NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 2871 2004-12-16
MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA DEL CONCRETO A LA FLEXIÓN (UTILIZANDO UNA VIGA SIMPLE CON CARGA EN LOS TERCIOS MEDIOS)
E:
TEST METHOD FOR DETERMINE FLEXURAL STRENGTH OF CONCRETE (USING SIMPLE BEAM WITH THIRD POINT LOADING)
CORRESPONDENCIA:
esta norma es idéntica (IDT) a la norma ASTM C 78:2002. Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Third Point Loading). Copyright ASTM International. 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19429, USA
DESCRIPTORES:
vigas; concreto; ensayo de resistencia a la flexión; módulo de rotura; pavimentos.
I.C.S.: 91.100.30; 75.140.00 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. Tel. 6078888 Fax 2221435
Prohibida su reproducción
Segunda actualización Editada 2005-01-19
PRÓLOGO
El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993. ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 2871 (Segunda actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo del 2004-12-16. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 166 Pavimentos y el Comité Técnico 100 Concretos, morteros, agregados y Grouts. ASOCRETO CEMEX CONCRETOS COLOMBIA S.A. HOLCIM COLOMBIA –ICPC– INSTITUTO COLOMBIANO DE PRODUCTORES DE CEMENTO
INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS –INVÍAS– METROCONCRETO SOCIEDAD COLOMBIANA DE INGENIEROS
Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: ASOGRAVAS ASOPAC CERROGRANDE S.A. CONALVÍAS S.A. CONCENSONARIA PANAMERICANA CONCONCRETO S.A. CONCRELAB LTDA. CONSULTORÍA COLOMBIANA CORASFALTOS ECOPETROL ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA ESTAVÍAS GÓMEZ CAJIAO Y ASOCIADOS S.A.
GRODCO S.C.A. GUTIÉRREZ SÁNCHEZ INGENIEROS I.C. GAYCO S.A. INECON S.A. INSTITUTO COLOMBIANO DE PETRÓLEOS –ICP– INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO –IDU– MINISTERIO DE TRANSPORTE PATRIA S.A. PAVIMENTAR S.A. SHELL COLOMBIA S.A. TOXEMENT S.A.
ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN
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NTC 2871 (Segunda actualización)
MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA DEL CONCRETO A LA FLEXIÓN (UTILIZANDO UNA VIGA SIMPLE CON CARGA EN LOS TERCIOS MEDIOS)
0.
INTRODUCCIÓN
Esta norma es una adopción idéntica (IDT) por traducción de la norma Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Third-Point Loading) ASTM C 78:2002
1.
OBJETO
1.1 Este método de ensayo se utiliza para determinar la resistencia del concreto a la flexión mediante el uso de una viga simple con carga en los tercios medios. 1.2 Los valores indicados en SI se deben considerar como los normalizados. El equivalente en unidades del sistema inglés (libra-pulgada) se incluye con carácter informativo. 1.3 Esta norma no pretende tratar todos los problemas de seguridad, si los hay, asociados con esta norma. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer las prácticas adecuadas de seguridad industrial y salud, y determinar la aplicabilidad de las limitaciones regulatorias antes de su uso. 2.
REFERENCIAS NORMATIVAS
Los siguientes documentos normativos referenciados son indispensables para la aplicación de este documento normativo. Para referencias fechadas, se aplica únicamente la edición citada. Para referencias no fechadas, se aplica la última edición del documento normativo referenciado (incluida cualquier corrección). 2.1
NORMAS ASTM
ASTM C 31, Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field. ASTM C 42, Test Method for Obtaining and Testing Drilled Cores and Sawed Beams of Concrete. ASTM C 192, Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory. ASTM C 167, Practice for Capping Cylindrical Concrete Specimens. 1
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ASTM C 1077, Practice for Laboratories Testing Concrete and Concrete Aggregates for Use in Construction and Criteria for Laboratory Evaluation. ASTM E 4, Practices for Force Verification of Testing Machines.
3.
