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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA PAZ

PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS PARA EL CONCRETO ENDURECIDO

Maestro: Ing. Antonio Aguilar Valenzuela Grupo: 6-I Alumnos: Ricardo Ruelas Andrade Paulina Marisol Aguilar Aguilar Alejandra Medina de la Toba Óscar Rodolfo Abud Granados Alexis Rigoberto Delgado Fuentes Rodrigo Castellón Ibarra

LA PAZ, BAJA CALIFORNIA SUR A VIERNES 3 DE JUNIO DE 2016.

TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

ÍNDICE INTRODUCCIÓN __________________________________________________________ 1 GENERALIDADES ________________________________________________________ 2 CARACTERÍSTICAS DE LOS MÉTODOS DE PRUEBA_____________________________ 3 •

• • • • • •

Clasificación ______________________________________________________ 3 o Pruebas _____________________________________________________ 4 o Ventajas ____________________________________________________ 6 o Desventajas _________________________________________________ 6 o Factores de influencia ________________________________________ 6 o Número de determinaciones ___________________________________ 7 o Elementos a ensayar _________________________________________ 8 o Conversión de unidades ______________________________________ 9 o Factores de conversión _______________________________________ 9 Pistola de Windsor _______________________________________________ 10 Ensayo de Madurez ______________________________________________ 12 Ensaye de arranque o extracción (Pullout) ___________________________ 16 Ensayo de rotura ________________________________________________ 18 Velocidad de pulsos ultrasónicos ___________________________________ 20 Cilindros moldeados in situ _______________________________________ 22

¿POR QUÉ SE DEBE REGULAR LA VELOCIDAD DE CARGA EN LA PRUEBA DE COMPRESION SIMPLE CON CILINDROS DE CONCRETO?____________________ 24 CONCLUSIÓN _________________________________________________________ 26 BIBLIOGRAFÍA ________________________________________________________ 27

INTRODUCCIÓN Debido a la necesidad de poder evaluar y decidir sobre el estado de las edificaciones, se hace necesario realizar pruebas, y para este caso, en el concreto, que nos permitan conocer sus características físicas o descubrir las patologías que pueda sufrir. Estas evaluaciones adquieren una mayor relevancia en diferentes situaciones especialmente cuando suceden diversas situaciones que puedan afectar la integridad de una estructura, por ejemplo, después de la ocurrencia de un sismo, de donde se determinara la calidad y seguridad de las estructuras. En el presente trabajo se pretende hacer una recopilación acerca de las herramientas y métodos disponibles en el mercado para evaluar las propiedades y características mencionadas previamente así como las consideraciones que hay que tener al momento de emplear estas herramientas.

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GENERALIDADES Las estructuras de concreto también envejecen, y hoy sabemos que no son eternas, pues tienen una vida finita, y que en mayor o menor proporción su vigencia está en función de los múltiples factores que les afectan cotidianamente. La patología de las estructuras de concreto es uno de los temas que más se ha estudiado durante los últimos años. Las evaluaciones de las estructuras que han sufrido algún siniestro, un cambio de uso o destino, o cuyo concreto tiene una resistencia incierta se presentan con mucha frecuencia. Existen diferentes «pruebas no destructivas», con aplicaciones distintas, por lo que se debe establecer una clara diferencia para conocer en qué casos debe hacerse una u otra y lo que se puede esperar de cada una. Históricamente, se han llamado “Pruebas no destructivas” porque algunas de las primeras pruebas no dañaron al concreto. Sin embargo al pasar los años, los nuevos métodos han establecido ese resultado como un daño local superficial. Algunas de

las condiciones que hace necesario al aplicar

las

“pruebas

no

destructivas” se suscitan cuando en obra los cilindros de prueba no dieron los resultados satisfactorios. Su evaluación estadística deja duda en ciertos elementos críticos de la estructura, o el que las condiciones en que se tuvieron los cilindros en campo no fueron las adecuadas en tiempo y forma, o simplemente para determinar la oportunidad para el descimbrado o postensado o las malas prácticas de colocación, vibrado o curado del concreto. Para ello se debe de contar con: •

Evaluación del control de calidad de una obra nueva.

•

Evaluación de estructuras ya existentes o viejas para su rehabilitación y/o modificación.

•

Efectos de procesos constructivos en la resistencia final.

2

CARACTERISTICAS DE LOS MÉTODOS DE PRUEBA Los ensayes o «pruebas no destructivas» ayudan a hacer un diagnóstico rápido y confiable

sobre

el

estado

que

guarda

una estructura y sus materiales

componentes. Por tanto, es necesario conocer: a) Los métodos de ensaye más comunes, sus aplicaciones y sus alcances. b) Su eficacia y alcances relativos. c) Los costos de las diversas pruebas. d) Qué aplicación tiene cada método. e) Cuando no es aplicable ningún método.

