DEtErminación
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Determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto-método de prueba Primera parte
E
n este resumen se presentan los lineamientos sobre la determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto conorme a la Norma Mexicana NMX-C-083-ONNCCE NMX-C-083-ONNCCE 2002. Usted puede usarlo para amiliarizarse con los procedimientos básicos de la Norma. Sin embargo, este resumen no tiene la intención de remplazar los estudios completos que usted haga de la Norma: Determinación de la resistencia a
la compresión de cilindros de concreto. Método de prueba NMX-C-083-2002. Esta norma mexicana establece los métodos de prueba para la determinación de la resistencia a la compresión del concreto, en especímenes cilíndricos cilíndricos moldeados y corazones de concreto con masa volumétrica mayor a 900 kg/m3 y se complementa con las siguientes normas mexicanas en vigor: NMX-C-109-ONNCCE NMX-C-109-ONNCCE cabeceo de especímenes cilíndricos, NMX-CH- 027-SCFI Verifcación de máquinas de ensaye uniaxiales-Máquinas de ensaye a la tensión y La NMX-169 ONNCCE Obtención y pruebas de corazones y vigas extraídas de concreto endurecido.
Equipos, aparatos y/o instrumentos La máquina de prueba
Puede ser de tipo a compresión compr esión o univer unive rsal, con capacidad sufciente y que pueda
uncionar a la velocidad de aplicación de la carga, sin producir impactos ni perdida de carga. Si la máquina de prueba tiene sólo una velocidad de carga que cumpla con lo indicado en condiciones especiales de humedad, debe estar provista de algún dispositivo complementario que pueda ser operado mecánica o manualmente para ajustar la carga a una velocidad adecuada para su calibración. El espacio para los especímenes
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construcción y tecnología
de prueba debe ser lo sufcientemente grande para darle cabida, en una posición cómoda, a estos y al dispositivo de calibración. La máquina de prueba debe estar equipada con dos bloques sólidos de acero o similar, para la aplicación de la carga, con superfcie de contacto endurecida con una dureza rockwell deseable de C-55. Uno de los bloques debe tener asiento esérico y apoyarse en la parte superior del espécimen, y el otro bloque rígido sobre el cual descansará el mismo. Con excepción de los círculos concéntricos descritos más adelante, la superfcie de apoyo no debe dierir de un plano en más de 0,025 mm en una longitud de 150 mm; para los bloques menores de 150 mm la tolerancia en planicidad es de 0,025 mm. Es recomendable que los bloques nuevos tengan la mitad de estas tolerancias. Cuando el diámetro de la superfcie de carga del bloque de asiento esérico excede al diámetro del espécimen en 13 mm o más, para acilitar el centrado adecuado, se deben grabar círculos concéntricos que no tengan más de 0,8 mm de proundidad, ni más de 1,2 mm de ancho. El apoyo inerior puede ser una platina, si ésta es ácilmente desmontable y susceptible susceptible de maquinarse o en su deecto, un bloque adicional que puede o no estar fjo a la platina. En caso de existir el bloque adicional, éste debe cumplir con los siguientes requisitos: Se debe maquinar cuando se requiera para conservar las condiciones específcas de superfcies, las cuales deben ser paralelas entre sí. Su dimensión horizontal menor debe ser por lo menos 3 % mayor que el diámetro del espécimen que se va a probar y los círculos concéntricos que se mencionaron en el párrao anterior, son opcionales en la cara donde se apoya el espécimen. Cuando el bloque inerior de apoyo se use para centrar el espécimen, el centro de los círculos concéntricos, (cuando se tengan), o el centro del bloque, debe coincidir con el centro de la cabeza es-
Tabla 1: Diámetro para placa superior de carga Diámetro de los especímenes de prueba (mm)
Diámetro máximo placa (mm)
50
100
75
125
100
165
150
250
200
280
érica y se debe tener la precaución de que dicho bloque no se deslice sobre la platina. El bloque de apoyo inerior debe tener como mínimo 22,5 mm de espesor después de cualquier rectifcación de sus superfcies. Por su parte, el bloque superior de carga, con asiento esérico, debe cumplir con los siguientes requisitos: Su diámetro máximo no debe exceder los valores dados en la Tabla 1. Los bloques de apoyo con asiento esérico pueden tener caras cuadradas, siempre y cuando el diámetro del mayor círculo inscrito no exceda de los diámetros señalados señ alados en e n la Tabla Tabla 1. Sin embargo, e mbargo,
Problemas, causas y soluciones
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DEtErminación
se aceptan máquinas con placa de carga superior de dimensiones mayores siempre que garanticen el correcto acoplamiento a la base superior del espécimen para probar, mediante la verifcación de la planicidad de la superfcie de la placa. El centro de la esera debe coincidir con el centro de la superfcie de la cara de apoyo con una tolerancia de ± 5 % del radio de la esera. De preerencia el área de contacto debe ser en orma de anillo, como se muestra en la fgura 1, la esera y el soporte deben ser diseñados de tal manera, que el acero en las aéreas de contacto no se deorme permanentemente. La superfcie curva del soporte y la porción esérica se deben conservar limpias y lubricar con aceite mineral delgado y no con grasa lubricante. No se debe reacomodar la placa de carga una vez que se ha iniciado la aplicación de la carga. Si el radio de la esera es más pequeño que el radio del espécimen de mayor tamaño que se va a probar, la porción de la cara de apoyo del bloque de carga que se extiende más allá de la esera, debe tener un espesor no menor que la dierencia entre el radio de la esera y el radio del espécimen. La dimensión mínima de la cara de apoyo del bloque de carga debe ser la correspondiente al diámetro de la esera (véase Figura 1).
Figura 1: Bloque de carga con asiento esérico
Área preerente de carga
Soporte
r T
Bloque superior de carga
Espécimen de prueba
R
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construcción y tecnología
Cabe decir que T no debe ser menor que la dierencia R-r, se deben tener los dispositivos necesarios para sostener el bloque superior en el soporte. La porción móvil del bloque de carga debe ser sostenida cerca del asiento esérico, pero el diseño debe ser tal, que la cara de apoyo pueda girar libremente por lo menos 4° en cualquier dirección.
Dispositivos de lectura de carga Si la carga de una máquina para ensaye a compresión, se registra en una carátula, ésta debe estar provista de una escala graduada que se pueda leer por lo menos con una aproximación de 2,5 % de la carga aplicada. Es recomendable mantener la uniormidad de la graduación en la escala de toda la carátula. Debe estar provista de una línea de reerencia en cero y una graduación que inicie en orma progresiva, cuando menos en el 10 % de su capacidad. Debe contar con una aguja indicadora, la cual debe tener la longitud sufciente para coincidir con las marcas de graduación y el ancho de su extremo no debe ser mayor que el claro libre entre dos divisiones mínimas. Cada carátula debe estar equipada con una aguja de arrastre de la misma
longitud que la aguja indicadora y un mecanismo para ajustar a la reerencia en cero en caso de desviación. La separación mínima, entre las graduaciones no debe ser menor a 1 mm para realizar la lectura adecuada. Las máquinas con sistema digital deben ser equipadas con un dispositivo que registre la carga máxima aplicada.
Verifcación de carga La veriicación de la precisión de la máquina de prueba debe realizarse de acuerdo con la norma NMX-CH-027, bajo las condiciones siguientes: El error permitido en la máquina, para la realización de la prueba a compresión de concreto, debe ser como máximo de ± 3 % de la carga aplicada. La máquina debe calibrarse inicialmente antes de ser puesta en operación y posteriormente en orma interna cada 2 0 00 cilindros, lo cual podrá ampliarse hasta 12 000 si no se detectan desviaciones. Estas máquin as deben calibrarse por un laboratorio acreditado por la entidad de acreditación u organismo
acreditador autorizado, en los términos de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, cada año como máximo o cada 40 000 ensayes. Además, se debe realizar esta operación inmediatamente después de que se eectúen reparaciones o ajustes en los mecanismos de medición, cada vez que se cambie de sitio la máquina o si por alguna razón se duda de la exactitud de los resultados, sin importar cuando se eectuó la última calibración.
BiBliografía ASTM C-39-86. Standard Method of Test "Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens". ASTM C-683-76. Compressive and Flexural Strength of Concrete Under Field Conditions. NMX-008-SCFI-1993. "Sistema General de Unidades y Medidas". NMX-Z-013-SCFI-1997.. "Guía para la redacción NMX-Z-013-SCFI-1997 y presentación de las normas mexicanas". NMX-C-251-1997-0NNCCE. Industria de la construcción-concreto-terminología.
Nota:Tomado de la Norma NMX-C-083ONNCCE 2002, con fnes de promover la capacitación y el buen uso del cemento y del concreto. Usted puede obtener esta norma y las relacionadas a agua, aditivos, agregados, cementos, concretos y acero de reuerzoen normas@mail.
