CONTROL DE CALIDAD

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1.- INTRODUCCIONLos criterios de calidad para los

materiales de construcción, como elmortero o el hormigón, se pueden divi-dir en cuatro campos, a saber: Rigidez,durabilidad, estabilidad dimensional ytrabajabilidad.

Mientras que la comprobación de laresistencia a la rigidez hace ya décadasse hacía mediante prensas de compre-sión y máquinas de tracción según nor-mas nacionales e internacionales defi-nidas relativamente uniformes y reco-nocidas universalmente, no hay tantaunanimidad en los ensayos y métodos decomprobación de la durabilidad, esta-bilidad dimensional y trabajabilidad delos materiales de construcción; los cua-les pueden ser muy diferentes en cadanación y sin criterio alguno de regula-ción. Muchos de estos métodos de ensa-yos están abiertos al debate entre losespecialistas, al cual se unen argumen-tos de costes tipo político-industrial.

El presente artículo tiene por objeti-vo presentar alguno de los aparatos ymétodos de medida de los campos men-cionados. Los métodos se describen par-cialmente como reglas, pero ninguno delos procedimientos se ha convertidohasta la fecha en una norma EN o ISO.

2.- CRITERIOS DE ANALISIS

2.1.- DurabilidadLa durabilidad de una obra de cons-

trucción de hormigón está influenciadapor numerosos factores internos y exter-nos de los que destacaremos, a efectosde mostrar los equipamientos asociados:El ataque exterior de la helada y delmedio descongelante, así como el dañointerior producido por la reacción alca-lina-acido silícico (ASR).

Resistencia a la heladaPara el ensayo de la resistividad a la

helada existió desde 2002 un proyectode norma prEN12390-9 [1] que fue

degradado en el año 2005 a una sim-ple regulación técnica CEN/TS 12390-9 [2] con validez de hasta 3 años. Para-lelamente existen regulaciones naciona-les, que parcialmente se parecen a lasnormas europeas como la AustriaÖnorm B3303 [3]), o bien, son com-pletamente diferentes, como en Italia lanorma UNI 7087:2002 [4]. Así mismoen la europea CEN/TS se describen tresmétodos de ensayos (ensayo de plan-chas o Slab-Tests, ensayo CDF/CIF yprocedimiento del cubo) tomándosecomo método de referencia el menos exi-gente de los ensayos de las planchas.En lo que sigue se describe cada uno deellos.

Ensayo de planchas o Slab-TestEl procedimiento del ensayo de las

planchas, también conocido como pro-cedimiento de slab o Boras puede rea-lizarse con el equipo de ensayo “Slab”de Schleibinger (Figura 1).

Para el ensayo se envuelve la pro-beta, que es una placa de hormigón, conespuma de poliestireno, quedando des-cubierta la parte superior . Encima de lamisma se coloca una capa fina de aguay se mide la temperatura de referencia.Para evitar una evaporación del agua secubre la superficie con una lámina de PEa una distancia mínima de 15 mm.

Se realizan 58 ciclos de deshielo,dónde la norma CEN / TS 12390-90permite una ancha banda de toleranciasde temperaturas de ± 3,5K en el inter-valo de la helada y una banda de ± 4Ken el intervalo del deshielo. Cada ciclode deshielo dura un día, o sea, el ensa-yo dura 58 días lo que se traduce en unensayo de casi 2 meses, tiempo que pue-de resultar excesivo en algunas ocasio-nes. En la figura 2 se pueden ver distin-tos resultados de curvas de temperaturasde referencias según diferentes normas.

El aislamiento del cubo debe garan-tizar un ataque de helada uní axial enla superficie. Ahora bien, esto no fun-ciona, ya que la capa de aire entre lasuperficie del agua y la lámina de cubri-miento aísla mejor que la espuma depoliestireno en la parte posterior, talcomo puede verse en la figura 3.

El agua en los microporos del hor-migón se congela por debajo de -17°C,ahora bien, como la banda de toleran-cias permite temperaturas por debajo opor encima de dicho valor, aparte deotras influencias, aparecen grandes dis-persiones en los daños medidos, lo quecuestiona en cierta medida este proce-dimiento.