Clasificación 1. Absolutamente no destructivas 2. Pruebas con mínimo efecto destructivo 3. Pruebas ligeramente destructivas 4. Pruebas que pueden ser destructivas 1. Absolutamente no destructivas La inspección visual. Usualmente es el primer paso. No requiere de equipo especializado,

pero

sí

de

personal

con experiencia

y

conocimientos

de

construcción, materiales e ingeniería estructural. 2. Pruebas con mínimo efecto destructivo Resistencia del concreto a la penetración. Pistola de Windsor. Requiere de equipo especial, así como de personal capacitado y entrenado. Norma ASTM C803-03. Consiste en lanzar tres elementos metálicos impulsados por

la

carga

determinada de pólvora con una pistola. 3. Pruebas ligeramente destructivas Extracción de núcleos y/o vigas, determinación de la densidad y humedad del concreto, de la adherencia, de la carbonatación, de la corrosión y de la 3

permeabilidad.

Prueba

relativamente económica,

requiere

de

equipo

y

de

personal capacitado . 4. Pruebas que pueden ser destructivas Pruebas

de

carga

y

deformación: requiere

de personal capacitado y equipo

especializado. La prueba consiste en cargar el elemento a evaluar con 85% de la carga de diseño.

Pruebas  Ensayos con esclerómetro El ensayo esclerométrico o índice de rebote mediante esclerómetro es una prueba no destructiva de la resistencia del concreto. La diseñó y desarrolló el ingeniero suizo Ernest Schmidt en los años 40. Patentado como martillo SCHMIDT, siendo su valor “R” (índice de rebote) una unidad adimensional que relaciona la dureza superficial del concreto con su resistencia de modo experimental.

Esclerómetro

Un esclerómetro pesa menos de 2 kg, tiene una fuerte energía de impacto y su funcionamiento es muy sencillo. Para hacer una comparación, pensemos que estamos en una habitación a unos tres metros de una pared. Esta pared se encuentra a oscuras por lo que no sabemos de qué material está construida. Disponemos de una pelota de tenis que podemos lanzar contra la pared y que tras salir despedida de la misma nos golpeará en el cuerpo. A mayor dureza del paramento, con igual fuerza de lanzamiento, el impacto que recibiremos será mayor. No sabremos de qué material se trata pero podremos advertir si es duro o blando en función del golpe de respuesta. Esto es lo que hace básicamente un esclerómetro. 4

Como se trata de un instrumento totalmente manual debemos “cargar” el émbolo para enviarlo con una energía de impacto fija. Para ello presionamos el mismo sobre la superficie del concreto (no hay ninguna mediación hasta ahora) Una vez el émbolo llega a un determinado punto un resorte lo libera y golpea el concreto (no medimos nada aún) El émbolo golpea sobre la superficie y dependiendo de la dureza de misma, rebota con mayor o menor fuerza. Es la respuesta de rebote la que desplaza una guía sobre un visor escalado (de 10 a 100) y consigue la medición. Podemos presionar el botón de bloqueo para permitir la lectura. Ese valor es adimensional y arbitrario ya que depende de la energía almacenada en el resorte y la masa utilizada.

Sección de un esclerómetro

Se trata pues de un ensayo mecánico no destructivo que presenta las siguientes ventajas y desventajas:

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Ventajas  Es un ensayo no destructivo lo que permite realizar un gran número de determinaciones sin alterar la resistencia, estética y funcionalidad de una estructura.  Ensayo muy económico.  Puede operar en horizontal o vertical  Permite ensayar muchos elementos en un corto espacio de tiempo con escasos medios auxiliares.

Desventajas •

El resultado obtenido depende de demasiados factores, los cuales se verán más adelante.

•

Se necesita una superficie perfectamente lisa para realizar el ensayo por lo que no es útil en elementos no cimbrados.

•

Requiere de una calibración

•

Solo afecta a los primeros centímetros de la pieza (2-3 cm)

•

Puede variar según la experiencia del operario

•

Existe pérdida de energía por la deformación elástica del concreto en el interior de la pieza.

Factores de influencia •

Tipo de cemento: La finura de molido del cemento puede ocasionar variaciones en torno al 10% en el resultado de los ensayos, si bien se considera un factor de baja influencia. Sin embargo, en determinados tipos de cemento como el supersulfatado (escoria, sulfato de calcio y cal) o cementos de alúmina, las desviaciones pueden oscilar entre el 50% y el 100% respectivamente.

•

Contenido de cemento: En combinación con otros factores, la influencia del contenido en cemento se estima que es inferior al 10%.

•

Tipo de agregado grueso: La resistencia del concreto se basa tanto en las características de la pasta como en las del agregado grueso por lo que es un 6

factor de gran influencia. Obtendremos valores inferiores (entre 6-7 N/mm² menos) en agregados de piedra caliza triturada que con canto rodado (grava). También podemos encontrar desviaciones dentro del mismo tipo de agregado dependido de sus características (dureza, tamaño, etc.) •

Masa del elemento ensayado: El elemento a ensayar debe contar con una masa suficiente para que no se produzcan vibraciones o movimientos que desvirtúen la medición.