[email protected] onncce.org.mx o al teléono (55) 5273 1991
Problemas, causas y soluciones
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DEtErminación
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Determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto-Método de prueba Segunda parte
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n este resumen se presentan la preparación y acondicionamiento de las muestras para la determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto conorme a la norma Mexicana NMX-C-083-ONNCCE 2002. Usted puede usarlo para amiliarizarse con los procedimientos básicos de la Norma. Sin embargo, este resumen no tiene la intención de remplazar los estudios completos que usted haga de la Norma. Esta norma mexicana establece los métodos de prueba para la determinación de la resistencia a la compresión del concreto, en especímenes cilíndricos moldeados y corazones de concreto con masa volumétrica mayor a 900 kg/m 3 y se complementa con las siguientes normas mexicanas en vigor: NMX-C109-ONNCCE, Cabeceo de especímenes cilíndricos, NMX-CH- 027-SCFI, 0 27-SCFI, VerifVerifcación de máquinas de ensaye uniaxiales-Máquinas uniaxiales-Máquinas de ensaye a la tensión y la NMX-169 ONNCCE, Obtención y pruebas de corazones y vigas extraídas de concreto endurecido.
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construcción y tecnología
Preparación y acondicionamiento de las muestras Dimensiones El diámetro y la altura del espécimen de prueba debe determinarse promediando las medidas de 2 diámetros perpendiculares entre sí a una altura media del espécimen y 2 alturas opuestas con una aproximación de 1 mm. Para medir el diámetro, es sufciente utilizar el compás de punta. Cuando la altura promedio del espécimen es menor de 1,8 veces el diámetro, el resultado de la resistencia debe corregirse por esbeltez de acuerdo a la Tabla 2. Los valores intermedios que no aparecen en la Tabla 2 deben calcularse por interpolación, no deberán ensayarse especímenes con relación diámetro a altura menor de 1:1.
Tabla 2:
Factores de corrección por esbeltez
Relación AlturaDiámetro del espécimen
Factor de corrección a la resistencia
2.00 1.75 1.50 1.25 1.00
1.00 0.99 0.97 0.94 0.91
en 300 mm, y no se permiten irregularidades respecto de un plano que exceda de 0,05 mm, en caso contrario deben ser cabeceadas de acuerdo a lo indicado en la norma NMX-C-109-0NNCCE. NMX-C-109-0NNCCE. Condiciones ambientales Especímenes húmedos El ensaye a la compresión de los especímenes curados en húmedo debe
Cabeceo Antes del ensaye, las bases de los especímenes o caras de aplicación de carga no se deben apartar de la perpendicular al eje en más de 0,5°, aproximadamente 3 mm
eectuarse tan pronto como sea posible después de retirarlos de la pileta o del cuarto húmedo y una vez que el material de cabeceo haya adquirido la resistencia requerida verifcada de acuerdo a la NMX-C-109-0NNCCE. NMX-C-109-0NNCCE. Durante el tiempo transcurrido entre el retiro del almacenamiento húmedo y el ensaye, se debe prevenir la pérdida excesiva de humedad en los especímenes. Condiciones especiales de humedad En el caso de especímenes sometidos en condiciones de curado especiales, curado a vapor o curado ambiente, los Problemas, causas y soluciones
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DEtErminación
cimen de prueba, se coloca este último sobre la placa inerior alineando su eje cuidadosamente cuidadosamen te con el centro de la placa de carga con asiento esérico; mientras mientra s la placa superior se baja hacia el espécimen asegurándose que se tenga un contacto suave y uniorme.
especímenes se deben ensayar con la condición de humedad resultante del curado especiicado (a vapor, medio ambiente, etc.). Procedimiento Colocación de especímenes Se limpian las superfcies de las placas superior e inerior y las cabezas del espé-
Velocidad de aplicación de carga Se debe aplicar la carga con una velocidad uniorme y continua sin producir impacto, ni pérdida de carga. La velocidad de carga debe estar dentro del intervalo de 137 kPa/s a 343 kPa/s (84 kg/cm k g/cm2 /min a 210 kg/cm2 /mln) equivalente para un diámetro estándar de 15 cm a un rango de 2,4 kN/s a 6,0 kN/s (14,8 ton/min a 37,1 ton/min). Se permite una velocidad mayor durante la aplicación de la primera mitad de la carga máxima esperada siempre y cuando durante la segunda mitad se mantenga la velocidad especifcada; pueden utilizarse máquinas operadas manualmente o motorizadas que permitan cumplir con lo anterior, teniendo en cuenta que sólo se harán los ajustes necesarios en los controles de la máqui-
Diagrama de allas de cilindros sometidos a compresión Figura 2:
1. Se observa cuando se logra una carga de
compresión bien aplicada sobre un espécimen de prueba bien preparado. Se observa comúnmente cuando las caras de aplicación de carga se encuentran en límite de tolerancia especifcada o excediendo esta. 2.
3. Se observa en especímenes que presentan una superfcie
de carga convexa y/o defciencia del material de cabeceo: también por concavidad del plato de cabeceo o convexidad en una de las placas de carga. Se observa en especímenes que presentan una cara de aplicación cóncava y/o por defciencias en el material de cabeceo o también por concavidad en una de las placas de carga. 4.
5. Se observa cuando se producen concentraciones de
esuerzos en puntos sobresalientes de las caras de aplicación de carga, por defciencias en el material de cabeceo, rugosidades en el plato cabeceador o placas de carga. Se observa en especímenes que presentan una cara de aplicación de carga convexa y/o por defciencias del material de cabeceo, rugosidades en el plato cabeceador o placas de carga. 6.
Se observa cuando las caras de aplicación de carga del espécimen se desvían ligeramente de las tolerancias de paralelismo establecidas, o por ligeras desviaciones en el centro del espécimen para la aplicación de carga. 7.
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construcción y tecnología
Tabla 3:
Tolerancias
Edad de Prueba
Tolerancia Permisible
24 h 3 días 7 días 14 días 28 días
± 0.30 h ±2h ±6h ± 12 h ± 24 h
na de prueba para mantener uniorme la velocidad de aplicación de carga, hasta que ocurra la alla. Es recomendable colocar en la máquina, dispositivos para cumplir con los requisitos de seguridad para los operadores durante el ensaye del espécimen. Los especímenes para la aceptación o rechazo de concreto deben ensayarse a la edad de 14 días, en el caso del concreto de resistencia rápida o 28 días, en el caso de resistencia normal con las tolerancias que se indican en la Tabla 3, para los especímenes extraídos de concreto endurecido aplicar las edades especifcadas en la NMX-C-169-0NNCCE. NMX-C-169-0NNCCE. Para aquellos especímenes en los cuales no se tenga una edad de prueba de las prescritas anteriormente, se ensayará con las tolerancias que se fjen en común acuerdo por los interesados.
máxima soportada durante la prueba entre el área promedio de la sección transversal determinada con el diámetro medido como se describe en el inciso “Colocación de especímenes” especím enes”. El resultado resu ltado de la prueba prue ba se expresa con una aproximación de 100 kPa (1 kg/cm). Informe de la prueba El registro de los resultados debe incluir los datos siguientes: a) Clave de identifcación del espécimen. b) Edad nominal del espécimen. c) Diámetro y altura en centímetros, con aproximación a mm. d) Área de la sección transversal en cm2 con aproximación al décimo, e) Masa del espécimen en kg. ) Carga máxima en N (kg). g) Resistencia a la compresión, calculada con aproximación a 100 kPa (1 kg/cm2). h) Deectos observados en el espécimen o en sus cabezas. i) Descripción de alla de ruptura. BiBliografía ASTM C-39-86, Standard Method of Test “Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens”. ASTM C-683-76, Compressive and Flexural Strength of Concrete under Field Conditions.
Cálculo y expresión de los resultados Se calcula la resistencia a la compresión del espécimen, dividiendo la carga
NMX-008-SCFI-1993, “Sistema General de Unidades y Medidas”. NMX-Z-013-SCFI-1997,, Guía para la redacción y presenNMX-Z-013-SCFI-1997 tación de las normas mexicanas” NMX-C-251-1997-0NNCCE, Industria de la construcción-concreto-terminología.
P c=
P A
H= 30 cm P= Carga axial aplicada al cilindro (kg). A= Área del cilindro (cm 2). H/D=2
Nota:Tomado de la Norma NMX-C-083-
ONNCCE 2002 con fnes de promover la capacitación y el buen uso del cemento y del concreto. Usted puede obtener esta norma y las relacionadas a agua, aditivos, agregados, cementos, concretos y acero de reuerzo en normas@mail. onncce.org.mx o al teléono 5273 1991. México, DF.
