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“PRUEBAS PARA EL
CONCRETO ENDURECIDO”
Dr. David Wong Díaz
Es importante tener un control de la calidad del concreto utilizado en cualquier estructura para garantizar un concreto adecuado y que cumpla con los requerimientos establecidos, ya que existen diferentes causas que afectarán la resistencia del concreto haciendo que este varíe. Para verificar que el concreto cumpla con los requisitos exigidos, se realizarán diferentes Pruebas y Ensayos que garanticen su calidad.
Es importante tener un control de la calidad del concreto utilizado en cualquier estructura para garantizar un concreto adecuado y que cumpla con los requerimientos establecidos, ya que existen diferentes causas que afectarán la resistencia del concreto haciendo que este varíe. Para verificar que el concreto cumpla con los requisitos exigidos, se realizarán diferentes Pruebas y Ensayos que garanticen su calidad.
Las pruebas pueden llevarse a cabo para diferentes fines, aunque los dos objetivos principales son el control de calidad y el cumplimiento de las especificaciones. Debe tenerse presente que las pruebas no constituyen un fin por sí mismas. En el caso del concreto, rara vez se prestan a una interpretación nítida y concisa, por lo que, para que tengan validez real, las pruebas deben efectuarse siempre con referencia a la experiencia anterior anterior..
La resistencia del hormigón se puede medir a compresión, tracción, flexión y tracción indirecta. Por lo general el control del hormigón se realiza por ensayos de rotura a compresión. Hay casos, sin embargo en los que el ensayo de flexión es mas apropiado por reflejar más fielmente las condiciones de trabajo del hormigón, como puede ser el caso de los hormigones empleados en la construcción de pavimentos.
ENSAYOS DEL CONCRETO CONCRETO FRESCO Ensayos no destructivos Contenido de Cemento
RAM Rapid Analysis Machine
Contenido de Aire
Consistencia Asentamiento
Cono de Abrams Probador "K" Bola Kelly
CONCRETO ENDURECIDO
Ensayos destructivos Resistencia a la Compresión/Tensión
Cilindros Normalizados Cilindros testigos Núcleos Otros
Ensayos no destructivos Dureza Superficial
Esclerómetro Pistola Martillo Pendulo Variaciones de Densidad Localización de Refuerzos
Frecuencia de Resonancia Velocidad de Pulso
Ultrasonido
Contenido de Humedad Contenido de Cemento
varios Radiaciones Permeabilidad Espesor de Recubrimiento
Resistividad Eléctrica
Neutrones Radioisotopos Estado de los Refuerzos Espesor del Recubrimiento Localización de Refuerzos Magnéticos
Pruebas
Destructivas:
pruebas realizadas a especimenes de concreto hasta que falle para estimar sus propiedades y características.
Pruebas No Destructivas: estas pruebas no requieren la destrucción de los especimenes o porciones reducidas de concreto, ya que estas pruebas se realizan sobre la estructura.
PRUEBAS DESTRUCTIVAS Las pruebas destructivas se han practicado durante muchos años, pero no se dispone de ninguna prueba estándar aceptada universalmente. Métodos y técnicas se emplean en diferentes países y, algunas veces, aún en el mismo país. Puesto que muchas de estas pruebas se diseñan en el laboratorio y, especialmente, en trabajos de investigación, es conveniente tener conocimiento de cómo influyen dichos métodos de prueba en la medición de la resistencia. Se recomienda que estas pruebas se realicen por un personal calificado, para evitar que los resultados obtenidos sean alterados.
PRUEBAS DESTRUCTIVAS •
ENSAYOS DE COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO.
•
ENSAYOS DE FLEXIÓN DEL CONCRETO USANDO UNA VIGA SIMPLE
PRUEBA DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN CILINDROS El ensayo de elaboración y curado de cilindros para verificación de resistencia, es uno de los más utilizados para controlar la calidad del concreto. Si este ensayo se hace de manera errónea, ya sea en la toma de la muestra, en la elaboración del cilindro, en el curado, o en el ensayo a compresión, se llegará a resultados erróneos y a controversias que no conducen a nada. Asegure la validez del ensayo, verificando que el personal que toma, elabora y realiza los ensayos de las muestras estén capacitados para este.
