PROPIEDADES DEL CONCRETO

1. PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO FRESCO

Es aquel concreto recién preparado cuyo estado es plástico y moldeable, en el cual no se produce el fraguado ni el endurecimiento y adopta la forma del encofrado

a) Trabajabilidad:

Está definida por la mayor o menor dificultad para el mezclado, transporte, colocación y compactación del concreto. Su evaluación es relativa, por cuanto depende realmente de las facilidades manuales o mecánicas de que se disponga durante las etapas del proceso, ya que un concreto que puede ser trabajable bajo ciertas condiciones de colocación y compactación, no necesariamente resulta tal si dichas condiciones cambian.

Está influenciada principalmente por la pasta, el contenido de agua y el equilibrio adecuado entre gruesos y finos, que produce en el caso óptimo una suerte de continuidad en el desplazamiento natural y/o inducido de la masa.

Por lo general un concreto es trabajable en la mayoría de circunstancias, cuando durante su desplazamiento mantiene siempre una película de mortero de al menos 1/4" sobre el agregado grueso.

El método tradicional de medir la trabajabilidad ha sido desde hace muchos años el "Slump" o asentamiento con el cono de Abrams, ya que permite una aproximación numérica a esta propiedad del concreto, sin embargo debe tenerse clara la idea que es más una prueba de uniformidad que de trabajabilidad, pues es fácilmente demostrable que se pueden obtener concretos con igual slump pero trabajabilidades notablemente diferentes para las mismas condiciones de trabajo.

Una práctica recomendada por el U.S. Bureau of Reclamation (Ref.7.1), consiste en que una vez concluida la determinación del slump se procede a golpear con la varilla la plancha metálica de base, provocando el desmoronamiento del concreto lo que permite una estimación visual de la capacidad de acomodo al compactarlo (Secuencia Fotográfica 7.1).

En la Secuencia Fotográfica 7.2 se pueden observar 3 diseños de mezcla diferentes con proporciones de piedra/arena muy disímiles (30/70,50/50,70/30) que al ser verificados con la prueba del slump, manifiestan asentamientos iguales. Al golpear la base con la varilla de compactación tal como se mencionó, para estimar la trabajabilidad, se aprecian comportamientos completamente diferentes, por la forma que adopta el cono de concreto y la separación de gruesos y finos, lo que era previsible y que demuestra que el slump es sólo una manera de detectar cambios en la uniformidad de las mezclas en relación a la cantidad de agua y/o la granulometría.

Cuando en obra se controla la dosificación de las mezclas en peso, por lo que hay seguridad que se están midiendo los ingredientes de acuerdo al diseño, y además se corrige por absorción y humedad, el obtener un slump mayor del que se venía registrando, es indicativo de que la granulometría total se ha vuelto más gruesa, en consecuencia el Módulo de fineza se incrementó y disminuyó la superficie específica pero todo esto sin cambiar la relación Agua/Cemento.

En consecuencia el slump aumentó no porque se haya añadido más agua al diseño sino porque la mezcla requiere menos agua debido a cambios en la gradación de los agregados que la han vuelto más gruesa.En estas situaciones, no tiene fundamento técnico el rechazar el concreto en base a la prueba de slump, pues si la dosificación está controlada, se está demostrando que no se afectará la resistencia.

Ahora bien, si el slump que tiene actualmente la mezcla es tan alto que ocasiona problemas de segregación o exudación, es necesario reajustar la granulometría total recalculando las proporciones de arena y piedra (subiendo el contenido de arena y bajando el de la piedra) para mantener constante el módulo de fineza total del diseño y regresar al slump original, pero nunca se debe empezar a bajar agua aleatoriamente pues esa es la manera segura de perder el control del diseño ya que no estamos atacando el problema de fondo que es la gradación.

Si se da el caso contrario de que el slump se redujo pese a estar controlada la dosificación, es indicativo de que la granulometría total cambió volviéndose más fina por lo que la mezcla requiere más agua y se seca.

La forma de corregir esto es hacer lo inverso al caso anterior incrementando la proporción de piedra y disminuyendo la de la arena para mantener constante el módulo de fineza de diseño.

Para lograr una mayor aproximación a la trabajabilidad, la Reología, que es la ciencia que estudia el flujo o desplazamiento de los materiales, ha establecido los siguientes conceptos que permiten enfocar con más precisión el comportamiento reológico del concreto en estado fresco y por consiguiente su trabajabilidad :

a.1 Estabilidad

Es el desplazamiento o flujo que se produce en el concreto sin mediar la aplicación de fuerzas externas.

Se cuantifica por medio de la exudación y la segregación, evaluadas con métodos standard que permiten comparar dichas características entre varios diseños, siendo obvio que se debe buscar obtener los valores mínimos.

Es interesante notar que ambos fenómenos no dependen expresamente del exceso de agua en la mezcla sino del contenido de finos y de las propiedades adherentes de la pasta.

a.2 Compactabilidad

Es la medida de la facilidad con que puede compactarse el concreto fresco. Existen varios métodos que establecen el denominado "Factor de compactación", que evalúa la cantidad de trabajo que se necesita para la compactación total, y que consiste en el cociente entre la densidad suelta del concreto en la prueba, dividido entre la densidad del concreto compactado.

En nuestro medio no es usual disponer del equipo para la prueba standard que es Británica (Ref. 7.3), no obstante no es muy difícil ni caro implementarlo ya que es muy útil en cuanto a la información que suministra.

La prueba consiste en llenar el cono superior con concreto depositándolo sin dejarlo caer, para que no haya compactación adicional.

A continuación se abre la compuerta inferior para que caiga por su peso propio y llene el segundo cono con lo que se estandariza la condición de compactación inicial.Finalmente luego de enrasar el cono se abre la segunda compuerta y el concreto cae por su peso propio para llenar un molde cilíndrico estándar.

Se obtiene el peso unitario del concreto en el molde y el valor se divide entre el peso unitario obtenido con la prueba estándar en tres capas con 25 golpes cada una.

Esta operación debe hacerla una sola persona manteniendo constantes el equipo para el manipuleo y el procedimiento, ya que los resultados están influenciados significativamente por estos aspectos. Hay que tener claro que los valores obtenidos nos sirven para comparar diseños similares para elegir el óptimo, pero no nos dan un valor absoluto para comparar diseños con materiales diferentes.

En la medida que el factor de compactación se acerque más a la unidad obtendremos el diseño más eficiente en cuanto a la compactibilidad.

En la Tabla siguiente se pueden observar valores de revenimiento o slump comparados con mediciones de factor de compactación para diferentes condiciones de trabajabilidad.

Trabajabilidad, revenimiento y factor decompactación de concretos con tamaño máximo

de agregado de 3/4” a 11/2”( 19mm. a 38 mm.)Grado de Revenimiento Factor de

Compactación

TrabajabilidadUso Adecuado del

ConcretoAparato Aparato () El aparato grande no

se usa normalmente.mm. pulg. Pequeño Grande

Muy pequeño 0 a 25 0 a 1 0.78 0.80

Pavimentos vibrados con máquinas operadas mecánicamente. En el extremo más trabajable de este grupo, el concreto podrá compactarse en ciertos casos con máquinas operadas manualmente.

Pequeño 25 a 50 1 a 2 0.85 0.87

Pavimentos vibrados conmáquinas operadas a mano.En el extremo mas trabajable de este grupo, elconcreto podrá compactarse manualmente en pavimentos que empleen agregados de forma redonda o irregular.Cimentaciones de concretoen masa sin vibrado osecciones con poco refuerzoy vibradas.

Medio50 a

1002 a 4 0.92 0.935

En el extremo mas trabajable de este grupo losas planas usando agregados triturados compactadas manualmente.

Alto100

a175

4 a 7 0.95 0.96

Para secciones congestionadas de refuerzo. Normalmente no adecuado para vibrarse. Concreto reforzado, compactado a mano y secciones muy reforzadas y vibradas.

De nuestra experiencia personal en el uso del método standard hemos concluido en que es sumamente útil para discriminar entre mezclas con grados de compactibilidad bastante diferentes, sin embargo no es muy sensible a pequeños cambios en granulometría. En base a esto estamos desarrollando una alternativa en la cual cambiamos el molde cilíndrico por un molde prismático de 0.20 x 0.20 x0.30 m. que representa más fielmente las dificultades reales en cuanto a compactibilidad en las esquinas de los encofrados. Aún no contamos con suficiente cantidad de pruebas para establecer conclusiones estadísticas válidas pero las tendencias indican que con esta variante se podrían reflejar variaciones pequeñas en gradación o en las consecuencias del empleo de aditivos plastificantes.

a.3 Movilidad.

Es la facilidad del concreto a ser desplazado mediante la aplicación de trabajo externo. Se evalúa en función de la viscosidad, cohesión y resistencia interna al corte.La viscosidad viene dada por la fricción entre las capas de la pasta de cemento, la cohesión es la fuerza de adherencia entre la pasta de cemento y los agregados, y la resistencia interna al corte la provee la habilidad de las partículas de agregados a rotar y desplazarse dentro de la pasta.