•

Compactación: El ensayo requiere para su eficiencia de un grado de compactación uniforme. Con la inspección de la superficie de los testigos podremos comprobar el grado de compactación.

•

Tipo de superficie: Este método no es adecuado para superficies abiertas, fratasadas o contra el terreno o elementos irregulares. Solo las superficies bien encofradas son aceptables de ensayar. Pueden emplearse métodos de pulido en otras superficies pero la experimentación indica que esto nos lleva a valores sobrestimados. Hay que tener en cuenta que la absorción de la cimbra puede influir sensiblemente sobre la dureza superficial del concreto. Generalmente cimbras más absorbentes implican mayor dureza superficial.

•

Edad: Hasta los 90 días de edad no existe influencia. A partir de ese tiempo pueden obtenerse valores sobrestimados por lo que se aconseja aplicar coeficientes de reducción.

•

Carbonatación superficial: Dentro de la carbonatación normal de un concreto (hasta unos 5 mm) los estudios realizados no muestran errores significativos en la medición del índice de rebote. Sin embargo, en el caso de carbonatación profunda podremos sobrestimar la resistencia hasta un 50%.

•

Humedad: Los estudios indican que un concreto húmedo reduce su dureza superficial y puede provocar una subestimación de la resistencia hasta en un 20%.

Número de determinaciones En primer lugar debemos establecer unas características de la toma de valores de índice de rebote en número y forma. Para ello nos basaremos en la norma ASTM C805 7

(Standard Test Method for Rebound Number of Hardened Concrete) y la UNE-EN12504-2 (Ensayos de concreto en estructuras. Parte 2: Ensayos no destructivos. Determinación del índice de rebote). Ambas normas requieren de piezas con un espesor mayor a los 100 mm, de superficie lisa y seca, con el esclerómetro en posición perpendicular a superficie de ensayo y distanciado la los puntos de ensayo un mínimo de 25 mm. Mientras que la ASTM C805 marca un número de lecturas de 10, la UNE señala un valor de 9 determinaciones. Una vez hemos obtenido estos valores, solo se consideran validos en el caso que: ASTM C805: Se descartan todas las lecturas que diferían en más de 6 unidades de la media. Si existen más de dos lecturas que cumplan esta condición debe descartarse el conjunto. UNE-EN-12504-2: Si el número de lecturas que difieren de la mediana es igual o superior al 20% se descarta el conjunto. Observe la diferencia entre media y mediana. Recordamos que mientas la media aritmética la hallaremos dividendo la suma de los valores entre el número de valores, la mediana la obtenemos del valor central si ordenamos los datos de mayor a menor o viceversa (en el caso de valores pares, la media de los valores centrales).

Elementos a ensayar Cuando estamos ensayando muestras confeccionadas en laboratorio o extraídas por medios mecánicos de elementos de obra la relación entre muestra y pieza es unitaria, si bien Bungey indica la necesidad de que las lecturas sean tomadas al menos en las dos caras verticales de piezas cilíndricas o cúbicas. En obra no debemos utilizar esta misma relación. Elementos verticales como los pilares deben ensayarse en sus tres tercios de altura (inferior, medio y alto) incluso dividiendo en mayor número de sectores en el caso de pilas o pilares de gran altura. Otros elementos como las vigas planas, quedan más limitados por sus caras encofradas (una o dos) y en el caso de las vigas de cuelgue deben ensayarse vertical y horizontalmente. Esto se justifica por los cambios de las características finales del concreto endurecido por causa de la disgregación, diferencias de vibrado, curado o entramado de armaduras. 8

Conversión de unidades Los valores obtenidos de índice de rebote son adimensionales. Para traducir este valor a la resistencia a compresión cada esclerómetro tiene una curva dimensionada de acuerdo con sus características, y en algunos casos, con los concretos típicos de la zona. Un valor general lo determinan las siguientes ecuaciones que configuran lo que se denomina curva básica: Para un índice de rebote entre 20 y 24: Fc = 1,73 x IR – 34,5 Para un índice de rebote entre 25 y 50: Fc = 1,25 x IR – 23,0 Debemos tener en cuenta las indicaciones del esclerómetro en cuanto a la variación entre lecturas tomadas en vertical u horizontal. Para ajustar los resultados, se desplaza esta curva en función de los valores obtenidos con otros métodos. Diversos autores proponen distintas curvas de interpretación incluyendo otros valores como las características dimensionales de la probeta, el tipo de agregado, el valor de resistencia esperado o la edad del concreto. También se proponen distintas curvas que representan los límites de confianza del ensayo. Bungey indica que incluso en los ensayos de laboratorio se aprecia una variación de un ± 15% en el valor de la resistencia en mezclas iguales, por lo que podemos esperar una precisión en el índice de rebote medio de ± 15 / √n% con una confianza del 95 %.

