CONTROL DE CALIDAD DE LAS MEZCLAS DE CONCRETONORMA-ASTMC143

PRESENTADO POR:DANIEL CHAMORRO RODRIGUEZ

UNIVERSIDAD DE NARIÑOFACULDAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCONCRETOS HIDARULICOS

SAN JUAN DE PASTO2011

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CONTROL DE CALIDAD DE LAS MEZCLAS DE CONCRETONORMA-ASTMC143

PRESENTADO POR:DANIEL CHAMORRO RODRIGUEZ

PRESENTADO A:I.C.ESP.VICENTE PARRA

UNIVERSIDAD DE NARIÑOFACULDAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCONCRETOS HIDARULICOS

SAN JUAN DE PASTO2011

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1. INTRODUCCIÓN

El concreto es el material artificial utilizado en ingeniería que se obtiene mezclando cemento Portland, agua, algunos materiales bastos como la grava y otros refinados, y una pequeña cantidad de aire, atrapado o incluido intencionalmente para ser expuesto a condiciones extremas como las climáticas en invierno, El hormigón es casi el único material de construcción que llega en bruto a la obra. Esta característica hace que sea muy útil en construcción, ya que puede moldearse de muchas formas. Presenta una amplia variedad de texturas y colores y se utiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos.Como es sabido, el concreto es una masa endurecida de materiales heterogéneos y sus propiedades están sujetas a una gran cantidad de variables, las cuales dependen de los materiales que lo constituyen y de los procedimientos de producción, transporte y colocación del concreto. Por esta razón, es muy importante la elaboración y cumplimiento de un plan de control de calidad para el concreto y los materiales que lo componen, con el fin de poder predecir las propiedades del concreto en estado endurecido y garantizar que se cumpla con las especificaciones (necesidades) previamente definidas al menor costo posible.El control de calidad lo podemos definir como el conjunto de operaciones y decisiones que se toman con el propósito de cumplir el objeto de un contrato y de cierta forma comprobar el cumplimiento de los requisitos exigidos, para ello se debe verificar los procedimientos que tienen que ver con las Normas Técnicas Colombianas y con el Código Sismo Resistente (NSR 10).Existe un aspecto propio del concreto, que lo distingue de los demás productos manufacturados, y es que el principal parámetro para definir su calidad, es la resistencia a la compresión, la cual se ha establecido a los 28 días de edad, lo que constituye un inconveniente para el control, porque en el tiempo de espera para obtener este resultado, las obras siguen su curso normal y los datos que se obtengan respecto a la resistencia del concreto van a ser extemporáneos. Por este motivo, el control de calidad debe tener un carácter preventivo y no curativo, y por ello no se debe limitar solamente a la verificación de las propiedades en estado endurecido sino también se deben controlar diferentes características en estado fresco como son el asentamiento, peso unitario, contenido de aire, tiempos de fraguado y temperatura, que permiten anticipar las propiedades del concreto en estado endurecido., además se tendrá en cuenta las pruebas de carácter no destructivo, destructivo y semi-destructivo las cuales son de vital importancia para tener un control absoluto de la mezcla de concreto que garantice la resistencia solicitada y por ende sea segura para las cargas muertas y garantía para la integridad de las cargas vivas, pues es algo muy importante recordar que los directos responsables en cualquier obra de tipo civil serán los ingenieros encargados y en caso de presenta fallas se verán implicaciones de índole judicial así como también compromisos con la licencia profesional.

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2. ANTECEDENTES

Las mezclas de hormigón se especifican en forma de relación entre los volúmenes de cemento, arena y piedra utilizados. Por ejemplo, una mezcla 1:2:3 consiste en una parte por volumen de cemento, dos partes de arena y tres partes de agregados sólidos. Según su aplicación, se alteran estas proporciones para conseguir cambios específicos en sus propiedades, sobre todo en cuanto a resistencia y duración. Estas relaciones varían de 1:2:3 a 1:2:4 y 1:3:5. La cantidad de agua que se añade a estas mezclas es de 1 a 1,5 veces el volumen de cemento. Para obtener hormigón de alta resistencia el contenido de agua debe ser bajo, sólo el suficiente para humedecer toda la mezcla. En general, cuanta más agua se añada a la mezcla, más fácil será trabajarla, pero más débil será el hormigón cuando se endurezca.El hormigón con aire incluido es hormigón en el que se introducen pequeñas burbujas de aire en la mezcla con el cemento, durante su fabricación, preparación o en la fase de mezclado con la arena y los agregados. La presencia de estas burbujas aporta propiedades favorables al hormigón, tanto cuando está fresco como cuando se ha endurecido. Cuando está fresco y recién mezclado las burbujas de aire actúan como lubricante; hacen la mezcla más manejable por lo que reducen la cantidad de agua necesaria para hacerla. Este sistema de aire también reduce la cantidad de arena necesaria.