IMPORTANCIA Y USO
3.1 Este método de ensayo se usa para determinar la resistencia a la flexión de especímenes preparados y curados de acuerdo con las normas ASTM C 42, ó ASTM C 31 ó ASTM C 192. Los resultados se calculan y reportan como el módulo de rotura. La resistencia que se determina variará si existen diferencias en el tamaño del espécimen, su preparación, condiciones de humedad, curado, o si la viga ha sido fundida o cortada al tamaño requerido 3.2 Los resultados de este método de ensayo se pueden usar para determinar el cumplimiento con las especificaciones o como base para operaciones de dosificación, mezcla y colocación de concreto. Se utiliza en ensayos de concreto para la construcción de losas y pavimentos (véase la Nota 1). 4.
APARATOS
4.1 La máquina de ensayo debe cumplir los requisitos de los numerales sobre base de verificación, correcciones e intervalos de tiempo entre verificaciones, de la norma ASTM E 4. No se permiten máquinas de ensayos operadas manualmente provistas de bombas que no aplican una carga continua en una sola carrera del pistón. Se pueden emplear bombas con motor o de operación manual de tipo de desplazamiento positivo, que tengan un volumen suficiente para completar el ensayo en una sola carrera del pistón sin necesidad de recuperación. La máquina de ensayo debe tener capacidad de aplicar cargas a una tasa uniforme sin que se produzcan impactos o interrupciones. 4.2
APARATO DE CARGA
El método de carga en los tercios medios se debe utilizar en la ejecución de ensayos de flexión al concreto empleando bloques de soporte que garanticen que las fuerzas aplicadas a la viga sean perpendiculares a la cara del espécimen y se apliquen sin excentricidad. En la Figura 1 se muestra un diagrama de un aparato de carga que cumple con este propósito. 4.2.1 Todos los aparatos para realizar los ensayos de flexión del concreto deben tener capacidad para mantener constantes la distancia entre apoyos especificada y las distancias entre los bloques de aplicación de carga y los de soporte, dentro de ± 1,3 mm (± 0,05 pulgadas) 4.2.2 La relación de la distancia horizontal entre el punto de aplicación de la carga y el punto de aplicación de la reacción más cercana a la altura de la viga debe ser 1,0 ± 0,003. 4.2.3 Si se utiliza un aparato similar al mostrado en la Figura 1, los bloques de aplicación de carga y los de soporte no deben tener una altura mayor de 64 mm (2 ½ pulgadas), medidos desde el centro o eje del pivote y se deben extender completamente o sobrepasar todo el ancho del espécimen. Cada superficie de soporte que está en contacto con el espécimen no debe tener una desviación del plano mayor de 0,05 mm (0,002 pulgadas), y debe ser una porción de un cilindro cuyo eje coincida con el eje de la varilla o centro de la esfera, cualquiera que sea el bloque que esté aplicado. El ángulo de inclinación formado por la superficie curva de cada bloque debe ser al menos de 45° (0,79 rad). Los bloques de carga y de soporte deben mantenerse en posición vertical y en contacto con la varilla o esfera por medio de tornillos con 2
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resortes que los mantienen en contacto con la varilla o esfera de pivote. La placa de soporte superior y la esfera central de la Figura 1 pueden omitirse cuando se utilice un bloque de soporte con asiento esférico, siempre y cuando se usen una varilla y una esfera como pivotes para los bloques de aplicación de carga superiores.
Cabeza de la máquina de ensayo Posición opcional para una varilla de acero y una bola de acero
Bola de acero
d = L/3
25,4 mm
Espécimen
25,4 mm
Bloques aplicadores de carga y de soporte
Bola de acero Estructura de carga rígida o si este es un accesorio cargado, lámina de acero o canal
Varilla de acero
Bancada de la máquina de ensayo
L/3
L/3
L/3
Longitud de luz
Figura 1. Vista esquemática del aparato apropiado para la determinación de la resistencia del concreto a la flexión mediante el uso del método de carga en los tercios medios
NOTA 1 Este aparato se puede utilizar invertido. Si la máquina de ensayo aplica fuerzas a través de una cabeza de asiento esférico, el pivote central se puede omitir, siempre y cuando se aplique un bloque de carga sobre una varilla y el otro sobre una esfera.
