lado, con toda probabilidad el concreto carece de la plasticidad y cohesividad necesaria. En este caso el ensayo de revenimiento no es aplicable. Para confirmar esta situación, es imprescindible obtener una nueva muestra de la misma entrega. Informe del ensayo
8. Si ocurre un claro desplome o partición del concreto desde un lado o una porción de la masa, deseche la prueba y haga una nueva prueba en otra porción de la muestra.
El revenimiento debe medirse con una aproximación de 1 cm y debe incluir los siguientes datos: • Revenimiento obtenido en cm. • Revenimiento de proyecto en cm. • Tamaño máximo del agregado en mm. • Identificación del concreto.