D=15 cm Problemas, causas y soluciones
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CILINDROS R
Baja resistencia en los resultados de ensaye de cilindros de concreto
L
os resultados de las pruebas de resistencia de cilindros de concreto se usan como la base para la aceptación del concreto premezclado cuando se especifica un requisito de resistencia. Los cilindros son moldeados a partir de una muestra de concreto fresco, curado en condiciones estándares y probado a una edad particular, según se indique en las especificaciones, usualmente a 28 días. Los procedimientos deben ser de acuerdo con las normas norma s de la ASTM. El promedio promedio de resistencia de un conjunto de dos o tres cilindros hechos de la misma muestra de concreto y probados a 28 días constituye constituye una prueba. Los cilindros usados para la aceptación del concreto no deben debe n ser confundidos con los cilindros curados en el campo, los cuales se hacen para verificar la resistencia a edad temprana en la estructura, con el e l fin de retirar las cimbras y continuar un las actividades de construcción. El Reglamento para concreto estructural ACI 318 y las Especificaciones estándares para concreto estructural, ACI 301, reconocen que ocurrirán resultados de baja resistencia aproximadamente una o dos veces en cada cien pruebas. Bajo estas disposiciones para una resistencia especificada menor que 350 kg/cm2 el concreto es aceptable y cumple con la especificación si: a. Ninguna prueba individual es menor que la resistencia especificada en más de df'c=35 kg/cm2 y b. El promedio de tres pruebas consecutivas es igual o excede la resistencia especificada. Si un promedio de tres pruebas consecutivas en secuencia cae por debajo de la resistencia especificada y si una sola
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CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA
prueba individual cae en más de 35 kg/ cm2 por debajo de la resistencia especificada, debe hacerse una investigación para asegurar la la suficiencia suficiencia estructural estruc tural de esa parte de la estructura; deben darse los pasos necesarios para incrementar el nivel de resistencia. Aceptación del concreto por su resistencia a compresión Resistencia especificada,df'c=280 kg/cm2 No. de Pruebas
* †
Cilindros individuales No. 1 No. 2
1 2 3 4 5
289 270 311 258 325
1 2 3 4
254 279 287 342
5
238
Promedio Promedio de de la prueba 3 pruebas consecutivas
Ejemplo aceptable 299 294 287 278 313 312 269 263 321 323 Ejemplo de baja resistencia 249 252 285 282 281 284 330 336
219
228†
--294 284 299
--272* 301 283
Promedio de tres pruebas consecutivas bajas Una prueba con más de df'c=35 df'c=35 kg/cm 2 por debajo
Referencia. Esta publicación fue autorizada por la National Ready Mixed Concrete Association. Association. Los 38 temas en español de la colección Concrete in Practice pueden obtenerse en la NRCM, Silver Spring MD, USA,en www.nrcma.org
¿Por qué resultan bajas las pruebas a compresión? Dos razones principales son: a. Manejo, curado y pruebas de cilindro inapropiados. Se ha determinado que esto contribuye en la mayoría de los resultados de baja resistencia, y b. Resistencia del concreto disminuida de-
R
bido a un error en la producción o por agregar demasiada agua al concreto en la obra debido a retrasos en el colado o a exigencias de concreto húmedo. El alto contenido de aire también puede ser una causa de la baja resistencia. En el caso de resultados de pruebas con baja resistencia a compresión reúna todos los reportes de pruebas y analice los resultados antes de tomar una acción. Fíjese en los patrones de los resultados de resistencia. • La secuencia realmente viola el cumplimiento con la especificación. • Los reportes de pruebas dan alguna ligera indicación sobre la causa. • El rango de resistencia de dos o tres cilindros preparados prepara dos a partir de la misma muestra raramente debe exceder 8.0% o 9.5% del promedio, respectivamente. Fíjese en el revenimiento, contenido de aire, temperaturas del concreto y ambientales, el número de días en que los cilindros fueron dejados en el campo, los procedimientos usados para el curado inicial en el campo y el curado subsecuente en el laboratorio y cualesquiera defectos de cilindros reportados. Los procedimientos de prueba se deben llevar a cabo de acuerdo con los estándares de la ASTM. Casi todas las deficiencias en el manejo y pruebas de cilindros reducirán la resistencia. Algunos de los factores más significativos son las capas de cabeceo con un acabado inapropiado, curado inicial para temperaturas de 27° C y mayores; impacto durante la transportación; retraso en el curado en el laboratorio y cuidado insuficiente al ensayar los cilindros. El laboratorio debe asumir la responsabilidad por las deficiencias en sus procedimientos. Es esencial el empleo de técnicos de pruebas en el campo y personal de laboratorio certificados; los trabajadores de la construcción que no tengan experiencia en las pruebas de concreto no deben elaborar ni manejar los cilindros. Todos los laboratorios deben de satisfacer los criterios de la ASTM C 1077 para los laboratorios que hacen pruebas de concreto y agregados
de concreto. El personal de pruebas en el campo debe tener una certificación actualizada como Técnico de pruebas al concreto en el campo, Grado I, de la ACI, o equivalente. El personal de laboratorio debe tener la certificación como Técnico de Pruebas de Laboratorio, Laboratorio , Grado I y II.
¿Cómo realizar la prueba de un cilindro estándar? Todos los pasos detallados desde la obtención de una muestra, pasando por el moldeado, curado, transportación, pruebas y reportes de las pruebas de los cilindros, son importantes. A continuación se dan los procedimientos apropiados para pruebas de resistencia de los cilindros hechos en el campo y curados en el laboratorio y de acuerdo con las normas ASTM: • Tome muestras de concreto de la parte media de la carga y después de que parte de ésta haya sido descargada. • Vuelva a mezclar la muestra para asegurar su homogeneidad. • Utilice moldes de acuerdo con las normas. • Use una varilla estándar o un vibrador, compacte el concreto en dos o tres capas iguales, tal como se requiera, y golpee los lados de los moldes para cerrar los huecos dejados por el varillado o el vibrador. • Termine la capa de cabeceo de manera lisa y a nivel para permitir capas delgadas. • Para el curado inicial de los cilindros en la obra durante las primeras 24 a 48 horas, almacene los cilindros en un ambiente húmedo mantenido de 16 a 27° C. Si es posible, sumerja en agua los cilindros moldeados manteniéndola dentro del rango de temperatura. Las cajas de curado sin controles de temperatura pueden sobrecalentarse y dar como resultado resistencias sistencias más b ajas. • Si los cilindros son almacenados y expuestos al medio ambiente, manténgalos fuera de la luz directa del sol y protéjalos contra la pérdida de humedad. PROBLEMAS, CAUSAS Y SOLUCIONES
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4
CILINDROS R
• Transporte cuidadosamente los cilindros de un día de edad al laboratorio; manéjelos con cuidado. • En el laboratorio desmolde los cilindros, transfiera las marcas de identificación y colóquelos inmediatamente en un curado húmedo a 23±2° C. • Cure los cilindros en el laboratorio de acuerdo con el ASTM C 31; mantenga el agua sobre las superficies de los cilindros en todo momento. • Determine la masa del cilindro y regístrela. Esta información es útil para rastrear los problemas de la baja resistencia. • Las capas de cabeceo en los cilindros deben ser planas y el espesor promedio menor que seis mm y de preferentemente menor de tres mm. Esto es especialmente significativo significativo cuando se prueba pr ueba concreto con resistencias que exceden 480 kg/cm2. • Utilice material para el cabeceado con un mínimo 350 kg/cm2. Restrinja el reuso de compuestos de azufre para el cabeceado.
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CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA
• Espere al menos dos horas, y preferentemente más tiempo, para que las capas de cabeceo de azufre se endurezcan. Las cuales con edades de uno a dos días con frecuencia dan como resultado una resistencia más alta, especialmente cuando se prueba concreto con una resistencia que excede 350 kg/cm2. • Al usar un cojín de neopreno, asegúrese de que se utilice la dureza apropiada para el nivel de resistencia probado; los cojines han pasado la prueba para poder usarse; los cojines no se desgastan y el número permitido de reusos no se ha excedido; véase el ASTM ASTM C 1231. 1231. Los cojines desgastados reducirán reducirán la resistencia medida. • Asegúrese de que sea calibrada la máquina de pruebas. • Mida el diámetro del cilindro y verifique la planicidad de la capa de cabeceo. • Centre el cilindro en la máquina de pruebas y utilice la velocidad de carga apropiada. Truene el cilindro para completar la falla. Observe el patrón de falla; las grietas verticales a través de la capa de cabeceo o una astilla desprendida al lado indican una distribución inapropiada de la carga. Los reportes de las pruebas deben ser inmediatamente distribuidos al productor de concreto, así como también al contratista y al ingeniero. Esto es esencial para la solución oportuna de problemas.
DEtErminación
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Determinación de la resistencia a la fexión del concreto
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n este resumen se presentan los lineamientos sobre la determinación de la resistencia a la fexión del concreto usando una viga simple con carga en los tercios del claro conorme a la norma Mexicana NMX-C-191-ONNCCE-2004. Usted puede usarlo para amiliarizarse con los procedimientos básicos de la Norma. Sin embargo, este resumen no tiene la intención de remplazar los estudios completos que usted haga de la Norma NMX-C-191-ONNCCE. Esta norma mexicana establece el método de prueba para la determinación de la resistencia a la lexión del concreto, usando una viga con cargas concentradas en los tercios del claro. Para los eectos de esta norma mexicana se establece la siguiente denición: Módulo de ruptura: Es el valor obtenido mediante el procedimiento indirecto para determinar la resistencia a la tensión del concreto por el ensaye a la fexión de una viga. Materiales auxiliares: Franela o tela de yute; marcadores de tinta indeleble y crayones de cera; tiras de cuero de un espesor uniorme de 5 mm a 7 mm, con un ancho de 25 mm a 50 mm, y que cubren todo lo ancho del espécimen. Escuadra, regla y lija lija de agua de grano no.
