5. concreto endurecido
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CONCRETO ENDURECIDO
UNIDAD 4 CONCRETO ENDURECIDO
4.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES
El concreto en estado endurecido Se inicia después del fraguado final, el cual se
determina con el penetrómetro, al presentar el concreto una resistencia a la
penetración de 282 kg/cm².
A partir de que el concreto alcanza su fraguado final, se inicia el desarrollo de la
adquisición de sus propiedades mecánicas, y la duración puede ser de varios meses
incluso años.
La resistencia mecánica del concreto depende de:
1. Resistencia de los agregados
2. Calidad de la pasta de cemento
3. Adherencia pasta-agregado
La resistencia del concreto es la propiedad más valorada por los ingenieros
estructuristas y de control de calidad. Cabe mencionar que, la resistencia de un
material se define como la habilidad para resistir esfuerzos sin llegar a la falla.
4.1.1. Curado
Cuando se mezcla cemento con agua, tiene lugar una reacción química; esta
reacción, llamada hidratación, es la que hace que el cemento, y por lo tanto el
concreto, se endurezca y después desarrolle resistencia. Este desarrollo de
resistencia se observa solo si el concreto se mantiene húmedo y a temperatura
favorable, especialmente durante los primeros días.
El concreto que ha sido curado correctamente es superior en muchos aspectos; no
solo es más resistente y más durable bajo ataques químicos, sino también es más
resistente al desgaste y más impermeable; por añadidura, es menos probable que lo
dañen las heladas y los golpes accidentales que reciba.
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Además de asegurar el desarrollo de la resistencia en el cuerpo del concreto, el
curado apropiado proporciona a la delgada capa expuesta de éste, una propiedad de
“cubierta endurecida”, que aumenta considerablemente su resistencia al desgaste y
su buen aspecto durante mucho tiempo, cuando está a la intemperie.
4.1.1.1. Métodos de curado del concreto
El curado puede efectuarse mediante la aplicación de diversos métodos y materiales
que se consideran en dos grupos:
1. Los que mantienen el agua o la humedad en contacto estrecho en la superficie
de concreto; tales como inundación, aspersión/rociado, arena húmeda o yute
mojado.
2. Los que evitan la perdida de humedad del concreto; tales como hojas de
polietileno, papel de sacos de cemento, conservación de la cimbra en posición
y aspersión de membranas de curado.
Cuando se elige una aplicación de agua se debe estudiar la economía del método
particular que se usara en cada obra, puesto que la disponibilidad del agua, mano de
obra, materiales de curado, y otros factores, influirán en el costo.
El método seleccionado debe proporcionar una cubierta completa y continua de agua
libre de cantidades perjudiciales de materias deletéreas. Cuando el aspecto es un
factor importante, el agua debe estar libre de sustancias que ataquen, que manchen
o decoloren el concreto.
Es importante mencionar que, el agua empleada para el curado deberá tener la
misma calidad del agua utilizada en la elaboración del concreto. A fin de evitar
agrietamientos por choque térmico y la temperatura de curado deberá ser semejante
a la del ambiente.
Anegamiento o inmersión
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Aunque se emplea muy rara vez, el método mas completo de curado, consiste en la
inmersión total en agua de la unidad de concreto ya terminada (Fig. 4.1.1).
En algunas ocasiones, el anegamiento se emplea cuando se trata de losas de piso
de atarjeas y puentes, pavimentos y techos planos; es decir en cualquier lugar en
donde sea posible crear un charco mediante un bordo o dique de tierra u otro
material en el borde de una losa, o cuando existe ya una corriente de agua como
sucede en las atarjeas.
Se debe evitar los daños que provocan la liberación prematura o súbita de agua
encharcada; por ejemplo si el agua encharcada se pierde debido a una fuga, es
probable que la losa no reciba el curado apropiado y el agua, en cambio, ablande el
terreno sobre el que se asienta dicha losa, o bien dañe los alrededores.
El agua de curado no debe ser más fría de 11ºC que el concreto, ya que el posible
desarrollo de esfuerzos por temperatura en la superficie puede causar agrietamiento.