Factores de corrección Múltiples son las propuestas de factores de corrección para los resultados de resistencia a compresión obtenidos por índice de rebote; tantos como los factores de influencia y los autores que han investigado sobre su influencia. En el trabajo se describirán los considerados más importantes. •

Factor de forma en piezas confeccionadas en laboratorio o extraídas in situ  Estándares: Pieza cúbica de 150 mm de lado o cilíndrica de diámetro 100 mm por 100 mm de altura: Factor de corrección 1.  Pieza cúbica de 200 mm de lado o cilíndrica de diámetro 200 mm por 200 mm de altura: Factor de corrección 0,95.

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 Pieza cúbica de 300 mm de lado o cilíndrica de diámetro 100 mm por 200 mm de altura: Factor de corrección 0,86.  Pieza cilíndrica de diámetro 100 mm por 100 mm de altura: Factor de corrección 1,02.  Pieza cilíndrica de diámetro 100 mm por 200 mm de altura: Factor de corrección 0,86.  Pieza cilíndrica de diámetro 150 mm por 300 mm de altura: Factor de corrección 0,81. •

Factor de influencia de la profundidad de carbonatación

A continuación se muestran los factores de corrección aplicables en función de la profundidad de carbonatación que presente la pieza a ensayar.

•

Pistola de Windsor

La sonda de Windsor (ASTM C 803), como el esclerómetro, es básicamente un medidor de dureza que fornece un medio rápido para determinar la resistencia relativa del concreto. El aparato consiste en una pistola activada por pólvora que clava una sonda de aleación dentro del concreto. Se mide la longitud expuesta de la sonda y se la relaciona con una tabla de calibración para obtenerse la resistencia a compresión del concreto.

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Los resultados de la prueba de la sonda de Windsor se influencian por la rugosidad de la superficie y la dureza y el tipo del agregado usado. Así, para mejorar la precisión, se debe establecer la tabla de calibración o la curva para el concreto que va a ser ensayado, normalmente a través de corazones o especímenes colados. Ambos, el esclerómetro y la sonda, dañan la superficie del concreto en cierta medida. El esclerómetro deja un pequeño diente en la superficie y la sonda deja un pequeño hueco y puede causar un pequeño agrietamiento y pequeños cráteres similares a erupciones.

Ventajas •

Permite conocer una aproximación de la resistencia a compresión del concreto.

Desventajas •

El método es aproximado ya que relaciona la profundidad de penetración con la resistencia a compresión del concreto.

•

Una vez realizada la prueba se deberá reparar la zona dañada en el concreto.

Pistola Windsor

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•

Ensayo de madurez

Los métodos de madurez son utilizados como un indicador más confiable de la resistencia del concreto en el sitio durante la construcción, en vez de los ensayos a compresión de cilindros curados en obra. La práctica tradicional de medir la resistencia de los cilindros en obra, curados en las mismas condiciones que la estructura, es usada para programar actividades de construcción tales como: el retiro de las formaletas o el reapuntalamiento, el relleno de muros de contención, programar operaciones de pretensado y postensado, determinar el tiempo para abrir al tránsito en pavimentos y puentes, el corte de juntas, y para establecer cuando deben concluir las medidas de protección en climas fríos. Los métodos de madurez usan el concepto fundamental de que las propiedades del concreto se desarrollan con el tiempo en la medida que el cemento hidrata y libera calor. La tasa de desarrollo de resistencia a edades temprana está relaciona con la tasa de hidratación del cemento. El calor generado por la reacción de hidratación se debe registrar como un incremento de temperatura del concreto. La principal ventaja del método de madurez es que usa el perfil de temperatura actual del concreto para estimar su resistencia en el sitio. La práctica tradicional de utilizar los cilindros curados en obra no replica el mismo perfil de temperatura del concreto colocado en el sitio, y probablemente no estima su resistencia con precisión. Con los métodos de estimación de madurez la información de resistencia es suministrada en tiempo real dado que las mediciones de madurez son realizadas en el sitio en cualquier momento. Como resultado, se optimiza el flujo de trabajo en la construcción, y la programación de las actividades de construcción se pueden basaren una información de resistencia en el sitio más precisa. Procedimiento El proceso para estimar la resistencia del concreto usando los conceptos de madurez se describe en la ASTM C 1074, Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method. La relación temperatura-tiempo-resistencia de una mezcla de concreto es desarrollada en base a ensayos de laboratorio. Esto permite establecer una o dos funciones de madurez para esa mezcla. Durante la construcción, el índice 12

de madurez se determina con base en las mediciones de temperatura y edad. El índice de madurez es utilizado para estimar la resistencia en el sitio con base en las relaciones preestablecidas de madurez-resistencia.

El concepto de madurez es gobernado por la suposición de que las muestras de concreto de una determinada mezcla tendrán la misma resistencia cuando tengan el mismo índice de madurez. Por ejemplo un concreto curado a una temperatura de 10ºC (50ºF) por 7 días puede tener el mismo índice de madurez, que un concreto curado a 27ºC (80ºF) por 3 días, y en consecuencia tendrían resistencias similares. La ASTM C 1074 provee dos tipos de funciones de madurez: La función Nurse-Saul asume que la tasa de desarrollo de resistencia es una función linear de la temperatura. El índice de madurez es expresado como un factor temperatura-tiempo (FTT) del producto de la temperatura y tiempo en ºC-horas o ºCdías. El método requiere un valor para el dato de temperatura por debajo del cual se asume que no ocurre hidratación del cemento. La ASTM C 1074 proporciona un procedimiento para determinar este valor para una mezcla de concreto específica o sugiere asumir un valor de 0ºC.