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construcción y tecnología
Equipo, aparatos e instrumentos Máquina de prueba: La máquina de prueba debe cumplir con lo establecido en la norma NMX-C-0-83-ONNCCE. NMX-C-0-83-ONNCCE. Dispositivo de aplicación de carga: Se debe utilizar un dispositivo capaz de aplicar cargas en los tercios del claro de prueba de tal modo que las uerzas sean perpendiculares a las caras horizontales de la viga y se distribuyan y apliquen uniormemente en todo lo ancho. Este dispositivo debe ser capaz de mantener ja la distancia entre los puntos de carga y los puntos de apoyo del espécimen con una tolerancia de ± 2 mm; además, las reacciones deben ser paralelas a la dirección de las uerzas aplicadas durante el tiempo que dure la prueba. La relación de la distancia del punto de aplicación de cada una de las cargas a la reacción más cercana dividida entre la altura de la viga, no debe ser menor men or de uno. Los bloques para la aplicación de la carga y de apoyo de la viga deben ser de acero del mismo ancho o mayor que el de la viga con una altura que no exceda de 65 mm, medida a partir del centro de giro. La sección de cada uno de los bloques que entran en contacto con la viga, deben ser cilíndricos con las supercies endurecidas, teniendo en cuenta que la línea de contacto de estas supercies no deben variar en más de 0,05 mm, con relación a un plano tangente a las mismas. El radio de curvatura de estas supercies debe tener como centro el eje del rodillo del apoyo o el centro de la rotula. La supercie curva de cada bloque de aplicación de carga debe ser la correspondiente a un sector cilíndrico de cuando menos 0,785 radianes (45°). Los bloques de aplicación de carga deben mantenerse alineados en posición vertical, por medio de mecanismos de presión que pueden ser tornillos con resorte que los mantengan en contacto con los rodillos o rótulas de acero. Puede suprimirse el rodillo y la rótula de acero de los bloques de apoyo, cuando el bloque de apoyo de la máquina de prueba sea de asiento esérico, siempre que en
Figura 1: Aparato para la prueba de resistencia a la fexión con carga en los tercios del claro
los bloques de aplicación de la carga se use un rodillo y una rótula de acero pivoteada, (Véase Figura 1). Muestreo: El muestreo debe realizarse de acuerdo a lo establecido en la Norma NMX-C-161-0NNCCE. La recuencia del mismo puede establecerse de común acuerdo entre el productor y comprador, comprador, recomendándose el uso de la norma NMX-C-155-0NNCCE. NMX-C-155-0NNCCE. Cada muestra debe consistir de cuando menos dos especímenes de una misma revoltura que se prueban a la edad de proyecto. Preparación del espécimen: Los Lo s especímenes deben cumplir con lo establecido en las Normas NMX-C-159 Y NMX-C-160. La longitud del espécimen debe ser la distancia entre apoyos más 50 mm como mínimo. La distancia entre apoyos debe ser de tres veces el peralte de la viga con una tolerancia de 2 % Esta distancia debe ser marcada en las paredes de la viga antes del ensaye. Cabe decir que las caras laterales del espécimen deben estar en ángulo recto con las caras horizontales. Todas las supercies deben ser lisas y libres de bordes, hendiduras, agujeros o identicaciones grabadas. Condiciones ambientales: Esta prueba se realiza de acu acuer er-do a las condiciones ambientales del lugar de prueba.
Cabeza de máquina de prueba
Posición opcional para un rodillo de acero o una bola de acero Aplicación de carga y bloques de apoyo
Bola de acero 25 mm
25 mm
Aplicación de carga y bloques de apoyo
d=L/3
Espécimen Bola de acero
Rodillo de acero
L/3
L/3
Estructura de carga rígida o si es un accesorio de carga, placa de acero o canal
L/3
L=Distancia entre apoyos
Soporte de la máquina de prueba
Problemas, causas y soluciones
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DEtErminación
Procedimiento: Se debe voltear el espécimen sobre un lado con respecto a la posición del moldeado. Se centra en los bloques de apoyo; éstos a su vez deben estar centrados respecto a la uerza apli-
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construcción y tecnología
cada. Los bloques de aplicación de carga se ponen en contacto con la supercie del espécimen en los puntos tercios entre los apoyos. Se debe tener contacto total entre entre la aplicación de la carga y los bloques de apoyo con la supercie del espécimen. Se debe lijar las supercies del espécimen o bien usarse tiras de cuero si la separación de la línea de contacto entre ellas el las y los bloques es mayor de 0,1 mm. Se recomienda que el lijado de las supercies laterales de los especímenes sea mínimo, ya que puede cambiar las características ísicas de las mismas y por lo tanto aectar los resultados. Asimismo, se deben utilizar tiras de cuero únicamente cuando las supercies de los especímenes en contacto con los bloques de aplicación de carga, se aparten de un plano en no más de 0,5 mm. Aplicación de la carga: La carga se debe aplicar a una velocidad uniorme, tal que el aumento de esuerzo de las bras extremas no exceda de 980 kPa/min (10 kg/cm2 por min), permitiéndose velocidades mayores antes del 50% de la carga estimada de ruptura. Medición del espécimen después de la prueba: Se determina el ancho promedio, el peralte y la localización de la línea de alla, con el promedio de tres medidas una en el centro y dos sobre las aristas del espécimen aproximándolas al milímetro. Cálculo y expresión de resultados: Si la ractura se presenta en el tercio medio del claro el módulo de ruptura se calcula como sigue: R=(PxL)/(b d2) Donde: R Es el módulo de ruptura, en kPa (kg/cm2). P Es la carga máxima aplicada, en N (kg). L Es la distancia entre apoyos, en cm. b Es el ancho promedio del espécimen, en cm. d Es al peralte promedio del espécimen, en cm. En el cálculo anterior, no se incluyen las masas del bloque de apoyo superior y del espécimen.
Si la ruptura se presenta uera del tercio medio del claro, en no más del 5% de su longitud, se calcula el módulo de ruptura como sigue: R=(3 Pa )/(b d 2) Donde: a Es la distancia promedio entre la línea de ractura y el apoyo más cercano en la supercie de la viga en mm. Si la ractura ocurre uera del tercio medio del claro en más del 5% se desecha el resultado de la prueba. Precisión: Los cálculos de la prueba se deben realizar con la siguiente exactitud: • Para dimensiones, con una precisión de 0,1 cm. • Para carga máxima aplicada, la precisión debe ser de 0.981 N (1kg). • Para el módulo de ruptura, de 9,8 kPa (0,1 kg/cm2). Informe de la prueba: Se deben incluir como mínimo los siguientes datos: • Identicación de la muestra. • Ancho promedio en cm, con aproximación de 0,1 cm.
• Peralte promedio en cm, con aproximación de 0,1 cm. • Distancia entre apoyos en cm, con aproximación de 0,1 cm. • Carga máxima aplicada, en N (kg). • Módulo de ruptura, aproximado al 9,8 kPa (0,1 kg/cm2). • Condiciones de curado y humedad del espécimen al momento de la prueba. • Si el espécimen se lijó o si se usaron tiras de cuero. • Deectos del espécimen. • Edad del espécimen. Observaciones Para la correcta aplicación de esta norma, es indispensable consultar las siguientes normas mexicanas en vigor: NMX-C-083-0NNCCE Industria de la Construcción.-Concreto-Determinación de la Resistencia a la compresión de cilindros de concreto.-Método de Prueba. NMX-C-155-0NNCCE Industria de la Construcción-Concreto-Conc Construcción-Concreto-Concreto reto hidráulico industrializado Especicaciones. NMX-C-159 NMX-C-159 Industria de la ConstrucciónConcreto-Elaboración y curado en el laboratorio de especímenes. NMX-C-160 NMX-C-160 Industria de la ConstrucciónConcreto-Elaboración y curado en obra de especímenes de concreto. NMX-C-161-ONNCCE NMX-C-161-ONNCCE Industria de la conscon strucción-Concreto resco–Muestreo. NMX-C-251-ONNCCE Industria de la construcción-Concreto resco-Terminología. NMX-C-303 Industria de la construcciónConcreto-Determinación de la resistencia a la fexión usando una viga simple con carga en el centro del claro.
Nota: Tomado de la Norma NMX C-191-ONNCCE-2004, con ines de promover la capacitación y el buen uso del cemento y del concreto. Usted puede obtener esta norma y las relacionadas a agua, aditivos, agregados, cementos, concretos y acero de reuerzo en normas@mail. onncce.org.mx o al teléono 5273 1991. México, DF.
Problemas, causas y soluciones
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CONCRETO SOMETIDO A PRESIÓN
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Concreto sometido a presión Determinación del Módulo de elasticidad estático y relación de Poisson NMX-C-128-1997ONNCCE Primera parte
E
n este resumen se presenta el método de prueba para la deterdeterminación del Módulo de Elasticidad Estático Secante (Módulo de Young) y de la relación de Poisson en especímenes especímenes cilíndricos cilíndricos de concreto, cuancuan do se someten s ometen a esfuerzos esfuerzos de compresión longitudinal. Usted puede usarlo para familiarizarse con los procedimientos básicos de la Norma. Sin embargo, este resumen no tiene la intención de remplazar los estudios completos que usted haga de la Norma.
tido el concreto a esfuerzos de compresión dentro del comportamiento elástico. Es la pendiente de la secante definida por dos puntos de la curva del esfuerzo-deformación, dentro de esta zona elástica.