Fig.4.1.1.- Curado por anegamientoFuente: Información proporcionada por la empresa APASCO
Rociado de niebla o aspersión
Cuando la temperatura es bastante superior a la de congelación el rociado de niebla
o aspersión mediante boquillas o aspersores proporciona un curado excelente (Fig.
4.1.2). Siempre que la superficie del concreto este mas fría que la atmósfera dentro
del recinto, el vapor a presión atmosférica hará que se presente sobre la superficie
una película de humedad.
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Los aspersores de jardín son efectivos cuando no hay que preocuparse por el
consumo de agua. Una de las desventajas del rociado es el costo del agua, a no ser
que se disponga de toda la necesaria por el costo del bombeo solamente. La
aspersión o rociado intermitentes no son recomendables cuando permiten que se
saque la superficie del concreto.
El uso de mangueras es útil, precisamente para empapar superficies verticales o casi
verticales pero se debe tener cuidado de no provocar la erosión de dicha superficie.
Fig.4.1.2.- Curado por aspersión (rociado)Fuente: Información proporcionada por la empresa ADMIX TECH
Curado con costales, mantas de algodón y alfombras
Los costales, mantas de algodón, alfombras y otras cubiertas de material absorbente
retendrán agua sobre la superficie del concreto ya sea horizontal o vertical (Fig.
4.1.3).
Estos materiales deben estar libres de cantidades dañinas y de sustancias como
azúcar o fertilizantes, que si pueden dañar el concreto y decolorarlo. Los costales se
deben lavar muy bien con agua para eliminar sustancias solubles y hacerlos mas
absorbentes.
Cuando el costal se vaya a almacenar entre una obra y otra, es conveniente el
empleo de los que estén tratados para resistir la putrefacción y el fuego. Mientras
más pesado sea el costal, mas agua retendrá y será necesario mojarlo con menos
frecuencia.
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Es ventajoso colocarlo doble, traslapando las tiras hasta la mitad de su ancho, lo cual
proporcionara una mejor retención de humedad y ayudara a que no se levante
cuando sople viento fuerte o llueva.
Las mantas de algodón y las alfombras retienen el agua durante más tiempo que el
costal con menos riesgo de secarse. Se manejan igual, excepto que bebido a su
mayor masa, su aplicación sobre una superficie recién terminada, no se puede hacer
de manera tan inmediata como cuando se trata de costales, sino que se debe
esperar a que el concreto tenga un mayor grado de endurecimiento.
Fig.4.1.3.- Curado por medio de mantas de algodónFuente: Información proporcionada por la empresa ADMIX TECH
Paja o heno
La paja o el heno mojado se pueden emplear pero se corre el riesgo de que el viento
lo levante, a menos que se cubra con telas de alambre, costales u otros materiales.
También existe el peligro de incendio si se deja secar (Fig. 4.1.4).
Fig.4.1.4.- Curado con pajaFuente: Información proporcionada por la empresa APASCO
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La paja y el heno suelen causar además una decoloración en la superficie del
concreto que se aprecia hasta varios meses después de haber sido retirados.
Cuando se emplean estos materiales, la capacidad que se aplica debe tener por lo
menos 150mm de espesor.
Curado con vapor
Este procedimiento de curado se emplea en la producción de algunas piezas de
mampostería de concreto, tubos de asbesto-cemento, así como de concreto celular
de peso ligero (Fig. 4.1.5.).
Fig.4.1.5.- Curado a vaporFuente: Información proporcionada por la empresa APASCO
Curado con hojas de polietileno
Este método se caracteriza por evitar la pérdida de humedad del elemento y consiste
en cubrir la superficie con unas hojas de polietileno, cuidado que estas estén fijas y
que cubran completamente toda la superficie (Fig. 4.1.6.).