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La precisión de la predicción Nurse-Saul no es adecuada cuando hay rangos amplios de temperatura de curado, pero su precisión es considerada adecuada para la mayoría de aplicaciones. La función Arrhenius asume que la tasa de desarrollo de resistencia sigue una relación exponencial con la temperatura. El índice de madurez es expresado en términos de una edad equivalente referida a una temperatura. La edad actual es típicamente normalizada para una edad equivalente a 20ºC o 23ºC. El valor de la energía de activación es necesario para esta función de madurez. La ASTM C 1074 suministra un procedimiento para determinar la energía de activación o sugiere alternativamente que un valor de 40,000 a 45,000 J/mol es una suposición razonable para un concreto con cemento tipo 1. Utilizando la función de madurez establecida, la edad actual y la temperatura medida, se hace la conversión a una edad equivalente para predecir la resistencia del concreto. La función Arrhenius es considerada como científicamente más precisa. No obstante, la función Nurse-Saul es más usada por varias agencias estatales de carreteras en los EEUU, debido principalmente a su simplicidad. El método de madurez involucra los siguientes pasos: •

Determinar una relación resistencia-madurez para la mezcla de concreto a ser usada en la estructura, empleando los materiales y proporciones de mezcla propuestos para el proyecto. Monitorear el desarrollo de la temperatura de los especímenes de prueba empleando termopares introducidos en uno o más de los cilindros. Medir la resistencia a compresión a diferentes edades de cilindros curados en condiciones normales. Estos datos son usados para establecer la función de madurez (Nurse-Saul o Arrhenius).

•

Medir el desarrollo de la temperatura del concreto en la estructura, insertando sensores en sitios de la estructura que son críticas en términos de condiciones de exposición y requerimientos estructurales.

•

Calcular el índice de madurez con base en el registro de temperatura y edad.

•

Estimar la resistencia del concreto en el sitio de obra con base en el índice de madurez calculado y la relación predeterminada resistencia-madurez.

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Algunas de las limitaciones de los métodos de madurez que pueden llevar a estimaciones erróneas de la resistencia en el sitio son: a) El concreto usado en la estructura no es representativo de aquel usado para los ensayos de calibración en el laboratorio debido a cambios de material, precisión en la preparación, contenido de aire, etc. b) Temperaturas elevadas a edad temprana resultarán en una predicción incorrecta de la resistencia a largo plazo. c) El concreto debería ser adecuadamente colocado, consolidado y las condiciones de curado deberían permitir la hidratación continua del cemento. d) El uso de datos de temperatura o valores de energía de activación que no son representativos de la mezcla de concreto. Los puntos (a) y (b) antes mencionados, son limitaciones inherentes al método de madurez. La ASTM C 1074 sugiere que deben realizarse ensayos complementarios antes de llevar a cabo operaciones críticas para la seguridad, tales como retiro de encofrado o un postensado. Mientras estos ensayos adicionales no sean siempre requeridos, es una buena práctica verificar periódicamente que la relación madurezresistencia para el concreto específico es todavía válida. Los métodos sugeridos incluyen: 1. Ensayos no destructivos en el sitio: ASTM C 803 (resistencia a la penetración), ASTM C 873 (cilindros vaciados en el sitio) o ASTM C 900 (resistencia a la extracción). 2. Método de ensayo C 918 que proyecta la resistencia a edad posterior con base en ensayos a edad temprana. 3. Usando curado acelerado de especímenes de ensayo para es- timar la resistencia a edad posterior de acuerdo con la ASTM C 684. 4. Ensayos a edad temprana de cilindros elaborados en obra instrumentados con equipos para medir madurez. Las relaciones resistencia-madurez, los datos de temperatura y la energía de activación son específicos para una mezcla de concreto. En consecuencia cualquier modificación significativa al diseño de mezcla o la fuente de material debe ir acompañada de una recalibración de estos valores. Varios dispositivos de madurez están disponibles comercialmente y miden de manera 15

continua la temperatura del concreto, calculan la madurez y muestran el índice de madurez digitalmente en cualquier momento. Se pueden monitorear de manera simultánea un número ilimitado de ubicaciones. Es importante seleccionar un sistema que sea confiable, y provea los datos de manera ininterrumpida e inalterada, que soporte la función de madurez que está siendo usada para el proyecto, y permita ajustes a las constantes de madurez apropiadas. Es importante tener en cuenta que la madurez no pretende reemplazar el ensayo de testigos curados en condiciones normales. La madurez usada conjuntamente con otros ensayos no destructivos puede reemplazar al ensayo de cilindros curados en obra y facilitar la toma de decisiones para las operaciones de construcción. Puede ser una buena herramienta para el control de calidad, en la medida que se reduce la cantidad de ensayos de resistencia a ser ejecutados. Debido al ensayo de madurez, los proyectos y procesos pueden realizarse más rápidamente, con seguridad y económicamente, como resultado de tener la información correcta en el lugar correcto y en el tiempo correcto. •