Definiciones
Relación de Poisson
Módulos de elasticidad estático o secante
Es la relación que existe entre el esfuerzo esfu erzo y la deformación unitaria axial al estar some-
Es la relación entre las deformaciones transversal y longitudinal al estar sometido el concreto a esfuerzos de compresión dentro del comportamiento elástico.
Equipos, aparatos e instrumentos Máquina de prueba
Ésta debe cumplir con lo especificado en la NMX-C-083. Contar con dispositivos para aplicar cargas a velocidad constante, con un error menor o igual al 1 %. Para poder calcular el esfuerzo correspondiente a 50 millonésimas de deformación unitaria, la división mínima en su dispositivo indicador de carga no debe ser mayor de 0,5 t, y permitir la apreciación de fracciones de 0,25 t. Deformímetros
Son dispositivos que se adaptan a los especímenes y sirven para medir su
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CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA
Figura 1: Deformímetro
Espécimen
Marco
deformación bajo la carga aplicada. Para medir las deformaciones longitudinales en los especímenes, debe usarse un dispositivo que pueda o no adherirse al espécimen cilíndrico y que permita realizar lecturas con exactitud de 0,0025 mm (una diezmilésima de pulgada), como mínimo, en dos líneas de medición diametralmente opuestas, paralelas al eje longitudinal del cilindro y centradas con respecto a la altura media del espécimen. La longitud efectiva de cada línea de medición no debe ser menor a 3 veces el tamaño máximo del agregado en el concreto y no mayor a dos tercios de la altura del espécimen. Es conveniente que esta est a long l ongitud itud de medición medición sea sea de un medio medio de la altura del espécimen. En caso de emplearse especímenes de 15 cm x 30 cm, normales (estándar), esta longitud de medición debe ser de 15 cm a 20 cm. De estos dispositivos de medición existen varios tipos.
Micrómetro o r t e m ó r c i M
B
Perno
Figura 2: Deformímetro
Espécimen
e t r o s e R
Marco
Micrómetro
Dos anillos y dos micrómetros
Estos son los más empleados; los anillos deben ser rígidos; de preferencia metálicos y estar separados entre sí como se indica en el párrafo anterior. Los anillos deben contar con dos barras separadoras que permitan centrarlos perfectamente al espécimen y conservar esta separación fija. Cada anillo debe tener como mínimo 3 tornillos de punta para poder centrar y sujetar perfectamente al espécimen y evitar deslizamientos. Los anillos deben contar con elementos diametralmente opuestos (Véase figura 1), que permita la sujeción de los micrómetros empleados para registrar las deformaciones longitudinales. Dos anillos y un micrómetro
Es un dispositivo similar al indicado indica do en la Figura 2, con la diferencia de que un anillo se fije rígidamente al espécimen y el otro se fije en dos puntas diametralmente opuestas, de manera que tenga libertad de oscilar en dichos puntos. En este caso la deformación se lee en un solo micrómetro obteniéndose aproximadamente el
Pivote
Perno
A
doble de la deformación real del espécimen, el factor de multiplicación se calcula de acuerdo a la ecuación siguiente: F= D/d En donde: F: Es el factor de multiplicación. D: Es la distancia entre el pivote y el eje del micrómetro, en cm d: Es la distancia entre el eje de los dos tornillos y el pivote, en cm (Ver Figura 2) Deformímetros adheribles
Son dispositivos en los cuales se lee el cambio de la resistividad eléctrica de una resistencia al variar el diámetro por cambio de su longitud (Straing Gage). PROBLEMAS, CAUSAS Y SOLUCIONES
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17
CONCRETO SOMETIDO A PRESIÓN Figura 3: Deformímetro adherible
Espécimen
Base de resina
Anillos y micrómetros (3 anillos y dos micrómetros)
Deformímetro adherible
(Véase Figura 3). Existe el inconveniente de que estos dispositivos no se adhieran adecuadamente cuando el concreto se encuentra en estado húmedo y además se requiere preparar el espécimen aplicando una base de resina. Medidor de deformación transversal
Si se desea obtener la relación de Poisson debe determinarse además de la deformación longitudinal, la transversal, con un dispositivo capaz de medir el cambio en diámetro a la altura media del espécimen, con exactitud de 0,0005 mm. Existen 2 tipos: Figura 4: Deformímetro extensómetro
Espécimen Marco
Resorte
Medidor adherible
o r t e m ó r c i M
Pivote A Perno
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Este es el dispositivo para medir la deformación longitudinal, al cual se le coloca un tercer anillo formado por dos segmentos iguales, colocado a la mitad de los dos anillos del dispositivo. Este anillo se sujeta al espécimen en dos puntos diametralmente opuestos y debe tener elementos que permitan la sujeción del segundo micrómetro para leer la deformación transversal. (Véase figura 4). El anillo central debe estar unido al pivote para permitir la rotación de los dos segmentos del anillo plano horizontal. En el lado opuesto del pivote o articulación deben ser conectados los dos segmentos a través de un medidor de caratula (micrómetro) u otro elemento sensor capaz de medir con exactitud de 0,001 0,0 01 mm, de tal forma que esta deformación será el doble de la real cuando las distancias del eje de los apoyos del cilindro al centro de la articulación y al centro del medidor sean iguales. En caso contrario debe emplearse la fórmula siguiente: H=L [A/ (A+B)] En donde: H: Es la deformación diametral del espécimen. L: Es la lectura del deformímetro. A: Es la distancia entre la articulación y el eje que pasa por los apoyos, en cm. B: Es la distancia entre el deformímetro y el eje que pasa por los apoyos, en cm. (Ver Figura 4).
CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA
Es un sistema formado por dos medidores de deformación adheribles (Strain Gage), colocados circunferencialmente en puntos diametralmente opuestos a la altura media del espécimen. La deformación obtenida es la deformación unitaria de la circunferencia, en base a la cual debe calcularse la deformación diametral como sigue: H = C/ π En donde: H: Es la deformación unitaria transversal. C: Es la deformación unitaria de la circunferencia.
Preparación y acondicionamiento de las muestras Los especímenes deben elaborarse y curarse de acuerdo a los procedimientos descritos en la NMX-C-159 o en la NMX-C-160. La edad de prueba podrá ser de 14 o 28 días dependiendo del tipo de concreto ó la edad en que se requiera conocer el módulo de elasticidad. Especímenes extraídos con broca de diamante (Corazones)
Estos especímenes deben obtenerse de acuerdo a lo indicado en la NMX-C-169. La relación de altura a diámetro debe ser igual a 2, en el caso de valores inferiores, mínimo 1,5; los esfuerzos deben corregirse por esbeltez; la edad de prueba será a la que requiera conocer el módulo de elasticidad, pero nunca será menor de 14 ó 28 días, dependiendo del tipo de concreto. El ensaye podrá realizarse en seco o húmedo, dependiendo de las condiciones de trabajo de la estructura, conforme lo establece la NMX-C-169. Cabe decir que no existe información relativa a la diferencia de valores que puedan presentarse entre el módulo de elasticidad determinado en cilindros normales (estándar) y los especímenes de características diferentes, como lo son los corazones; por lo tanto, no deben correlacionarse los valores entre cilindros moldeados y corazones.
Medición de especímenes
El diámetro y la altura se determinan con el promedio de dos lecturas registrándose con una exactitud de 1 mm, como lo indica la NMX-C-083 y NMX-C169 para especímenes normales (Estándar) y especímenes extraídos con broca de diamante, respectivamente. Número de especímenes Especímenes cilíndricos moldeados
Para determinar el módulo de elasticidad de un concreto, debe disponerse como mínimo de 5 especímenes, dos de ellos se ensayarán a compresión, de acuerdo a lo indicado en la NMX-C-083 con el objeto de conocer el esfuerzo máximo del concreto en condiciones normales (Estándar) de ensaye; en tres restantes se determinara el módulo de elasticidad elasticidad estático. Especímenes extraídos con broca de diamante (Corazones)
El número de especímenes en este caso dependerá de la finalidad para el cual se extrae, el tipo de obra, elemento u otros casos. Es conveniente emplear un mínimo de dos corazones extraídos de una misma zona para determinar el módulo de elasticidad y un tercer corazón para determinar la resistencia máxima a la compresión. Nota:Tomado de la Norma NMX-C-128NMX -C-128-
1997-ONNCCE con fines de promover la capacitación y el buen uso del cemento y del concreto. Usted puede obtener esta norma y las relacionadas a agua, aditivos, agregados, cementos, concretos y acero de refuerzo en
[email protected] o al teléfono del DF: 5273 1991.
PROBLEMAS, CAUSAS Y SOLUCIONES
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DETERMINACIÓN DEL MÓDULO
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Determinación del Módulo de elasticidad estático y relación de Poisson NMX-C-128-1997-ONNCCE Segunda parte
E
n el número anterior se dieron diversas definiciones; se hizo referencia a los equipos aparatos e instrumentos así como a la preparación y acondicionamiento de las muestras.
Procedimientos Preparación Especímenes cilíndricos moldeados Durante el tiempo que transcurra entre el retiro de los especímenes del cuarto de curado y el ensaye, deben protegerse cubriéndolos con una jerga húmeda para evitar que pierda humedad, evitando a la
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CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA
vez cambios en la temperatura en el área de ensaye; en el caso de existir variaciones importantes estas deben anotarse. Una vez retirados los especímenes del cuarto de curado, determinar su masa (Peso), medir y cabecear de acuerdo a lo indicado en la NMX-C-109.
