CÓMO VERIFICAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO? A lo largo de la historia, los constructores siempre han buscado perfeccionar los procesos de construcción y utilizar materiales de alta resistencia, siendo el concreto uno de los más preferidos. Como sabemos, el concreto hoy cumple un papel importante en la estructura de casi todas las obras. Justamente, porque una de sus principales propiedades es su alta capacidad para soportar diversas cargas de compresión. (Figura 1). 

La resistencia a la compresión que requiere un determinado tipo de concreto la podemos encontrar en los planos estructurales con el símbolo: f´c, acompañado de un número que el ingeniero estructural siempre coloca (ejemplo: f´c = 210 kg/cm2), y que señala la resistencia que debe alcanzar el concreto a los 28 días de su elaboración en obra. El ingeniero usualmente da por hecho que el concreto colocado en la estructura alcanzará la resistencia especificada, pero eso no ocurre siempre. Son varios los factores (forma de preparación, cantidad de materiales utilizados, calidad de los agregados, etc.) que afectan positiva o negativamente esta importante propiedad del concreto. Por eso debemos realizar una verificación para estar completamente seguros de su calidad. Todos los profesionales de la construcción (grande, mediano o pequeño) deben tener presente esta recomendación. Norma de verificaciónPrecisamente, la Norma E-060: Concreto Armado, en sus Artículos 4.12 y 4.15, nos recomienda, en su Capítulo "Requisitos de construcción", aplicar lo siguiente en todas nuestras obras: "La verificación del cumplimiento de los requisitos para f´c, se basará en los resultados de probetas de concreto preparadas y ensayadas de acuerdo a las Normas. Se considera como un ensayo de resistencia, al promedio de los resultados de dos probetas cilíndricas preparadas de la 

misma muestra de concreto y ensayadas a los 28 días de moldeadas las probetas". Esto quiere decir que la verificación de la resistencia a la compresión del concreto se realiza mediante ensayos de probetas en laboratorios de estructuras, las probetas son elaboradas previamente en obra de acuerdo a simples procedimientos normalizados que explicamos en la sección Capacitándonos. Vaciando las columnas: Una parte de la mezcla se usa para verificar la resistencia a la compresión del concreto. Los planos estructurales (f´c); de esta manera, se establece con absoluta precisión si el concreto cumplió con lo indicado. Si el resultado fuera positivo, la estructura tendrá un comportamiento adecuado, tal y como planificó el ingeniero estructural; caso contrario, la edificación tendrá problemas en el futuro. Otro factor importante a considerar, es que según la Norma E-060, deben ser dos probetas las que se ensayen como mínimo y ambas obtenidas de la misma muestra de concreto. Para entender mejor lo explicado hasta aquí, veamos una de las experiencias de Juan Seguro: Al maestro Juan Seguro, el sábado 30/07/11, le tocó vaciar 20 columnas en la obra que está realizando. Él ya decidió preparar y vaciar sucesivamente tres tandas exactamente iguales (forma de preparación, dosificación, transporte, colocación, compactación, etc.). Antes de preparar el concreto, Juan revisa el plano estructural a fin de ver la especificación allí escrita y encuentra lo siguiente: 

Concreto de columnas: f´c = 210 kg/cm2 Con este dato y muy cuidadosamente, Juan Seguro brinda las instrucciones precisas a su personal sobre la forma de preparación, dosificación, transporte, colocación, compactación, etc., a fin que, una vez endurecido el concreto (28 días), cumpla con dicha especificación. Con estos cuidados, Juan ordena empezar con la preparación del concreto en obra para luego hacer el vaciado. Pero Juan quiere estar seguro de hacer lo correcto y despejar cualquier duda, por eso, consideró además elaborar dos probetas con el concreto de las columnas para realizar los ensayos que recomienda la Norma E-060. Para ello, procedió de la siguiente manera: 

Como las tres tandas las preparó exactamente de la misma manera, seleccionó la segunda para sacar un poco de mezcla, con la cual hizo sus dos probetas. (Figura 2 y 3).

Esperó cuidadosamente que los días transcurrieran y con el tratamiento correspondiente, su concreto vaciado cumplió los 28 días al igual que sus probetas, así todo quedó preparado para la verificación de la resistencia a la compresión.