Ensaye de arranque o extracción (Pullout)

Es una prueba que mide, mediante un ariete de tensión, la fuerza requerida para desprender una varilla de acero, con un extremo de mayor sección transversal previamente empotrada generalmente de 25 mm de diámetro. Durante la operación se extrae un cono de concreto y la fuerza requerida para ello está relacionada con la resistencia a la compresión del concreto original. La norma ASTM C 900 prescribe el método de prueba, pero aún no se dispone de información adecuada sobre la confiabilidad de la prueba.

Representación Esquemática de la prueba a la Extracción

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Equipo para la Prueba de Extracción.

No obstante, en Dinamarca, la prueba de extracción (conocida comercialmente como Lok-test) ha sido aplicada exitosamente. Debido a su forma, la varilla de acero se arranca adherida a un trozo de concreto, éste último de forma troncocónica. La resistencia a la extracción se calcula como la relación de la fuerza de extracción con el área idealizada del cono truncado. En realidad, el concreto está sometido a tensión y a cortante, pero según Malhotra la resistencia a la extracción calculada se aproxima mucho a la resistencia al cortante del concreto. La relación de la resistencia a la extracción con la resistencia a la compresión disminuye ligeramente al incrementarse el nivel de resistencia, pero para una resistencia dada, es independiente de la edad.

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No es necesario llevar la prueba de la extracción hasta su término; es posible que baste con aplicar una fuerza determinada a la varilla empotrada y, si no se desprende, suponer que existe la resistencia dada. De acuerdo con Malhotra la prueba de extracción es superior a la prueba del martillo de Schmidt y a la de resistencia a la penetración, pues la de extracción implica mayor volumen y mayor profundidad de concreto. El aspecto negativo es que hay la necesidad de reparar el concreto. Además, las varillas para la prueba deben situarse antes del vaciado, por lo que la prueba debe ser planeada de antemano. Recientemente se ha intentado desarrollar una prueba de extracción empleando un elemento de acero fijado en un agujero taladrado en el concreto endurecido. •

Ensayo de rotura

La prueba de Ruptura muestra las medidas de la fuerza requerida para cortar una base cilíndrica de una masa de concreto más grande (Johansen 1979). Se utilizan la fuerza medida y un lazo preestablecido de la fuerza para estimar la fuerza compresiva sobre el terreno. Los procedimientos estándares para usar este método se dan en ASTM C 1150. Un diagrama esquemático de la prueba de ruptura se muestra en la Figura. Para una nueva construcción, la base es formada insertando una funda plástica en la superficie del concreto fresco. Las fundas también se pueden asociar a las caras del encofrado y luego llenar durante la colocación del concreto.

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Alternativamente, los especímenes de la prueba se pueden preparar en concreto endurecido usando un dígito binario especial de la base para cortar la base y el alesaje contrario. Así la prueba de ruptura puede ser utilizada para evaluar el concreto en la nueva y existente construcción. Cuando debe ser estimada la fuerza compresiva sobre el terreno, se quita la funda, y un gato especial de carga se coloca en el alesaje contrario. Una bomba provee el líquido hidráulico al gato que aplica una fuerza horizontal a la tapa de la base según lo mostrado en la Figura. La reacción a la fuerza horizontal es proporcionada por un anillo que lleve contra el alesaje contrario. La fuerza en la base es aumentada gradualmente funcionando la bomba hasta la ruptura del espécimen en su base. La presión del líquido hidráulico se mide a través de una galga de presión que tiene un indicador que logra mostrar la máxima presión alcanzada durante la prueba. La lectura máxima de la galga de presión en unidades de barras (1 barra = 0,1 MPa (14,5 Psi) se llama Ruptura del Concreto. Para reducir la interferencia entre la funda, el tamaño máximo del agregado en el concreto se limita a una fracción del diámetro de la funda. Según ASTM C 1150, la prueba de ruptura no se recomienda para el concreto que tiene un agregado grueso con tamaño máximo nominal mayor de 1 pulg. (25 milímetros). Hay evidencia de que la variabilidad de los resultados de la prueba de ruptura se ve influenciada por los aumentos en los tamaños de agregados más grandes La inserción de la funda se debe realizar cuidadosamente para asegurar la buena compactación alrededor de la funda y de un mínimo de disturbio en la base del espécimen formado. Algunos problemas han estado señalados en proteger las fundas de la flotación de las mezclas de concreto muy fluidas (Naik et el al. 1987). Así como la prueba de la extracción, la prueba de la ruptura, hace referencia acerca de la aplicación de la fuerza y aduce que esta fuerza debe ser aplicada muy lentamente para tomar las características estáticas de la fuerza del concreto. La base se carga como voladizo, y el concreto en la base del espécimen está conforme a una combinación de flexión y del esquileo. En el trabajo temprano de (Johansen 1979), los resultados de la prueba de ruptura fueron señalados como la fuerza de rompimiento, computada como la tensión flexional en la base del espécimen que correspondía a la última fuerza que se aplicó a la base. 19