Especímenes extraídos con broca de diamante (Corazones) En el caso de ensaye en condiciones húmedas, se procede en forma similar a los especímenes cilíndricos moldeados como se indica en el párrafo pá rrafo anterior. Por su parte si se trata de ensaye en seco, hay que mantenerlos a temperatura ambiente como se indica en la NMX-C-169,y NMX-C-169,y determidetermi nar su masa, medirlos y se cabecean de acuerdo a lo indicado en la NMX-C-109.
un mayor número de lecturas. No deberá interrumpirse la carga en la toma de cada lectura, para lo cual, normalmente es necesario contar cuando menos con 3 personas para la realización de la prueba. El procedimiento de ensaye es el siguiente:
Ensaye Efectuando lo anterior, se debe iniciar el ensaye de los especímenes en los que se determinará el módulo de elasticidad, procediendo de la forma siguiente para el caso de los dispositivos indicados –dos anillos y dos micrómetros, y dos anillos y un micrómetro– por esta norma, por ser el más empleado en nuestro medio. Cabe decir que hay que tomar lecturas de deformación y carga en tal cantidad que pueda definirse mediante interpolación, calculado o gráficamente, el esfuerzo (S1), correspondiente a la deformación unitaria de 50 millonésima (e1), así como la deformación unitaria (e2), correspondiente al 40 % del esfuerzo máximo (S2). Si se desea obtener la curva esfuerzo deformación, será conveniente tomar
• Colocar el espécimen en una superficie horizontal plana y firme, donde se le monte el dispositivo de medición. Debe tenerse la precaución de que, al colocar el dispositivo en el espécimen. éste quede exactamente al centro de los anillos, fijándolos firmemente mediante los anillos de punta, para evitar que existan deslizamientos. • Es importante verificar que los micrómetros del deformímetro queden perfectamente verticales, verticales, paralelos al eje longitudinal del espécimen, asegurándose que el vástago del micrometro tenga la carrera suficiente para la deformación que deba registrarse. • Una vez ajustados los micrómetros, hay que retirar cuidadosamente las barras que separan los anillos, observando PROBLEMAS, CAUSAS Y SOLUCIONES
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DETERMINACIÓN DEL MÓDULO
que los indicadores de los micrómetros no registren movimientos importantes. Si esto sucede será un indicativo de que los anillos no se fi jaron adecuadamente, por lo habrá que desarmar y volver a montar el deformímetro o dispositivo de medición. • Colocar el espécimen con el deformímetro sobre la platina de la prensa, centrándolo adecuadamente antes de proceder a la aplicación de la carga. • Colocar la la carátula de los l os micrómetros en 0,0 (Cero). • Aplicar la primera precarprecarga de 10 al 15 % del promedio de la resistencia de ruptura, obtenida en los especímenes compañeros ensayados a compresión, como se indica en “Número de especímenes esp ecímenes” ”, de esta norma. Durante esta precarga verificar el correcto funcionamiento de los micrómetros del deformímetro. • Aplicar una segunda precarga hasta el mismo nivel que la anterior, anterior, registrando cargas y deformaciones cada tonelada hasta 5, después se incrementa a cada 5 t. Al retirar la carga se observa si las agujas de los micrómetros regresaran a 0,0 (cero), y si la deformación leída en ellos es similar, si no es así, verificar el centrado y ajustar los micrómetros. Realizar otras precargas hasta lograrlo. • Posteriormente, aplicar la carga de ensaye, registrando deformaciones cada tonelada hasta una carga de 5. Si la carátula de la prensa lo permite en las primeras 2 t, registrar las deformaciones cada 0,5 t, de no ser así, las lecturas deben registrarse cada tonelada hasta llegar a 5. De 5 toneladas en adelante, las deformaciones deben registrarse cada 5 toneladas, hasta llegar al 60% del esfueresfuerzo máximo obtenido en los especímenes ensayados de acuerdo a la NMX-C-083. La velocidad de la carga en las primeras 5 t debe ser de 1 min, de ahí en adelante 20 s por cada 5 t. En el apéndice A, se proporciona un ejemplo de la forma de
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CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA
registro que podría emplearse en estas pruebas y una forma usual del reporte del módulo de elasticidad estático. Una vez alcanzada la carga que representa el 60 % de la máxima obtenida en el ensaye a compresión, es importante reducir la velocidad de aplicación de la carga para permitir que se aflojen los tornillos que fijan los anillos y de ser posible, para evitar deterioro se retiran los micrómetros, después de lo cual se proseguirá con la aplicación de la carga a la velocidad indicada en la NMX-C-083 hasta llegar a la carga máxima o falla del espécimen. Si se desea determinar la relación de Poisson, deben registrarse la deformación transversal en los mismos puntos en que se registra la deformación longitudinal. En el caso de corazones, el procedimiento a seguir es similar al escrito en los párrafos anteriores, excepto que las cargas aplicadas serán proporcionales al área transversal del espécimen. Cálculo Para calcular el módulo de elasticidad se procede de la forma siguiente: • Con el área del espécimen, las cargas, las lecturas de deformación y la longitud de medición, deben calcularse los esfuerzos y las deformaciones unitarias correspondientes a cada carga, así como el esfuerzo máximo. •T • Trazar la curva de esfuerzo-deformaesfuerzo-deforma ción unitaria. • Determinar el esfuerzo ”S1” en kg/cm2 correspondiente a la deformación unitaria (e1) de 0.000 050. Módulo de elasticidad = E =
0.4 fc-fc ε (0.4 fc)
(0.00005)
-0.00005
Deformación inelástica
fc
a o g i c r t a s c á l e d e a l o e a v n r ε í L t e n i
Límite elástico f Línea de r ecuperación
Deformación unitaria, ε
Deformación permanente
• Determinar el esfuerzo “S2” correspondiente al 40% del esfuerzo máximo. • Determinar la deformación unitaria “e2” correspondiente al esfuerzo “S2”. • Calcular el módulo de elasticidad empleando la fórmula siguiente: E = (S2- S1) / (e2 – 0.000050) En donde: E es el módulo de Elasticidad en kg/cm2 • Para calcular la relación de Poisson se procede con la siguiente fórmula: M = (et2-et1) / (e2- 0,000050) M, es la relación de Poisson. et 2, es la deformación transversal unitaria a la altura media del espécimen, producida por el "esfuerzo S2”. et 1, es la deformación transversal unitaria a la altura media del espécimen, producida por el esfuerzo S1.
Informe de prueba Deberán registrarse los datos siguientes: a) Número de muestra o identificación. b) Resistencia de proyecto del concreto (f'c); tamaño máximo del agregado y el revenimiento del proyecto. c) Localización del concreto en la estructura. d) Revenimiento obtenido de concreto, en centímetros. e) Diámetro y longitud promedio del espécimen. f) Edad del concreto en días. g) Cargas y deformaciones, en t y en mm respectivamente. h) Longitud de medición (distancia entre centros de anillos), en mm. i) Carga máxima en toneladas. j) Forma de falla y observaciones en cuanto al aspecto del concreto. k) Esfuerzo máximo a compresión simple de los especímenes que sirvieron de referencia.
Apéndice normativo Para verificar el cumplimiento del concreto con los valores de reglamentos o especificaciones, se procede de la forma siguiente:
1. Obtener el coeficiente numérico de elasticidad usando la expresión siguiente: K = E/ f’ c En donde: E, es el módulo de elasticidad obtenido en el ensaye. K, es el coeficiente numérico del módulo de elasticidad f 'c, es la resistencia del concreto a la compresión de proyecto. 2.-Una vez calculado el coeficiente numérico, presentar en el informe de resultados el valor numérico del coeficiente (K) y sólo como literales los demás demá s datos de la expresión. E = K f’c Esta Norma, se complementa con las siguientes Normas Mexicanas: NMX-C-083-0NNCCE Industria de la Construcción-Concreto-Determi Construcción-Concreto-Determinación nación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto. NMX-C-109-0NNCCE Industria de la Construcción-Concreto-Cabeceo de especímenes cilíndricos. NMX-C-159 Industria de la Construcción-Concreto-Elaboración y curado en el laboratorio de especímenes de concreto. NMX-C-160 Industria de la Construcción-Concreto-Elaboración y curado en obra de especímenes de concreto. NMX-C-169-0NNCCE Industria de la Construcción-Concreto-Prueba de corazones y vigas extraídos de concreto endurecido.
BIBLIOGRAFÍA ASTM-C-469-87, Static Module of Elasticity and Poisson's Ratio of Concrete in Compression. NOM-008-SCFI-1993, NOM-008-SCFI-1993, “Sistema General de Unidades y Medidas”. NMX-Z-013-SCFI-1977, NMX-Z-013-SCFI-1977, "Guía para la redacción y presentación de las normas mexicanas" Tomado de la Norma NMX-C-128-1997-ONNCCE con fines de promover la capacitación y el buen uso del cemento y del concreto. Usted puede obtener esta norma y las relacionadas a agua, aditivos, agregados, cementos, cementos, concretos y acero de refuerzo en
[email protected] [email protected] o al teléfono 5273 1991, México, DF.