El aire presente en el hormigón endurecido reduce radicalmente los ajustes que derivan de la utilización de productos químicos anticongelantes en calles y carreteras. También previene los daños que producen en los pavimentos las heladas y deshielos. Las burbujas de aire funcionan como diminutas válvulas de seguridad que proporcionan espacio al agua para expandirse si la temperatura baja y se hiela.

FIGURA 1 – Condiciones del clima diversas a las cuales es sometido el hormigón

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El inadecuado manejo y control de calidad de los materiales de construcción a base de cemento: concretos y morteros, utilizados actualmente en Colombia en diferentes proyectos civiles, es una situación muy típica ocasionada entre otras por la ausencia de la aplicación de metodologías de control de calidad, o por su incipiente conocimiento por parte de los profesionales responsables de su implementación en obra. Dentro de los materiales de construcción, la correcta utilización de las Normas técnicas como herramientas de control y aseguramiento de la calidad resulta definitiva por los factibles ahorros económicos derivados de su uso, por el valor agregado dado al proyecto en términos de mejora notable en la calidad integral de la construcción y por la disminución de la posibilidad de atraso del proyecto por problemas que comprometen la seguridad de la estructura. En Colombia como en el mundo la utilización generalizada del concreto lo convierte en el primer material de construcción, por lo que la necesidad de aplicar correctamente el control de calidad de este material reviste gran importancia. Uno de los ensayos de mayor aplicación en nuestro medio para controlar la calidad de este material es el ensayo de resistencia a la compresión de cilindros debido a la gran importancia que merece el conocimiento de la capacidad estructural del material para resistir cargas dentro del diseño y construcción del proyecto. La aceptación reciente de gran cantidad de variables que afectan la representatividad del resultado del ensayo de compresión en cilindros, conjuntamente con la inadecuada interpretación y aplicación de sus resultados e incipiente implementación de la normativa y de nuevas metodologías y sistemas de aseguramiento de la calidad de mezclas de concreto en obra, se constituye en un problema actual de gran importancia para el sector de la construcción en el país.

FIGURA 2 - Trabajos con concreto debidamente controlado por parte de una firma constructora especializada. (Implementación de pilotes de hormigón)

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3. VARIACIONES EN LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO

Cambios en la relación Agua-cemento. Variación excesiva de la humedad del agregado. Reajustes de la cantidad de agua. Variaciones en los requerimientos de agua. Granulometría de los agregados, absorción y Forma de partículas. Propiedades del cemento y de los aditivos Contenido de aire en la mezcla

Tiempo de entrega y temperatura de la mezcla.

4. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DEL CONTROL DE CALIDAD DE CONCRETO MEDÍANTE CILINDROS(En obra)

La Metodología de Evaluación planteada permite establecer la incidencia de los procedimientos y prácticas de control de calidad de concretos empleados actualmente en obra, específicamente de las variables presentes en el ensayo de resistencia a la compresión de cilindros, sobre las decisiones tomadas por el constructor, mediante la observación, determinación y análisis del nivel de influencia integral de estas en proyectos reales específicos. Se realizo un seguimiento sobre proyectos civiles típicos en la ciudad de Santafé de Bogotá, determinando los procedimientos empleados en la determinación evaluación de la resistencia a la compresión de concreto mediante cilindros y determinando los resultados de los ensayos de resistencia a la compresión de cilindros para las mezclas estudiadas por parte del constructor e investigador, observando el grado de variación presentado (su nivel de representatividad) e impacto en la adecuada toma de decisiones gerenciales en obra en cuanto al desarrollo de actividades constructivas típicas.Recientes investigaciones llevadas a cabo por el Cement and Concrete Reference Laboratory (CCRL) de los Estados Unidos (1996), con base en la Norma ISO 5725 "Precisión de los Métodos de ensayo" han permitido sospechar que la eficiencia del ensayo de resistencia a la compresión del concreto usando cilindros es pobre y que la Reproducibilidad de este método de ensayo no es confiable, lo que ocasiona diferencias notables en los valores de control de esta característica dependiendo de la infraestructura para su control en obra: laboratorio y productor de concreto escogidos, grado de control en obra, cumplimiento de procedimientos contemplados en la normativa nacional, entre

otros.