El cilindro estándar es de 150 x 300 mm y generalmente se cuela en un molde de acero o hierro colado, de preferencia con una base dotada de abrazaderas. Algunas veces se emplean moldes desechables de cartón, pero el resultado es una aparente disminución en la resistencia, la cual es posible que se deba a la expansión del molde durante el fraguado.
PRUEBA DE CILINDROS El sitio de elaboración de los cilindros no esté expuesto a condiciones severas de sol, lluvia o viento; es ideal un sitio cubierto. • la persona que vaya a realizar el ensayo tenga un conocimiento correcto del procedimiento. • Que los moldes metálicos no contengan residuos de concreto adheridos en las paredes internas. • La varilla de compactación debe tener 60 cm de longitud y 16 mm de diámetro de acero liso y extremo redondeado. • la superficie sobre la cual se realiza el ensayo sea plana y libre de vibraciones •
PRUEBA DE CILINDROS la toma de cilindros de concreto se realice mínimo una vez por día, o por lo menos una vez por cada 120 m3 de concreto. • la muestra del concreto se tome de la parte media de la bachada, ni al principio ni al final de la descarga del camión, ni después de una hora de iniciado el descargue. • Que el sitio de elaboración de los cilindros esté lo más cerca posible del sitio donde se almacenarán durante las primeras 24 horas. • Se deben elaborar mínimo dos cilindros por cada edad de ensayo. •
PRUEBA DE CILINDROS Que el cilindro se elabore en 3 capas de igual volumen, más o menos 10 cm por capa. • Que a cada capa se le den 25 golpes con la varilla de compactación, procurando no penetrar demasiado en la capa inmediatamente anterior. • Que después de retirar la varilla compactadora se le den golpes suaves a las paredes del molde para cerrar los huecos. • Que durante el transporte de los cilindros del sitio de elaboración al sitio de almacenamiento, no sean golpeados, inclinados o alterados en su superficie. los cilindros sean debidamente marcados e • Que identificados, sin alterar la superficie. •
PRUEBA DE CILINDROS Que los cilindros se mantengan durante las primeras 24 horas libres de vibraciones, con humedad de 95% y temperatura entre 16 y 27o C (clima frío o cálido). • Que durante la remoción de los moldes metálicos, los cilindros no se golpeen. •Que después de remover el molde, se identifiquen los, cilindros con un marcador, sin alterar la superficie. • Que durante el transporte de los cilindros al laboratorio, estos sean bien tratados, para evitar golpes que generen microfisuras. •
La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de concreto. Generalmente se le designa con el símbolo f ’c a una edad de 28 días. La resistencia a la compresión es una propiedad física fundamental y es frecuentemente empleada en los cálculos para el diseño de puentes, edificios y otras estructuras.
PRUEBA DE FLEXIÓN Aunque el concreto no se diseña normalmente para resistir tensión directa, el conocimiento de la resistencia a la tensión es de gran valor para estimar la carga bajo la cual se desarrollará el agrietamiento. Los problemas de agrietamiento surgen, por ejemplo, debido a la contracción por restricción y a gradientes de temperatura o cuando se desarrolla tensión diagonal debido a esfuerzos cortantes. Debido a dificultades para poder medir la resistencia a la tensión del concreto es preferible someterlo a flexión utilizando una viga simple.
El máximo esfuerzo de tensión que se alcanza en la fibra inferior de la viga se conoce como Módulo de Ruptura. El Módulo de Ruptura sobrestima la resistencia a la tensión del concreto. La prueba de flexión es muy útil, especialmente en relación con el diseño de losas para carreteras y pistas de aeropuertos porque en ellas la tensión por flexión es un factor crítico.
Se emplean dos sistemas de distribución de la carga: la carga en un punto central, que produce una distribución triangular del momento de flexión, de manera que el esfuerzo máximo tiene lugar solo en una sección de la viga; y la carga simétrica en dos puntos, que produce un momento constante de flexión entre los puntos de carga.
PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS Prueba de Dureza Superficial Prueba de Penetración Prueba por Propagación de Vibraciones Prueba por Transmisión de Radicaciones Prueba de Carga Estructural Estudio Microscópico Proporción de Vacío Contenido de Cemento
PRUEBA DE DUREZA SUPERFICIAL Persigue relacionar la dureza de la superficie del concreto con su resistencia a compresión, mediante correspondencia empírica. Para este tipo de prueba se destacan dos métodos de aplicación: Percusión: consiste en producir el impacto de una esfera metálica sobre la superficie del concreto, para producir una huella cuyo diámetro se relaciona con la dureza del concreto y ésta con su resistencia de compresión. Rebote: se utiliza un dispositivo llamado martillo o esclerómetro, mediante el cual se genera el impacto de una pieza en forma de émbolo, accionada por un resorte, cuyo rebote depende de la dureza de la superficie.
PRUEBA DE DUREZA SUPERFICIAL ESCLERÓMETRO O MARTILLO: Es el más común empleado, se utiliza el martillo Schmidt, de uso prácticamente universal. La posición en la que se coloque el martillo juega importante influencia en el resultado de la resistencia, de acuerdo a las posiciones y la lectura obtenida, se intercepta en un gráfico que trae el aparato para obtener la resistencia.
PRUEBA DE PENETRACIÓN (WINDSOR PROBE TEST SYSTEM) Es una prueba de campo, realizada al concreto endurecido, utilizando un sistema denominado Probador Windsor. El aparato es una pistola que en contacto con el concreto se hace detonar, penetrando un pin con rosca en la superficie de prueba. La profundidad de penetración es medida y relacionada con la dureza. La norma A.S.T.M. C-803 reglamenta este método.
PROPAGACIÓN DE VIBRACIONES Mediante el uso de propagaciones de vibraciones a través de un material, es posible determinar su módulo de elasticidad (dinámico), el cual a su vez puede relacionarse con otras propiedades del mismo. Para la obtención del módulo dinámico tenemos dos conceptos básicos, la frecuencia de resonancia y la velocidad con que se propaga una onda vibratoria.
PROPAGACIÓN DE VIBRACIONES Se recomienda principalmente para detectar cambios importantes que ocurran en las propiedades de medidas como resultado de la exposición de especimenes de concreto a diversas condiciones ambientales. No se recomienda su uso al concreto de estructuras; por ello su aplicación se limita a laboratorio. El método A.S.T.M. C215 establece el procedimiento para determinar en especimenes de concreto los valores dinámicos de módulos de elasticidad, módulo de rigidez y relación de Poisson, mediante la frecuencia fundamental longitudinal transversal y torsional de los especimenes.
PROPAGACIÓN DE VIBRACIONES Método de propagación de velocidad, Ultrasonido Este método es prescrito en la A.S.T.M. C-597, determina la propagación de velocidad en un pulso de energía vibratoria a través del miembro de concreto. Por ejemplo los datos de reportes indican que al incrementarse la resistencia a compresión de 500 a 1500 p.s.i. la velocidad se incrementa de 13000 @ 15000 fts/seg, en concretos de temprana edad, para concretos de mayor edad con resistencia a compresión de 4000 @ 5000 p.s.i. se incrementa la velocidad cerca de 16700 @ cerca de 17100 fts/seg. De este modo a edades mas tardes el pulso de velocidad no es sensitivo a ganancia de resistencia. La medida del pulso de velocidad se ve afectado por la presencia de grietas y vacíos alargando la propagación del transmisor al receptor. Este tipo de pruebas tienen más valor cualitativo que cuantitativo; en lo general determina la homogeneidad del concreto.
Clasificación de la calidad del concreto con base en la velocidad de pulso Velocidad longitudinal del pulso Km/s
Calidad del concreto
> 4.5
Excelente
3.5 – 3.0
Buena
3.0 – 3.5
Dudosa
2.0 – 3.0
Deficiente
< 2.0
Muy deficiente
TRANSMISIÓN DE RADIACIONES Se basa su procedimiento en la medición de lo que absorbe un material que es atravesado por una radiación, estableciendo correlación empírica entre la cantidad absorbida y la densidad del medio atravesado. Para el concreto las radiaciones utilizadas son rayos “X” a rayos gamma; estos últimos tienen mayor utilización por ser menos costosos y no utilizar altos voltajes como los primeros. Existen dos métodos de aplicación; en uno se mide la intensidad de la radiación después de haber atravesado un elemento de concreto cuyo espesor se conoce; en el otro, la medición se realiza sobre la misma superficie en que se aplica la radiación, recibiendo solamente los rayos que se reflejan.