PROBLEMAS, CAUSAS Y SOLUCIONES
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resistenciA
Resistencia a la abrasión brasión: Una cuestión clave de durabilidad para losas de pisos de concreto industriales. El diseño di seño y la especicación de losas de concreto para pisos industriales toman en cuenta tanto los requisitos de resistencia como los de capacidad de servicio. En donde se requieren pisos con alto desempeño no es suciente especicar sólo la resistencia a la compresión del concreto como el criterio principal. Varios actores infuyen en la durabilidad durabilidad o la resistencia a la abraab rasión de las supercies de pisos de concreto. Sin embargo, para pisos industriales, la resistencia a la abrasión es actor clave de la durabilidad; esto depende del medio ambiente en el que estará operando el pavimento, la corrosión del acero de reuerzo, la congelación y el deshielo y cualquier posible ataque químico.
A
Reorzando la resistencia La resistencia a la abrasión o desgaste se logra controlando una serie de actores. La resistencia especicada del concreto debe ser complementada por prácticas apropiadas de construcción. Éstas incluyen técnicas de colado, compactación, acabado y curado. Cuando se requiere requie re alta resistencia a la abrasión pueden pue den necesitarse agregados especiales o tratamientos de supercie de espolvoreado seco. Cabe señalar que están disponibles capas de desgaste para aplicaciones especiales. El desempeño de una losa —en lo que se reere a la capacidad de servicio— está determinado por la naturaleza de la carga así como por los productos que pudieran atacar la supericie de concreto. También se necesita n ecesita considerar co nsiderar cuidadosamente la contracción del concreto a través del diseño y el detallado de las juntas en la losa.
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construcción y tecnología
Diseño con un propósito El diseñador necesita considerar el ambiente bajo el cual operará la losa al especicar y diseñar el concreto. Esto incluye: Diseñando por resistencia: • Resistencia a compresión y a tensión del concreto. • Requisitos del reuerzo. • Cargas (tanto estáticas como en movimiento). Diseñando para capacidad de servicio: • Cargas (regulares, incluyendo los tipos de vehículos y ruedas que quizás estarán operando sobre la losa). • Eectos de contracción y temperatura (tales como juntas en movimiento). • Resistencia a la abrasión.
Especifcación de la resistencia Tradicionalmente, cuando se requiere brindar resistencia adicional a la abrasión, lo normal ha sido especicar una resistencia a compresión incrementada de concreto. (Véase la Tabla 1). La investigación ha demostrado que con relaciones de agua-cemento decrecientes —con lo que se incrementa la resistencia a compresión— la resistencia a la abrasión de la supercie de concreto también se incrementa. Una ventaja de usar la resistencia a compresión como herramienta para obtener resistencia a la abrasión mejorada es que generalmente existe un alto grado de conanza de que se obtendrá lo pedido. Hay un buen grado de control de calidad y pruebas para asegurar que la resistencia a compresión especicada sea la entregada. Acabado Muchos de los problemas asociados con el desempeño de los pavimentos de concreto son causados por pobres procedimientos de acabado. Durante la compactación, la nivelación y el aplanado mecánico de una losa, se trae a la supercie una capa de mortero rico en cemento. Esta lechosidad de la supercie puede llegar a Tabla 1.
ser muy espesa cuando se trabaja excesivamente el concreto con mucha humedad. En donde ocurre esta condición la lechosidad supericial se desgastará rápidamente, posiblemente causando grietas menudas y mucha producción de polvo. El uso de concreto de bajo revenimiento completamente compactado, seguido en momentos correctos por las operaciones de aplanado y allanado, evitará la ormación de la lechosidad excesivamente espesa y dará como resultado una supercie de pavimento durable. Aplanado y allanado Generalmente, el aplanado y el allanado de grandes áreas de pavimentos se llevan a cabo usando equipo mecánico. Etapa 1: Aplanado mecánico del concreto endurecido para nivelar cualquier tipo de irregularidad ligera dejada por la viga vibratoria. Cabe decir que una aplanadora mecánica es una máquina con grandes hojas horizontales rotatorias de acero, usadas para las operaciones iniciales únicamente. Esta operación no debe cerrar o sellar la supercie de concreto de modo que permita dejar escapar la humedad y que no quede atrapada bajo la supercie.
Requisitos de resistencia a compresión para abrasión.
El concreto sujeto a abrasión debe satisacer el requisito de resistencia mínima (según el vehículo, llantas, recuencia de tránsito, etc.) Miembro y/o tipo de tránsito. e industriales sujetos a tránsito vehicular. Pavimentos sujetos a: a) Tránsito de poca recuencia, con llantas neumáticas (vehículos hasta 3 ton.) b) Tránsito con recuencia media con llantas neumáticas (vehículos de más de 3 ton.) c) Tránsito con llantas no neumáticas d) Tránsito con llantas de acero Pisos comerciales
Resistencia Resistencia a compresión especifcada, kg/cm 2 250 250 300 400 Por determinarse, pero no menor que 400 kg/cm 2
En superfcies de tránsito intenso no se tomará como parte de la sección resistente el espesor que pueda desgastarse. A éste se le asignará una dimensión no menor de 15 mm, salvo que la superfcie expuesta se endurezca con algún tratamiento.
Etapa 2: El allanado mecánico se hace para cerrar la supericie, haciéndola lisa y densa. La llana mecánica es una máquina igual o similar a la aplanadora mecánica, pero está dotada de pequeñas hojas de llana individuales de acero que pueden ser progresivamente inclinadas durante las operaciones de allanado. Dependiendo del uso de la losa del piso, pueden necesitarse o especicarse dos o tres pasadas de allanado mecánico. Esto asegurará una supercie densa y lisa con alta resistencia a la abrasión. Los diseñadores necesitan estar conscientes problemas, causas y soluciones
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resistenciA
Figura 2. Efecto del método de acabado sobre la resistencia a la abrasión –relación w/c de 0.65 y curado con hoja de polietileno. Tiempo (minutos). 0
5
10
15
20
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0.0 . ) m m ( n ó i s a r b a a l a a i c n e t s i s e R
-0.2 -0.4 Aplanado mecánico repetido. Aplanado mecánico y desecación al vacío.
-0.6 -0.8 -1.0
Aplanado mecánico. Aplanado manual.
-1.2
Figura 3. Efecto del método de curado sobre la resistencia a la abrasión –relación w/c de 0.65. Tiempo (minutos). 0
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0.0 . ) m m ( n ó i s a r b a a l a a i c n e t s i s e R
-0.2 -0.4 Membrana de resina con efciencia de 90%. -0.6 -0.8
Hoja de polietileno. Yute húmedo. Curado al aire.
-1.0 -1.2
de que esta supercie invariablemente llegará a ser muy resbalosa si se moja y será necesario balancear los requisitos para su resistencia a derrape y a la abrasión.
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construcción y tecnología
Acabados de superfcie recomendados Puesto que la abrasión es un enómeno relacionado con la supercie, la manera en que esta supercie es preparada y cuidada durante la construcción puede tener un impacto signiicativo en su desempeño de resistencia a la abrasión. La Figura 2 y la 3 ilustran la importancia del proceso de acabado y curado. Estas gráicas muestran que si se requiere una supercie de alta resistencia a la abrasión, es necesario especicar que son necesarias repetidas operaciones de allanado mecánico, asegurar que el curado sea eectivo y que ocurra tan pronto como sea posible. Hay que estar consciente de que el allanado con acero duro probablemente dará como resultado una supercie con suras menudas; esto usualmente es un eecto visual sin problemas de capacidad de servicio.
Tabla 2. aplo típ
Tráfo tpdo
codo d xpoó/rvo
abdo
Áreas de ofcinas y de administración, administración, laboratorios. laboratorios.
Peatonal o de carritos ligeros.
Pavimentos que recibirán una alombra, losetas, parquets, etc.
Aplanado con acero.
Pavimentos con requisitos de resistencia a derrape.
Plana de madera o escobillado (textura ligera).
Pavimentos lisos.
Llanas de acero.
Pavimentos secos con requisitos de resistencia a derrape.
Llana de acero (polvo de carborundo o carburo de silicio incorporado en la superfcie de concreto).
Áreas mojadas y de pavimento externo.
Escobillado/y arrastre de yute (textura de ligera a mediana).
Locales industriales de ligero a mediano, talleres ligeros de ingeniería, tiendas, almacenes o garages.
Elevadores de carga de horquilla, de ligera a pesada u otros vehículos industriales con llantas neumáticas.
Pavimentos con pendiente o rampas, o áreas de tráfco de gran velocidad. Locales industriales pesados, trabajos de ingeniería pesados, talleres de reparación, tiendas y almacenes.
Escobillado/arpillera Escobillado/arpillera (textura gruesa) o con ranuras.
Vehículos pesados con ruedas sólidas o carretones con ruedas de acero.
Se recomienda que el acabado de supercie requerido sea tema de reuniones previas al colado, donde participen el proveedor de concreto, el contratista, el ingeniero y el colocador. La Tabla 2 proporciona a los diseñadores una guía sobre los tipos de acabado para aplicaciones típicas. Protección de las juntas Es común ver en muchos almacenes sistemas de colocación en cremalleras usando carretones de largo regulable. Estos vehículos son pequeños, casi siempre con ruedas sólidas que transmiten cargas severas sobre las juntas. Las juntas de movimiento libre se abrirán después de ocurrir la contracción por secado;
Pavimentos sujetos a abrasión severa.