Fig.4.1.6.- Curado con hojas de polietileno
Fuente: Información proporcionada por la empresa ADMIX TECH
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Curado con tierra
El curado con tierra mojada se ha empleado con éxito, especialmente en trabajos
comparativamente más pequeños de losa y piso. Lo esencial es que la tierra este
libre de partículas mayores de 25mm y que no contenga cantidades peligrosas de
materia orgánica o sustancias que puedan dañar el concreto.
Curado por compuestos líquidos que forman membranas
Este método también consiste en retener el agua interna del elemento, se aplica por
medio de aspersión del líquido en la superficie (Fig. 4.1.7.). Cuando el liquido esta
en contacto con la superficie formara una membrana, evitando así la perdida de
humedad del elemento.
Fig.4.1.7.- Aspersión de producto formulado a partir de polímeros en emulsiónFuente: Información proporcionada por la empresa ADMIX TECH
4.2. PRUEBAS DE CALIDAD
Las pruebas de calidad que se realizan al concreto endurecido son generalmente:
Pruebas destructivas
• Resistencia a la compresión
- Cilindros
- Corazones o núcleos de concreto
• Resistencia a flexión
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Pruebas no destructivas
• Pistola de Windsor o prueba de penetración
• Método de la velocidad de ultrasonidos
• El martillo de rebote (Esclerómetro).
• Extracción de insertos o de Pull-out.
• Detección del acero de refuerzo e instalaciones.
4.2.1. Pruebas destructivas
Resistencia a la compresión de cilindros de concreto
La prueba para determinar la resistencia a la compresión, se obtiene durante un
proceso de 28 días. Todo el proceso comienza al elaborar el concreto y depositarlo
en unos cilindros especiales para esta prueba (Fig.4.2.1.), los cuales son
descimbrados a las 24 hrs. de su colado, sumergiéndolos inmediatamente en un
estanque de agua limpia. Los cilindros son extraídos cada 7 días (Fig.4.2.2.), para su
ensaye en una máquina de compresión o en una máquina Universal, que se encarga
de comprimir los cilindros hasta que éstos fallan (Fig.4.2.3.), tomando ese dato final
como la carga que resiste, ese determinado concreto, a esa determinada edad. Ese
resultado se divide entre el área del cilindro para obtener lo que conocemos como f´c
o resistencia a la compresión, en kg/cm2, a los 28 días. El avance del concreto cada
7 días nos muestra la buena o mala evolución de nuestra mezcla de concreto, siendo
esto un indicador fidedigno del comportamiento real que tendrá en obra.
Fig.4.2.1.- concreto depositado en cilindros para prueba de resistencia a la compresiónFuente: Autoría propia
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La resistencia a la compresión del concreto, solamente podrá ser evaluada tomando
como base el uso de probetas en forma de cilindros de 15 x 30 cm, para esto, las
normas NMX C-160 “Elaboración y curado en obra de especímenes de concreto” y
NMX C-83 ONNCCE “Determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de
concreto” son de suma importancia, la edad de prueba del concreto dependiendo del
tipo de cemento empleado, generalmente son 28 días para la resistencia normal y 14
días para los concretos de resistencia rápida.
Fig.4.2.2.- Cilindros fraguados recién Fig.4.2.3.- Testado de cilindros extraídos del estanque en prensa hidráulicaFuente: Autoría propia Fuente: Autoría propia
También se podrán efectuar acuerdos previos para garantizar la resistencia a otras
edades que no sean las estándar. Estos acuerdos deberán tomarse en base a
pruebas previas de laboratorio.
Las especificaciones nacionalmente aceptadas, reconocen la variabilidad normal de
las pruebas de resistencia del concreto, y permiten que ciertos porcentajes de ella
estén abajo del nivel especificado, comúnmente designado como f’c.
Es importante que llevar un buen control tanto en la elaboración de los especímenes,
como en el curado para obtener mejores resultados.
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Resistencia a la flexión
La prueba de la resistencia a la flexión, también llamada prueba de módulo de
ruptura, es parecida a aquella de la compresión, con la variante de que en lugar de
cilindros, se elabora una viga de concreto con una cimbra metálica especial para este
ensaye, de dimensiones 60x15x15cm, (Fig. 4.2.4.) y se prueba en una máquina de
compresión diseñada especialmente para vigas con esas medidas (Fig. 4.2.5.).