Ensayo CDF / CIF La abreviación CDF viene de Capi-

llary suction of De-icing solution and Fre-eze thaw test. En el ensayo CIF apartede la influencia de la intemperie sobreel material se miden también los dañosinternos. Las siglas CIF son la abrevia-ción de Capillary suction, Inner dama-ge and Freeze thaw test. Mediante elcambio de temperaturas varían los poros

Equipos y sistemas para el control de

calidad de hormigones, morteros y áridosPor Markus Greim, Dipl.Ing. Uni-Regensburg

Director Gerente de SCHLEIBINGER Geräte de Buchbach (Alemania)

Fig 1. Slab- Tester de Schleibinger.

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capilares constantemente su diámetro yse bombean llenos de agua. Se hiela elagua en los poros y se daña el material.

Con mayor agudeza selectiva y rapi-dez trabaja el proceso de ensayo CDF,que se puede hacer con la Instalación deensayo CDF de Schleibinger recogida enla figura 4. Aquí las probetas estáncabeza abajo sobre unos soportes dis-tanciadores en un baño de agua, que secontrola la temperatura desde abajo conun liquido refrigerante. La desviaciónpermitida de la temperatura es muyreducida (intervalo helada: ± 0,5 K;intervalo deshielo: ± 1,0 K) y la trans-misión del calor y la dirección del ata-que de helada están bien definidas.

En el ensayo se realizan 2 ciclos dedeshielo (+20° C-20° C) por día, de talmodo que el ensayo puede finalizar des-pués de 14 días. Los daños no se midendespués de cepillar el material sueltocomo en el ensayo de Slab, que siem-pre eran muy subjetivos según operarioy cepillo utilizado. En el procedimientoCDF se suelta el material de la probetacon una señal de ultrasonido definida.

Los críticos del procedimiento CDFinsinúan que el criterio es demasiadoexigente, ya que hormigones que nopasaron el test del CDF han sido utili-zados sin problemas durante años. Porcontra, hay que dejar claro que el pro-ceso no genera resultados positivos fal-sos, es decir, las probetas que pasan elCDF-test también aguantan en la obrade construcción, aunque la deducción ala inversa no se cumple siempre.

Procedimiento del cuboOtro procedimiento de ensayo de la

CEN/TS12390-9 es el procedimiento demedida del dado o ensayo del cubo, quetambién puede realizarse en la instala-ción de ensayo CDF de Schleibinger.Aquí hay siempre 2 dados completa-mente rodeados de agua encerrados enun recipiente. En este ensayo la bandade tolerancia de la temperatura es gran-de y el ciclo dura 24 horas. La duracióntotal del ensayo es de 56 días.

Reacción álcali-sílice (ASR)En la reacción álcali-sílice (alcali-sili-

ca-reactivity= ASR) aparece un gel desílice alrededor del árido que revienta elhormigón desde el interior. La reacciónse acelera o es inducida por solucionesalcalinas, altas temperaturas y elevadahumedad. Lo peligroso de este daño esque se genera desde el interior y, en

Fig. 2 Curvas de temperaturas referencias según las diferentes normasl (Indicadas en el cajetín remarcado).

Fig. 3 Aislamiento del cubo para garantizar helada uniaxial.

Fig. 4 Cámara de ensayo de CF/CIF.

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general, conduce a la perdida total dela construcción.

En los últimos años aparecierongrandes daños, desde que en el campode los aeropuertos aparecieron nuevosmedios descongelantes, que eran com-patibles con el aluminio de los avionespero, al parecer, inducían a la ASR y,con ello, se destruían masivamente laspistas de despegue y aterrizaje. [5].

En los últimos años se desarrollarondistintos Tests para ensayar previamen-te la sensibilidad de los Hormigones ala reacción álcali-sílice (ASR). El comitéRILEM TC 191-ARP [8] intenta en estarecomendación proponer un Test uni-forme. En Francia existe la norma NFP18-454 [7], que se identifica amplia-mente con la norma del RILEM.

La figura 5 muestra un reactor Sch-leibinger tipo AAR (Alcali-Aggregates-Reactivity) utilizado en estos ensayos,donde las probetas de hormigón sesometen a 60°C y cerca de 100% Hume-dad relativa. En determinados periodosse miden las variaciones de longitud delas probetas y se determina así un prin-cipio de reacción álcali-sílica (acido silí-cico o agregado) (ASR).

2.2.- Estabilidad dimensionalDurante el desarrollo de la rigidez en

los materiales de construcción en basecemento, estos cambian su volumen. Elorigen, entre otros, son las fuerzas deatracción de partículas finas, la pérdidade agua por secado, formación de cris-tales y transformaciones. Mientras queel material esté en estado líquido no espernicioso el cambio de forma. Pero, encuanto se establece cierta rigidez, apa-recen tensiones internas.

