INGENIERIA CIVIL

Determinación del índice esclerométricoen hormigones: factores que lo afectan

Se analizan los principales factores que influyen en ladeterminación de la resistencia mecánica de un concretoevaiuada mediante índice esclerométrico: tipo de cemen-to. contenido. tamaño y tipo del agregado. forma y texturade la superficie. posición del aparato. cabo rotaciónsuperficial. capas diferentes. condiciones de humedadsuperficiales. destreza del operador. Se concluye que ladispersión de resultados es bastante amplia. como paraque sea de utilidad en casos prácticos.

J. GABRIEL GOMEZ CORTESIngeniero Civil M. Se.Profesor Asistente U.N.

A pesar de reconocerse que la determinación delíndice esclerométrico en hormigones es apenasun indicativo de su resistencia mecánica. conuna gran variabilidad de resultados. es usadocon frecuencia en nuestro medio. Sin dudaalguna la razón de su popularidad se debe a uncosto relativamente b ajo. a la facilidad de sutransporte y uso. a la existencia de abundantescurvas que correlacionan el índice con laresistencia compresión y probablemente al rela-tivo desconocimiento existente sobre una seriede factores que pueden afectar. a veces de unamanera importante. o incluso invalidar. lasdeterminaciones hechas con este popular instru-mento.

En primera instancia, y como otros ensayos nodestructivos en hormigón, el sistema pretendeinferir la resistencia a través de un sistemaindirecto. la medición de su dureza superficial:en la medida que esta sea mayor. teóricamentetambién debe serlo aquella.

El aparato más conocido es el creado por elingeniero suizo Ernst Schrnidt en 1948. Se hancreado cuatro tipos de martillos: 1. El estándar.para construcciones en general. 2. Una versiónpequeña. para productos pequeños o de super-ficies muy sensibles al impacto. 3. Una versiónpara emplearse en grandes masas y seccionesgruesas y 4. Un martillo tipo péndulo. paramateriales de baja dureza y resiste ncra. Existenaparatos con registro automático de datos y seha pensado en construir uno para empleo bajoagua.

El principio de trabajo del aparato es simple: unamasa de cierta magnitud golpea sobre un pivotecolocado en contacto con la superficie delhormigón. Al apoyar la varilla de percusión yhacer presión sobre el aparato. el resorte secomprime. Al llegar al final del recorrido elresorte se libera y la masa se proyecta con unadeterminada fuerza hacia la superficie del hor-migón y rebota hacia el otro extremo del aparato.arrastrando en su camino un Indicador. que se

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1 Embolo de Impacto. 2. Superficie de cemento. 3 Alojamiento4. Guia con vástago guia. 5 Escala 6. Reten 7. Guia de martillo -.8. DISCO. 9. Tapadera. 10. Aro en dos partes 11. Cubiertaposterior. 12. Muelle de compresión 13 Trinquete 14 Masa

de martillo. 15. Aro de retén. 16. Muelle de Impacto. 17. Mariqur-to de guia 18. Arandela de fieltro. 19 Venianllla de plexi ql as20. Tornillo de desplazamiento 21 Contratuerca. 22 Pasador.23. Muelle de trinquete

1 FIGURA 1. Condiciones del impacto

desplaza sobre una escala graduada. El númeromarcado es lo que se denomina "índice esclero-métrico". Un corte del aparato se muestra en laFigura 1. (Ref. 1).

No obstante. se han Identificado una serie defactores que afectan su lectura. Entre los másnotables están 1. Tipo de cemento. 2. Conteni-do. tipo y tamaño máximo de agregado. 3. Tex-tura y forma de la superficie 4. Posición delaparato. 5. Carbonatación superficial del hor-miqón.B. Diferentes capas de hormigón. 7. Con-diciones de humedad de la superficie y 8. Des-treza del operarla.

500

1 450

~ua:~ 400o.c3ID.o 350:;¡e'2~IDo. 300E8

'"Ü 250e

*~IDa:200

.. Cemento PortJande.p.A.250/315

150 .. Cemento PortlandC.P.B. 250/315

• Cemento de es cona sal ctinker 160/250

100 ___ Cemento de alta res.stencraInlclai¡315/400

-$-Supercemento 355/500

15 30 3525Indrce esclerornétrtco n.s.i

FIGURA 2. Influencia del tipo de cemento.