Fig.4.2.4.- Molde para vigas de concreto.Fuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construcción
La viga es previamente curada en un estanque durante 28 días, para ser extraída y
testada. Con el resultado de la carga máxima resultante, el peralte del elemento y su
momento de inercia, se obtiene el módulo de ruptura.
Cabe notar que la presión ejercida en la viga va precisamente al centro para lograr
una distribución equitativa de cargas y así tener un dato certero. En este caso no
existe cabeceado.
Fig.4.2.5.- Prueba de resistencia a la flexión con viga curada a 28 días.Fuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construcción
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Pruebas de resistencia a corazones de concreto
Las pruebas de resistencia de corazones extraídos de una estructura, suministran
una medida de la resistencia del concreto colocado. De los corazones tomados de la
estructura se desconocen todos los efectos ya ejercidos, y por tanto, el margen de
resistencia esperado lógicamente podrá ser menor que el margen que existe entre
los esfuerzos de trabajo y la resistencia especificada, (Fig. 4.2.6.).
Este método de prueba consiste en aplicar una carga de compresión axial a
corazones de concreto, a una taza predeterminada, hasta que la falla ocurre. La
fuerza a la compresión del espécimen es calculada. La fuerza compresiva del
espécimen, resulta de dividir la carga máxima, en kg., entre el área calculada con el
diámetro promedio, en cm2.
Fig.4.2.6.- Extracción de especímenes (corazones) en estructuras de concretoFuente: Información proporcionada por la empresa ADMIX TECH
4.2.2. Pruebas no destructivas
Existe en el mercado varios aparatos para obtener una medición estimativa de la
resistencia del concreto en el sitio. Genéricamente hablando, estos aparatos no
muestran lecturas que puedan ser traducidas a valores de resistencia de cilindros o
corazones.
Sin embargo, en manos de un experto operador, puede proporcionar una útil
información acerca del concreto colocado, mediante la comparación entre las
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lecturas en proporciones de la estructura representada por las pruebas con
mediciones de resistencia bajas y otras porciones similares que son consideradas
como aceptables. Esta comparación nos puede indicar si el concreto en duda puede
o no ser aceptado.
A continuación se describen brevemente algunos métodos de pruebas no
destructivas realizadas al concreto en estado endurecido.
Pistola de Windsor o prueba de penetración
Consiste en lanzar tres elementos metálicos impulsados por la carga determinada de
pólvora con una pistola (Fig. 4.2.7.). La determinación de la calidad del concreto está
en función de la longitud promedio que los insertos penetren en el concreto midiendo
la parte externa de ellos usando una placa triangular. Norma ASTM C-803-03.
La penetración del perno se mide cuidadosamente con un micrómetro y la lectura
como ya se ha mencionado, es una indicación de resistencia a la compresión del
concreto.
De nuevo con este método se deberá tener más confianza sobre la comparación
entre las porciones aceptables o dudosas del trabajo, que sobre los niveles
numéricos de resistencia.
Fig.4.2.7.- Pistola de Windsor para utilizado para la prueba de penetraciónFuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construcción
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Método de la velocidad de ultrasonidos
El principio de funcionamiento de esta técnica consiste en un transductor transmisor
electro-acústico (Fig. 4.2.8.), que produce ondas de alta frecuencia, en contacto con
la superficie del concreto. Estas ondas atraviesan una distancia conocida, hasta
alcanzar a otro transductor receptor, que convierte la señal acústica en electrónica.
Un circuito electrónico mide el tiempo de tránsito, pudiéndose obtener la velocidad
del impulso. En algunos aparatos, el impulso recibido es amplificado y llevado a un
tubo de rayos catódicos, donde se compara la forma y amplitud de las ondas
recibidas, con respecto a las emitidas. En el hormigón se generan tres tipos de
ondas: longitudinales, transversales y de Rayleigh.