Las pruebas desarrolladas en la actualidad para medir estos parámetros sólo son aplicables a nivel sofisticado en laboratorio, por lo que aún está a nivel de investigación una prueba práctica para emplearse en obra, sin embargo, es importante al momento de diseñar y comparar mezclas, realizar una evaluación al menos cualitativa de estos parámetros, con objeto de acercarnos al óptimo.

b) Consistencia

Se llama así a la facilidad con que un concreto fresco se deforma. Los factores más importantes que producen esta deformación son la cantidad de agua de amasado, la granulometría y la forma y tamaño de sus áridos. Es una propiedad muy importante, ya que define la humedad de la mezcla, por el grado de fluidez de la misma.Esta es definida por el asentamiento de la mezcla, cuando se realiza el ensayo del cono de Abrams.

Dependiendo de la consistencia, las mezclas pueden dividirse en Mezclas secas (0-2 pulgadas de asentamiento), mezclas plásticas (3-4 pulgadas de asentamiento) y mezclas fluidas (De más de 5 pulgadas de asentamiento).

La consistencia es afectada de forma negativa (Disminución) cuando la utilización de un agregado de perfil esférico tiende a disminuir la consistencia del concreto, en el cual el contenido de pasta es el mismo. También varía cuando se aplican partículas de agregado grueso con texturas superficiales suavizadas.

c) Cohesividad

La cohesividad se define como aquella propiedad gracias a la cual es posible controlar la cantidad de segregación durante la etapa de manejo de la mezcla, al mismo tiempo que contribuye a prevenir la aspereza de la misma y facilitar su manejo durante el proceso de compactación del concreto.

Normalmente se considera que una mezcla de concreto posee el grado apropiado de cohesividad, si no es demasiado plástica ni demasiado viscosa, es plástica y no segrega fácilmente.

La cohesividad es importante, pues varia con las condiciones de colocación. Cuando es necesario transponer el concreto a gran distancia, hacerlo circular por canaletas, o hacerlo traspasar la malla de acero de refuerzos, es necesario que la mezcla sea cohesiva.

d) Segregación

Las diferencias de densidades entre los componentes del concreto provocan una tendencia natural a que las partículas más pesadas desciendan, pero en general, la densidad de la pasta con los agregados finos es sólo un 20% menor que la de los gruesos (para agregados normales) lo cual sumado a su viscosidad produce que el agregado grueso quede suspendido e inmerso en la matriz.

Cuando la viscosidad del mortero se reduce por insuficiente concentración de la pasta, mala distribución de las partículas o granulometría deficiente, las partículas gruesas se separan del mortero y se produce lo que se conoce como segregación. En los concretos con contenidos de piedra > del 55% en peso con respecto al peso total de agregados, es frecuente confundir la segregación con la apariencia normal de estos concretos, lo cual es muy simple de verificar obteniendo dos muestras de concreto fresco de sitios diferentes y comparar el contenido de gruesos por lavado, que no deben diferir en más del 6%.

e) Exudación

Propiedad por la cual una parte del agua de mezcla se separa de la masa y sube hacia la superficie del concreto.Es un caso típico de sedimentación en que los sólidos se asientan dentro de la masa plástica. El fenómeno está gobernado por las leyes físicas del flujo de un líquido en un sistema capilar, antes que el efecto de la viscosidad y la diferencia de densidades.

Está influenciada por la cantidad de finos en los agregados y la finura del cemento, por lo que cuanto más fina es la molienda de este y mayor es el porcentaje de material menor que la malla No 100, la exudación será menor pues se retiene el agua de mezcla.

La exudación se produce inevitablemente en el concreto, pues es una propiedad inherente a su estructura, luego lo importante es evaluarla y controlarla en cuanto a los efectos negativos que pudiera tener.

No debe caerse en el error de considerar que la exudación es una condición anormal del concreto, ni en la práctica indiscriminada usual de "secar" el concreto espolvoreando cemento en la superficie mientras aún hay exudación, ya que se origina una capa superficial muy delgada de pasta que en la parte inferior tiene una interface de agua que la aísla de la masa original. En estas condiciones, al producirse la contracción por secado o cambios volumétricos por temperatura esta película delgada de pasta se agrieta, produciéndose el patrón de fisuración tipo panal de abeja, que los norteamericanos denominan "crazing".

Si se espolvorea cemento cuando la exudación ha terminado, integrando la pasta con la mezcla original se logra reducir la relación Agua/Cemento en la superficie con resultados positivos en cuanto a durabilidad al desgaste.

La prueba estándar para medir la exudación está definida por la norma ASTM C-232 necesitándose sólo una pipeta como equipo adicional a las balanzas, moldes y probetas graduadas que constituyen lo normal en laboratorio.

f) Contracción

Es una de las propiedades más importantes en función de los problemas defisuración que acarrea con frecuencia.

Ya hemos visto que la pasta de cemento necesariamente se contrae debido a la reducción del volumen original de agua por combinación química, y a esto se le llama contracción intrínseca que es un proceso irreversible.

Pero además existe otro tipo de contracción inherente también a la pasta de cemento y es la llamada contracción por secado, que es la responsable de la mayor parte de los problemas de fisuración, dado que ocurre tanto en el estado plástico como en el endurecido si se permite la pérdida de agua en la mezcla.Este proceso no es irreversible, ya que si se repone el agua perdida por secado, se recupera gran parte de la contracción acaecida.

Esta propiedad se tratará con mucha amplitud al tocar el tema de los cambios volumétricos en el concreto, siendo lo fundamental en este Capítulo, el tener claro que el concreto de todas maneras se contrae y si no tomamos las medidas adecuadas indefectiblemente se fisura, y en muchos casos esta fisuración es inevitable por lo que sólo resta preveerla y orientarla.

g) Tiempo de Fraguado

Se llama fragua al proceso que se da cuando el cemento y el agua entran en contacto, se inicia una reacción química exotérmica que determina el paulatino endurecimiento de la mezcla. Dentro del proceso general de endurecimiento se presenta un estado en que la mezcla pierde apreciablemente su plasticidad y se vuelve difícil de manejar; tal estado corresponde al fraguado inicial de la mezcla. A medida que se produce el endurecimiento normal de la mezcla, se presenta un nuevo estado en el cual la consistencia ha alcanzado un valor muy apreciable; este estado se denomina fraguado final.

Se puede definir como tiempo de fraguado de una mezcla determinada, al lapso entre el fraguado inicial y fraguado final o en otras palabras el tiempo necesario para que la mezcla pase del estado fluido al sólido. (Normalmente, el inicio de fraguado ocurre entre 2 y 6 horas después del mezclado, y el final ocurre entre 4 y 12 horas)

El fraguado falso o endurecimiento prematuro, como se le llama a veces, es un endurecimiento inicial de la pasta de cemento que en raras ocasiones se presenta entre 1 y 5 minutos después del mezclado. Este problema se puede modificar o eliminar mediante el mezclado continuo o por el remezclado de la pasta de cemento o del concreto, con lo cual desaparece el endurecimiento sin pérdida de la calidad.

Los factores que pueden influir en esta propiedad del concreto son: Variaciones en el cemento, la temperatura de la mezcla, temperatura ambiental, contenido de cemento de la mezcla, dimensiones del elemento de concreto, consistencia y relación del factor agua cemento, características de exudación y los aditivos utilizados. Cabe resaltar que cuando el concreto es empleado en losas o pavimentos, se considera la humedad relativa, la velocidad del viento, la radiación solar y la capacidad de absorción de la subrasante.

El método más común para determinar el tiempo de fraguado de los cementos se basa en la resistencia que opone la pasta de cemento a la penetración de la aguja de un aparato normalizado llamado APARATO DE VICAT.

h) Peso Unitario

El peso unitario es el peso varillado, expresado en kilos por metro cubico (Kg/m3), de una muestra representativa del concreto. Cuando las mezclas de concreto experimentan incremento de aire, disminuye el peso unitario. La mayor compactación incrementa el peso unitario. Pero las modificaciones del peso unitario son debidas al tipo de agregado empleado.

El peso unitario del concreto se emplea principalmente para: o Determinar o comprobar el rendimiento de la mezcla. o Determinar el contenido de materiales (cemento, agua y agregado) por

metro cúbico de concreto, así como el contenido de aire. o Formarnos una idea de la calidad del concreto y de su grado de

compactación.

La determinación del peso unitario puede realizarse aplicando el método de ensayo de la ASTM C -138 El procedimiento para su determinación, consiste en llenar un molde de volumen determinado con muestra representativa, en 3 capas sucesivas con 25 golpes cada capa, y luego pesarlo.

De acuerdo al tipo de agregado utilizado, los concretos se clasifican en livianos, normales y pesados.

Concretos livianos: son preparados con agregados livianos y su peso unitario varía desde 480 a 1600 (kg/m3).

Concreto normal: son preparados con agregados corrientes y su peso unitario varía de 2300 a 2500 (kg/m3) .según el tamaño máximo del agregado. El peso unitario promedio es de 2400 (kg/m3)

En concretos ciclópeo, el tamaño máximo del agregado varía de 3’’- 6’’ y el peso unitario puede llegar a 2500 (kg/m3)

En concretos de alta resistencia, en los que el tamaño máximo del agregado grueso es el orden de 3/8’’ a 1/2’’, el peso unitario del concreto suele estar en el orden de los 2300 (kg/m3)

Concretos pesados: son preparados utilizando agregados pesados, alcanzando el peso unitario valores de 5200 (kg/m3)

Si se usan agregados ferrosos. Que se emplean para contrapesos o para blindajes contra radiaciones.

i) Uniformidad

La uniformidad del concreto se estudia evaluando el coeficiente de variación, la dispersión existente entre características análogas de distintas amasadas. La uniformidad del concreto depende de muchas variantes, entre las cuales podemos destacar:

o El tiempo que se le da al concreto para su mezcladoo La buena adherencia entre pasta y agregado o La granulometría de los agregados empleados para la fabricación del

concreto, etc.