32 Ingeniería e Investigación

TIPO DE CEMENTOSe ha determinado que el tipo de cemento usadoimprime una dureza superficial característica alhormigón con el confeccionado. Estas diferen-cias en dureza superficial (y por tanto en índiceesclerométrico) son mayores a medida queaumenta la resistencia a compresión del hor-migón. Una variación obtenida por Chefdeville(Ref. 2) se muestra en la Figura 2. Se emplearonmuestras de 20 X 20 X 60 cm sobre las cualesse determinó el índice esclerométrico y luego secortaron cubos de 20 cm de arista para rompera compresión. Este hecho comienza a cobrarimportancia en nuestro medio. donde empiezana aparecer otro tipo de cementos diferentes alPortland I y aún éste generalmente trae Incorpo-radas adiciones de naturaleza puzolanica.

50

45

40me, 35~e 30'0~:" 25o.Eoo 20a:

15

10

5

26 28 30 32 34 36 38 40 42lndrce e s clerornétrrco

FIGURA 3. Influencía del contenido y tamaño máximo delagregado sobre el índice esclerométrico.

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260240

220

z: 200Eu<, 18001-""e 160-o(f)

~ 140Q_

EO 120uroro 100ue~ 80(f)

(f)

<ll 60a:

40

20

1I B C_"-

A. it}__j_11

~

V j_ V.' _j_ lLlL

J JVJ. V '/

J -' /I / V/ JI V

J I j

V V V~. J

> V V/ /

B / V~14 18 22 26 30 34

lndice escler ornétnco

A = Curva de taradoB = Superficie cilíndricaC = Superficie plana

FIGURA 4. Relación entre la resistencia a compresión yel índiceesclerométrico (probetas cúbicas y cilindricas).

CONTENIDO, TIPO Y TAMAÑOMAXIMO DEL AGREGADO

Se ha establecido que mayores contenidos deagregado por volumen de concreto (para agre-gados de peso unitario normal) conducen avalores más altos de índice esclerométrico y lostamaños máximos pequeños producen valoresmás altos que tamaños máximos grandes. Estoscomportamientos se muestran en la Figura 3(Ref. 4).

FORMA Y TEXTURA DE LA SUPERFICIELa forma de la superficie y la textura dejada porla formaleta introducen diferencias en las lectu-ras de índice esclerométrico. Superficies planasarrojan valores levemente superiores a lassuperficies curvas y las formaletas metálicas(que producen textura más lisa) llevan a valoresde índice menores que las de cartón (no usadasen nuestro medio) y madera (muy frecuentes).como se desprende del análisis de las Figuras 4 y5 (Ref. 3).

POSICION DEL APARATOResulta evidente que. al depender el índice de lamagnitud del rebote de la masa. el valor

260

240

220

200z.:N 180Eu<,01-"" 160e'o(f)

<ll 140~Q_

Eo 120uroroU 100e<llU;(f) 80<lla:

60

40

20

/Curva patrón 1/

)

HOjalata /Ir /1/ ")1

Acer6 J' / VI1/ 7

/ //VI.1/_L_

/ li / ~/)

.'~, ~-

/ //'

~1/

~ //

~// Cartón

//" V

~ i2 /.'Made)aK.

~ V r'

/I

14 18 22lndice esclerométrico

3026

FIGURA 5. Resistencia a compresión e índice esclerométrico(influencia de los moldes).

determinado se verá afectado por la posición delaparato: horizontal. inclinado hacia arriba ohacia abajo. ya que la componente de lagravedad actuará de una manera favorable odesfavorable sobre el rebote de esa masa Losproductores de aparatos acostumbran colocarsobre cada uno de ellos unas curvas de calibra-ción. para posiciones horizontal. inclinado haciaarriba o hacia abajo. dependiendo del valor delángulo. como las mostradas en la Figura 6 (Ref.1). Existen no obstante antecedentes en elsentido de que la separación de cada una deestas curvas debe ser mayor.