5.
ENSAYO
5.1 El espécimen de ensayo debe cumplir todos los requisitos de la norma ASTM C 42 ó las normas ASTM C 31 ó ASTM C 192 aplicables a especimenes de vigas y prismas, y debe tener una distancia entre apoyos equivalente a tres veces su altura, con una tolerancia del 2 %. Los lados del espécimen deben formar ángulo recto con la parte superior e inferior. Todas las superficies deben ser lisas y deben estar libres de asperezas, indentaciones, huecos o marcas de identificación grabadas. 5.2 Los técnicos que lleven a cabo el ensayo de resistencia a la flexión deberían estar certificados como técnicos ACI, Grado II, o por algún programa equivalente de ensayo teórico y de desempeño. NOTA 2
El laboratorio de ensayo que ejecute este método puede ser evaluado de acuerdo con la norma ASTM C 1077.
3
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PROCEDIMIENTO
6.1 El ensayo de resistencia a la flexión de especimenes curados en ambiente húmedo se debe efectuar inmediatamente después de retirar los elementos del recinto húmedo. El secado superficial del espécimen produce una reducción de la resistencia a la flexión medida. 6.2 Cuando se utilice un espécimen fundido, se debe colocar lateralmente con respecto a la posición en que se fundió, y centrada sobre los bloques de soporte. Cuando se utilicen especimenes cortados, éstos se deben colocar de manera que la cara sometida a tensión corresponda a la parte superior o inferior del espécimen, como se cortó del material base. Se centra el sistema de aplicación de carga en relación con la fuerza aplicada. Se colocan los bloques de aplicación de carga en contacto con la superficie del espécimen en los tercios medios, y se aplica una carga entre el 3 % y el 6 % de la carga última estimada. Usando una galga palpadora de espesores de 0,10 mm (0,004 pulgadas) y 0,38 mm (0,015 pulgadas), se determina si algún espacio existente entre el espécimen y los bloques de aplicación de carga o los de soporte, es mayor o menor que cada una de las galgas en una longitud de 25 mm (1 pulgada) o más. La superficie de contacto del espécimen se pule o refrenta, o se utilizan cuñas de cuero para eliminar cualquier espacio mayor de 0,10 mm (0,004 pulgadas). Las cuñas de cuero deben ser uniformes, con 6,4 mm (1/4 de pulgada) de espesor, 25 mm a 50 mm (1 pulgada a 2 pulgadas) de ancho y deben cubrir todo el ancho del espécimen. Los espacios superiores a 0,38 mm (0,015 pulgadas) se deben eliminar únicamente mediante refrentado o esmerilado. Se debe evitar esmerilar las superficies laterales, ya que se pueden cambiar las características físicas del espécimen. El refrentado se debe hacer de acuerdo con las secciones aplicables de la norma ASTM C 617. 6.3 Se carga el espécimen continuamente y sin impactos. La carga se debe aplicar a una tasa constante hasta el punto de rotura. La carga se aplica a una tasa que incremente en forma constante el esfuerzo extremo de la fibra entre 0,86 MPa/min y 1,21 MPa/min (125 psi/min y 175 psi/min) hasta que ocurra rotura. La tasa de carga se calcula usando la siguiente ecuación: r = Sbd2/L
(1)
en donde
7.
