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El uso de las probetas cilíndricas de 100 x 200 mm para pruebas de aceptación del hormigón se hace cada vez más general en el mundo de la construcción, principalmente por las ven-

tajas que estas presentan comparadas con la pro-beta tradicional de 150 x 300 mm, que entre otras son: facilidad de almacenamiento y protección en la obra, menor espacio de ocupación en las áreas de curado en laboratorio, menor requerimiento de material para su fabricación por probeta, facilidad para transportarlas y menor peso. En este docu-mento se presenta lo más actual sobre el uso de las probetas de 100 x 200 mm en procesos de control de calidad del hormigón.

En las normativas y códigos actuales vincu-lados a la fabricación, ensayo y especificación de probetas cilíndricas se encuentran citadas las pro-

Sin embargo, Detwiller y otros (2006) proponen coeficientes de va-riación para las probetas de 100 x 200 mm en condiciones de campo y la-boratorio, considerando un solo operador y varios operadores (Tabla 2). Esta investigación demuestra además que las probetas pequeñas (100 x 200 mm) presentan una mayor variabilidad en la prueba de compresión dentro de la muestra, comparada con la variabilidad que presentan las probetas de 150 x 300 mm. Esto confirma lo especificado en ACI 318-08 de solicitar tres probetas de 100 x 200 mm y solo dos de 150 x 300 mm por la variabilidad que presenta cada una. Entiéndase que esta variabili-dad se determina en la misma muestra, es decir, es la variación que exis-te entre dos o tres cilindros (probetas cilíndricas) compañeros elaborados del mismo hormigón y ensayados a la misma edad.

Dimensiones molde (mm)

Coe ciente de Variación (%)

Rango aceptable para resultados de cilindros individuales (%)

2 cilindros 3 cilindros

150 x 300

Condiciones de laboratorio 2,4 6,6 7,8

Condiciones de campo 2,9 8,0 9,5

100 x 200

Condiciones de laboratorio 3,2 9,0 10,6

Tabla 1. Precisión para el ensayo de compresión (ASTM C39-10).

La mayor dispersión de datos (variabilidad) encontrada en las pro-betas pequeñas se debe lógicamente a que estas son más sensibles a daños que los cilindros grandes; pero, tra-tándolas con mucho más cuidado se puede igualar e inclusive reducir el coeficiente de variación con respecto al que presentan las probetas grandes. Estos cuidados incluyen los procesos de fabricación y ensayo, en aspectos como: perpendicularidad, refrenta-do de caras, centrado del cilindro y otros. Se ha demostrado que aplican-do eficazmente las disposiciones de las normas ASTM C31 y C39 en la fa-bricación y prueba de los cilindros se puede conseguir disminuir los coefi-cientes de variación de la prueba. Así, para dos probetas de 100 x 200 mm se pueden conseguir coeficientes de variación cercanos a 2,1%, tanto para hormigones de resistencias menores a 35 MPa como para hormigones de

Condiciones de campoCoe ciente de Variación (%)

Rango aceptable de resultados de cilindros individuales (%)

2 cilindros 3 cilindros

Un mismo operador 2,86 8,09 9,44

General 4,71 13,32 15,54

< 52 MPa 4,07 11,52 13,43

Pa 5,66 16,03 18,69

Tabla 2. Precisión propuesta para probetas cilíndricas de 100 x 200 mm en el ensayo de compresión (Detwiller, R; et. al.; 2006).

Control de calidad del hormigón con

probetas cilíndricas de 100 x 200

Por MARLON VALAREZO A.

Ingeniero Civil

mfvalarezo@utpl.edu.ec

Unidad de Ingeniería Civil, Geología y Minas

Universidad Técnica Particular de Loja

1 Ingeniero Civil (UTPL), Inspector Especial de Construcciones de Hormigón (ACI, Estados Unidos), Máster en Ingeniería (Universidad de Granada, España). Do-

cente Investigador en las Escuelas de Ingeniería Civil y Arquitectura, Responsable del Laboratorio de Resistencia de Materiales de la UTPL. Examinador e Ins-

tructor de los Programas de Certifi cación ACI para Ecuador y Perú. Miembro del Subcomité Técnico de Áridos, Hormigones y Morteros del INEN. Miembro del

Comité C09 del American Society for Testing and Materials-ASTM.

