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RESISTENCIA DEL CONCRETO EN LA ESTRUCTURA
¿Qué es la resistencia del concreto?
Durante la construcción se obtienen muestras de concreto y los procedimientos de las normas ASTM son utilizados para medir la resistencia potencial del concreto que es entregado. Se moldean cilindros de ensayo (probetas) y se curan a temperaturas 7 a 27°C) durante un día y posteriormente se curan de forma húmeda en el laboratorio hasta que son rotos en un ensayo a compresión, normalmente a una edad de 7 y 28 días.
Los medios de medición, estimación o comparación de la resistencia del concreto en la estructura incluyen: El martillo de rebote (esclerómetro), la prueba de penetración, la prueba de arrancamiento (pullout), los cilindros de ensayo elaborados en el lugar, el ensayo de testigos (núcleos ex-traídos, corazones) y las pruebas de carga del elemento estructural.
¿Por qué se mide la resistencia en la estructura?
Los ensayos del concreto en la estructura pueden ser necesarios cuando las resistencias de los cilindros de ensayo normalizados son bajas y no cumplen con la especificación tal como está indicado en el ACI 318. Sin embargo, no evalúe la estructura sin chequear primero para estar seguro que:
Las resistencias del concreto fallaron al no cumplir lo previsto en la especificación.
Las bajas resistencias no son atribuibles a prácticas de ensayo defectuosas.
La resistencia especificada es realmente necesaria. (Verel CIP-9 sobre Baja Resistencia de los cilindros de ensayo de concreto)
¿Cuándo hacer ensayos de carga?
Evaluar si un determinado elemento es estructuralmente adecuado Deterioro, refuerzo insuficiente, error de diseño o construcción.
Establecer si un elemento estructural requiere reforzamiento Cambio de uso de la estructura Aumento de carga viva.
Verificación de la efectividad del reforzamiento Teoría vs. Realidad.
Obtener información acerca del comportamiento estructural “Afinar” modelos estructurales Condiciones de borde, distribución de cargas.
RAZONES PARA ENSAYOS DE CARGA:
Sospecha que la construcción no fue hecha adecuadamente.
Dudas acerca del diseño estructural.
Efectos externos que afectan la capacidad estructural .
Intensidades de carga:1.0 DL + 2.0 LL y 1.5 DL + 1.5 LL
MAQUINA EXTRATORA DE CORAZONES
Los componentes del extractor pueden montarse con facilidad para su transporte.
Puede utilizarse en cualquier ángulo con respecto a la horizontal.
Proceso
o Se instala el tripie, se coloca el
taladro y la broca de 4” para la
extracción, se conecta una de las
mangueras a la tapa adaptada del
depósito de agua a presión de 16
lts y al taladro; conecta el equipo
al generador de energía eléctrica. o Una vez que se han efectuado
todas las conexiones necesarias se
procede a bombear agua del
deposito, el operador aplica todo
su peso en el equipo evitando
movimiento alguno que pudiera
alterar la muestra o provocar un
accidente y se inicia con la
extracción de la muestra de
asfalto.
Extracción de Corazones de Asfalto.
Extracción de Corazones Asfalto.
o El proceso de perforación debe ser
lento evitando algún movimiento
que pudiera dañar la broca.
o Este proceso concluye cuando el
agua expulsada durante la
perforación cambie de tonalidad lo
cual indica que se tiene contacto
con la terrecería, se procede a
retirar inmediatamente la broca, se
extrae la muestra y se mide su
espesor.
Proceso (continuación)
Extracción de Núcleos de Hormigón.
o Para la extracción de muestras de
concreto hidráulico endurecido el
proceso es similar al de asfáltico,
se utilizara una broca de 3” y una
bomba de vació para la sujeción
del equipo en el elemento a
analizar.o La extracción será lenta y el flujo
de agua debe ser constante, se
deberá tener cuidado al hacer la
perforación sin detener la máquina
hasta alcanzar la profundidad
deseada, para evitar que la broca
forme escalones o muescas en la
superficie cilíndrica del corazón,
que podría ocasionar
concentraciones de carga durante
la prueba.o Concluida la extracción se extrae
la muestra, la cual deberá tener un
una altura promedio de 18 a 20
cm.