r
=
tasa de aplicación de carga, MN/min, (libra/min)
S
=
tasa de incremento en el esfuerzo extremo de la fibra, MPa/min (psi/min)
b
=
ancho promedio del espécimen, mm (pulgadas)
d
=
Altura promedio del espécimen, mm (pulgadas)
L
=
Distancia entre apoyos, mm (pulgadas)
MEDICIÓN DE LAS PROBETAS DESPUÉS DEL ENSAYO
7.1 Para determinar las dimensiones de la sección transversal de la probeta para uso en el cálculo del módulo de rotura, después del ensayo se toman medidas a través de una de las caras fracturadas. Para cada dimensión, se hace una medición en cada borde y una en el centro de la sección transversal. Las tres mediciones se hacen para cada dirección, para determinar el ancho y la altura promedio. Todas las mediciones se hacen con aproximación a 1 mm (0,05 pulgadas). Si la fractura ocurre en una sección refrentada, se incluye en la medición el espesor del refrentado.
4
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NTC 2871 (Segunda actualización)
CÁLCULOS
8.1 Si la fractura se inicia en la superficie sometida a tensión dentro del tercio medio de la distancia entre apoyos se calcula el módulo de rotura, como sigue: R = PL/bd2
(2)
en donde R
=
módulo de rotura, MPa (psi).
P
=
carga máxima aplicada indicada por la máquina de ensayo, N, (lbf).
L
=
distancia entre apoyos, mm, ( pulgadas)
b
=
ancho promedio de la probeta en la fractura, mm (pulgadas).
d
=
altura promedio del espécimen en el lugar de la fractura, mm (pulgadas).
NOTA 3
El peso de la viga no está incluido en el cálculo anterior.
8.2 Si la fractura ocurre en la superficie sometida a tensión por fuera del tercio medio en la distancia entre apoyos, en no más de un 5 % de ésta, el módulo de rotura se calcula como sigue: R = 3Pa/bd2
(3)
de donde a
NOTA 4
=
distancia promedio entre la línea de fractura y el soporte más cercano medido en la superficie de la viga sometida a tensión, mm (pulgadas).
El peso de la viga no está incluido en el cálculo anterior.
8.3 Si la fractura ocurre en la superficie sometida a tensión por fuera del tercio medio de la distancia entre apoyos, en más de un 5 % de ésta, no se debe tener en cuenta el resultado del ensayo.
9.
INFORME
9.1
El Informe debe incluir lo siguiente:
9.1.1 Número de identificación. 9.1.2 Ancho promedio con una aproximación de 1 mm (0,05 pulgadas) 9.1.3 Altura promedio con una aproximación de 1 mm (0,05 pulgadas). 9.1.4 Distancia entre apoyos, mm (pulgadas) 9.1.5 Carga máxima aplicada, N, (libras-fuerza).
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9.1.6 Módulo de rotura calculado con una aproximación de 0,05 MPa (5 psi). 9.1.7 Historia del curado y condición de humedad aparente del espécimen al momento del ensayo. 9.1.8 Si el espécimen fue refrentado, pulido, o si se utilizaron cuñas de cuero. 9.1.9 Si el espécimen fue fundido o cortado, y sus defectos. 9.1.10 Edad del espécimen.
10.
PRECISIÓN Y SESGO
10.1
PRECISIÓN
Se ha observado que el coeficiente de variación de los resultados del ensayo depende del nivel de resistencia de las vigas. Se ha encontrado que el coeficiente de variación con un solo operador es de 5,7 %. Por lo tanto, los resultados de dos ensayos efectuados apropiadamente por el mismo operador en vigas hechas con la misma bachada no se deberían diferenciar en más de 16 %. El coeficiente de variación multilaboratorio se ha encontrado que es 7,0 %. Por lo tanto, los resultados de dos laboratorios diferentes en vigas hechas con concreto de la misma bachada no se deberían diferenciar en más del 19 %. 10.2
SESGO
Puesto que no hay una norma aceptada para la determinación del sesgo en este método de ensayo, no se establece nada al respecto. 11.
PALABRAS CLAVE
11.1
Vigas, concreto, ensayo de resistencia a la flexión, módulo de rotura.
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DOCUMENTO DE REFERENCIA AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Third-Point Loading). Philadelphia, 2002. 3 p. 1 il. (ASTM C 78).
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