Si dichas tensiones internas superanla resistencia a la tracción del materialda lugar a roturas. Según la norma DIN52450 [9] se mide la retracción en pris-mas de mortero usualmente al desmol-dear después de 24 horas.

En la figura 6 pueden verse los resul-tados de la retracción con un cono deretracción de Schleibinger [10] (Figura7). En ella, se observa que gran partede la variación de forma tiene lugar conanterioridad al desmoldeo (24 horas).Este cono mide sin contacto con unLáser la variación de forma en estadolíquido. Si se mide simultáneamente conuna célula de medida de ultrasonido,también en estado liquido, el tempranodesarrollo del modulo ”E” se reconocepor la aparición de tensiones en elmaterial en un estado temprano.

Retracción de capas finasEn la Ingeniería de construcción civil

no es un factor de gran importancia laretracción de secado, por lo menos si lassuperficies tienen un tratamiento poste-rior apropiado. Con materiales de cons-trucción para paredes y suelos como pla-cas o masas solares autonivelantes resul-ta la relación volumen/superficie bas-tante peor. A una pequeña masa devolumen se enfrenta una gran superficie.Con el sistema de retracción de capasfinas de Schleibinger [11] puede deter-minarse la retracción de forma exacta ydesde un principio, tal como se muestraen la figura 8.Fig 5. Cámara de reacción alcalí-acido silícico.

Fig 7. Cono de retracción de Schleibinger.

Fig 8. Sistema de sujeción de los reflectores de medi-da de la retractibilidad de las capas finas a deposi-tar sobre la base de la bancada.

Fig. 6 Curvas de retracción en cono de dos pastas de mortero.

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En este equipo hay dos ligeros reflec-tores pequeños sobre una capa fina pin-tada sin roce sobre una base lisa, queestá separada por una lámina fina. DosLáser miden a la derecha y a la izquier-da la distancia a los reflectores. Lasuma de los valores medidos da lavariación de longitud de la probeta. Elconjunto con la probeta va colocadosobre una balanza electrónica. La per-dida de masa por evaporación se regis-tra paralela a la variación de la longi-tud. Con capas más gruesas, como p.ej.pavimento de suelos, pueden obtenersediferentes retracciones entre la superfi-cie secada y la superficie inferior. Elcanal de retracción de Schleibinger [12]mide la variación de longitud pero tam-bién la flecha de la probeta. Durante lamedición puede simularse la influenciade la temperatura, p.ej. con una cale-facción distribuida por el suelo.

2.3.- Trabajabilidad Al contrario de la durabilidad y

estabilidad de forma, existen normas deensayos reconocidas internacionalmen-te como el Slump-Test (EN 12350-2[15] o norma ASTM C143 [15]) o lamesa de desdoblamiento (EN 12350-5[16]). Aparte que se trata de un proce-dimiento de medida puramente heurís-tica, que tiene más de 80 años y por lotanto impreciso. Para el hormigón autocompactante dónde la trabajabilidadestá en el centro del diseño del hormi-gón se modificaron ligeramente los pro-cedimientos. (J-Ring, Auslaufzeit T70,[17]) pero en lo fundamental, se modi-ficaron factores sin importancia. Resul-tado de la medida son, el ancho de laextensión del cono en cm o el tiempo enel que fluye en segundos. No se mide lacurva de flujo que describe el límite y laviscosidad completa del material.

Hace aproximadamente 50 años seempezaron a desarrollar modernosmétodos de medidas después de reco-nocer que reómetros como los utilizadosen la industria química y alimenticia noservían para sistemas de dispersiones nohomogéneas como los materiales deconstrucción. Tattersaal [18] desarrollóen 1970 en Noruega un reómetro parahormigón fresco, J. Teubert [19] al mis-mo tiempo se desarrolla un reómetropara mortero. Ambos, habían recono-cido que durante las mediciones demateriales de construcción hay que evi-tar que los mismos se separen en fasesólida y liquida durante la medida, losáridos mediante gravedad se sedimen-ten en el suelo.

En vez de usar los típicos cilindros oplacas de la reometría de química y ali-mentación, se desarrollaron agitadores,que durante el proceso de la mediciónno dejan de mezclar el material.

Reómetro de morteroLa empresa Schleibinger constru-

yendo sobre los ensayos y publicacionesde Teubert presentó en el mercado en1980 un reómetro para morteros, quefue perfeccionado en el año 2000 pero

siempre basándose en el mismo princi-pio de medida. El Viskomat NT (Figura10) permite hacer mediciones de largaduración sin que el material se deshagao sedimente por la geometría de losmedidores del reómetro.