CARBONATACION SUPERFICIALDE HORMIGON

El hormigón presenta. con el paso del tiempo. unfenómeno de carbonatación de la superficie.que ocasiona un aumento de la dureza superfi-cial. sin aumento de las resistencias mecánicas.

El anhídrido carbónico contenido en el airepenetra en el hormigón a través de los capilaresy se combina con el hidróxido de calcio (Portlan-dita) disuelto en los poros del gel. formandocarbonato de calcio neutro yagua:

Ingeniería e Investigación 33

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.20'700 25 40 45 55I <. .L1 +130

yye 'LL

l. ~(oIO14,

r-r- ,

r- +a Vf- '~

500 16r- V 11"0-r-

.... iI' dOlO +18VV

e,o,,"> jdo~/V 20o y;~~ /~

~oQl

\2x -~ Sobre Cubos 200

IL~

V R

±32SV

ldo

30 35

600

N 500Eo<,Ol

"'"ro 400oe2coVl(l)

o: 300

200

10020 25 30 35 40 45cubo: Kg/cm2

50

o"O(l)

E~O

w

%

3

50 55

20600

35 40 45Indice ecler ornétrico

50 55

E~ILlL + 13'.A'/1

V '.A'Y

f- ' I I'// / {oIOr- , 14~:í" /r- . "---r- ,

f- '~ / 4010 16

V. Vo-

1':V-

300 + 1~,~v. 1;"/ [/1/ I~ ~~

VIL", / Sobre 20

10'" e 2/x cilindros

±30%\~~ R

100

25 30

500N

Eü<, 400r»"'"rooe2300(f)

(f)(l)

o:

200

10020 30 35 40 4525

Cilindro - Kg/cm2

esto hace que el pH líquido contenido en losporos, que oriqinalrnente corresponde a valoresde 12 a 13, se reduzca paulatinamente. Si estevalor de pH es inferior a 9 5, el hormigón encuestión se conoce como "hormigón carbonata-do", que aparte de la mayor dureza superficialmencionada tiene el problema de, que ese pHpuede ser insuficiente para mantener pasiva lacapa de óxido de las armaduras y, bajo la acciónde oxígeno y humedad, facilitar el comienzo decorrosión,La carbonatación progresará naturalmente delexterior al interior y su velocidad de penetracióndepende entre otros factores de:

Humedad relativa del medio ambiente.

Contenido de CO2 del medio ambiente.Porosidad y contenido de cemento del hormi-gón

34 Ingeniería e Investigación

%

o"O(l)

E

2w

9

2

50 55Índice esclerométrico

FIGURA 6. Influencia de laposición del aparato.

Se ha establecido que la profundidad de lacar bonatación varía de unos 3 mm al cabo de 30años para condiciones favorables, a unos 20mm en 10 años para condiciones adversas.Aproximadamente se puede establecer la pro-fundidad de la carbonatación mediante la expre-sión:

e = KVrC: Profundidad de la carbonatación (mm)

T: Tiempo (años)

K: Parámetro que depende de condicioneslímites (medio ambiente, calidad del hormigón),menor en cuanto mejor sea la calidad delhormigón y menos agresivo sea el medio am-biente y mayor en caso contrario. Varía amplia-mente con valores que oscilan entre 0.5 y 10.

Según Delibes (Ref. 5) el parámetro K puedeestablecerse según la siguiente expresión:

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Tabla 1

Influencia del Portland ~Ita Escorias Puzoiárucocemento normal resrstencra 40% - 60%

Valorder(l) 1.0 0.6 1.4-2.2 1.7-1.9

Influencia del rodado Arena nat. Agregados Cenizasagregedo de río Grava 119. livianos

Valor de r(2) 1.0 1.2 2.9 3.3

lnfluencia del Normal Arre antes Plasufrcantesaditivo

Valor de r(3) 1.0 0.6 0.4

K = RVa

a = ((A/C) - 0.25) **2/0.3(1.15 + 3(A/C))

(_ ((A/C) - 0.25)2 )

a - 0.3(1.15 + 3(NC)

R = r(1) * r(2) * r(3)

A/C: Relación agua/cemento

r(1), r(2), r(3) factores que dependen del cemento.agregados y aditivos empleados. según la tabla 1.