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El concreto en una mas enduredida de materiales sujeto a la accion de muchas variables,las cuales dependen de los materiales que lo constituyen y los procesos seguidos durante los proceso de diseño,dosificación,mezclado trasporte,consolidación acabado fraguado y curado.Las propiedades en estado plástico son predecibles y regulables mediante la selección correcta de agregados y un excelente plan de control de calidad.

El estudio maneja circunstancias fortuitas o aleatorias las cuales manejada en forma racional y sistematica permite un control estadístico de calidad.

La calidad de el concreto es la aptitud de este para satisfacer una necesidad a menor costo,todo esto se logra y es de conveniencia para el ingeniero encargado al producirlo,colocarlo,el concreto evidencie condiciones optimas técnica y económicamente hablando,y siga las recomendaciones del profesional.una calidad en exceso constituye un desperdicio que no beneficia a nadie y que es por cuenta del propietario.Por lo tanto las actividades a seguir rigurosamente serán:

Elaboración del proyecto.tipo de concreto Redacción de especificaciones de calidad del concreto Selección y habilitación de los componenetes del concreto con calidad Diseño de mezcla requerida con los materiales dispuestos Produccion de mezclas de concretos,mezclas de prueba Comprobación de las características del concreto recién elaborado Verificación de las caracteris ticas en estado endurecido Ajuste de mezcla o hormigón en caso necesario para hallar requerimientos

especificados.

El controlo lo ejerce,primero control interno y segundo supervisión externacontrol interno o auto control de nuevos diseños,cemento,agua,agregados aditivos,control de calidad de producción,estudios especiales en el proceso de producción,control del producto,métodologia de control de calidad .

La supervisión externa o interventoria revisa los medios que dispone el productor para evaluar la calidad.juzgar los procesos del productor con el fin de ajustar la calidad prevista.

Los porcesos mas importantes son supervisión,control y ajuste,durante la producción y colacacion del concreto del concreto.Antes selección de componentes diseño e mezclas,control de materias primas rpoduccion de agragados,durante almcenamiento de materiales,docificacion y mezclado transporte y colocación y posteriormente protección y curado y por ultimo desciembrado y servicio.Para complementar todos los resultados se deben tomas cilindros con una muestra representativa especificada en (Norma Icontec 454) especímenes elaborados en distintas partes de la obra con dsitintas clases de curado,según la aplicación que se intente dar a sus resultados hay tres tipos:

Cilindros de control de calidad de producción,cilindros ensayados por quien produce el concreto en laboratorio con el fin de tener una resistencia nominal.

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Cilindros de control de calidad de interventoria cuando el concreto no es producido por quien lo utiliza se debe tomar cilindros de la mezcladora para evitar discrepancias con la rssponsabilidad final de la calidad del concreto.

Cilindros de control de calidad de la estructura,se debe contar con uan muestra representativa para los ensayos a distintas edades del concreto con el fin de graratizar resistencia del concreto en la estructura.

5. PRUEBAS DE RESISTENCIA DEL CONCRETO EN LA OBRA

Recientes investigaciones llevadas a cabo por el Cement and Concrete Reference Laboratory (CCRL) de los Estados Unidos (1996), con base en la Norma ISO 5725 "Precisión de los Métodos de ensayo" han permitido sospechar que la eficiencia del ensayo de resistencia a la compresión del concreto usando cilindros es pobre y que la Reproducibilidad de este método de ensayo no es confiable, lo que ocasiona diferencias notables en los valores de control de esta característica dependiendo de la infraestructura para su control en obra: laboratorio y productor de concreto escogidos, grado de control en obra, cumplimiento de procedimientos contemplados en la normativa nacional, entre otros.Ensayos propuestos:nodestructivos,semiodestrufctivos,destructivos.pruebas de cargas.

1.MARTILLO DE REBOTE:ensayo no destructivo consiste en que el martillo golpea al concreto y una masa controlada por un resorte rebota,empujado el dispositivo a una guía graduada sabremos la dsitancai recorriida por la masa y la estension del resote la lectura oscila entre 20 y 50 golpes que relaciona da con la desviacio estándar brinda limites de calidad 2.EMISION DE FUENTES RADIACTIVAS O PULSO ULTRASONICO: Las emisiones de fuentes radiactivas fueron llamadas originalmente rayos alfa, beta y gamma. Las propiedades de estos rayos eran muy diferentes. Los rayos alfa tenían carga positiva y eran detenidos por un simple papel. Los rayos beta tenían carga negativa y atravesaban el papel, aunque eran detenidos por una pantalla de aluminio. Los rayos gamma eran neutros y penetraban el papel y el aluminio, aunque podían ser detenidos por un blindaje de hormigón o plomo. En la actualidad, los rayos alfa se denominan partículas alfa, y se sabe que son núcleos de átomos de helio, con poca velocidad. Los rayos beta suelen llamarse hoy partículas beta, y se sabe que son electrones. Los rayos gamma, que conservan su nombre, son parte del espectro electromagnético. Como todas las ondas electromagnéticas, también pueden considerarse como partículas (fotones).