Acabado con llana de acero/acabado bruñido (uso de frmes monolíticos de agregado especial).
los esuerzos que se desarrollan en las esquinas de las juntas cuando pasan los camiones sobre ellas pueden carcomer las orillas. La solución consiste en reorreorzar las orillas de las juntas, usualmente con acero. Para evitar problemas con la dislocación de la alineación vertical, también es preerible que estas juntas sean jadas con pasajuntas. Esta inormación es sólo para una guía general, no reemplaza los servicios de consultores proesionales en proyectos particulares. ReeRencias IB 75 Abrasion Resistance, Cement & Concrete, Association of New Zealand.
problemas, causas y soluciones
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DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE
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Determinación del índice
de rebote utilizando el dispositivo conocido como esclerómetro.
E
n este resumen se presenta la determinación índice de rebote utilizando un esclerómetro NMX-C-192-1997-ONNCCE. Usted puede usarlo para familiarizarse con los procedimientos básicos de la Norma. Sin embargo, este resumen no tiene la intención de remplazar los estudios completos que usted haga de la Norma. Esta Norma mexicana establece un procedimiento para determinar el índice de rebote en el concreto endurecido mediante el empleo del dispositivo conocido como esclerómetro o martillo de rebote; determinación que sirve para evaluar la uniformidad superficial del concreto en el sitio o para delimitar zonas o aéreas de diferentes resistencias o al concreto deteriorado en las estructuras así como para indicar cambios en las características del concreto a través del tiempo, tal como aquellas causadas por la hidratación del cemento. Este método, dentro de sus limitaciones, se puede emplear para evaluar comparativamente la resistencia del concreto y no debe ser utilizado como una alternativa para la determinación de
la resistencia a la compresión del concreto endurecido. Aparatos Martillo de Rebote
Consiste en una barra de acero (émbolo), la cual recibe el impacto de una pieza de acero impulsada por un resorte (Ver figura 1). Este impacto se transmite a la superficie de concreto y debido a la resistencia de este, la pieza rebota y su desplazamiento máximo es registrado en una escala lineal fija al cuerpo del instrumento. Piedra abrasiva
Está constituida por granos de carburo de silicio de tamaño medio o de algún otro material y textura similar.
Selección y preparación de la superficie de prueba Selección
La zona de prueba debe tener por lo menos 150 mm de diámetro y 100 mm de espesor, para evitar lecturas erróneas debido a la elasticidad de la pieza. Todos los elementos sueltos deben fijarse rígidamente para efectuar la prueba. Deben elegirse las superficies de prueba de acuerdo a la representatividad del área por evaluar, en función de sus oquedades, desconchamiento, desconchamiento, alta porosidad o textura rugosa. Cuando se desean comparar las características de dos elementos, estos deben tener aproximadamente la misma edad y condiciones de humedad. En colados de concreto de poca calidad, se considera que la dureza, el
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choque o la resistencia puede ir disminuyendo de abajo hacia arriba. Por esta razón, es necesario efectuar ensayos en diferentes puntos de la superficie, para obtener resultados confiables. Por su parte, en la evaluación de los elementos de una estructura de concreto, se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones: Las superficies aplanadas con llana generalmente manifiestan un índice de rebote más alto que las superficies ásperas o con acabado poroso. Si es posible las losas estructurales deben ser probadas de abajo hacia arriba, para evitar superficies acabadas. Por su parte, el concreto a una temperatura de 273 K (0o C) o menor, puede presentar un índice de rebote muy alto, por lo que para realizar la prueba, el concreto debe descongelarse y esperar 24 h a una temperatura de 5o C. Las lecturas que van a ser comparadas, deben corresponder a pruebas efectuadas a la misma dirección de impacto: horizontal, vertical, hacia arriba, hacia abajo o inclinadas con el mismo ángulo. Martillos diferentes del mismo diseño nominal pueden dar índice de rebote diferente, por lo que las pruebas deben efectuarse con el mismo martillo, a fin de comparar resultados. Si se emplea más de un dispositivo deben efectuarse un número suficiente de pruebas, sobre la superficie de un concreto patrón, de modo que se determine la magnitud de las diferencias que se pueden esperar.
Figura 1: Corte longitudinal del esclerómetro C 181 N.
Piezas de recambio 1 504.
22
1. 2. 3. 4. 5.
500
2 501 21 17 19 3
7. 8. 9. 10. 11. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 23, 24 y 25 Etiqueta adhesiva en metal con escala en MPa-kg/cm 2 – PSI. Ventana-Escala graduada. 26. Ventana-Escala 27. 27. Carcasa de plástico 500. Tornillo. 501. Tuerca regulable. 502. Eje del cerrojo. 504. Anillo elástico.
18 4 20 20 8 5 23, 24 y 25
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Tapa. Resorte de presión. Resorte del cerrojo. Disco. Barra guía. ó. Placa de lectura. Martillo. Barra de desplazamiento. Cuerpo del esclerómetro. Resorte de percusión. Barra de percusión. Resorte amortiguador. Fijación exterior del resorte. Abrazadera de precisión. Casquillos. Junta de filtro. Cerrojo. Carcas del pulsador. Botón pulsador. Resorte del botón pulsador. Piedra abrasiva.
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Preparación de la superficie de prueba Antes de la prueba deberá eliminarse de la superficie pintura, polvo o cualquier elemento no propio del concreto, que pueda afectar el índice de rebote. Cuando la superficie tenga irregularidades debidas a cimbras de madera no cepilladas, esta debe ser pulida con la piedra abrasiva hasta dejarla lisa. En concretos viejos, por consiguiente excesivamente duros, se deberá quitar hasta unos 10 mm de la capa superficial, en lo que corresponde a una superficie para efectuar de 5 a 10 impactos con el esclerómetro. PROBLEMAS, CAUSAS Y SOLUCIONES
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Procedimiento Se coloca el esclerómetro en forma perpendicular sobre la superficie del concreto que se va a evaluar y se ejerce una pequeña presión para permitir que el embolo se libere y se deja que se extienda hasta alcanzar su máxima extensión, eliminando la presión sobre el martillo, cuidando siempre que se conserve la perpendicularidad y que la presión sea
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CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA
uniforme hasta que la masa interna del martillo golpee la superficie del concreto. Despues del impacto se oprime el botón pulsador y se toma la lectura en la ventana de la escala graduada, registrando el índice de rebote, medido de 10 a 100, con dos cifras significativas. Cálculos Se deben eliminar las lecturas que difieran del promedio en más de 5 unidades y se determina un promedio final de las lecturas. Si más de 3 lecturas difieren en
6 unidades del promedio, se deben de descartar todas las lecturas. La prueba efectuada por un mismo operador, con un mismo dispositivo y en el mismo espécimen debe dar una precisión del 10% Precisión.
Interpretación de los resultados El martillo de rebote es útil para investigación preliminar rápida en grandes superficies, comparando elementos similares de la misma construcción en consideración. Informe El informe debe incluir para cada superficie de prueba los datos siguientes: • Identificación de la estructura • Localización de la superficie de prueba por ejemplo a tres metros de la base de la columna 5-A • Descripción de las características de la superficie de prueba, por ejemplo: superficie acabada con llana, seca, pulida con piedra abrasiva. • Descripción del concreto. • Composición del concreto, si se conoce: agregados, contenido de cemento, relación agua-cemento, contenido de aire, aditivos empleados, Y otros. Revenimiento de diseño y el obtenido. Resistencia de diseño y resistencia real. • Edad del concreto en el momento de realizar la prueba. • Condiciones de curado y cualquier otra condición no usual relacionada con la superficie de prueba. • Tipo de cimbras usadas para el modelo de la superficie de prueba, si se conoce o si son apreciables. • Índice de rebote promedio para cada superficie de prueba. • Valores y localización de los índices de rebote descartados. •Tipo • Tipo de dispositivo y número de serie. Mantenimiento y Calibración Los martillos de rebote requieren ser revisados y verificados periódicamente, o cuando exista una razón para dudar
de su funcionamiento adecuado. Existen piezas metálicas, aunque la verificación sobre éstas no garantiza que diferentes dispositivos den el mismo resultado en otros puntos sobre la escala de rebote. Pueden compararse varios dispositivos directamente sobre la superficie de concreto, abarcando el rango de los índices de rebote encontrados.
BIBLIOGRAFÍA ASTM-C-805-79, "Standard Test Method for Rebound Number of Hardened Concrete". NOM-008-SCFI-1993, NOM-008-SCFI-1993, "Sistema General de Unidades de Medida". NMX-Z-013-SCFI-1977, NMX-Z-013-SCFI-1977, "Guía para la redacción y presentación de las normas mexicanas".
Nota:Tomado de la Norma NMX-C-192NMX-C- 192-
1997-ONNCCE con fines de promover la capacitación y el buen uso del cemento y del concreto. Usted puede obtener esta norma y las relacionadas a agua, aditivos, agregados, cementos, concretos y acero de refuerzo en
[email protected] o al teléfono 5663 2950. México, DF.
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