Proceso
RESISTENCIA DE LOS NÚCLEOS (CORAZONES, TESTIGOS)
Ensaye un mínimo de 3 núcleos para cada sección de concreto cuestionado.
Obtenga núcleos con un diámetro mínimo de 3 ½ pulgada (85 mm). Obtenga núcleos más grandes para un concreto con un tamaño de agregado mayor de 1 pulgada (25mm).
Trate de obtener una longitud de como mínimo 1 ½ veces el diámetro (relación L/D).
No perfore núcleos desde las capas superiores de las columnas, losas, muros, o cimientos, que serán de un 10a un 20% más débil que los testigos de la parte media o de las porciones más bajas.
Ensaye los testigos después de un secado durante 7 días si la estructura estará seca en servicio; en caso contrario humedezca los núcleos 40 horas antes del ensayo.
precauciones
ENSAYOS EN CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO
El ensayo a ejecutarse para determinarse la capacidad y propiedades de una probeta de concreto se llevara a cabo mediante los siguientes procesos con el fin de analizar la mayor cantidad de propiedades. Tenemos:
Resistencia a la compresión.
Este método de ensayo es usado para determinar la resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos preparados y curados de manera estándar.Los resultados de este método son usados como base para un control de calidad de la proporción, mezclado, y colocación del concreto; determinación de la conformidad de las especificaciones y control para evaluar la efectividad de las adiciones.
Resistencia a la tracción por compresión diametral.
Este ensayo consiste en aplicar una fuerza por compresión diametral a lo largo de un espécimen cilíndrico de concreto hasta que este falle.La resistencia a la tracción por compresión diametral es usada para evaluar la resistencia al corte brindado por el concreto en miembros del concreto con refuerzo de agregado liviano.
Equipo con el que se realiza el ensayo de tracción por compresión diametral
ABRASIÓN
Este método de ensayo brinda una indicación relativa de la resistencia del mortero y concreto basado en muestrear especímenes. Este ensayo ha sido usado exitosamente en el control de calidad de concreto usado para autopistas y puentes.
Molde para el ensayo de Abrasión.
CONTRACCIÓN POR SECADO.
Este método de ensayo determina los cambios longitudinales y evaporación del agua inmersa que son producidos por cambios de temperatura en especímenes de cemento hidráulico hechos en laboratorio y expuestos a condiciones controladas de temperatura humedad.
Estos resultados estarán basados al concreto empleado para dichas pruebas y a los diferentes estados en el que este será sometido para dicha prueba.
ENSAYOS EN ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO.
¿Cuándo se hacen este tipo de ensayos?
Se detecten bajas en la resistencia del hormigón
Se pretende aumentar las acciones sobre la estructura.
Por cambio de uso
Se detecten fallos patológicos de la estructura.
Para determinar la capacidad residual de la estructura tras un siniestro.
cuando;:
TIPOS DE ENSAYOS.
ENSAYOS DESTRUCTIVOS (Cuando afectan a la estructura)
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (Cuando no producen ningún daño sobre la misma.)
Probetas testigo Pruebas de carga al límite
Pruebas de carga normales
Ultrasonidos
Esclerómetro
Tenemos.
Tenemos.Tenemos.
ENSAYOS DESTRUCTIVOS.
PROBETAS TESTIGO.
Muestra extraída de una parte de una estructura mediante procedimientos establecidos en una norma. Son piezas de hormigón extraídas de la obra real, generalmente con sondas rotatorias. Permiten conocer la resistencia real del hormigón puesto en obra, con todas las incidencias que haya podido soportar.
La extracción de las probetas testigo no debe realizarse antes de 14 días del hormigonado. Debe elegirse con cuidado el lugar del que se extraen, puesto que la sección resistente puede quedar debilitada. Lugares recomendados: Muros de ascensor. Rampas de escalera.