Este acercamiento requirió una curva de calibración para convertir lo leído en la galga de presión para una fuerza, y asumió que la distribución de la tensión se podría calcular por una fórmula de flexión simple. En ASTM C 1150, la fuerza flexional no se computa, y el número de la ruptura (lectura de instrumento que será utilizado para ensayar la estructura, para asegurar que las lecturas de la galga correspondan a las fuerzas reales aplicadas a los especímenes. la galga de presión) se relaciona directamente con la fuerza compresiva. Este acercamiento simplifica análisis de datos, pero sigue siendo esencial calibrar el instrumento que será utilizado para ensayar la estructura, para asegurar que las lecturas de la galga correspondan a las fuerzas reales aplicadas a los especímenes. Ha estado señalado que la fuerza de flexión computada basada en la prueba de ruptura es cerca de 30% mayor que el Módulo de Ruptura obtenido por la Prueba de la Viga Estándar (Johansen 1979; Yener y Chen 1985). Se ha encontrado que las relaciones entre la fuerza de Ruptura y la fuerza a la compresión no son lineales (Johansen 1979, Barker y Ramírez 1988), por tanto esto, está de acuerdo con la práctica que generalmente relaciona el Módulo de Ruptura del concreto con una potencia de la Fuerza a la compresión. También se ha encontrado que el lazo entre la fuerza de ruptura y el módulo de ruptura puede ser más incierto que entre la fuerza de ruptura y la fuerza compresiva (Barker y Ramírez 1988). •

Velocidad de pulsos ultrasónicos

Las pruebas tradicionales de resistencia del concreto se practican sobre especímenes especialmente preparados que, por su forma, no son verdaderamente representativos del concreto de la estructura real. Prueba de esto es que el grado de compactación del concreto de la estructura no se refleja en los resultados de la prueba de resistencia, y no es posible determinar si la resistencia potencial de la mezcla, como lo indica la prueba del cilindro o del cubo, se ha desarrollado en realidad. Ciertamente es posible cortar una muestra de la misma estructura, pero esto da necesariamente como resultado el daño al elemento afectado; además, este procedimiento es demasiado costoso para aplicarlo como método estándar.

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Por estas razones, se ha intentado medir de manera no destructiva alguna propiedad física del concreto relacionada con su resistencia. Se ha tenido mucho éxito con la determinación de la velocidad de ondas longitudinales en el concreto. No existe ninguna relación especial entre esta velocidad y la resistencia del concreto, pero, en condiciones específicas, las dos cantidades se relacionan directamente. El factor común es la densidad del concreto: un cambio en la densidad del concreto da como resultado un cambio de la velocidad de pulso. De manera similar en una mezcla dada, la relación de la densidad real con la densidad potencial (bien compactada) y la resistencia resultante se relacionan estrechamente. Así pues un descenso en la densidad causado por un incremento en la relación agua cemento debe disminuir tanto la resistencia la compresión como la velocidad de un pulso a través de éste.

Instrumento que toma los pulsos del ultrasonido

La prueba ultrasónica de la velocidad del pulso, según lo prescrito en ASTM C 597, determina la velocidad de la propagación de un pulso de energía vibratoria a través de un miembro de concreto. El principio operacional del equipo moderno de prueba se ilustra en la Figura. Un transductor envía una onda de corta-duración, señal de alto voltaje a un transductor de recepción, haciendo el transductor vibrar en su frecuencia resonante. En el comienzo del pulso eléctrico, se enciende con un temporizador electrónico. Las vibraciones del transductor se transfieren al concreto a través de un líquido viscoso como acoplador.

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Esquema del equipo de ensayo de pulsos ultrasónicos.

El pulso vibratorio viaja a través del miembro y es detectado por un transductor de recepción juntado a la superficie opuesta del concreto. Cuando se recibe el pulso, el temporizador electrónico se da vuelta y se visualiza el tiempo transcurrido del recorrido. La longitud de camino directa entre los transductores se divide por el tiempo del recorrido para obtener la velocidad del pulso a través del concreto. Es también posible medir la atenuación del pulso ultrasónico pues viaja del transmisor al receptor. (Teodoru 1988). •

Cilindros moldeados in situ

Esta es una técnica para obtener especímenes cilíndricos de concretos de losas recientemente vaciadas sin la necesidad de perforar para obtener muestras. El método se describe en ASTM C 873 e implica el usar un molde, según lo ilustrado en la figura. La funda externa se clava al encofrado y se realiza esto para utilizar un molde cilíndrico. La funda se puede ajustar según los diversos espesores de la losa. Se llena cuando se vacía el concreto en la losa, y el concreto en el molde se permite curar junto con la losa. El objetivo de la técnica es obtener una muestra de prueba que se ha sujetado a la misma historia termal que el concreto en la estructura. Cuando se desea saber la 22

fuerza sobre el terreno, el molde se quita de la funda y se elimina del cilindro de concreto. El cilindro se cápsula y se prueba en la compresión. Para los casos en los cuales la relación de transformación del longitud-diámetro de los cilindros es menos de dos, las fuerzas compresivas medidas necesitan ser corregidas por los factores en ASTM C 42.