PRUEBA DE CARGA ESTRUCTURAL Ésta prueba comprueba la calidad del concreto como material y el comportamiento de la estructura en conjunto. Los procedimientos de prueba son tomados del código A.C.I. 318-77 para las pruebas de carga estructural.
PRUEBA DE CARGA ESTRUCTURAL Ensayos de cargas 1. 2.
3. 4.
Los ensayos de cargas serán controlados por ingenieros idóneos. Las cargas no se harán, hasta que las partes a ensayar tengan por lo menos 56 días de edad. Éstas se harán a edades tempranas cuando las partes involucradas así lo acuerden. Al ensayar un parte de la estructura, se someterá la causa sospechosa de debilidad. Cuarenta y ocho horas antes de la aplicación de las cargas de ensayo, se simula la carga muerta que todavía no actúan en la estructura y permanecerá colocada hasta que termine todo el ensayo.
PRUEBA DE CARGA ESTRUCTURAL Ensayos de carga a miembros en flexión 1. 2. 3.
4.
Se harán lecturas de bases. El miembro estructural se someterá a carga total igual a 1.4 + 1.7L. La carga viva, L tendrá en cuenta las reducciones permitidas por el código de la construcción. Se aplica la carga en no menos de cuatro incrementos, aproximadamente iguales, sin producir impacto en la estructura, y de tal manera que se evite el efecto de arco en los materiales de carga. Después que las cargas de ensayo hayan estado en su sitio 24 horas, se tomarán las lecturas iniciales de la flecha.
PRUEBA DE CARGA ESTRUCTURAL 5. 6. 7.
Se quita la carga después de tomada la lectura inicial de flecha y 24 horas mas tarde, después de removidas, se tomarán las lecturas finales de flecha. Si la estructura sometida muestra evidencias de falla, se considera que no ha aprobado el ensayo, y no se permitirá la repetición del ensayo en el mismo miembro. Si no se muestra evidencia de fallas, se tomarán los siguientes criterios como un indicio de un comportamiento satisfactorio. La flecha máxima debe ser menor que L/20000 h para vigas y losas Si la flecha máxima para vigas y losas excede Lt2 /20000 h la recuperación de la flecha para dentro de las 24 horas después de la remoción de la carga de ensayo, será por lo menos el 75% de la máxima leona para concretos no pretensados. De lo anterior escrito se tomará para voladizos 2 veces la distancia del apoyo al extremo del voladizo, y la flecha se ajustará para cualquier movimiento del apoyo.
PRUEBA DE CARGA ESTRUCTURAL 8. En concretos no pretensados que no muestren el 75% de recuperación, se puede reensayarse pero no antes de transcurrida 72 horas después de la remoción de la carga del primer ensayo. Se considera satisfactorias la prueba si: No presenta la estructura evidencia de falla al ser sometida a la carga. Si la recuperación de flecha es por lo menos el 80% de la máxima flecha obtenida en el segundo ensayo. La construcción de concretos pretensados no se reensayarán.
ESTUDIO MICROSCÓPICO Se observa una porción de concreto proveniente de la estructura al microscopio, ésta información es útil para estimar el comportamiento prematuro del concreto o para explicar el por qué de un comportamiento pasado. En la actualidad, las técnicas mediante el cual se lleva a cabo el estudio petrográfico, del concreto endurecido, aunque no se encuentren estandarizada permiten efectuar observaciones relativas a los agregados, empleados, forma y proporciones de los vacíos existente y el estado general que guarda la pasta de cemento.
ESTUDIO MICROSCÓPICO Observando la pasta en superficies donde se producen roturas, posible estimar las variaciones en las relaciones agua/cemento, comparando varias muestras de concretos obtenidas en diversas zonas de la misma estructura. Si la superficie es dura y no se raya con facilidad puede asignársele un valor intermedio en la relación agua/cemento, si por el contrario es blanda y se raya fácilmente puede ser indicio de relación muy alta o muy baja. En éste último caso la debilidad sería atribuida a insuficiencia de agua para la completa hidratación del cemento.