CUANDO SE REALIZALOS RESULTADOS DEL CONTROL NO CUMPLEN CON LOS REQUISITOS DE ACEPTACIÓN EXIGIDOSVERIFICACIÓN DE COMPACIDAD, AIRE INCORPORADOTESTIGO DE RESULTADOS ERRATICOS SE DISPONE DE NUEVA EXTRACCIÓN
COMO SE REALIZA
No afectará la capacidad resistente ni la estabilidad estructural Pueden complementarse con END, para aportar información adicional sobre uniformidad y posición de armaduras Según IRAM 1551: preparación y acondicionamiento del testigo Según IRAM 1546: ensayo a compresión Dimensiones de los testigos
Diámetro > 3 veces el Tamaño Máximo Nominal del Agregado Diámetro > 75 mm Relación de esbeltez (Altura /diámetro) comprendida entre 1 y 2
Extracción mínima de 3 testigos por elemento estructural o zona con hormigón de calidad no satisfactorio.
Extracción mínima de 15 testigos cuando se desee evaluar la calidad del hormigón de toda la estructura.
CIRSOC 201-05: Nº testigos el doble de lo especificado en 4.2.2.4Para satisfacer los criterios de aceptación
¿Cuando se extraen los testigos?
Se necesita conocer el estado actual del hormigón de una estructura.
Cuando en la evaluación de hormigón fresco se obtiene un valor menor al límite inferior de lo especificado.
Cuando la recepción de la obra se efectúa en base a extracción y evaluación de testigos
Cuando lo determina el proyectista estructural.
Factores a considerar en el resultado del ensayo a compresión.
Diámetro de la probeta testigo
Esbeltez del testigo en el momento del ensayo
Presencia de armaduras en el interior del testigo
Edad del hormigón
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.
Entendemos como tales aquellos que nos permiten determinar la resistencia de una estructura sin dañarla en ningún modo. Tenemos.
ESTUDIO ESCLEROMÉTRICO.
Se realiza midiendo con un esclerómetro la dureza superficial del hormigón. Los fenómenos que afecten a la superficie del hormigón, como corrosiones, heladas, incendios, etc. pueden falsear de tal modo este ensayo que lo conviertan en inútil.
El esclerómetro es un aparato que mide la dureza superficial del hormigón en función del rebote causado por el impacto de una barra metálica que golpea sobre el elemento que se va a evaluar, por lo que para tener una respuesta adecuada es necesario que la superficie este completamente limpia y lisa, así que es necesario prepararla antes de realizar las pruebas.
ESCLERÓMETRO DIGITAL PARA ENSAYOS DE CONCRETO.
Permite realizar pruebas no invasivas para comprobar la resistencia del concreto
en un elemento estructural (columnas, trabes, etc.), mediante el sistema de rebote de martillo convertido en señal eléctrica por un microprocesador. Se conecta fácilmente a una PC y puede almacenar hasta 5000 resultados.
Energía de impacto: 2.207 Nm
Escala de medición: de 10 a 70 N/mm2
Pantalla de 2 x 16 caracteres
Alimentación: Batería recargable integrada
Dimensiones: incluyendo maleta 190 x 100 x 350 mm
Peso aproximado: 2 kg
Especificaciones
ESCLERÓMETRO DIGITAL PARA ENSAYOS DE CONCRETO.
Proceso
o Se Formatea el ensayo utilizando el menú preestablecido considerando la edad del concreto y los factores de corrección en su caso.
o Se coloca la cabeza del percutor en ángulo recto con la superficie y se presiona el esclerómetro de una manera continua contra el elemento hasta que el martillo interno dé un golpe; se aplicarán 20 golpes continuos dentro de los limites de la retícula evitando cualquier contacto con el área de acero. Concluida la prueba obtenemos la lectura que indica la resistencia del concreto.
LIMITACIONES EN LA ESCLEROMETRIA
No existe relación teórica entre el NºR y la resistencia a compresión, pero si permite determinar correlaciones empíricas.
RUGOSIDAD SUPERFICIAL: la mejor terminación aumenta el NºR
HUMEDAD: seco aumenta el NºR.