En cualquier mezcladora es esencial que se produzca un intercambio suficiente de los materiales en diferentes partes de la cámara, de modo que resulte un concreto uniforme. La norma ASTMC 94-83 prescribe que se tomen muestras a 1/6 y 5/6 de la descarga de la bacha y que las diferencias de las propiedades de ambas muestras no excedan ninguno de los siguientes límites:

Peso unitario del concreto: 16 kg/m^3 Contenido de aire: 1% Revenimiento: 25 mm (1 in) cuando el

promedio sea menos de 4 in, 40mm (1.5 in) cuando el promedio sea de 100 a 150 mm (4 a 6 in).

Porcentaje del agregado retenido en la malla de 3/16 in: 6% Resistencia a la compresión (valor promedio de tres cilindros a los 7

días): 7.5%

2. PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO ENDURECIDO.

a) Elasticidad.-

En general, es la capacidad del concreto de deformarse bajo carga, sin tener deformación permanente.

El concreto no es un material elástico estrictamente hablando, ya que no tiene un comportamiento lineal en ningún tramo de su diagrama carga vs deformación en compresión, sin embargo, convencionalmente se acostumbra definir un "Módulo de elasticidad estático" del concreto mediante una rectatangente a la parte inicial del diagrama, o una recta secante que une el origen del diagrama con un punto establecido que normalmente es un % de la tensión última (Ref.7.7).

Los módulos de Elasticidad normales oscilan entre 250,000 a 350,000 Kg/cm2 y están en relación directa con la resistencia en compresión del concreto y en relación inversa con la relación agua/cemento.

Conceptualmente, las mezclas más ricas tienen módulos de Elasticidad mayores y mayor capacidad de deformación que las mezclas pobres. La norma que establece como determinar el Módulo de elasticidad estático del concreto es la ASTM C-469(Ref.7.7)

b) Resistencia.-

Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos, siendo su mejor comportamiento en compresión en comparación con la tracción, debido a las propiedades adherentes de la pasta de cemento.

Depende principalmente de la concentración de la pasta de cemento, que se acostumbra expresar en términos de la relación Agua/Cemento en peso.

La afectan además los mismos factores que influyen en las características resistentes de la pasta, como son la temperatura y el tiempo, aunados a otros elementos adicionales constituidos por el tipo y características resistentes del cemento en particular que se use y de la calidad de los agregados, que complementan la estructura del concreto.

Un factor indirecto pero no por eso menos importante en la resistencia, lo constituye el curado ya que es el complemento del proceso de hidratación sin el cual no se llegan a desarrollar completamente las características resistentes del concreto.

Los concretos normales usualmente tienen resistencias en compresión del orden de 100 a 400 Kg/cm2, habiéndose logrado optimizaciones de diseños sin aditivos que han permitido obtener resistencias sobre los 700 kg/cm2.

Tecnologías con empleo de los llamados polímeros, constituidos por aglomerantes sintéticos que se añaden a la mezcla, permiten obtener resistencias en compresión que bordean los 1,500 kg/cm2, y todo pareceindicar que el desarrollo de estas técnicas permitirá en el futuro superar incluso estos niveles de resistencia.

Resistencia a la compresión

El procedimiento de ensayo para la determinación de la resistencia a la compresión del concreto está establecido en NCh 1307.

El valor de resistencia obtenido en el ensayo no es, sin embargo, absoluto, puesto que depende de las condiciones en que ha sido realizado. Entre estas condiciones, las de mayor influencia son las que se analizan a continuación.

b. Resistencia a tracción

La resistencia a tracción del concreto ha sido considerablemente menos estudiada que la resistencia a compresión, en parte debido a la mayor incertidumbre que existe para su determinación.

Esta incertidumbre empieza con la forma de ejecución del ensayo, existiendo tres formas distintas para efectuarlo: por tracción directa, por flexión y por tracción indirecta, cada uno de las cuales conduce a valores sensiblemente diferentes.

c) Extensibilidad.-

Es la propiedad del concreto de deformarse sin agrietarse. Se define en función de la deformación unitaria máxima que puede asumir el concreto sin que ocurran fisuraciones.Depende de la elasticidad y del denominado flujo plástico, constituido por la deformación que tiene el concreto bajo carga constante en el tiempo.

El flujo plástico tiene la particularidad de ser parcialmente recuperable, estando relacionado también con la contracción, pese a ser dos fenómenos nominalmente independientes.

La microfisuración aparece normalmente alrededor del 60% del esfuerzo último, y a una deformación unitaria de 0.0012, y en condiciones normales la fisuración visible aparece para 0.003 de deformación unitaria.

d) La Permeabilidad

La permeabilidad de un concreto, es la facilidad que presenta este a ser atravesado por un fluido, bien sea líquido o gaseoso, y es consecuencia de la porosidad que posee la pasta hidratada y los áridos, de una falta de compactación adecuada e incluso de la exudación. Sera la mínima posible este exceso proviene de darle trabajabilidad, recordar que si un concreto no es impermeable, es malo.

La permeabilidad es muy sensible a la relación A/C. Aproximadamente:

. A/C = 0.8 es casi 30 veces mayor que A/C = 0.5.

. Medir la permeabilidad es actualmente difícil.

. Los ensayos deben hacerse sobre testigos.

. Otro tema de estudio es la permeabilidad al aire.

. Lo primero: concretos muy compactos; habrá que aditivarlos, revestirlos,

El empleo de aire antes da lugar a una reducción de la permeabilidad debido a que al aumentar la docilidad de los concretos permiten reducir la relación A/C y por tanto, restar poros capilares. La permeabilidad puede determinarse mediante la norma UNE 83903/90, que se ocupa de la penetración del agua bajo presión en un concreto. En este ensayo, se somete a una serie de tres probetas cilíndricas de 15 x 30cms., previamente secadas en estufa durante 24 horas a 50oC., enfriándolas hasta los 20oC. Dichas probetas se someten a una presión creciente de agua sobre una cara de las mismas, de forma que actué una presión de 1 kg./cm2 durante 48 horas, elevándose seguidamente la misma a 3 kg./cm2 y manteniéndola durante 24 horas para finalmente elevarla a 7 kg./cm2 y mantener esta presión durante 24 horas. Finalmente se rompen las probetas a tracción indirecta y se dibuja en una de las medias probetas resultantes el frente de penetración de agua, para determinar la penetración media del agua, es decir, el área de la zona penetrada por el agua dividido por el diámetro de la probeta.

A partir de la probeta obtendremos la penetración máxima y penetración media.

e) Resistencia al Intemperismo.  

Cuando  el  concreto  va  a  estar  expuesto  a  la  intemperie,  particularmente  en  climas extremosos   (mucho   calor   y/o   mucho   frío),   este   sufre   cambios   volumétricos   cíclicos (contracciones y expansiones) que van minando poco a poco la resistencia del concreto, los efectos de desgaste se acentúan aún más cuando el material se humedece y se seca.

Para proteger el concreto contra los efectos del intemperismo se   acostumbra  a   introducirle   aire intencionalmente con ayuda de aditivos, el aire introducido, a manera de pequeñas burbujas de 0.025 a 0.1 mm en diámetro espaciadas uniformemente en la masa de concreto brindan una excelente protección contra los agentes de deterioro (las burbujas no se interconectan). En lugares donde el concreto se humedece y la temperatura baja hasta el punto de congelación se debe usar concreto con aire introducido. Las pequeñas burbujas en el concreto con aire introducido actúan como espacios disponibles para aliviar las fuerzas destructivas que se producen cuando el agua de los poros se congela (al congelarse el agua aumenta su volumen en un 10% aproximadamente).

La cantidad de aire necesaria para brindarle protección al concreto contra el deterioro provocado por el congelamiento y el deshielo varía entre 4 y 6% por volumen, este tipo de protección se debe dar al concreto en climas muy fríos durante el invierno, como el norte de Estados Unidos, parte de Canadá y algunos países europeos. La ASTM ha normalizado algunas pruebas para evaluar la resistencia del concreto al congelamiento y deshielo, las pruebas aunque no necesariamente se correlacionan bien con las condiciones reales de las estructuras de concreto, si permiten calificar de una manera rigorista la durabilidad del material, las pruebas normalizadas a las que se hará referencia son la ASTM C-666 Método A “Congelamiento y Descongelamiento en agua” y la ASTM C-666 Método B “Congelamiento al Aire y Descongelamiento en Agua”. En ambos casos el concreto se debe saturar en agua antes de proceder a bajar la temperatura hasta -17.8 °C posteriormente y de acuerdo a la norma y para las condiciones de cada caso se va aumentando la temperatura en forma gradual hasta lograr 4.4 °C, descongelándose el material.

