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CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO

INTRODUCCIÓN El concreto es una masa endurecida de materiales heterogéneos, sujeto a la acción de muchas variables las cuales dependen de los materiales que los constituyen, su diseño, dosificación, mezclado, transporte, colocación, consolidación, acabado, fraguado y curado.

CALIDAD DEL CONCRETO

Se puede definir la calidad de concreto como “La aptitud de éste para satisfacer una necesidad (especificaciones) definida al menor costo.” Un concreto deficiente representa un riesgo. Una calidad en exceso es un desperdicio.

PRODUCCIÓN Para producir concreto se debe dar un proceso organizado, como el siguiente: 1.

Elaboración del proyecto.

2.

Especificaciones de calidad para el concreto.

3.

Selección de los componentes del concreto.

4.

Diseño de la mezcla del concreto requerida.

5.

Producción de la mezcla de concreto.

6.

Comprobación de las características previstas en el concreto recién elaborado.

7.

Verificación de las propiedades especificadas en el concreto es estado endurecido.

8.

Ajustes de la mezcla .

ORGANIZACIÓN DEL CONTROL DE CALIDAD CONTROL INTERNO  Control de nuevos diseños.

CONTROL EXTERNO (FISCALIZACIÓN)  Revisar los medios de los que

 Control de materias primas.

dispone el productor de

 Control de calidad de

concreto para evaluar la

producción.  Estudios espaciales del proceso de producción.  Control del producto.  Metodología del control de calidad.

calidad.  Juzgar los procedimientos y criterios que aplica el productor de concreto para corregir y ajustar la calidad a los limites previstos

ORGANIZACIÓN PARA OBTENER LA CALIDAD DE CONCRETO EN OBRA Propietario de la obra Dirección del proyecto Proyecto y especificación (Consultor)

Construcción (contratista)

Supervisión Técnica (Fiscalizador)

Dirección de la obra (residente) Administración

Ejecución

Inspección

Calidad Especificada del concreto

RELACIÓN ENTRE EL CONTROL INTERNO Y LA SUPERVISIÓN El control debe ser simultaneo en el desarrollo del proceso, es decir el control interno debe ser permanente y rutinario y la supervisión externa al ser una actividad alternativa, debe esperar sus mayores oportunidades de éxito en la impredecibilidad de sus intervenciones.

EJECUCION DEL CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO EN LA OBRA El control de cualquier producto se apoya en tres actividades: 1. Control de las materias primas. 2. Supervisión del proceso completo de fabricación. 3. Verificación total del producto terminado. El control de calidad debe ser “preventivo” y no “curativo” Uno de los principios fundamentales es “el uso de materias primas de buena calidad, mezcladas correctamente y en proporciones justas” Las pruebas usadas para el control del concreto en estado fresco son los ensayos de asentamiento, peso unitario, entre otros. También se deben preparar especímenes en los que se determina resistencia del concreto endurecido a diversas edades.

la

EJECUCION DEL CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO EN LA OBRA

Para ensayos de resistencia a compresión se usan probetas cilíndricas, o probetas cúbicas Las probetas prismáticas o vigas son usadas para determinar la resistencia a la tracción por flexión.

PRUEBA DE RESISTENCIA

Según el ACI, un ensayo debe ser el promedio de dos probetas hechas de la misma muestra de hormigón y ensayadas a 28 días o a la edad establecida para la determinación de la resistencia de hormigón

MUESTREO DE HORMIGÓN PARA PREPARACIÓN DE PROBETAS 

Deben tomarse de acuerdo a las normas ASTM C 172 (INEN 1763) .



Deben ser obtenidas al azar, por sin tener en cuenta la aparente calidad del concreto.



Criterios para el muestreo ACI:





1 muestra por cada 110 m3 de concreto producido



1 muestra por c/460 m2 de superficie llenada (losa o muro)



Al menos de un muestra diaria



A criterio del ingeniero residente o del supervisor de obra.

Deben anotarse su revenimiento, temperatura y contenido de aire.

Deben tomarse de acuerdo a las normas ASTM C 172 (INEN 1763) .

MEDICIÓN DE LA CONSISTENCIA, Cono

de Abrams.

Consistómetro

de Beve

ASTM 1170

Para

asentamientos mayores a 230 mm se usa la base para flujo ASTM C 1611

MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA Y CONTENIDO DE AIRE,

Las probetas para ensayo deben prepararse y curarse de acuerdo a las normas ASTM C 31 M El hormigón debe colocarse en los moldes de acuerdo las siguientes tablas:



El curado debe hacerse de acuerdo a las normas ASTM C 511 (INEN2528),manteniendo las probetas hasta la fecha de rotura en humedad constante de entre 95 y 100 % y a una temperatura de 23 ± 2ºC.