betas de 100 x 200 mm para control de calidad, así la norma ASTM C31-09 menciona que “para prue-bas de aceptación de la resistencia a la compresión se deben utilizar probetas de 150 x 300 mm o de 100 x 200 mm”. De la misma manera en el código ACI 318-08 se establece que “los resultados de resisten-cia deben ser el promedio de por lo menos dos pro-betas de 150 x 300 mm o de tres probetas de 100 x 200 mm, siendo fabricadas de la misma muestra de hormigón y ensayadas a la edad de 28 días para la determinación de f'c”. En el mismo código se expli-ca que la indicación de tres probetas de 100 x 200 mm es para mantener el mismo nivel de confianza

que generan las probetas grandes (150 x 300 mm), puesto que, las probetas de 100 x 200 mm tienden a presentar aproximadamente un 20% más de varia-bilidad en el ensayo de compresión que las probetas de 150 x 300 mm. Así mismo en la norma ASTM C39-10 se incluye a las probetas de 100 x 200 mm con coeficientes de variación para condiciones de fabricación en laboratorio cuando se trata de dos y tres probetas (Tabla 1); pero esta normativa aún carece de una especificación de precisión para las condiciones de fabricación en campo de las mismas probetas.

resistencias mayores (Detwiller, R; et. al, 2009). Este coeficiente determina-do para condiciones de campo es in-clusive más bajo que el coeficiente de variación 2,9% presentado en ASTM C39-10 cuando se emplean dos pro-betas de 150 x 300 mm.

Ahora, con respecto a la dife-rencia entre los valores de resisten-cia que se obtienen de las probetas de 100 x 200 mm y los valores obtenidos de las probetas de 150 x 300 mm, al-gunos autores coinciden en conside-rarlos insignificantes para todos los rangos de resistencia. De esta mane-ra, haciendo un recuento de los es-tudios realizados para determinar la influencia del tamaño de la probe-ta cilíndrica en la resistencia, tene-mos que Malhotra (1976) demostró que los cilindros de 100 x 200 mm tienden a presentar resistencias ma-yores que los cilindros grandes pero solo para niveles altos de resistencia,

algo contradictorio hoy en día, por-que justamente las probetas pequeñas se usan con más frecuencia y en gene-ral para hormigones de altas resisten-cias; posteriormente Forstie y Schnor-meier (1981) verifican que para rangos usuales de resistencia (entre 17 y 28 MPa) no existe diferencia significativa en cuanto a la resistencia que presen-tan los cilindros de 100 x 200 mm y los de 150 x 300 mm. Luego, Burg y Ost (1994) en un análisis para hormigones con resistencias entre 40 y 160 MPa

bajo condiciones de curado en húme-do y al ambiente, encuentran que la tendencia de comparación de los va-lores de resistencia entre las probetas pequeñas y grandes es prácticamen-te lineal (Figura 1), observando eso sí que la probeta de 100 x 200 mm pre-senta un desvío o coeficiente de varia-ción ligeramente mayor que la probe-ta de 150 x 300 mm.

Finalmente, se puede mencio-nar que en la actualidad países como Australia (desde 1996), Canadá y Es-tados Unidos emplean como tamaño predominante el cilindro de 100 x 200 mm en la toma de muestras para veri-ficar la resistencia de los hormigones. Además según un trabajo publicado por “The American Edge” (Wirth, 2003), realizado en algunos estados de Norteamérica, el 90% de los en-cuestados se mostró de acuerdo con el uso de las probetas de 100 x 200 mm y las han utilizado sin emplear en nin-guno de los casos algún factor de co-rrección para determinar la resisten-cia de las mismas.

De lo expresado, debemos con-siderar la coincidencia de criterios de algunos investigadores con respecto a la insignificante variación que pre-sentan en resistencia las probetas de

REFERENCIASACI 318 (2008), “Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary”, American Concrete Institute, Detroit, MI.ASTM C 31 (2009), “Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field”, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.ASTM C 39 (2010), “Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concre-te Specimens”, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.Burg, Ron G.; Ost, Borje W., (1994), “Engineering Properties of Commercially Available High-Strength Concrete (Including Three-Year Data)”, Research and Development Bulletin RD104, Portland Cement Association, pp. 58.Day, R. L. (1994 a), “Strength Measurement of Concrete Using Different Cylinder Sizes: A Statistical Analysis”, Cement, Concrete and Aggregates 16 (1), pp. 21-30.Day, R. L. (1994 b), “The Effect of Mold Size and Mold Material on Compressive Streng-th Measurements Using Concrete Cylinders”, Cement, Concrete, and Aggregates 16 (2), pp. 159-166.Day, R. L.; Haque, M. N., (1993), “Correlation between Strength of Small and Standard Con-crete Cylinders”, ACI Materials Journal 90 (5), pp. 452-462.Detwiller, R.; Swor, T.; y Thomas, W., (2006), “Acceptance Testing Using 4 x 8 in. Cylinders”, Concrete International, V.28, No.1, January, pp. 81-86.Detwiller, R.; Thomas, W.; Stangebye, T.; Uranh, M., (2009), “Variability of 4x8 in. Cylinder Tests, Are three cylinders really necessary?”, Concrete International, May, pp. 57-61.Forstie, D. A.; R. Schnormeier, R. (1981), “Development and Use of 4 x 8 in. Concrete Cylin-ders in Arizona”, Concrete International 3 (7), pp. 41-45.Malhotra, V. M., (1976), “Are 4 by 8-in Concrete Cylinders as Good as 6 by 12-in Cylinders for Quality Control of Concrete?”, ACI Journal 73 (1): pp. 33-36.Wirth, D., (2002/2003), “Concrete Test Specimens, Does Cylinder Size Matter?” The Ameri-can Edge, American Engineering Testing, Inc., V. 7, No. 4, p. 4.Wirth, D., (2003), “Survey Sez …Smaller Cylinder Mold Favored for Concrete Test Speci-mens” The American Edge, American Engineering Testing, Inc., V. 8, No. 3, pp. 2-3.