Loanterior  constituiría  un  ciclo  de  prueba,  se  considera  que  el  material  tiene  una  excelente durabilidad cuando resiste 300 ciclos sin mostrar una baja menor al 60% en el módulo de elasticidad dinámico. Las Figuras 9.13 y 9.14 muestran el equipo empleado en las pruebas y el daño causado por las pruebas en vigas moldeadas especialmente para este tipo de ensayos.

f) Concreto: Resistencia a la Fatiga. 

El concreto al igual que otros materiales exhibe una resistencia a la fatiga, la resistencia se  define como la capacidad del material para soportar un cierto número de repeticiones de descarga de niveles de esfuerzo niveles  de  esfuerzo  menores a la resistencia última  del  material.  Esta  propiedad  se  ha estudiado ensayando especímenes tanto a compresión como a flexión. La Figura 9.12 ilustra el comportamiento a la fatiga de vigas probadas a la flexión,

en ella se muestra la correlación que se obtiene entre la relación de esfuerzos (r), obtenida de dividir el esfuerzo debido a la carga aplicada entre el módulo de ruptura (resistencia última) y el número de ciclos de carga (n) que soporta el material.

g) Durabilidad

Durante toda su vida útil, el concreto está permanentemente expuesto a las acciones provenientes de agentes externos e internos, que pueden afectar su durabilidad si no se les tiene debidamente en cuenta.

De acuerdo a su origen, estas acciones pueden ser producidas por agentes físicos o químicos.

h) Retracción

El concreto experimenta variaciones de volumen, dilataciones o contracciones, durante toda su vida útil por causas físico - químicas.

El tipo y magnitud de estas variaciones están afectados en forma importante por las condiciones ambientales existentes de humedad y temperatura y también por los componentes presentes en la atmósfera.

La variación de volumen derivada de las condiciones de humedad se denomina retracción hidráulica, y las que tienen por causa la temperatura, retracción térmica. Por su parte, de las originadas por la composición atmosférica, la más frecuente es la producida por el anhídrido carbónico y se denomina carbonatación.

Retracción hidráulicaLos parámetros preponderantes en la retracción hidráulica son: Composición química del cemento: Influye principalmente en la

variación de volumen, dado que ésta deriva del desarrollo del proceso de fraguado. En estas condiciones, si la composición del cemento favorece un fraguado rápido de la pasta, ella también será favorable para una más alta contracción inicial, si existen condiciones ambientales no saturadas de humedad. Por las razones indicadas, un alto contenido de C3A favorecerá una rápida y alta contracción.

Finura del cemento: Una mayor finura del cemento favorece también una evolución rápida de sus propiedades, en particular de su fraguado.

Dosis de cemento: Existe una relación casi directa entre la dosis de cemento y la retracción hidráulica por estas causas.

Dosis de agua: Dado que un mayor contenido de agua en el interior del concreto conducirá a una mayor cantidad de fisuras y poros saturados, desde donde se origina la tensión superficial.

Porosidad de los áridos: El valor de la retracción por esta causa queda condicionado por la finura del árido, siendo mayor cuando ésta aumenta, puesto que ello implica una mayor cantidad de discontinuidades en la masa del árido.

Humedad: Puesto que ella condiciona la velocidad de evaporación del agua interior del concreto.

  Retracción térmica

El concreto puede experimentar variaciones de volumen causadas por la temperatura, las cuales pueden provenir tanto externamente de la temperatura ambiente como internamente de la generada durante el fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento.

Como consecuencia de lo expresado, los principales factores que condicionarán la magnitud de la retracción térmica son los siguientes:

Variaciones derivadas de causas externas:

magnitud y velocidad de las variaciones de temperatura ambiental

Variaciones por causas internas:

Características del cemento Contenido de C3A Finura de molienda Temperatura en el momento de su incorporación en el concreto

 La evaluación de la retracción térmica puede efectuarse a partir del valor de las temperaturas producidas y de las características de dilatación térmica del elemento. Para paliar los efectos derivados de la retracción térmica pueden tomarse algunas medidas, como las que se describen a continuación:

Para atenuar los efectos derivados de la temperatura externa, la medida más eficaz consiste en el aumento de la aislación térmica en los paramentos que limitan con el exterior. Para los efectos térmicos generados por el proceso de hidratación de la pasta de cemento pueden tomarse diversas medidas, tales como las siguientes:

Empleo de cementos de bajo calor de hidratación, aceptándose normalmente como tales aquellos cuyo calor de hidratación a 7 días es inferior a 70 cal/g.

Disminución de la temperatura interna del concreto por alguno de los siguientes sistemas:

Reemplazo de parte del agua de amasado por hielo durante la revoltura en la mezcladora, con lo cual se logra rebajar la temperatura inicial del concreto colocado en obra.

Refrigeración del concreto colocado, por circulación de agua fría a través de serpentines embebidos en su masa.

Retracción por carbonatación

El proceso de hidratación de la pasta de cemento deja una cierta proporción de cal libre, es decir, sin participar en el proceso químico de fraguado.

Esta cal libre es susceptible de combinarse con el anhídrido carbónico del aire, produciendo carbonato de calcio, combinación química que tiene un carácter contractivo, por lo cual el espesor de concreto afectado por él disminuye su volumen inicial, generándose la denominada retracción por carbonatación.

En general, el espesor afectado es pequeño, alcanzando sólo algunos milímetros en la zona cercana a la superficie en contacto con el aire. Sin embargo, por el confinamiento que produce el concreto interior adyacente, esa capa queda sometida a tensiones de tracción, pudiendo fisurarse.

El proceso alcanza mayor magnitud si el concreto se presenta superficialmente seco, la humedad relativa del aire tiene un grado de humedad intermedio, alrededor de 50%, y el concreto es poco compacto. Disminuye, en cambio, significativamente si el concreto está saturado, pues el agua impide la difusión del anhídrido carbónico en los poros del concreto, o la humedad ambiente es muy baja, inferior a 25%, pues el desarrollo de la carbonatación requiere de un cierto. Grado de humedad mínimo.

En consecuencia, para atenuar los efectos de la carbonatación es necesario efectuar un buen curado del concreto.

ENSAYOS Y PRUEBAS PARA EL CONCRETO

El proceso para probar el concreto fresco en la obra comienza con los procedimientos para obtener y preparar la muestra de concreto que será probado.

La ASTM C 172 señala los procedimientos normalizados para obtener una muestra representativa de una carga de concreto en varios tipos de equipos de mezclado y/o agitación. Además, la norma señala los límites de tiempo específicos respecto a cuándo deben empezar las pruebas para determinar el revenimiento y el contenido de aire y para iniciar el moldeo de los especímenes para pruebas.

Con frecuencia se observa el mal hábito de los técnicos al obtener la muestra de concreto tan rápido como éste llega al sitio de la obra, dando como resultado que se haga el muestreo de la primera porción de la descarga de la mezcla. Esta práctica es una violación a las especificaciones según las cuales el concreto se está suministrando (ACI 301, ACI 318 y ASTM C 94), y puede dar como resultado una muestra no representativa del concreto.

Cuando usted considere que las especificaciones solamente requieren que las pruebas de resistencia se hagan cada 76.5 m3 (ACI 301) o cada 114.7m3 (ACI 318), se hace más evidente la necesidad de una verdadera muestra representativa. La muestra de concreto mínima deberá ser de 28 litros, de la cual se elaborarán los especímenes para pruebas de resistencia a la compresión, lo que representa sólo del 0.025 al 0.037 por ciento de la cantidad total del concreto colocado.

Para asegurar la precisión en las pruebas del concreto fresco se deben tomar todas las precauciones para obtener una muestra de concreto verdaderamente representativa del total de la mezcla y luego proteger esa muestra de los efectos dañinos de la evaporación y la contaminación.

A continuación presentamos un resumen de los pasos que intervienen en el muestreo del concreto recién mezclado. Usted puede usarla para familiarizarse con los procedimientos básicos de este método antes de

continuar con el propio estudio de la Norma ASTM. Sin embargo, este resumen no tiene la intención de reemplazar los estudios completos que usted haga de la Norma ASTM C 172.

Obtenga una muestra representativa (por ejemplo, de un camión mezclador de tambor giratorio)

a) Muestre el concreto en dos o más intervalos igualmente espaciados durante la descarga de la porción media de la mezcla.

b) Pase repetidamente el recipiente interceptando el flujo de la descarga o desvíe completamente el flujo de descarga hacia el recipiente del muestreo.

c) Traslade las muestras al lugar de la prueba.d) Combine las muestras y remezcle para formar la muestra compuesta.e) Obtenga la muestra compuestas dentro de un intervalo de 15 minutos.f) El tamaño mínimo de la muestra empleada para pruebas de resistencia

deberá ser de 28 litros.

Empiece las pruebas de temperatura, revenimiento y contenido de aire dentro de los 5 minutos siguientes a la obtención de la porción final de la muestra compuesta.Inicie el moldeo de los cilindros dentro de los 15 minutos siguientes a la preparación de la muestra compuesta.Proteja la muestra contra la evaporación rápida y la contaminación.Tomado con fines de promover la capacitación y certificación de la publicación Manual del Técnico CP-1(07) Técnico para pruebas al Concreto en la obra Grado 1, Traducción del Technician Workbook Concrete Field Testing Technician Grade 1. C.P.-1, 07. ACI 2007, Ed. Mark A.Campo.