Pueda hacérselo en cámaras de humedad o piletas de inmersión .



El ensayo de probetas cilíndricas van de acuerdo a las normas ASTM C 39M (INEN 1573). Las caras planas deben ser tratadas con azufre o almohadillas para someterlas a compresión.



El ensayo para vigas va con la norma ASTM C 78

NIVELES DE CONTROL

VARIACIONES EN LA RESISTENCIA 

La magnitud de las variaciones en la resistencia de las muestras de prueba de concreto depende del adecuado control de los materiales, de la fabricación del concreto y de la realización de las pruebas.



Se puede encontrar el origen de las diferencias de la resistencia, en dos fuentes fundamentales distintas: 

Las variaciones en las propiedades de la mezcla de concreto y de sus ingredientes; y



Las diferencias aparentes en la resistencia ocasionadas por las variaciones inherentes a la prueba.

ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA 

El análisis de resultados están basados en la estadística, y la información sirve para reafirmar criterios y especificaciones de diseño.



Para obtener una información buena debe efectuarse una cantidad suficiente de pruebas. Los estadísticos han designado 30 el límite entre muestras grandes y pequeñas.



Al disponer en un gráfico de frecuencias, se conforma una curva muy definida, cuya forma varia muy poco cuando el numero de pruebas anotado es relativamente alto (mas de 30).



Esta curva asume un patrón similar al de la distribución normal o campana de Gauss, cuyas propiedades pueden definirse matemáticamente



Es la suma aritmética de los resultados de resistencia de todas las pruebas individuales, dividida por el numero total de pruebas.



Estos resultados se realizan con cilindros de concreto de la misma edad.

DESVIACIÓN ESTÁNDAR Es una medida del grado de dispersión de los datos con respecto al valor promedio.  Es simplemente el "promedio" o variación esperada con respecto a la media aritmética.  Como se puede observar, mientras mayor sea la diferencia entre Xi y X (en valor absoluto), mayor es la dispersión y mayor el valor de  



Donde hay mayor control de los valores de la resistencia estarán agrupados cerca del promedio X y la curva será alta y estrecha

COEFICIENTE DE VARIACIÓN (V) 

También es una medida de dispersión y sirve para comparar el grado de control de varias clases de concreto a través de la dispersión como un porcentaje del promedio, para lo cual se define el coeficiente de variación V como:



Si un conjunto de datos sigue una distribución normal, el conjunto de promedios de n pruebas consecutivas también sigue una distribución normal, con el mismo valor promedio ,y con un coeficiente de variación Vn menor que el de los ensayos individuales, indicado con la siguiente relación:

INTERVALO R 

Es la función estadística que se obtiene restando el menor de un conjunto de datos, del más alto del grupo.



El intervalo dentro de la prueba se obtiene de igual manera, restando la menor de las resistencias del conjunto de cilindros que conforman la prueba, de la más alta del grupo



El intervalo es útil en el cálculo de la desviación estándar inherente a la prueba

ELECCIÓN DE LAS VARIABLES ESTADÍSTICAS 

Es importante saber cual de las 2 medidas de dispersión, es la mas cercana a las características de resistencia.



Por lo general la desviación estándar permanece como una constante mas cercana en especial en resistencias superiores a los 20 MPa; y se considera mas aplicable el coeficiente de variación para las desviaciones dentro de la prueba.

El comité ACI-704 ha preparado una tabla que muestra la variabilidad de las pruebas de resistencia a la comprensión en proyectos sujetos a diferentes grados de control.

REQUISITOS DEL NIVEL DE RESISTENCIA 

Cuando se diseña y produce una mezcla, las muestras tomadas no siempre dan la misma resistencia; en unos casos se dan valores superiores o inferiores al diseño.



Contando con un cierto numero de ensayos para una determinada clase de hormigón, al ubicarlos en un grafico, se puede establecer que una determinada cantidad de ensayos tienen resistencias menores que el valor promedio, mientras que otros tienen valores mayores que el promedio.

REQUISITOS DEL NIVEL DE RESISTENCIA 

Cuando se diseña y produce una mezcla, las muestras tomadas no siempre dan la misma resistencia; en unos casos se dan valores superiores o inferiores al de diseño.