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FIGURA 3 –Exposición del concreto a ondas electromagnéticas

Metodo que consiste en medir el tiempo en que una onda ultrasónica atraviesa el concreto la longitud de onda entre el tiempo en microsegundos da la velocidad de propagación de la onda para resistencia a la compresión o flexión el concreto.TRASMICION DIRECTA:en superficies opuestas al concreto usado en columnas y vigas.TRASMICION SEMI-INDIRECTA:terminales a 90 grados en ángulo recto usado en pliares estribos y zapatas.TRASMICION INDIRECTA:apropiada para muros y placas colocar los terminales en la superficie.3.PRUEBA DE EXTRACCIÓN DE PERNOS:Prueba semidestructiva evalua con un dinamómetro especial la forma de sacar un perno o clavo metalico no es muy valido pues la incrustación no va mas alla de los 10 cm el uso de material epoxico luego de taladrar hace que el ensayo sea mas eficaz.4.PRUEBA DE RESISTENCIA A LA PENETRACION:la pistola de windsor es una lanzador activado con energía que dispara el proyectil don longitud de 8cm y diámetro de 0.6cm en la punta es básicamente proibador de resistencia y dureza relativas del concreto en la estructura,es un método semidestructivo.

5.PRUEBA DE EXTRACCIÓN Y ENSAYO DE NUCLEOS:Es una prueb destructiva y consiste en la cortar el nucleo o corazón con una broca hueca cortante en sus bordes con diamantes en los bordes. La muestra cilíndrica se cabecea e intenta establecer la resistencia de concreto en la estructura.Como se ha mencionado la resistencia a compresión del concreto se obtiene por medio de ensayes de cilindros de 15 x 30 cm, al cilindro de este tamaño se le denomina cilindro estándar, el tamaño del cilindro corresponde a concretos estructurales con tamaños máximos de agregado que pueden variar de 6.4 mm (1/4 de pulgada) hasta 19.1 mm (3/4 de pulgada), aunque en pavimentos se llegan a emplear agregados hasta de 38.1 mm (1 1/ 2   pulgadas). En otros tipos de concretos, por ejemplo en los concretos masivos, los agregados pueden tener tamaños máximos mayores, entre 52.4 y 228.6 mm (6 y 9 pulgadas), por lo que los

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tamaños de los cilindros son mayores también.

Otro  ejemplo  real  se  presenta  cuando  es  necesario  extraer  un  corazón  o  núcleo  de concreto  de  un  elemento  estructural  para  averiguar  la  resistencia  que  tiene  el  concreto  del elemento (esto se tiene que hacer frecuentemente cuando no se cumple con la f’c de proyecto), en este caso por lo general se extraen núcleos con diámetros menores al del cilindro estándar.

En cada caso, cuando se prueba un cilindro de concreto se debe especificar el tamaño del cilindro y la relación que guardan la altura y el diámetro del espécimen, ya que esto afecta la resistencia reportada. En los cilindros de concreto se debe cumplir una relación de altura-diámetro igual a 2, de no ser así el resultado de la prueba se debe corregir por esbeltez (sí la relación es menor a 2 el resultado de la prueba se debe multiplicar por un factor menor a la unidad). Aún en el caso de que la relación altura-diámetro sea 2, el tamaño del diámetro afecta el resultado con respecto al cilindro estándar.

La velocidad de ensaye de los cilindros también afecta los resultados de resistencia, la norma  ASTM  C-39  y  la  NMX-C-83  especifican  velocidades  de  prueba  similares,  la  norma mexicana  señala  que  la  velocidad  debe  estar  dentro  del  intervalo  de  84  a 210 kg/cm2/min, llegándose a permitir una velocidad mayor siempre y cuando no se rebase la mitad de la carga máxima esperada, para el resto de la carga se cumplirá con lo especificado. Entre más rápido se aplique la carga al cilindro mayor será la resistencia reportada, por el contrario, entre más lenta sea la aplicación de la carga menor será la resistencia reportada.

Los resultados de una prueba de compresión mal ejecutada pueden oscilar desde una disminución de un 20% en la f’c real hasta un aumento del 60%.