1. MEDICION DE LAS TEMPERATURAS DEL CONCRETO RECIEN MEZCLADO

La temperatura es uno de los factores más importantes que influyen en la calidad, tiempo de fraguado y resistencia del Concreto. Sin el control de la temperatura del concreto, predecir su comportamiento es muy difícil, si no imposible.

Un concreto con una temperatura inicial alta, probablemente tendrá una resistencia superior a lo normal a edades tempranas y más baja de lo normal a edades tardías. La calidad final del concreto probablemente se verá también disminuida.

Por el contrario, el concreto colado y curado a temperaturas bajas desarrollará su resistencia a una tasa más lenta, pero finalmente tendrá una resistencia más alta y será de mayor calidad. La temperatura del concreto se usa para indicar el tipo de curado y protección que se necesitará, así como el lapso de tiempo en que deben mantenerse el curado y la protección. Al controlar la temperatura del concreto dentro de los límites aceptables se podrán evitar problemas tanto inmediatos como futuros. Cuando hay que evaluar diferentes tipos de concreto, la temperatura de las mezclas de cada concreto debe ser tan idéntica como

sea posible. La temperatura del concreto afecta el comportamiento de los aditivos químicos, los aditivos inclusores de aire, los materiales puzolánicos y otros tipos de aditivos y adicionantes.

a) ASTM C 1064 Medición de temperatura del concreto con cemento hidráulico recién mezclado.

A continuación se da un resumen de los pasos clave que intervienen en la medición de la temperatura del concreto recién mezclado. Este resumen se deriva de la lista de verificación real usada en el examen de desempeño del ACI. Usted puede usarla para familiarizarse con los procedimientos básicos de este método antes de continuar con el propio estudio de la Norma ASTM. Sin embargo, cabe subrayar que este resumen no tiene la intención de remplazar los estudios completos que usted haga de la Norma ASTM.

Coloque el dispositivo para medir la temperatura en el concreto de modo que la porción sensible esté sumergida al menos 3 pulgadas [75 mm].

Presione suavemente el concreto alrededor del dispositivo para medir la temperatura de modo que la temperatura del aire ambiente (afuera) no influya en la temperatura medida.

Deje el dispositivo para medir la temperatura del concreto por un mínimo de 2 minutos, o hasta que la lectura se estabilice.Lea y registre la temperatura del concreto fresco al 1 °F [0.5 °C] más próximo mientras que el dispositivo para medir la temperatura está en el concreto.

Complete la medición de la temperatura cinco minutos después de obtener la muestra de concreto.

2. REVENIMIENTO DEL CONCRETO ELABORADO CON CEMENTO HIDRAULICO

El propósito de la prueba de revenimiento es determinar la consistencia del concreto. Esta es una medida de la fluidez movilidad relativa de la mezcla de concreto.

El revenimiento no mide el contenido de agua o la trabajabilidad del concreto.

Es verdad que el incremento o disminución en el contenido de agua causará el correspondiente aumento o disminución en el revenimiento del concreto, siempre y cuando todos los otros materiales y condiciones permanezcan constantes. Sin embargo, muchos factores pueden causar que el revenimiento del concreto cambie sin que cambie el contenido de agua.

Además, el contenido de agua puede aumentar o disminuir sin sentirse un cambio aparente en el revenimiento del concreto. Ciertos factores como el

cambio de las propiedades de los agregados o granulometría, proporciones de la mezcla, contenido de aire, temperatura del concreto o el uso de aditivos especiales pueden influir en el revenimiento del concreto, o inversamente, pueden resultar en un cambio en el requerimiento de contenido de agua para mantener un revenimiento dado. Por ejemplo, una mezcla con exceso de arena puede requerir más agua de mezclado que las proporciones especificadas en el diseño de mezcla original, pero el revenimiento puede permanecer igual.

Por lo tanto, usted no puede suponer que la relación agua/cemento sea mantenida simplemente porque el revenimiento está entre los límites de la especificación.

A continuación se da un resumen de los pasos clave que intervienen en la determinación del revenimiento del concreto de cemento hidráulico Portland. Este resumen se deriva de la lista de verificación usada en el examen de desempeño del ACI. Usted puede usarla para familiarizarse con los procedimientos básicos de este método antes de continuar con el propio estudio de la Norma ASTM. Sin embargo, este resumen no tiene la intención de remplazar los estudios completos que usted haga de la Norma ASTM.

a. Humedezca el interior del cono de revenimiento.b. Coloque el cono sobre una superficie plana, mojada, no

absorbente y rígida.c. Sostenga el cono firmemente en su lugar parándose sobre los dos

estribos de apoyo a cada lado del molde. Llene el cono en tres capas.

a) Para la primera capa:

i. Llene el molde a aproximadamente 1/3 de su volumen 70 mm.

ii. Varille la capa 25 veces en todo su espesor. Distribuya uniformemente los golpes sobre la sección transversal de la capa. Incline ligeramente la varilla, empezando cerca del perímetro, continuando progresivamente en forma de espiral hacia el centro.

b) Para la segunda capa:

iii. Llene el cono a aproximadamente 2/3 de su volumen, aproximadamente 16.00 cm.

iv. Varille la capa 25 veces en todo su espesor, penetrando ligeramente en la primera capa. Distribuya uniformemente los golpes en toda la sección transversal de la capa.

c) Para la tercera capa:

a) Amontone el concreto por encima de la parte superior del cono.

b) Varille la capa 25 veces en todo su espesor, penetrando ligeramente en la segunda capa. Distribuya uniformemente los golpes en toda la sección transversal de la capa.

c) Sí como resultado del varillado el concreto cae de la parte superior del cono, agregue concreto a modo de mantener un exceso por encima del cono. Continúe el conteo del varillado desde el valor alcanzado antes de agregar concreto al cono.

d) Enrase la parte superior de la superficie de concreto con la varilla de compactación en un movimiento de enrasado.

e) Al tiempo que se mantiene una presión hacia abajo, remueva el concreto que se haya acumulado alrededor de la base del cono durante el enrasado.

f) Remueva inmediatamente el cono levantándolo en una dirección vertical constante. No debe haber ningún movimiento lateral o de torsión del cono al estarlo levantando.

g) Complete la prueba de revenimiento, a partir del llenado hasta la remoción del cono, en 2-1/2 min.

h) Si ocurre un claro desplome o partición del concreto desde un lado o una porción de la masa, deseche la prueba y haga una nueva prueba en otra porción de la muestra.

i) Mida inmediatamente el revenimiento. Este es la distancia vertical entre la parte superior del cono y el centro original desplazado en la parte superior de la superficie del espécimen.

j) Registre el revenimiento a los 5 mm más próximos

3. DETERMINACION DE LA MASA UNITARIA

La prueba de la masa volumétrica es una herramienta importante utilizada para controlar la calidad del concreto recién mezclado.

Después de que se ha establecido un proporcionamiento para la mezcla de concreto, un cambio en la masa volumétrica indicará un cambio en uno o más de los otros requisitos del desempeño del concreto. Una masa volumétrica más baja puede indicar,

1. Que los materiales han cambiado. 2. Un mayor contenido de aire.3. Un mayor contenido de agua.

4. Un cambio en las proporciones de los ingredientes. 5. Un menor contenido de cemento. Inversamente, la masa

volumétrica más alta indicará lo contrario de las características del concreto antes mencionadas.

Una masa volumétrica más baja que las proporciones de la mezcla de concreto establecidas, en general indicará un “sobrerendimiento”; esto significa que el contenido de cemento requerido para un metro cúbico disminuye para producir un mayor volumen de concreto. Por lo tanto, son de esperarse resistencias más bajas así como una reducción de las otras cualidades deseables del concreto. Si la reducción de la masa unitaria del concreto se debe a un incremento en el contenido de aire, posiblemente el concreto será más durable en su resistencia a ciclos de congelación y deshielo, pero las cualidades de resistencia a la compresión, a la abrasión, al ataque de químicos, a la contracción y al agrietamiento del concreto, se verán adversamente afectadas.

La prueba de masa volumétrica se debe usar para controlar concretos ligeros y pesados. Un cambio en la masa unitaria podría afectar inversamente la bombeabilidad, colocación, acabado y resistencia de todos los tipos de concreto.

Ya que la prueba de la masa volumétrica es tan importante para regular la calidad del concreto, es fundamental que la prueba se realice de acuerdo con los procedimientos estándar especificados.

Se debe conocer el volumen exacto del contenedor; después de que la muestra de concreto se enrase al nivel del recipiente, todo el concreto adherido a la parte exterior del recipiente debe removerse antes de pesar la muestra.

En el laboratorio la prueba de la masa unitaria se puede usar también para determinar el contenido de aire (porcentaje de vacíos) del concreto, puesto que se conoce el peso teórico del concreto calculado sobre la base de libre de aire (kg/m3).

a) Densidad, masa específica y volumen producido de concreto y contenido de aire ASTM C138:

A continuación se brinda un resumen de los pasos clave que intervienen en la determinación del peso unitario del concreto. Este resumen se deriva de la lista de verificación usada en el examen de desempeño del ACI. Usted puede usarlo para familiarizarse con los procedimientos básicos de este método antes de continuar con el propio estudio de la Norma ASTM C 138. Cabe aclarar que este resumen no tiene la intención de remplazar los estudios completos que usted haga de la Norma ASTM C 138.