Los puntos de inflexion de la Curva de Distribucion Normal determinan el valor de la Desviacion Estandar ().

LA CURVA DE DISTRIBUCIÓN NORMAL 

Las áreas bajo la curva de Distribución Normal constan en la grafica. La mayor parte de los ensayos están en las dos franjas centrales de ancho s () con un 68,2%.



En las siguientes franjas de ancho s, a cada lado, se ubica el 13,5% y los saldos de 2,4% se ubican a partir de distancias iguales a 2S hasta el ancho total de la base de la curva l, completándose así el 100% de los ensayos.

LÍMITES MÍNIMOS DE ACEPABILIDAD 

Puede aceptarse que un cierto porcentaje de ensayos tengan resistencias menores que la de diseño. En la mayoría de casos se acepta que solo el 1% de los ensayos arroje resultados inferiores a f’c.



Del cálculo de probabilidades surge el concepto de factor de probabilidad (p), que para que sólo 1 de cada 100 ensayos tenga un valor menor que f’c, p = 2,33.

REQUISITOS DE RESISTENCIA El ACI 318 establece que el nivel de resistencia a la compresión de una determinada clase de hormigón debe considerarse satisfactorio si cumple los dos requisitos siguientes: a)El promedio aritmético de tres resultados consecutivos de resistencia es mayor o igual que f’c. b)Ningún ensayo individual (promedio de dos especímenes) cae por debajo de f´c en mas de 3,5 MPa cuando f’c es igual o menor que 35 MPa; o en mas de 0,10 f’c, cuando f’c es mayor que 35 MPa.

RESISTENCIA DE DISEÑO f’cr Para cumplir las condiciones es necesario diseñar la mezcla de hormigón para un valor f’cr (resistencia requerida) mayor que f’c. f’cr está en función del factor de probabilidad p y de la desviación Estandar . Para que se cumpla el valor de f’c con la cantidad aceptable de ensayos bajos, es necesario incrementar el valor de f’c en una cantidad igual a p, para obtener el valor de f’cr. f’cr = f’c + p

RESISTENCIA DE DISEÑO f’cr (ii)

FACTOR DE MODIFICACIÓN PARA DESVIACIÓN ESTÁNDAR 

Los valores de la desviación estándar  se calculan para un número de ensayos igual o mayor a treinta. Cuando no se dispone de ese número, los valores calculados para la desviación estándar deben modificarse de acuerdo con la tabla del ACI 318.

FACTOR DE MODIFICACIÓN PARA DESVIACIÓN ESTÁNDAR 

Si no se dispone de datos estadísticos para calcular la desviación estándar se debe usar la siguiente tabla ACI 5.3.2.2.

EJEMPLO DE APLICACIÓN

FORMATOS Y GRÁFICOS DE CONTROL Es conveniente llevar registros adecuados y en forma ordenada, de todos los ensayos ejecutados en la obra, con el fin de resolver con los procedimientos adecuados, e inclusive graficarlos a través del tiempo y ver cuál es su comportamiento tomando las respectivas decisiones.

FORMATOS Y GRÁFICOS DE CONTROL En segundo lugar se sugiere el formato indicado en la siguiente tabla, en donde se redondea y depura la información por clase de mezcla, después del ensayo de los cilindros.

FORMATOS Y GRÁFICOS DE CONTROL Finalmente es conveniente disponer de un gráfico de control que nos permita visualizar el comportamiento de las pruebas (promedio de dos cilindros) a 7 y 28 días de edad, e igualmente el promedio móvil de 3 ensayos consecutivos.

PRUEBAS DE RESISTENCIA DEL CONCRETO EN LA OBRA.  Si todas las actividades de control de calidad se realizan de manera correcta y si los ensayos en su tiempo confirman la resistencia requerida, entonces no debe existir duda en la calidad del concreto en la estructura.

 Sin embargo si no hay el cumplimiento correcto de las condiciones anteriormente expuestas se puede verificar el estado real y actual del concreto mediante procedimientos especiales de campo

PRUEBAS DE RESISTENCIA DEL CONCRETO EN LA OBRA. En las últimas décadas se han desarrollados métodos rápidos y económicos para llevar a cabo las pruebas del concreto en las estructuras, y se clasifican de la siguiente manera:

 Ensayos no destructivos.  Ensayos semidestructivos.  Ensayos destructivos.  Pruebas de carga.