El autor no conoce curvas que muestren la in-fluencia de este fenómeno en la determinacióndel índice esclerométrico. pero su influencia esampliamente citada y constituye un tema intere-sante de reflexión e Investigación.

CAPAS DIFERENTES DE HORMIGONAl existir dos o más capas de hormigón. se creauna discontinuidad en la superficie de contactoentre ellas. que altera el valor del índice esclero-métrico determi nado. situación que se hace másnotable. si las capas presentan valores muydiferentes. Este comportamiento se ilustra en

la Figura 7. (Ref. 7). Sobra advertir que cuando elhormigón esta recubierto de una capa demortero. es necesario retirarla para efectuar ladeterminación del índice.

CONDICION DE HUMEDAD SUPERFICIALLa presencia de ag ua satura nd o los porossuperficiales del hormigón ejerce un efectoamortiguador sobre el golpe de la masa. hacien-do que superficies húmedas presenten menoresvalores de índice que las superficies secas.como se muestra en la Figura 8. (Ref. 8).

DESTREZA DEL OPERARIOSe ha detectado que la destreza del operador enejercer presión sobre el resorte. de ma nerasuave y gradual. evitando los "impulsos". tam-bién tiene influencia sobre los valores determi-nados. Ensayos efectuados en el Laboratorio deEnsayo de Materiales de la U.N .. mostraron lasvariaciones presentadas en la tabla 2. todosevaluados sobre los mismos puntos. en unbloque de dimensiones 1.2 X 1.2 X 0.9 m. en dossitios diferentes y a los tercios de la altura (verfoto 1).Como se desprende del análisis de la tabla. paraun mismo punto existen diferencias hasta de

A Valor medio del índiceesclerométrico de la capasuperficial IS2

B Valor medio del índiceesclerométnco de la capa mtertor.ISj .

~ouS 30w r-_,--_+------~------~----_+------4_----_4------~EoQ;~ 24we~ 20r-----_+------4-------~----_+------4_----_4------~E

.-~_._.±__._+-_.+_.

10... IS, Capa superficialO ISo Global medido~ IS, Capa Interior

O 1.5 2 2.5Espesor H de la capa superficial en cm

3

B

FIGURA 7. Variación del indiceesclerométrico global medido.con el espesor de la capa superficial

Ingenierla e Investigación 35

4

INGENIERIACIVIL

Eu"-al.sc

400

e 300'0(/)

eo.EOuro

roÜ 200eQJ

;¡;.;;QJ

a:

100

~'--v---"Húmedo Seco

~'~0~----~2~0~----~3~0------~40--------5~0----lndice esclerométnco

- --- Vertical___ HOrizontal

FIGURA 8. Influencia de la posición del aparato y condición dehumedad de la superficie en lecturas de índice esclerométrico(Ref.6).

FOTO 1.

Tabla 2Izquierda Derecha

(A) (B) (C) (O) (A) (B) (C) 101

I R I R I R I R I R I R I R I RArriba 32 (1) 37 (8) 34 (3) 35 (6) 32 (3) 35 (8) 34 (4) 33 (4)Centro 31 (1) 38 (8) 35 (5) 39 (8) 36 (7) 35 (7) 35 (5) 37 (10'Abajo 32 (3) 36 (4) 36 (5) 38 (61 36 (9) 41 (6) 37 6) 39 (1 1:

1: lndrce esclerornétnco determinado (promedio de seis lecturas)

R: Recorrido de lecturas (mayor valor - menor valor)(A)' Labor atorrsta con expenencia

ocho en índice esclerométnco. con recorridosque oscilan entre 1 y 8 de diferencia.

COMPARACION DE CURVASComo se ha mencionado, a pesar de habersereconocido y enfatizado la necesidad de contarcon curvas de calibración para cada tipo deaparato y de hormigón (lo que Implica cadamarca de cemento. tipo de agregado y sistemade curado). es relativamente frecuente en nues-tro medio emplear las curvas que trae el aparato.o las suministradas por libros, olvidando queestas fueron obtenidas en otros medios y bajodiversas condiciones. en ocasiones radicalmen-te diferentes a las de nuestro medio y nuestroshormigones.