1. Determine el peso del recipiente vacío (en kg) que ha de usarse.

2. Coloque el concreto en el recipiente en tres capas de aproximadamente igual volumen. Para la primera capa:

a) Llene el recipiente a aproximadamente 1/3 de su volumen.b) Varille la capa 25 veces en todo su espesor, pero sin golpear

con fuerza el fondo del recipiente. Distribuya el varillado uniformemente en toda la sección transversal del recipiente.

c) Golpee ligeramente la parte exterior del recipiente de 10 a 15 veces con el martillo de hule para cerrar los huecos dejados por la varilla de compactación.

3. Para la segunda capa:a) Llene el recipiente a aproximadamente 2/3 de su volumen.b) Varille la capa 25 veces, penetrando la primera capa

aproximadamente 25 mm distribuya el varillado uniformemente en toda la sección transversal del recipiente.

c) Golpee ligeramente el exterior del recipiente de 10 a 15 veces con el martillo de hule para cerrar los huecos dejados por la varilla de compactación.

4. Para la tercera capa:a) Agregue material evitando que se derrame.b) Varille la capa 25 veces, penetrando la segunda capa

aproximadamente 25 mm, distribuya el varillado uniformemente en toda la sección transversal del recipiente.

c) Golpee ligeramente el exterior del recipiente de 10 a 15 veces con el martillo de hule para cerrar los huecos dejados por la varilla de compactación.

5. Después de compactar la tercera capa se considera óptimo, agregar aproximadamente 3 mm de concreto por encima de la parte superior del recipiente. Se puede agregar o remover material representativo según sea necesario previamente al enrasado.

6. Enrase la parte superior de la superficie del concreto y de un acabado suavemente con la placa plana de enrasado, dejando el recipiente lleno justamente a nivel.

7. Limpie completamente el exterior del recipiente y determine la masa (kg) del recipiente lleno con concreto.

8. Calcule la densidad (masa unitaria) del concreto en el recipiente, restando el peso del recipiente vacío, dividir entre el volumen del recipiente y registre el resultado en kg/m3.

4. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE AIRE DEL CONCRETO RECIEN MEZCLADO POR EL MÉTODO DE PRESIÓN

Este método de prueba se puede usar para determinar el contenido de aire de los concretos normal y pesado. Sin embargo, no puede usarse con

agregados altamente porosos como los que se encuentran en el concreto ligero.

Este método determinará la cantidad de vacíos de aire en el concreto, tanto incluido como atrapado.

La inclusión de aire es necesaria en el concreto que estará expuesto a ciclos de congelación y deshielo y a químicos descongelantes.

Los vacíos microscópicos de aire incluido aportan una fuente de alivio a la presión interna dentro del concreto para acomodar las presiones que se desarrollan cuando se forman los cristales de hielo en los poros y en los capilares del concreto. Sin el contenido de aire apropiado en el mortero del concreto, el concreto normal que está expuesto a ciclos de congelación y deshielo, se escamará y/o astillará, dando como resultado una falla en su durabilidad. Sin embargo, debemos ser cuidadosos de no tener demasiado aire incluido en el concreto. En concretos diseñados para alcanzar 20 a 35 MPa, conforme se incrementa el contenido de aire en más de un 5%, habrá una reducción correspondiente en la resistencia del concreto. Típicamente, esta reducción de resistencia será del orden del 3 al 5% por cada 1% de contenido de aire por arriba del valor de diseño. Por ejemplo, un concreto proporcionado para 5% de aire será aproximadamente de 15 al 25% menor en resistencia sí el contenido de aire se eleva al 10%.

A continuación se presenta un resumen de los pasos clave que intervienen en la determinación del contenido de aire del concreto recién mezclado por el método de presión. Este resumen se deriva de la lista de verificación usada en el examen de desempeño del ACI. Usted puede usarla para familiarizarse con los procedimientos básicos de este método antes de continuar con el propio estudio de la Norma ASTM C 231. Cabe subrayar que este resumen no tiene la intención de remplazar los estudios completos que usted haga de la Norma ASTM.

1. Humedezca el interior del recipiente y colóquelo sobre una superficie plana, nivelada y firme.

2. Para la primera capa:a) Llene el recipiente aproximadamente 1/3 de su volumen.b) Varille la capa 25 veces en todo su espesor pero sin golpear con

fuerza el fondo del recipiente. Distribuya uniformemente el varillado en toda la sección transversal del recipiente.

c) Golpee vigorosamente el exterior del recipiente de 10 a 15 veces con el martillo de huele para cerrar los huecos dejados por la varilla de compactación.

3. Para la segunda capa:a) Llene el recipiente a aproximadamente 2/3 de su volumen.b) Varille la capa 25 veces, penetrando la primera capa

aproximadamente 25 mm, distribuya uniformemente el varillado en toda la sección transversal del recipiente.

c) Golpee vigorosamente ligeramente el exterior del recipiente de 10 a 15 veces con el martillo de hule para cerrar los huecos dejados por la varilla de compactación.

4. Para la tercera capa:a) Agregue concreto de tal manera que se evite desparramar

excesivamente.b) Varille la capa 25 veces, penetrando la segunda capa

aproximadamente 25 mm, distribuyendo uniformemente el varillado en toda la sección transversal del recipiente.

c) Golpee vigorosamente el exterior del recipiente de 10 a 15 veces con el martillo de hule para cerrar los huecos dejados por la varilla de compactación.

5. Enrase la capa superior del concreto:a) Si se usa la placa de enrase:

1. Cubra 2/3 de la superficie superior del concreto con la placa:2. Extraiga la placa usando un movimiento de aserrado al tiempo

que se mantiene el nivel de la placa.3. Coloque la placa sobre el área original cubierta en el Paso Cinco.

Avance la placa completamente a través de la superficie superior del concreto usando nuevamente un movimiento de aserrado, con una presión hacia abajo, y manteniendo el nivel de la placa.

4. Sosteniendo la placa en una posición inclinada, y usando el borde de la placa imprima varios golpes finales para producir una superficie acabada lisa.

b) b) Si se usa regla para enrasar: enrase la superficie por medio de la regla a través del borde del recipiente de medición con un movimiento de aserrado hasta que el recipiente este lleno a nivel.

6. Limpie completamente la pestaña/borde del recipiente y cubra el ensamblaje.

7. Sujete la tapa al recipiente asegurando un sellado con gran presión.

A partir de aquí debe usarse un medidor tipo B

8. Cierre la válvula de aire entre la cámara de aire y el recipiente. Abra las dos llaves de purga en la tapa.

9. Utilice una jeringa para inyectar agua a través de una llave de purga hasta que el agua emerja de la llave de purga en el lado opuesto. Golpee el medidor ligeramente hasta que todo el aire sea expelido.

10. Cierre la válvula de alivio y bombee aire dentro de la cámara de aire hasta que la manecilla en la carátula del manómetro esté sobre la línea de la presión inicial. Espere algunos segundos para que el aire comprimido se enfríe.

11. Estabilice la manecilla del manómetro en la línea de la presión inicial aliviando, bombeando y golpeando ligeramente el manómetro manualmente.

12. Cierre ambas llaves de purga.

13. Abra la válvula entre la cámara de aire y el recipiente. Golpee vigorosamente los lados del recipiente con el martillo de hule. Golpee ligeramente el manómetro con la mano para estabilizar su manecilla.

14. Lea el porcentaje de aire en la carátula del manómetro.

15. Cierre la válvula de aire y luego libere la presión en el recipiente abriendo ambas llaves de purga antes de remover la tapa.

16. Calcule el contenido final de aire restando el Factor de Corrección del Agregado, de la lectura de la carátula del manómetro y registre los resultados.

5. ELABORACION DE CILINDROS DE CONCRETO EN EL CAMPO

La resistencia a compresión del concreto se mide para asegurar que el concreto entregado cumpla con los requisitos de las especificaciones de la obra y para el control de calidad. Para probar la resistencia a compresión del concreto se elaboran especímenes cilíndricos de prueba de 15 x 30 cm y se almacenan en la obra hasta que el concreto se endurece de acuerdo con los requisitos de la NMX C 160, Elaboración y curado en obra de especímenes de concreto (ASTM C 31, Práctica estándar para la elaboración y curado de especímenes de prueba de concreto en el campo).

Al elaborar los cilindros para la aceptación del concreto, el técnico de campo, certificado mediante el programa para Pruebas en el Campo, Grado I, del ACI, debe probar otras propiedades del concreto fresco como la temperatura, el revenimiento, la densidad –peso unitario- y el contenido de aire.

Un resultado de prueba de resistencia siempre es el promedio de, al menos, dos especímenes probados a la misma edad. Puede hacerse un conjunto de dos a seis cilindros a partir de la misma muestra de concreto como mínimo por cada 115 m3 de concreto colocado.

Los cilindros de concreto para pruebas se usan para:

• Pruebas de aceptación para resistencias especificadas.

• Verificar las proporciones de la mezcla.

• Control de calidad por el productor de concreto.

Cualquier desviación respecto a los procedimientos estándares dará como resultado una resistencia medida más baja. Los resultados de prueba de baja resistencia debido a procedimientos que no están de acuerdo con los estándares generan problemas, costos y retrasos excesivos al proyecto. Los resultados de la resistencia de cilindros curados en la obra se usan para:

• Determinar el momento en que se puede permitir que una estructura sea puesta en servicio.