MARTILLO DE REBOTE O ESCLERÓMETRO Es un ensayo no destructivo, que tiene aceptación práctica dentro de ciertos límites. Desarrollada en 1894 por el Ingeniero Suizo Ernest Schmidt, mide la resistencia del concreto por medio del principio de rebote. Se basa en que le rebote de una masa elástica depende de la dureza de la superficie.

CONSIDERACIONES A LA PRUEBA DEL ESCLERÓMETRO  El martillo debe aplicarse contra una superficie plana y que forme parte de una masa mayor.  ubicar en zonas homogéneas del concreto, huyendo donde haya agregado grande o una armadura, ya que daría lugar a lecturas demasiado altas.  Cada punto debe incluir de 10 a 12 lecturas distribuidas sobre el área a probarse, para obtener un promedio representativo.  El émbolo debe estar siempre en posición normal a la superficie ya que su posición respecto a la horizontal afecta el número de rebote.  Si el martillo se colocan en horizontal el rebote es independiente de la gravedad, lo cual no ocurre en otra posición

PRUEBA DEL ESCLERÓMETRO La prueba se basa en que el rebote depende de la dureza de la superficie. Consta de una masa controlada por un resorte, que se desliza sobre un émbolo encerrado en un tubo. Cuando el embolo se presiona contra el concreto, se retrae contra el resorte. Cuando el embolo se retrae completamente, el resorte se libera en forma automática. El martillo golpea el concreto y la masa rebota, empujando un dispositivo a lo largo de una escala graduada. Al oprimir un botón este dispositivo se puede mantener estático para poder tomar las lecturas. Cada lectura representa la relación ente la distancia recorrida por la masa y la extensión inicial del resorte. Suele oscilar entre 20 y 50 las lecturas, dependiendo del tipo de concreto y se le conoce como número de rebote.

LIMITACIONES DE LA PRUEBA DEL ESCLERÓMETRO Este método también nos presenta limitaciones graves, las cuales debemos tener en cuenta como: Tipo de cemento. El tipo de agregado. Textura de la superficie que se someten aprueba. Edad del concreto. Grado de humedad superficial e interna del concreto. Riqueza superficial de la pasta de cemento, etc..

CURVA DE CALIBRACIÓN DEL ESCLERÓMETRO

PRUEBA DEL PULSO ULTRASÓNICO Este método es considerado no destructivo, fue ideado en Canadá en 1945 por Leslie y Cheesman, y en Inglaterra al mismo tiempo por R. Jones. Se basa en que las ondas sonoras se propagan en cualquier medio donde existan átomos o moléculas que pueden vibrar elásticamente, es decir, pueden propagarse tanto en medios gaseosos, líquidos y sólidos, teniendo en cuenta que en la medida en que el medio es más denso, más rápida es la velocidad de propagación. En resumen este método consiste, en medir el tiempo en que una onda ultrasónica atraviesa el concreto.

ESQUEMA DE UN APARATO DE PULSO ULTRASÓNICO

ESQUEMA DE UN APARATO DE PULSO ULTRASÓNICO El ensayo se puede ejecutar de tres maneras:

Fac

-L

- ru

-H 15

-P

I pu

me

ASTM C-597

FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA 

Longitud de la ruta mínima 15 cm



Rugosidad de la superficie.



Humedad del concreto. Varia el resultado entre un 10 y 15.



Presencia de varillas de refuerzo :



Insignificantes si están perpendiculares a la ruta de pulso



Si están paralelas a la ruta, el diámetro debe ser menor de 10mm (3/8).

VENTAJAS Y LIMITACIONES La técnica de velocidad de pulso es excelente para determinar la uniformidad del concreto, para medir y detectar agrietamientos. Si en embargo los resultados no son satisfactorios en obra. La relación entre la velocidad de pulso electrónico y la resistencia se ve afectada por ciertas variables: tipo de cemento, tipo de agregado, relación agua cemento y la edad del cemento La precisión del ensayo puede ser de mas o menos 20 %, no debe utilizarse como remplazo de las pruebas de comprensión en obra.

EXTRACCIÓN DE PERNOS Consiste en determinar por medio de un dinamómetro especial, la fuerza necesaria para lograr la extracción de un perno metálico. Debido a esta geometría el concreto es directamente sometida a esfuerzos de tracción y cortante, la resistencia obtenida por este medio es similar a la de cortante directo formando una superficie de falla en forma de cono con un ángulo aproximado de 45 grados. Sin embargo la geometría del cono esta afectada por varios factores: el diámetro del disco del perno, la profundidad, el diámetro del anillo de reacción.