 El mismo día que las dos probetas cumplieron 28 días (27/08/11), Juan las llevó a un Laboratorio de Estructuras de una reconocida universidad, solicitó la realización de 2 ensayos de compresión (uno por cada probeta), a un costo muy bajo (7.00 soles por probeta, precio referencial en Lima), se hicieron las pruebas solicitadas y le entregaron los siguientes resultados: 

Promedio = 215.6 + 232.4 = 224 kg/cm22

 Como verás, la cifra es mayor que lo especificado en el plano estructural (f´c = 210 kg/cm2), este resultado es positivo y le dice al maestro lo siguiente: a. La calidad del concreto está garantizada.b. Juan Seguro respeta las indicaciones de los planos estructurales.c. La estructura se comportará bien ante fuerzas externas (sismos).d. La forma como trabaja Juan Seguro es la correcta, pues le brinda buenos resultados.e. Juan trabajará en el futuro con mucha seguridad.f. Juan se sentirá bien y aumentará su prestigio y autoestima como maestro.

DE LOS MÉTODOS DE ENSAYO

La resistencia a la tracción del concreto es una forma de comportamiento de gran interés para el diseño y control de calidad en todo tipo de obras y en especial las estructuras hidráulicas y de pavimentación. Sin embargo en razón de que los métodos de ensayo a la tracción aparecen tardíamente, en la década de los cincuenta, la resistencia a la comprensión mantiene su hegemonía como indicador de la calidad, principalmente por el largo tiempo de aplicación que ha permitido acumular valiosa experiencia.

Inicialmente la determinación de la resistencia a la tracción del concreto se efectúo por ensayos

de flexo tracción. Posteriormente, se han desarrollado dos métodos de prueba conocidos como

ensayos de tracción directa por hendimiento, también denominado de comprensión diametral.

El método de ensayo de tracción directa consiste en someter a una solicitación de tracción axial

un espécimen, cilíndrico o prismático, de relación de h/d, entre 1.6 a 1.8 resultante del aserrado

de las extremidades de una probeta moldeada, para eliminar las zonas de mayor

heterogeneidad. Los especimenes se pagan por sus extremos, mediante resinas epóxicas, a

dos placas de acero que contienen varillas de tracción, centradas y articuladas mediante rótula,

las mismas que se sujetan a los cabezales de una máquina de ensayos de tracción

convencional (fig. 1a).

El método de tracción directa si bien es representativo del comportamiento del concreto,

requiere una operación compleja, por lo que se ha firmado únicamente en el ámbito de los

laboratorios.

El ensayo de tracción por hendimiento consiste en romper un cilindro de concreto, del tipo

normalizado para el ensayo de comprensión, entre los cabezales de una prensa, según

generatrices opuestas.

Este método fue desarrollado con Lobo Carneiro y Barceles en Brasil en 1943, cuando

verificaban el comportamiento del concreto, destinado a rellenar cilindros de acero a utilizarse

en el desplazamiento de una antigua iglesia. En el mismo año en Japón T. Azakawa, realizó

una tesis de doctorado desarrollando el método.

Ensayo de tracción por hendimiento

En el estudio de la distribución de tensiones principales de tracción y composición en una pala

circular bajo la acción de fuerza diametralmente opuestas, distribuidas a lo largo de dos

generatrices situadas en el mismo plano diametral (estado plano de deformaciones). Ha sido

efectuado originalmente por Timoshenko. Asimismo, han sido objeto de análisis por método

fotoeslástico.(Fig. 2).

 

Al solicitar diametralmente por compresión un cilindro a lo largo de la generatriz, un elemento,

ubicado a una distancia “I” a una de las caras, queda sometido a un esfuerzo de compresión,

que tiene como valor:

 

Siendo P la fuerza total de compresión: D el diámetro y L la longitud del cilindro.

Esta tensión se incrementa a partir del centro y tiende al infinito en la aproximación de las

generatrices de contacto. Sin embargo, en la práctica, esto produce en una banda de contacto

con la platina de los cabezales de la maquina de ensayo, en un ancho “a”, de donde resulta,

una perturbación local y el valor máximo de la tensión principal de compresión es de:

Además a todo lo del plano diametral donde están situadas las generatrices sobre las cuales

actúa la compresión, las tensiones normales de tracción se distribuyen uniformemente y son

iguales a:

Sin embargo, la tensión principal de tracción decrece en la vecindad de la banda de contacto,

resulta nula y cambia de signo transformándose en una tensión de compresión (Fig. 3).