• Evaluar la suficiencia del curado y protección del concreto en la estructura.

• Programar la remoción de los moldes y de los puntales.

Los requisitos de curado para cilindros curados en la obra campo son diferentes a los exigidos para los curados de manera estándar y no deben confundirse ambos.Equipo necesario para hacer los cilindros.

• Moldes para colar especímenes cilíndricos y varilla de apisonamiento con punta semiesférica -15 mm de diámetro para cilindros de 15 x 30 cm.• Mazo de hule de 600gr ± 200 gr.• Pala, llana manual de madera y cucharón.• Carretilla u otro contenedor apropiado para la muestra.• Tanque de agua o caja de curado con disposiciones para mantener el ambiente requerido de curado durante el periodo de curado inicial.

Tome las muestras de concreto del camión de concreto premezclado:

• Es muy importante obtener la muestra de concreto que sea representativa del concreto en el camión mezclador. El muestreo debe realizarse de acuerdo con NMX C161, Concreto fresco muestreo, (ASTM C 172, Práctica estándar para el muestreo de concreto recién mezclado).

• El concreto debe ser muestreado desde la parte media de la carga. La primera y la última descarga de la carga no proporcionarán una muestra representativa.El concreto debe ser muestreado desviando la canaleta hacia una carretilla, de tal modo que se recoja la descarga completa. Son necesarias al menos dos porciones durante la descarga para obtener una muestra compuesta.

El tiempo entre la primera y la porción final de la muestra compuesta no debe exceder 15 minutos. El tamaño mínimo requerido de la muestra de concreto es de 28 l. Previamente al colado de los cilindros:

• Proteja la muestra contra evaporación, luz solar y contaminación. Lleve la muestra hasta el lugar en donde han de realizarse las pruebas del concreto fresco, el cual debe estar cerca del lugar en donde los

cilindros serán almacenados sin perturbación para el periodo de curado inicial. Después de que el concreto es llevado al sitio para el colado de los cilindros, mezcle nuevamente el concreto en la carretilla.

Empiece las pruebas de revenimiento, densidad -peso unitario-, y contenido del aire a los cinco minutos y comience a moldear los cilindros a los 15 minutos después de haber obtenido la muestra.

Colado y manejo de los cilindros:

• Ponga una etiqueta en el molde con la marca de identificación apropiada.

• No ponga etiquetas en las tapas o en la parte superior.

• Así mismo, coloque los moldes cilíndricos sobre una superficie nivelada.

• También, determine el método de compactación.

• Para concreto con un revenimiento menor de 2.5 cm el concreto se debe compactar por vibración.

• Para concreto con revenimiento de 2.5 cm o más alto se permite la compactación por varillado o por vibración.

• Determine el número de capas de concreto que se colocarán en el molde: Para concreto compactado con varilla de apisonamiento coloque el concreto en tres capas iguales para cilindros de 15 x 30 cm. Para concreto que se compactará por vibración llene el molde en dos capas iguales.

• Coloque el concreto en el molde distribuyéndolo alrededor del interior del molde con el cucharón. Compacte la capa varillando 25 veces uniformemente alrededor de la capa. Cuando use un vibrador, insértelo lo suficiente de modo que las grandes bolsas de aire dejen de salir de la parte superior. Se requieren dos inserciones del vibrador para un cilindro de 15 x 30 cm. Evite la vibración excesiva.

• Golpee ligeramente los lados del molde de 10 a 15 veces con el mazo después de cada capa a fin de cerrar cualquier hoyo de inserción que se haya formado, ya sea por la varilla o por el vibrador.

• Enrase la parte superior con una llana de madera para producir una superficie plana, pareja y a nivel, y cubra con una bolsa de plástico.

• Traslade los moldes cilíndricos con concreto fresco cuidadosamente, soportando la parte inferior.

• Coloque los cilindros sobre una superficie plana y en un ambiente controlado en donde la temperatura se mantenga de 16 a 27°C.

Cuando la resistencia especificada del concreto es mayor que 40 MPa, el rango de temperatura para el curado inicial debe mantenerse de 20 a 26°C. Sumergir los cilindros, completamente cubiertos por agua es un procedimiento aceptable y preferido que asegura resultados de resistencia más confiables. La temperatura en el almacenamiento, como por ejemplo en los cajones de curado debe controlarse según sea necesario. Deben registrarse y reportarse las temperaturas máxima y mínima durante el curado inicial.

• Proteja los cilindros contra la luz directa del sol o calor radiante y contra temperaturas de congelación en invierno.

• Los cilindros deben ser transportados de regreso al laboratorio a las 48 horas después del colado, y no deben ser movidos o transportados hasta, al menos, ocho horas después del fraguado final.

Almacene los cilindros para evitar daño y mantenga la humedad durante la transportación. El tiempo de viaje desde el sitio de la obra hasta el sitio del laboratorio no debe exceder de cuatro horas.

6. PRUEBAS DE CALIDAD DEL CONCRETO PREMEZCLADO

Este método de prueba se puede usar para determinar el contenido de aire de los concretos normal y pesado. Sin embargo, no puede usarse con agregados altamente porosos como los que se encuentran en el concreto ligero.

Cada ensayo debe constar de la rotura de por lo menos cuatro cuerpos de prueba. La edad normal para ensayos de los cilindros de prueba será de veintiocho (28) días, pero para anticipar información que permitirá la marcha de la obra sin demoras extremas, dos de los cilindros de cada ensayo serán probados a la edad de siete (7) días, calculándose la resistencia correlativa que tendrá a los veintiocho (28) días. En casos especiales, cuando se trate de concreto de alta resistencia y ejecución rápida, es aceptable la prueba de cilindros a las 24 horas, sin abandonar el control con pruebas a 7 y 28 días.

Durante el avance de la obra, el Interventor podrá tomar las muestras o cilindros al azar que considere necesarios para controlar la calidad del concreto. El Contratista proporcionar la mano de obra y los materiales necesarios y ayudará al Interventor, si es requerido, para tomar los cilindros de ensayo.

El valor de los ensayos de laboratorio ordenados por el Interventor será por cuenta del Contratista. Para efectos de confrontación se llevará un registro indicador de los sitios de la obra donde se usaron los concretos probados, la fecha de vaciado y el asentamiento. Se hará una prueba de rotura por cada diez metros cúbicos de mezcla a colocar para cada tipo de concreto. Cuando el volumen de concreto a vaciar en un (1) día para cada tipo de concreto sea menor de diez metros cúbicos, se sacará una prueba de rotura por cada tipo de concreto o elemento estructural, o como lo

indique el Interventor; para atraques de tuberías de concreto se tomarán dos cilindros cada 6 metros cúbicos de avance.

La resistencia promedio de todos los cilindros será igual o mayor a las resistencias especificadas, y por lo menos el 90% de todos los ensayos indicarán una resistencia igual o mayor a esa resistencia. En los casos en que la resistencia de los cilindros de ensayo para cualquier parte de la obra esté por debajo de los requerimientos anotados en las especificaciones, el Interventor, de acuerdo con dichos ensayos y dada la ubicación o urgencia de la obra, podrá ordenar o no que tal concreto sea removido, o reemplazado con otro adecuado, dicha operación será por cuenta del Contratista en caso de ser imputable a él la responsabilidad. Cuando los ensayos efectuados a los siete (7) días estén por debajo de las tolerancias admitidas, se prolongará el curado de las estructuras hasta que se cumplan tres (3) semanas después de vaciados los concretos.

a. Prueba de resistencia a la compresión del concreto:

La resistencia a la compresión de las mezclas de concreto se puede diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad, que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura. La resistencia a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras. La resistencia a la compresión se mide tronando probetas cilíndricas de concreto en una máquina de ensayos de compresión, en tanto la resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de ruptura dividida entre el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en megapascales (MPa) en unidades SI.

Los requerimientos para la resistencia a la compresión pueden variar desde 17 MPa para concreto residencial hasta 28 MPa y más para estructuras comerciales.

Para determinadas aplicaciones se especifican resistencias superiores hasta de 170 MPa y más.

La resistencia a compresión es una medida de la capacidad del concreto para resistir cargas que tienden a aplastarlo.

¿POR QUÉ SE DETERMINA LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN?

• Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión se usan fundamentalmente para determinar que la mezcla de concreto suministrada cumpla con los requerimientos de la resistencia especificada, ƒ´c, del proyecto.

• Los resultados de las pruebas de resistencia a partir de cilindros moldeados se pueden utilizar para fines de control de calidad, aceptación del concreto o para estimar la resistencia del concreto en

estructuras, para programar las operaciones de construcción, tales como remoción de cimbras o para evaluar la conveniencia de curado y protección suministrada a la estructura.

Los cilindros sometidos a ensayo de aceptación y control de calidad se elaboran y curan siguiendo los procedimientos descritos en probetas curadas de manera estándar según la norma ASTM C31 “Práctica estándar para elaborar y curar cilindros de ensaye de concreto en campo”. Para estimar la resistencia del concreto in situ, la norma ASTM C31 formula procedimientos para las pruebas de curado en campo. Las probetas cilíndricas se someten a ensayo de acuerdo a ASTM C39, “Método estándar de prueba de resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto”.