Este ensayo no mide la resistencia en el interior de la masa del concreto. Porque la incrustación no va mas allá de 10 cm. Los pernos deben ser colocados con anterioridad a la fundida del concreto, los sitios de colocación deben ser ubicados teniendo en cuenta cada tipo de concreto y cada tipo de tamaño máximo de agregado. Es un ensayo fácilmente reproducible y con tendencia a ser exactos en concretos de baja resistencia. Es que el daño producido en la superficie debe ser reparado; de ahí su carácter de semi-destructivo. En caso de emplear esta prueba en concreto endurecido, se podría taladrar un orificio, introducir el perno y adherirlo con una resina epóxica para que no se presente una falla o agrietamiento que variaran los resultados, esta solución seria difícil en superficies verticales porque el escurrimiento de la resina.

Prueba de resistencia a la penetración. En 1966 se introdujo en USA una técnica de pruebas en obra que es la pistola de Windsor determinando la resistencia a la penetración. Normalizado en la ASTM C-803.

Procedimiento. El lanzador activado por medio de energía(pólvora), dispara una punta dentro del concreto, la lectura expuesta de la punta se mide con el indicador de profundidad y la lectura obtenida se toma como la medida de la resistencia a la comprensión del concreto. Se trata también de un método semidestructivo, la penetración de las puntas en el concreto se ve afectado por la dureza Cuando se cambie los agregados, o la relación agua cemento se debe construir otras tablas de calibración. Esta prueba no se puede tomar como remplazo de la prueba de comprensión sobre cilindros por una grande variación de resultados entre ambos.

EXTRACCIÓN DE NÚCLEOS Se utiliza cuando las prueba de comprensión sobre cilindros resulta inferior al valor mínimo especificado (f’c) comúnmente se corta un núcleo o corazón por medio de un aparato que tiene una broca hueca cortante giratoria con incrustaciones de diamante en sus bordes, esta muestra se prueba bajo comprensión donde se intenta establecer la resistencia del concreto, es una prueba destructiva. Procedimiento descrito en la norma ASTM C-42.

CONSIDERACIONES DE LA ASTM C-42 Si los resultados confirman que el concreto es de baja resistencia y están reducidos significativamente de los cálculos estructurales se apela a esta prueba y se toma tres núcleos. Las muestras deben ser secados al aire durante 7 días entre 15 y 30 grados antes del ensayo con una humedad relativa menor del 60%. Si la estructura va a estar en humedad las muestras se sumergen durante 40 horas y debe ensayarse húmedas. Si el promedio de los tres núcleos es mayor al 85% y ninguno menor al 75% del valor f’c esto quiere decir que la estructura es apta para el servicio que se esta diseñando.

FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA A LA COMPRENSIÓN DE NÚCLEOS. Edad. 

La edad mínima es de 14 días después de fundido el concreto.

Diámetro. 

Tamaño superior a 3 veces del tamaño máximo del agregado grueso, pero no menor de 10cm(4’’).

Relación 

de esbeltez.

Se admite que la relación altura-diámetro(relación de esbeltez) es de 2.

Presencia 

Es muy difícil el corte de las varillas en el momento de tomar la muestra, por ende no debe haber presencias de varillas en la muestra porque afectaría los resultados.

Dirección 

de armadura dentro del núcleo.

de la extracción.

Por lo general, la resistencia de los núcleos extraídos en sentido paralelo a la dirección del fundido es superior a la de núcleos extraídos en sentido perpendicular. Hay una diferencia entre el 5 y 10%

PRUEBAS DE CARGA. Es un ensayo por medio del cual se comprueba un diseño o simplemente se hace control de calidad a la construcción. Se realiza tanto en el laboratorio como en el campo. Consiste en someter cargas a una estructura.

PRUEBAS DE CARGAS EN EL LAB. Aquí se requiere simplemente una muestra de que represente las condiciones de diseño y construcción. Estas pruebas se realizan en una maquina que aplique cargas de forma controlada y un medidor de deformación (deformímetro). Se realzan ensayos de: Carga destructiva: cilindros, núcleos, Cargas Simples: la rotura de varillas, prueba de plaquetas o viguetas, prefabricados como adoquines y bloques. Estas pruebas son de mucha importancia ya que de ellas dependa la aceptación o rechazo de una obra.

Pruebas de cargas en el Campo. Estas pruebas deben tomar en cuenta las dimensiones detalles de los elementos, propiedades de los materiales y demás condiciones tal como realmente se construyo. Son pruebas de cargas o combinaciones de análisis. Lo cual debe ser controlado por un ingeniero capacitado.