La velocidad de propagación ultrasónica, es proporcional al contenido de cavidades y
estructura de poros del hormigón. Además, durante el proceso de fraguado, se
demuestra experimentalmente que dicha velocidad se incrementa rápidamente, a
medida que el hormigón gana resistencia. En términos generales se puede decir que,
a mayores Velocidades, corresponden mayores resistencias mecánicas. Por este
motivo, esta técnica es una de las más confiables y utilizadas, como END, aplicado
a estructuras de hormigón.
Fig.4.2.8.- Equipo de velocidad de ultrasonidoFuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construcción
Los inconvenientes encontrados en la utilización de este método, derivan de:
heterogeneidad del hormigón, edad, tipo de cemento, condiciones de curado, etc.
Estos inconvenientes son de tal importancia que hacen que la técnica, que está
totalmente desarrollada para metales, se encuentre, todavía en plena investigación y
mejora en el hormigón.
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El método de ultrasonidos se ha empleado, en el hormigón, para el estudio de:
Identificación de zonas débiles en su estructura (test de homogeneidad).
Defectoscopia (medida y dimensiones de defectos), espesores de capas
dañadas por frío o fuego, ataques químicos, acción del fuego / calor, etc.
Medidas de las constantes físicas, tales como el Modulo de Elasticidad.
Evolución de procesos de fisuración y microfisuración, bajo carga.
Determinación de la resistencia a compresión y tracción.
Detección del acero de refuerzo e instalaciones
Es un ensayo sencillo pero requiere de equipo especializado llamado pacómetro (Fig.
4.2.9.) y personal capacitado para su ejecución. Es muy útil para localizar el acero de
refuerzo como apoyo a otro tipo de ensayos como la extracción de núcleos, la
determinación del índice de rebote y ultrasonido, ya que permite ubicar los equipos
de estos ensayos en zonas libres de acero o instalaciones. Útil para determinar
diámetros de los elementos de refuerzo y los espesores de recubrimiento. Prueba
relativamente económica y complementaria para otros Ensayos No Destructivos.
Fig.4.2.9.- PachometroFuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construcción
Extracción de insertos o de pull-out
Prueba de poco uso. Requiere de equipo especial y personal capacitado. Debe ser
planeada antes de la colocación del concreto, ya que la consiste en dejar embebidos
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en el concreto, insertos metálicos parecidos a un hongo con una perforación roscada.
Al llegar la edad de determinación de la resistencia, se extrae el inserto usando un
gato hidráulico que cuenta con dispositivos especiales de anclaje y medición de la
fuerza de extracción ejercida para extraer el inserto. La resistencia del concreto
estará en función de la presión requerida para extraer el inserto. Esta prueba se ve
limitada a elementos en proceso de colado. Se acepta colocar los insertos en el
concreto fresco, pero se deben tener en cuenta ciertas precauciones para no afectar
la calidad del concreto adyacente. Norma ASTM C-900-01.
El martillo de rebote (esclerómetro)
Suministra una rápida y adecuada indicación de las propiedades de resistencia. La
medición del rebote de un proyectil de acero impulsado por un resorte sobre un
émbolo sostenido firme y perpendicular sobre la superficie del concreto (Fig. 4.2.10.),
es un indicador de la resistencia del material. A mayor resistencia, mayor rebote.
Fig.4.2.10.- EsclerómetroFuente: Información proporcionada por la empresa ADMIX TECH
4.2.3. Procedimiento de muestreo
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 28 días, pero para
anticipar información que permitirá la marcha de la obra sin demoras extremas, dos
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de los cilindros de cada ensayo serán probados a la edad de 7 días, calculándose la
resistencia correlativa que tendrá a los 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, se podrá tomar las muestras o cilindros al azar que
considere necesarios para controlar la calidad del concreto. 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 compresión por cada diez metros cúbicos de mezcla a colocar para cada tipo de
concreto. Cuando el volumen de concreto a vaciar en 1 día, sea menor de diez
metros cúbicos, se sacará una prueba de compresión por cada tipo de concreto o
elemento estructural, para atraques de tuberías de concreto se tomarán dos cilindros
cada 6 metros cúbicos de avance.