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¿POR QUÉ SE DEBE REGULAR LA VELOCIDAD DE CARGA EN LA PRUEBA

DE

COMPRESION

SIMPLE

CON

CILINDROS

DE

CONCRETO? El concreto es un material viscoelástico, lo cual quiere decir que su deformación aumenta con el tiempo para un esfuerzo constante. Este fenómeno se conoce como flujo plástico y provoca que la resistencia aumente conforme aumenta la velocidad de deformación. La figura muestra la variación de la resistencia del concreto en compresión con la velocidad de esfuerzo.

La norma ASTM C 39 [5] establece la velocidad de deformación en términos de velocidad de esfuerzo, la cual debe mantenerse entre 0.2 MPa/s y 0.3 MPa/s en la segunda mitad de la fase de carga estimada. Por ejemplo, un espécimen de 150×300 mm y 28 MPa de resistencia estimada debe durar entre 47 y 70 segundos en la segunda fase de carga (a partir de 14 MPa). En la primera fase de carga, la velocidad no está establecida pero hay que asegurarse que la carga sea continua y sin golpes. En máquinas con servo control, se programa la velocidad en términos de esfuerzo o de carga. En este caso, se puede mantener la velocidad constante durante todo el proceso.

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Para el espécimen del ejemplo anterior, la velocidad de carga estaría entre 3.53 kN/s y 5.30 kN/s. Sin embargo, se recomienda programar la velocidad en términos de esfuerzo, pues en este caso se puede utilizar para cualquier tamaño de espécimen. En máquinas con control manual, existe la posibilidad de introducir el diámetro del espécimen y observar en la pantalla del indicador la velocidad en términos de esfuerzo (MPa/s). En este caso, la primera mitad de la fase de carga (de 0 MPa a 14 MPa) sirve para ajustar la velocidad manualmente y aproximarla a los valores indicados en el rango. Para las máquinas que solo tienen indicador analógico de carga, es necesario fallar un cilindro de prueba para ajustar la velocidad al tiempo requerido. Para el espécimen del ejemplo, se debería durar entre 47 y 70 segundos entre la carga de 247 kN (mitad de la carga estimada) y 49 kN (carga de falla estimada). Para este tipo de máquinas, cuando la carga de falla estimada difiere significativamente de la carga estimada, se debe calcular de nuevo el tiempo con la carga obtenida.

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CONCLUSIÓN El conocimiento de las diferentes pruebas que se pueden realizar a especímenes de concreto fortalece mucho el perfil de cualquier ingeniero civil. Si bien, el concreto es un elemento de importancia singular, cuanto más se profundice en las aplicaciones, virtudes, desventajas, propiedades y características, mejor provecho obtendremos de dicho elemento. El campo de la tecnología del concreto es muy amplio. Una de las ramas en las que la investigación tiene un futuro prometedor y la innovación está presente, es sin duda, la rama que concierne al estudio de este multifacético material. La presencia de nuevas ideas y procedimientos para la implementación de este material en la práctica, generará nuevas ideas, técnicas y procesos constructivos que aportarán mayores y mejores avances al campo de la ingeniería civil. Es por todo lo desarrollado anteriormente que el conocimiento de los rudimentos y bases afines a las pruebas (no destructivas) para la obtención de diferentes características del concreto en el laboratorio contribuye de manera indirecta al mismo mejoramiento de esta gran rama de la ingeniería

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BIBLIOGRAFÍA Libros, manuales y notas: “El concreto en la práctica” -Autor: NRMCA

“Diseño y control de mezclas de concreto” -Autor: Kerkhoff Beatrix, Kosmatka Steven H., Panarese William C., Tanes Jussara

“Recomendaciones para obtener resultados confiables de resistencia de cilindros de concreto” -González Beltrán Guillermo, Monge Sandí Ana

Páginas de internet: •

http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_153_164_104_1437. pdf

•

http://civilgeeks.com/2012/03/27/pruebas-no-destructivas-del-concreto/

•

https://www.academia.edu/5229994/UNIDAD_4_CONCRETO_ENDURECIDO

•

http://www.patologiasconstruccion.net/2013/11/resistencia-del-hormigonmediante-esclerometro-o-indice-de-rebote-1/

•

http://www.patologiasconstruccion.net/2013/11/resistencia-del-hormigonmediante-esclerometro-2-ensayo-y-valor-fc/

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http://es.slideshare.net/b13studio/presentacion-tecnicas-diagnosis-hormigon

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