TEMPERATURA: temp < 0º c aumenta el NºR
RIGIDEZ DEL ELEMENTO ESTRUCTURAL
CARBONATACIÓN: aumenta el nº r, es necesario determinar con fenolftaleina
DIRECCIÓN: influencia de la “g” sobre la masa interna del martillo
MIDE DUREZA SUPERFICIAL: solo evalúa los primeros 3 cm de espesor. Sensible a variaciones locales por presencia de agregados o vacíos
INFLUENCIA DEL TIPO DE AGREGADOS (DUREZA)
CORRELACIÓN CON LA RESISTENCIA: mediante testigos.
MEDICIÓN ESCLEROMETRICA .
Sobre superficies en contacto con encofrados. Por la variabilidad se sugiere medir por zonas generando cuadrículas de 180cm2 con puntos de medición distanciados aproximadamente 3 cm. Cantidad de lectura mínima por zona: 9 (nueve).Descartar lecturas que difieran en ± 5 unidades respecto del promedio Zona confiable: después del descarte deben quedar 6 lecturas para el promedio.
USOS
Permite estimar resistencias cuando existe la correlación con resultados obtenidos sobre testigos extraídos de la misma obra y sector. Como ensayo complementario (NO SUBSTITUTO). Comparando con sectores sobre los que exista certeza de su resistencia a compresión obtenida de los ensayos de control de recepción (probetas moldeadas). Aplicable a la industria del premoldeado.
ENSAYO DE ULTRASONIDOS O
En el ensayo de ultrasonidos se determina el módulo de elasticidad dinámico del mismo, por el tiempo que un tren de ondas tarda en atravesar un espesor dado de hormigón. Se emplean aparatos especiales que generan y miden ondas generalmente entre 50 y 100 kc/s y miden su velocidad de propagación,.
Se basa en la relación que existe entre la velocidad de pulso y las propiedades elásticas. Permite evaluar indirectamente la calidad del material obre correlación entre velocidad y resistencia
Distancia entre transductores (m) * 106
Velocidad de Pulso (m/seg) = Lectura de tiempo (microseg)
FACTORES QUE AFECTAN
Rugosidad de la superficie: garantizar contacto evitar aire con grasa. Evitar nidos de abeja. Necesidad de pulir en zonas de elevada rugosidad
V depende de la longitud del recorrido: la V baja si la longitud aumenta
Entre 5º a 30º C la V = cte. Si T> 30º C V disminuye. Si T< 0º C la V aumenta.
V aumenta si la Humedad aumenta
V aumenta si encuentra Fe
V aumenta a medida que lo hace la resistencia para edades mayores
Estructuras sometidas a tensiones mayores a la de servicio (entre el 50 y 70 % de la carga de rotura del material), la velocidad de pasaje disminuye por efecto de la microfisuración.
Influencia de la naturaleza del agregado. Aumenta con la densidad.
USOS DEL ULTRASONIDO.
Determinar homogeneidad del hormigón Detectar presencia de fisuras Descubrir problemas de compactación (huecos o vacíos) Deterioro en la calidad del hormigón debido a ataques por fuego y bioquímicos. Determinación del Ed
MEDIDOR DE RECUBRIMIENTO DE CONCRETO CON SONDA.
Se utiliza para determinar la profundidad y tamaño del armado situado
en el interior de un elemento estructural (columnas, trabes, losas, etc.). Así mismo este equipo se puede conectar a una PC para grabar y graficar los resultados obtenidos.
MEDIDOR DE RECUBRIMIENTO DE CONCRETO CON SONDA.Proceso
o Se realiza la limpieza de la zona del elemento estructural que se analizará para eliminar las porosidades de la superficie.
o Se recorre con la sonda en el sentido de la orientación del elemento para ubicar el estribo y trazarlo.
o Entre las líneas de estribo se recorre de arriba hacia abajo o de izquierda a derecha con la sonda para ubicar el refuerzo longitudinal.
o Se traza la ubicación del refuerzo longitudinal que genera una retícula de lo detectado.
o Se especifica la ubicación del elemento y los datos obtenidos como son el espesor promedio del recubrimiento y el diámetro del refuerzo.
EQUIPO PARA LA EXTRACCIÓN DE MICROTESTIGOS.