Por otro lado, Day y Haque (1993) demues-tran en un estudio realizado con más de 8.000 re-sultados de resistencia que dentro de un rango de 20 MPa y 100 MPa, la resistencia de los cilindros pequeños es 5% mayor que la resistencia obtenida en los cilindros grandes. Sin embargo, aclaran en el mismo estudio que en el rango de resistencia de 20 MPa a 60 MPa, los resultados se pueden conside-rar iguales. Estos pequeños márgenes de variación presentados son atribuibles a los procedimientos de operación de los equipos, al equipo mismo o al uso de diferentes equipos (pruebas multi-laboratorios) y con ello las diferencias se estiman despreciables, como lo mencionan estos investigadores.

Dentro de este tema, es necesario también hacer referencia a que factores como: tipo de hormi-gón, tipo de árido, contenido de cemento, relación agua-cemento, presencia de material cementante suplementario y tipo de vibración, no parecen tener ningún efecto significativo en la correlación entre la resistencia de cilindros pequeños y grandes (Day, 1994 b). Así, todas estas investigaciones fundamen-tan claramente que no existe una variación signifi-cativa en cuanto al valor de resistencia que presen-

del molde (mm)

Varillado

N° de capas aproximadamente

iguales

N° de inserciones de la varilla

por capa

Diámetro de la varilla

Longitud de la N° de capas

aproximadamente iguales

N° de inserciones del vibrador

por capa

Diámetro del

vibrador

100x200 2 25 10±2 300 a 600 2 1 <25

150x300 3 25 16±2 400 a 600 2 2 <38

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tan los cilindros de 100 x 200 mm y los cilindros de 150 x 300 mm, lo que aumenta más la seguridad de utilizarlos y especificarlos en obra.

Por lo explicado, un especial cuidado se debe prestar a los procedimientos utilizados para la fa-bricación y ensayo de las probetas de 100 x 200 mm, debido a la variabilidad que estas presentan y las di-ferencias entre los procedimientos de fabricación de las probetas de 100 x 200 mm y las de 150 x 300 mm. De acuerdo con lo especificado en la norma ASTM C31-09, estas diferencias se resumen en la Tabla 3. Con respecto a los procedimientos del en-sayo de compresión, estos son básicamente los mis-mos que se aplican a la probeta de 150 x 300 mm,

la única diferencia radica en que los dispositivos de aplicación de carga en la máquina de ensayo deben ajustarse al tamaño de la probeta pequeña. Para esto, la misma norma ASTM C39-10 especi-fica que para ensayar cilindros de 100 x 200 mm, el diámetro máximo de la cara de contacto (bloque suspendido con una sección esférica) del bloque de apoyo superior con la probeta, no debe ser mayor a 165 mm. Esto deja implícito que no se puede utili-zar la misma cabeza móvil (cara de contacto + ró-tula) que se utiliza para ensayar los cilindros de 150 x 300 mm, lo cual no representa un inconveniente mayor, ya que las máquinas de compresión actuales están provistas de ambos accesorios.

100 x 200 mm y las de 150 x 300 mm. Esto ha llevado a que las probetas de 100 x 200 mm sean consideradas en las normas ASTM C31-09, C39-10 y el código ACI 318 como válidas para pruebas de evaluación y aceptación del hormigón. Otro aspecto funda-mental en este campo, es recomen-dar en los países que han adoptado o adaptado el ACI 318 la exigencia para que las muestras sean tomadas por un Técnico en Ensayos de Campo o con la certificación ACI “Concrete Field Testing Technician-Grade I” y que la persona que realiza el ensayo de com-presión esté en posesión de la Certi-ficación ACI “Concrete Strength Tes-ting Technician”, o alguna similar. La presencia de técnicos certificados en campo y en laboratorio ayuda a dis-minuir la variabilidad presentada en las pruebas.