Estos valores son validos hasta el momento de la rotura, que no se encuentra en el dominio de

la teoría de la elasticidad pase a la existencia de una tensión principal de compresión la rotura

se produce por separación, según un  plano normal a la tensión principal de tracción, en el

momento que  éste alcanza el valor del concreto es generalmente cinco veces menor que la de

compresión.

Ventajas del método

Las ventajas del método, normalizado en numerosos países, se encuentran en los siguientes

factores:

  Se utilizan los mismos moldes, sistemas de curado, y prensa que en el ensayo de

compresión.

  Constituye un ensayo simple, economico y de fácil ejecución.

  Los ensayos pueden realizarse sobre corazones extraídos del concreto endurecido cuando

tiene regular.

Como limitación, podemos señalar que sus resultados son superiores a los que se obtiene por

el ensayo de tracción directa, en razón que en el ensayo de compresión diametral, existe una

zona de fractura pre-determinada,  que no revela las fallas que pueden presentarse en otro

lugar del espécimen.

Condiciones de ensayo

La norma establece las condiciones que rigen el procedimiento de ensayo, debemos incidir en

algunas disposiciones significativas:

a.        Luego del curado de los especimenes de ensayo y antes de la prueba, debe procederse a

determinar su longitud, por el promedio de tres medidas y el diámetro por el promedio de

dos medidas. Asimismo, deberá marcarse las caras del espécieme, determinando las

generatrices de carga.

b.     Si las dimensiones de las placas de apoyo de la maquina de compresión, son menores que

la longitud del cilindro, debe interponerse una platina suplementaria de acero  maquinado,

de por lo menos 50 mm de ancho y espesor no menos que la distancia entre el borde de

las placas.

Resistencia a la flexión del concreto

La resistencia a la flexión del concreto es una medida de la resistencia a la tracción del

concreto (hormigón). Es una medida de la resistencia a la falla por momento de una viga o

losa de concreto no reforzada. Se mide mediante la aplicación de cargas a vigas de

concreto de 6 x 6 pulgadas (150 x 150 mm) de sección transversal y con luz de como

mínimo tres veces el espesor. La resistencia a la lexión se expresa como el Módulo de

Rotura (MR) en libras por pulgada cuadrada (MPa) y es determinada mediante los

métodos de ensayo ASTM C78 (cargada en los puntos tercios) o ASTM C293 (cargada en

el punto medio).

El Módulo de Rotura es cerca del 10% al 20% de la resistencia a compresión, en

dependencia del tipo, dimensiones y volumen del agregado grueso utilizado, sin embargo,

la mejor correlación para los materiales especíicos es obtenida mediante ensayos de

laboratorio para los materiales dados y el diseño de la mezcla. El Módulo de Rotura

determinado por la viga cargada en los puntos tercios es más bajo que el módulo de rotura

determinado por la viga cargada en el punto medio, en algunas ocasiones tanto como en

un 15%.

¿POR QUÉ es útil el ensayo de resistencia a flexión?Los diseñadores de pavimentos utilizan una teoría basada enla resistencia a la flexión, por

lo tanto, puede ser requerido el diseño de la mezcla en el laboratorio, basado en los

ensayos de resistencia a la lexión, o puede ser seleccionado un contenido de material

cementante, basado en una experiencia pasada para obtener el Módulo de Rotura de

diseño. Se utiliza también el Módulo de Rotura para el control de campo y de aceptación

de los pavimentos. Se utiliza muy poco el ensayo a flexión para el concreto estructural. Las

Agencias y empresas que no utilizan la resistencia a la flexión para el control de campo,

generalmente hallaron conveniente yconiable el uso de la resistencia a compresión para

juzgarla calidad del concreto entregado.

¿CÓMO utilizar la resistencia a la flexión?Las vigas probetas deben ser fabricadas adecuadamente en el campo. Las mezclas para

pavimentos de concreto son secas, con asentamiento (revenimiento) de ½ a 2 ½ pulgadas

(1,25 a 6,25 cm), se consolidan por vibración de acuerdo con la norma ASTM C31 y se

golpean los laterales para liberar las burbujas de aire. Para asentamientos más altos,

después de aplicarles golpes con varilla, se golpean los moldes para liberar las burbujas

de aire y se agita o pincha a lo largo de los laterales para garantizar su consolidación.