Permite la evaluación no destructiva del concreto y mampostería mediante la extracción de microtestigos de 28 mm. de diámetro, que debido a sus dimensiones no afecta la integridad de la estructura, permitiendo así una fácil restauración de la superficie de la que se extrajo.
o Conjunto de guía con brida.o Dos tenazas de sujeción
para fijar la guía con brida a la superficie.
o Taladro eléctrico.o Corona diamantada de 28
mm de diâmetro interno x 200 mm de longitude.
o Juego de accesorios que incluyen anclajes, arandelas y broca de 3/8”.
o Dos maletas de transporte.
Accesorios
Dimensiones: 500 x 380 x 130 mm.Peso: 7.5 kg aproximadamente.
Proceso
o Se marca la superficie de concreto
a analizar usando una solera de 30
cm de longitud que contiene 3
orificios.
o Se perforan los orificios para
posteriormente introducir los
taquetes expansivos de 3/8”.
o Se introducen los tornillos de 3/8”
para montar los tenazas de
sujeción.
o Se asegura la broca de 28 mm de
diámetro y 100 mm de longitud a
la flecha en el mango,
atornillándola dentro de la flecha.
o Se monta el mango en la
superficie de concreto entre las
dos pinzas.
EXTRACCIÓN DE MICROTESTIGOS.
Proceso (continuación)o Se conecta una de las mangueras a
la tapa adaptada del depósito de
agua a presión de 16 lts y otra al
extremo del mango del taladro. o Una vez que se han efectuado todas
las conexiones necesarias se procede
a bombear agua del deposito y
comenzar a perforar aplicando una
presión constante al extremo de la
broca; se continúa la perforación
hasta alcanzar el espesor requerido
en la estructura de concreto.
o Concluida la extracción se liberan las
pinzas y se extrae el equipo
completamente con la broca de la
estructura; si el núcleo permanece
en la estructura se desaloja usando
un pincho metálico.
PRUEBAS DE CARGA.
La prueba de carga es un ensayo, normalmente no destructivo, que debe aplicarse a elementos flexados, como vigas y forjados. Consiste en cargar un elemento estructural con una carga similar a la prevista y medir la evolución de sus deformaciones por medio de flexímetros.En obras públicas la prueba de carga es preceptiva en puentes de ferrocarril y carretera y exige el concurso de empresas muy especializadas. La norma distingue dos casos:
Son aquellas pruebas cuyo objetivo es obtener datos de la estructura que no se refieran a su capacidad resistente.
Son las que tienen como objetivo evaluar la seguridad de la estructura.
Pruebas de carga como información complementaria.-
Pruebas de evaluación de la capacidad resistente.-
PROCESO OPERATIVO.
Cargar al menos en cuatro escalones separados por 15 minutos Tras cada escalón se mide la deformación Terminado el último escalón se espera 24 horas y se mide la deformación diferida. Se descarga por escalones midiendo las deformaciones tras cada uno de ellos. Se espera otras 24 horas y se mide la deformación residual
CONDICIONES:
No aparecen fisuras no previstas y que comprometan la seguridad o la durabilidad de la pieza. La flecha obtenida es menor que l2/20000 h siendo l la luz de cálculoy h el canto. Hay que tener en cuenta que para un voladizo l es el doble de la distancia entre el apoyo y el extremo.Si la flecha máxima es mayor que l2/20000 h, la deformaciónremanente será menor a 1/4 de la deformación máxima en elementos de hormigón armado y a 1/5 en elementos pretensados. Si no lo es se repite la prueba pasadas 72 horas y se exige ahora que la deformación residual sea inferior a 1/5 de la máxima en esta prueba.
RECOMENDACIONES
Hay que asegurarse que la tabiquería inferior no falsea los resultados, por lo que muchas veces es preciso cortar los tabiques en su parte superior. Cuando se emplean sacos de cemento o arena como carga, no se puede descargar de forma inmediata si algo sale mal. Por ello hay que prever un apuntalamiento de emergencia que no afecte a la deformación del elemento ensayado, pero que evite un posible hundimiento. Generalmente se construye un andamiaje separado unos centímetros para permitir la deformación del elemento a ensayar. Cuando se emplea agua como carga conviene recordar que una piscina tarda un tiempo considerable en llenarse. Además hay que prever que si hay que descargarla por emergencia, el agua ha de tener una salida controlada.