5.PRUEBA DE CARGA

Si una grúa está destinada a aplicaciones en las que existen un riesgo para la vida humana, también deberá determinarse el factor de seguridad (FS) además de efectuarse las pruebas exigidas por las normas DIN/BS/ ASTM, etc. El factor de seguridad se obtiene dividiendo la resistencia a la tracción (RT) por la carga de trabajo autorizada (CTA).

Según las normas arriba mencionadas (DIN/BS/ASTM), se especifica una resistencia a la tracción de 1:4,5 y un límite elástico mínimo de 1:2,7. Ello significa que a 2,7 veces la carga autorizada, el elemento más importante de un cuadernal de gancho – el gancho – empezaría a deformarse y luego, a 4,5 veces la carga máxima autorizada podría romperse.

Pueden obtenerse otros valores, aplicando patrones de modelado de elementos finitos para determinar la resistencia a la fatiga de las piezas críticas tales como cuadernales de gancho, pero seguirían siendo cálculos teóricos. Para garantizar la

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seguridad, deben realizarse pruebas físicas de sobrecarga, o sea es necesario someter la pieza a una tracción con una carga controlada superior a la carga de trabajo autorizada.

FIGURA 5 –Presa de gravedad La presa de Shasta está situada en el río Sacramento, en el norte de California (Estados Unidos)

Las estructuras de concreto (hormigón) son diseñadas para soportar cargas vivas y muertas durante el período de construccióny de servicio. Durante la construcción se obtienen muestras de concreto y los procedimientos de las normasASTM son utilizados para medir la resistencia potencial del concreto que es entregado. Se moldean cilindros de ensayo(probetas) y se curan a temperaturas de 60 a 80°F (17 a 27°C)durante un día y posteriormente se curan de forma húmeda enel laboratorio hasta que son rotos en un ensayo a compresión,normalmente a una edad de 7 y 28 días.La resistencia del concreto en la estructura no será equivalentea lo medido sobre los cilindros de ensayo normalizados.Las buenas prácticas de trabajo para la manipulación, elvaciado (colado), la compactación y el curado del concreto en la estructura deben asegurar un adecuado porcentaje de esa resistencia potencial en la estructura. Los principiosdel diseño estructural reconocen esto y el Código ACI dela Ediicación, el ACI 318, cuenta con un proceso de aseguramientode la seguridad estructural de la construcciónde concreto.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, laprueba de arrancamiento (pullout), los cilindros de ensayo elaborados en el lugar, el ensayo de testigos (núcleos extraídos,corazones) y las pruebas de carga del elemento estructural.

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6 CONCLUSIONES Con estas pruebas del control d calidad del concreto nos podemos dar cuenta

de las características constructivas del material y así saber nosotros si nos conviene o no nos conviene utilizarlo. Es por eso tan importante conocer o mejor dicho identificar que concreto eas de buena calidad para nuestra obra.

Es de suma importancia realizar por lo menos una prueba con algunon de ls métodos expuestos de manera física o magnetica con el fin de asegurar un buen producto fianal.

El concreto es un producto que depende de el manejo adecuado de todos los precesos descritos por eso es de mal gusto poner en duda una calidad optima en el concreto cuando se ha seguido rigurosamente los sistemas impuestos en la normatividad

Es de suma importancia para el profesional el manejo adecuado del concreto y por supuesto un control de calidad en cada una de las obas pues esto representa evitar consecuencias judiciales o compromisos con la tarjeta o licencia del profesional.

Los ensayos in situ son los mas importantes pues en el laboratorio por razones de presentar condiciones optimas para la obtención de resistencias especificadas en mas probable obtener mejores resultados y por lo tanto en el campo o en la obra este tipomde pruebas físicas con los cilindros o de otro tipo con dispositivos comprometen la calidad final de el concreto.

7 BIBLIOGRAFIA 11. Abrams D., 1918, The Design of Concrete Admixtures”, First Edition, Lewis

Institute. American Concrete Institute, Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural

(ACI 318S-05) y Comentario Concrete Field Testing Technician, American Concrete Institute Grade I (ACI) Guía para el diseño y construcción de pavimentos rígidos, Instituto Mexicano del

Cemento y del Concreto, A. C.(IMCYC) Normas de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT). Normas de la American Section of the International Association for Testing Materials

(ASTM) ASTMC143 Tecnología del concreto y el mortero – Diego Sánchez de Guzman www.construaprende.com/control de calidad del hormigón www.buenastareas.com /Temas Variado/control de calidad del hormigón

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