Nunca permita que se sequen las supericies de la viga en ningún momento. Manténgala

inmersa en agua saturada con cal durante 20 horas como mínimo antes de ensayarla.

Las especiicaciones y las investigaciones que se hagan de las aparentes bajas

resistencias deberán tener en cuenta la elevada variabilidad de los resultados de los

ensayos de resistencia a la lexión. La desviación típica para las resistencias a lexión del

concreto de hasta 800 libras por pulgada cuadrada (5.5 MPa) para proyectos con un buen

rango de control está entre las 40 a 80 libras por pulgada cuadrada (0.3 a 0.6 MPa). Los

valores de las desviaciones típicas por encima de las 100 libras por pulgada cuadrada (0.7

MPa) pueden indicar problemas en los ensayos. Existe una elevada probabilidad de que

problemas en los ensayos, o diferencias en la humedad dentro de una viga, debido a un

secado prematuro, puedan ocasionar baja resistencia.

En aquellos lugares donde haya sido establecida en el laboratorio una correlación entre la

resistencia a la lexión y la resistencia a compresión, se pueden utilizar las resistencias de

los testigos para la resistencia a compresión, según la ASTM C42, para chequear contra el

valor deseado, empleando el criterio de la ACI 318 del 85% de la resistencia especiicada,

para el promedio de tres testigos. No resulta práctico aserrar vigas de una losa para los

ensayos a lexión, el aserrado de vigas reducirá en gran medida la resistencia a lexión

medida y no debe ser hecho. En algunos casos se utiliza la resistencia a tracción indirecta

de testigos por la ASTM C496, pero la experiencia de cómo analizar los datos de los

ensayos es limitada.

Otro procedimiento para la investigación en sitio, consiste en evaluar la resistencia a

compresión de núcleos extraídos (testigos, corazones) comparándolos con vaciados

aceptables efectuados en la proximidad del concreto en cuestión, veamos un ejemplo:

¿CUÁLES son los problemas con la flexión?Los ensayos de lexión son extremadamente sensibles a la preparación, manipulación y

procedimientos de curado de las probetas. Las vigas son muy pesadas y pueden ser

dañadas cuando se manipulan y transportan desde el lugar de trabajo hasta el laboratorio.

Permitir que una viga se seque dará como resultado más bajas resistencias. Las vigas

deben ser curadas de forma normativa, y ensayadas mientras se encuentren húmedas. El

cumplimiento de todos estos requerimientos en el lugar de trabajo es extremadamente

difícil lo que da frecuentemente como resultado valores de Módulo de Rotura no coniables

y generalmente bajos. Un período corto de secado puede producir una caída brusca de la

resistencia a lexión.

Muchas agencias estatales de vías han utilizado la resistencia a la lexión, pero ahora están

cambiando hacia la resistencia a compresión o a los conceptos de madurez para el control

de los trabajos y el aseguramiento de la calidad de los pavimentos de concreto. Las

resistencias a compresión de las probetas cilíndricas son también utilizadas para las

estructuras de concreto.

Los datos obtenidos puntualizan la necesidad de haceruna revisión de los procedimientos

corrientes de ensayo.Ellos sugieren también que, mientras el ensayode resistencia a lexión es

una herramienta útil en lainvestigación y en la evaluación de laboratorio de losingredientes del

concreto y de sus proporciones, esmuy sensible a las variaciones de los ensayos para ser

utilizado como base para la aceptación o rechazo del concreto en el campo.

La NRMCA y la Asociación Americana de Pavimentos de Concreto (ACPA) tienen una

política de que el ensayo de resistencia a compresión es el método preferido de

aceptación del concreto y que el ensayo debe ser conducido por técnicos certiicados. Los

Comités del ACI 325 y 330 sobre la construcción y diseño de pavimentos de concreto, y la

Asociación del Cemento Portland (PCA) puntualizan la utilización de los ensayos de

resistencia a compresión como los más convenientes y coniables.

La industria del concreto y las agencias de inspección y ensayos están mucho más

familiarizados con los ensayos tradicionales a compresión de las probetas cilíndricas, para

el control y la aceptación del concreto. La lexión puede ser utilizada con propósitos de

diseño, pero la resistencia a compresión correspondiente debe ser utilizada para ordenar y

aceptar el concreto. En el momento en que se realicen las mezclas de prueba, se deberán

hacer tanto los ensayos a lexión como a compresión de manera que puede ser

desarrollada una correlación para el control de campo.