• Un resultado de prueba es el promedio de, por lo menos, dos pruebas de resistencia curadas de manera estándar o convencional elaboradas con la misma muestra de concreto y sometidas a ensaye a la misma edad. En la mayoría de los casos, los requerimientos de resistencia para el concreto se realizan a la edad de 28 días.

PROBLEMAS, CAUSAS Y SOLUCIONES

• Al diseñar una estructura los ingenieros se valen de la resistencia especificada, ƒ´c, y especifican el concreto que cumpla con el requerimiento de resistencia estipulado en los documentos del contrato del proyecto. La mezcla de concreto se diseña para producir una resistencia promedio superior a la resistencia especificada de manera tal que se pueda minimizar el riesgo de no cumplir la especificación de resistencia. Para cumplir con los requerimientos de resistencia de una especificación de proyecto se aplican los siguientes dos criterios de aceptación:

→ El promedio de tres ensayes consecutivos es igual o supera a la resistencia especificada, ƒ´c.

→ Ninguno de los ensayes de resistencia deberá arrojar un resultado inferior a ƒ‘c en más de 3.45 MPa, ni ser superior en más de 0.10 ƒ´c, cuando ƒ´c sea mayor de 35 MPa.

Resulta importante comprender que una prueba individual que caiga por debajo de ƒ´c no necesariamente constituye un fracaso en el cumplimiento de los requerimientos del trabajo.

Cuando el promedio de las pruebas de resistencia de un trabajo caiga dentro de la resistencia promedio exigida, ƒ´c, la probabilidad de que las pruebas de resistencia individual sean inferiores a la resistencia especificada es de aproximadamente 10% y ello se tiene en cuenta en los criterios de aceptación.

Cuando los resultados de las pruebas de resistencia indican que el concreto suministrado no cumple con los requerimientos de la

especificación es importante reconocer que la falla puede radicar en las pruebas, y no en el concreto.

Los registros históricos de las pruebas de resistencia se utilizan para establecer la resistencia promedio deseada de mezcla de concretos para obras futuras.

CÓMO REALIZAR LA PRUEBA DE RESISTENCIA DEL CONCRETO

• Las cilindros para pruebas de aceptación deben tener un tamaño de 6 x 12 pulgadas (150 x 300 mm) o 4 x 8 pulgadas (100 x 200 mm), cuando así se especifique. Las probetas más pequeñas tienden a ser más fáciles de elaborar y manipular en campo y en laboratorio. El diámetro del cilindro utilizado debe ser como mínimo tres veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso que se emplee en el concreto.•Con el fin de conseguir una distribución uniforme de la carga, generalmente los cilindros se cabecean con mortero de azufre (ASTM C 617) o con almohadillas de neopreno (ASTM C 1231). El cabeceo de azufre se debe aplicar como mínimo dos horas antes y preferiblemente un día antes de la prueba.

• Las almohadillas de neopreno se pueden usar para medir las resistencias del concreto entre 10 a 50 MPa. Para resistencias mayores de hasta 84 Mpa se permite el uso de las almohadillas de neopreno siempre y cuando hayan sido calificadas por pruebas con cilindros compañeros con cabeceo de azufre. Los requerimientos de dureza en durómetro para las almohadillas de neopreno varían desde 50 a 70 dependiendo del nivel de resistencia sometido a ensaye.Las almohadillas se deben sustituir si presentan desgaste excesivo.

• No se debe permitir que los cilindros se sequen antes de la prueba.

•El diámetro del cilindro se debe medir en dos sitios en ángulos rectos entre sí a media altura de la probeta y deben promediarse para calcular el área de la sección. Si los dos diámetros medidos difieren en más de 2%, no se debe someter a prueba el cilindro.

• Los extremos de las probetas no deben presentar desviación con respecto a la perpendicularidad del eje del cilindro en más 0.5% y los extremos deben hallarse planos dentro de un margen de 0.002 pulgadas (0.05 mm).construcción 22 y tecnología.

• Los cilindros se deben centrar en la máquina de ensayo de compresión y cargados hasta completar la ruptura. El régimen de carga con máquina hidráulica se debe mantener en un rango de 0.15 a 0.35 MPa/s durante la última mitad de la fase de carga. Se debe anotar el tipo de ruptura. La fractura cónica es un patrón común de ruptura.

• La resistencia del concreto se calcula dividiendo la máxima carga soportada por la probeta para producir la fractura entre el área promedio de la sección. ASTM C 39 presenta los factores de corrección en caso de que la razón longitud diámetro del cilindro se halle entre 1.75 y 1.00, lo cual es poco común. Se someten a prueba por lo menos dos cilindros de la misma edad y se reporta la resistencia promedio como el resultado de la prueba, al intervalo más próximo de 0.1 MPa.

• El técnico que efectúe la prueba debe anotar la fecha en que se recibieron las probetas en el laboratorio, la fecha de la prueba, la identificación de la probeta, el diámetro del cilindro, la edad de los cilindros de prueba, la máxima carga aplicada, el tipo de fractura y todo defecto que presenten los cilindros o su cabeceo. Si se mide, la masa de los cilindros también deberá quedar registrada.

• La mayoría de las desviaciones con respecto a los procedimientos estándar para elaborar, curar y realizar el ensaye de las probetas de concreto resultan en una menor resistencia medida.

• El rango entre los cilindros compañeros del mismo conjunto y probados a la misma edad deberá ser en promedio de aproximadamente. 2 a 3% de la resistencia promedio. Si la diferencia entre los dos cilindros compañeros sobrepasa con demasiada frecuencia 8%, o 9.5% para tres cilindros compañeros, se deberán evaluar y rectificar los procedimientos de ensaye en el laboratorio.

• Los resultados de las pruebas realizadas en diferentes laboratorios para la misma muestra de concreto no deberán diferir en más de 13% aproximadamente del promedio de los dos resultados de las pruebas.

• Si uno o dos de los conjuntos de cilindros se truenan a una resistencia menor a ƒ´c, evalúe si los cilindros presentan problemas obvios y retenga los cilindros sometidos a ensaye para examinarlos posteriormente. A menudo, la causa de una prueba malograda puede verse fácilmente en el cilindro, bien inmediatamente o mediante examen petrográfico. Si se desechan o botan estos cilindros se puede perder una oportunidad fácil de corregir el problema. En algunos casos se elaboran cilindros adicionales de reserva y se pueden probar si un cilindro de un conjunto se truena a una resistencia menor.

• Una prueba a los tres o siete días puede ayudar a detectar problemas potenciales relacionados con la calidad del concreto o con los procedimientos de las pruebas en el laboratorio, pero no constituye el criterio para rechazar el concreto.

• La norma ASTM C 1077 exige que los técnicos del laboratorio que participan en el ensaye del concreto deben estar certificados.• Los informes o reportes sobre las pruebas de resistencia a la compresión son una fuente valiosa de información para el equipo del proyecto para el proyecto actual o para proyectos futuros.

• Los reportes se deben remitir lo más pronto posible al productor del concreto, al contratista y al representante del propietario.

b. Prueba de la resistencia a tensión del concreto

El valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8% a12% de su resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión.

Una de las grandes desventajas del concreto es su poca resistencia a la tracción, aproximadamente la décima parte de la de compresión y tal vez su peso.

Además, sus propiedades mecánicas pueden ser muy variables, ya que dependen de la calidad, la dosificación de los materiales, del proceso de producción, transporte, colocación y curado.

c. Prueba de determinación a la flexión

La fisuración por tracción del concreto se presenta en casi todos los miembros de concreto reforzado a flexión, excepto en aquellos que están poco cargados o los que funcionan básicamente a compresión. La ausencia de fisuras también se da en las estructuras de «concreto re esforzado, en las cuales se mantiene un estado controlado de esfuerzos internos de compresión, o pequeños de tracción, con el fin de contrarrestar los esfuerzos de tensión producidos por las cargas externas.

La deficiente resistencia a tensión del concreto simple dificulta su uso como material en vigas o elementos a flexión. Es necesario combinarlo con acero que tiene alta resistencia a la tensión, dando origen al concreto reforzado (con varillas) y al concreto pre esforzado, que introduce esfuerzos de compresión que contrarrestan los esfuerzos de tensión (tracción) en las secciones donde se presentan.

Ya se mencionó que el concreto posee una resistencia a la tensión baja y cercana al 10% de la resistencia a compresión; en la actualidad esta resistencia se mide mediante el ensayo de los cilindros apoyados en su arista, denominado "ensayo brasileño".

d. Prueba de módulo de elasticidad

Es la pendiente de la parte inicial de la curva esfuerzo-deformación unitario del concreto y aumenta con la resistencia del concreto a

compresión. Se usa normalmente el denominado módulo secante, que se obtiene de la pendiente de la recta que une el origen de la curva de esfuerzos v.s. deformación unitaria del concreto, con un punto correspondiente a un esfuerzo de 0,45 f ’c. Esta propiedad del concreto es muy importante para la predicción de las deflexiones producidas por cargas de corta duración en los elementos a flexión. Aunque es un valor que es variable según la resistencia del concreto a compresión, su valor puede asumirse como 200000 kg/cm2, para muchos casos en que no sea necesaria demasiada precisión. La NSR-98 sugiere un expresión para su cálculo de: Ec = 12500 (kg/cm2)