Las pruebas serán tomadas separadamente de cada máquina mezcladora o tipo de
concreto y sus resultados se considerarán también separadamente, o sea que en
ningún caso se deberán promediar juntos los resultados de cilindros provenientes de
diferentes máquinas mezcladoras o tipo de concreto. 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.
Procedimiento de muestreo para pruebas de corazones de concreto
Las muestras de concreto endurecido usadas en la preparación de especímenes
para las pruebas de resistencia de corazones de concreto, no deben ser tomadas
hasta que el concreto haya endurecido lo suficiente y permita la extracción de las
muestras sin alterar su estructura interna. El concreto debe tener un mínimo de 14
días de edad para que se puedan extraer los especímenes, los cuales deben
obtenerse de zonas de concreto no dañadas.
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Las muestras que presenten defectos o las muestras que hayan sido alteradas o
dañadas en el proceso de extracción no deben emplearse.
Los corazones deben tener una altura-diámetro comprendido entre 2-1. El diámetro
de los corazones cilíndricos debe ser, de preferencia, tres veces el tamaño máximo
nominal del agregado grueso usado en el concreto, pero cuando menos dos veces
ese tamaño máximo.
Los corazones que contengan acero de refuerzo, no deben ser usados para
determinar la resistencia, por que los corazones de concreto para determinar la
resistencia a la compresión, que contengan acero de refuerzo, pueden registrar
valores más altos o más bajos que los corazones sin acero de refuerzo, por lo que
debe eliminarse el acero del espécimen, cumpliendo con la relación altura/diámetro
tan cercana a dos como sea posible.
El espécimen se debe localizar cerca del centro, alejado de las aristas del elemento;
y debe procurarse, hasta donde sea posible que su eje sea paralelo a la dirección de
colado. En todo caso, la dirección será perpendicular a la cara del elemento.
4.2.4. Interpretación de resultados
Resistencia a compresión
La resistencia debe ser igualo mayor a 19,6 MPa (200 kgf/cm2) a menos que de
común acuerdo, productor estructurista y usuario establezcan otra. El concreto debe
alcanzar la resistencia especificada a la compresión (f'c) a la edad de 28 días u otra
edad convenida y cumplir con lo siguiente.
a) Se acepta que no más del 10% del número de pruebas de resistencia a
compresión, tengan valores inferiores a la resistencia especificada f 'c.
b) Se permite no más del 1% de los promedios de 3 pruebas de resistencia a
compresión consecutivas, puede ser inferior a la resistencia especificada.
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Para eliminar la ocurrencia de resultados excesivamente bajos, es conveniente tener
como valor máximo para operación de producción de concreto, una desviación
estándar de 3,43 MPa (35 kgf/cm2) en el caso de resistencia a la compresión.
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, 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 7 días estén por debajo de las
tolerancias admitidas, se prolongará el curado de las estructuras hasta que se
cumplan 3 semanas después de vaciados los concretos.
Pruebas de resistencia a corazones de concreto
Si los resultados de un grupo de 3 corazones de concreto (especímenes obtenidos
de una estructura de concreto) dan el promedio del 85% o más de la resistencia
especificada, conservadoramente se puede considerar aplicable al resto del
concreto. Si los resultados de los corazones debidamente extraídos y probados son
tan bajos, que dejan en duda la integridad de la estructura que se describe, se
requerirá una operación posterior como es la prueba de carga. Pero antes, hay dos
puntos importantes que se deben considerar.
El hecho de que las resistencias de los corazones no puedan igualar las
resistencias de los especímenes moldeados (cilindros de concreto colados en
la obra), no debe ser causa de preocupación.
Es un error suponer que la resistencia aumentara apreciablemente con la
edad, después del tiempo requerido de curado en la obra, ya que mucho
concreto, particularmente en la construcción de los edificios, estará en un
ambiente carente de humedad después de ese tiempo.
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