Con el fin de tener un criterio de Informaciónpara hormigones de la ciudad de Bogotá. seefectuaron en el Laboratorio de Ensayo de36 Ingeniería e Investigación

(9): Laboratonsta Sin experrencra

(C): Ingeniero con experiencia(D) Estudiante de tesis. Sin experiencia

Materiales del Instituto de Ensayos e Investiga-ción de la U.N .. determinaciones de índiceesclerométrico en cinco tipos de hormigonescon diferentes relaciones agua/cemento (Ref.9). Con cada tipo de hormigón se fundió unbloque de dimensiones 1.2 X 1.2 X 0.9 mts. entres capas de altura aproximadamente Igual.compactadas con vi brador en puntos separadosunos 30 cm. y curados rociando agua durantelas primeras 48 horas en la cara expuesta yretirada la formaleta al cabo de ese tiempo. Decada tipo de hormigón se tomaron 9 cilindros de15 X 30 cm para ser ensayados a edades de 7.28 y 90 días. A las mismas edades se determina-ron sobre los bloques. en dos caras opuestas. aalturas aproximadas de 25.50 y 75 cm. en loslados Izquierdo y derecho. lecturas de índiceescler ornétrrco. a razón de 6 por cada punto yluego promediadas las 24 de cada altura (Verfoto No. 1). Los resultados fueron comparados

INGENIERIA e I\/IL

FIGURA 9. Resistencia compresióncilindros vs. índice

esclerométrico bloques.

FIGlJRA 10. Resistencia acompresión vs.

índice esclerométrico.según diversos investigadores.

~500u<,Ol-'"

(/)

2400De

ue'0Ü) 300(])

o.EOu

a: 200

100

500

~ 400<,

~e

I300f'"roue

*~200o:

100

600

///////////////

//'-:

/'_//'

-:./'

,/

y = AXBA = 4168.Xb = 3.21R2=0.912

Límite de confianza del 95%

20 24 28 32 36 40Indice esclerométrico

1 Tanigawa2 SOCojaponesa materiales3 Schmidt4 Rumania5 Bulga ria6 Soiltest7 Echeverry.- Nicolls8 Kolch9 Greene10 MalhotraA Autor

20

Ingeniería e Investigación 37

30 40 50tndice esclerométrtco

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con la resistencia a compresión evaluada me-diante cilindros estandarizados, ajustándose a laregresión que diese el mayor coeficiente dedeterminación (en este caso la exponencial) ydeterminada la zona de intervalo de confianzadel 95%. En tata! fueron deter rni nadas 1.080valores de índice.i corr espondientes a 3 edades,5 dosificaciones, 3 alturas y 4 puntos por altura.Los resultados se muestran en la Figura 9. Lacurva obtenida se comparó con otras 10,extraídas de referencias bibliográficas, 9 deellas foráneas, como se muestra en la Figura 10.

Los comentarios prácticamente resultan redun-dantes. Es evidente la gran dispersión de resul-tados suministrados por las curvas, como esapenas lógico puesto que son obtenidas dehormigones con características diferentes. Allíse puede observar que un hormigón que arrojeuna lectura de índice de 30 puede ser juzgado

como de resistencia 180 kg/cm2 si se juzga poruna de las curvas y de 350 ks/ crn? si se Juzga porotra de ellas y que si se obtiene un índice de 40,la resistencia estimada puede ser de 280 ó 500kgi'cm2 dependiendo de la curva usada. Tam-bién resulta evidente que mientras unas curvasson lineales, con pendientes e intersectos dife-rentes otras (i ncl uida la obtenida por el autor)son exponenciales, es decir para estas la sensi-bilidad del índice esclerométrico disminuye conel aumento de resistencia del hormigón evalua-do. Finalmente, de la Figura 9 se observa que elintervalo de confianza del 95% obtenido esfrancamente amplio: ± 79 kg/cm2, es decir laresistencia a compresión evaluada medianteesclerómetro según esta curva será de un de-terminado valor ± 79 kg/cm2 (para garanti-zar una probabilidad de acierto del 95%). valormuy amplio para que sea muy útil en los casosprácticos.

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