La pequeña cantidad de muestra de360 cm2 permite una medida rápida ysin problemas. El agregado está limita-do a un tamaño máximo de 2 mm. Si elcontenido del mortero en el hormigón essuficientemente grande, de modo quecada grano pétreo es envuelto por unapelícula de mortero de determinadoespesor (aprox. 550 l / m2 Hormigón[20]), de este modo las propiedades defluencia del hormigón fresco con similarárido e igual cantidad de mortero, seránampliamente determinadas por las pro-piedades de fluencia del mortero.

Reómetro de hormigónAunque un reómetro de mortero es

una gran ayuda, a veces no se aceptadicho método, ya que sólo se mide enun producto previo como el mortero y noun producto acabado como el hormigónfresco. Para tamaño de grano de hasta8 mm puede utilizarse, con un volumende muestra de 3.5 l, una versión aumen-

Fig 10. Reómetro para mortero Viskomat NT.

Fig 9. Equipo de Ultrasonidos para medida de lasretracciones. A la dcha. Sensor de US para morte-ros, a su lado el aparato de medida y registro de laretracción; y encima el Datalogger (interface).

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tada del reómetro de mortero llamadoViskomat XL. El principio de medidacorresponde al del reómetro de morte-ro. Con tamaño de grano del agregadode 16 a 32 mm debe incrementarse deforma significativa el volumen de lamuestra. Sin embargo, todavía podríaaumentarse otra vez la geometría de lareometría, pero ello traería consigo unincremento desproporcionado del equi-po. Entonces, solamente para el mane-jo de las probetas, harían falta dos per-sonas.

El reómetro para hormigón frescoBT2 [21] elimina este problema, ya quees transportable y manejable por unasola persona (Figura 11). Dos brazoscon medidores de fuerza se mueven através del hormigón. Como ambos estána distintas distancias del centro de giro,se mueven también con distintas veloci-dades efectivas, actuando así fuerzasdistintas sobre los sensores.

El brazo de medida se mueve solouna vez a través del recipiente de medi-da. El material, es decir, la mezcla, nose separa y la medición es tan rápidaque no tiene lugar sedimentación algu-na.

3.- CONCLUSIONEn los campos de la durabilidad,

estabilidad de forma y trabajabilidad,o bien, no existen ensayos normaliza-dos concluyentes o solo representan unestándar mínimo. Si se confía en estosprocedimientos, ocurrirá que los mate-riales de construcción solo cumplirán unestándar mínimo de calidad. Paradesarrollar nuevos productos se nece-sitan aparatos de medida de avanza-da tecnología, que ya existen en el mer-cado. �

www.schleibinger.com

[1] Testing hardened concrete –Part9: Freeze-thaw resistance –Sca-ling;German version CEN/TS12390-9:2006

[2] Prüfung von Festbeton Teil 9 Frost-und Frost-Tausalz-Widerstand,Abwitterung, Deutsche FassungpreEN12390-9:2002

[3] Betonprüfung, ÖNORM B 3303:2002 09 01

[4] UNI 7087:2002, 01/06/2002,Calcestruzzo - Determinazionedella resistenza al degrado percicli di gelo e disgelo

[5] Stark, J.; Seyfarth, K.; Giebson, C.;Beurteilung der Alkali-Reaktivitätvon Gesteinskörnungen und AKR-Performance-Prüfung Beton; 16.International Baustofftagung ibau-sil; September 2006, Weimar, Ger-many, ISBN 3-00-018263-2

[6] Deutscher Ausschuss für Stahlbe-ton, DAfSTb (Hrsg.): Vorbeugen-de Maßnamen gegen schädi-gende Alkalireaktionen im Beton:Alkali-Richtlinie, Anhang B, Teil3,Berlin: Beuth, 2007

[7] Standard NF P18-454 (Décembre2004) : Béton - Réactivité d’uneformule de béton vis-à-vis del’alcali-réaction - Essai de per-formance - Reactivity of concretefor alkali-silica Performance test

[8] RILEM Test Method TC 191-ARP(Ed.): AAR-4.1: -Detection ofPotential Alkali-Reactivity-60°CAccelerated method for testingaggregate combinations using con-crete prisms - Bagneaux, 2006

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[10] Greim, M.; Teubert, O.; Paten-tanmeldung DE10046284A1,Vorrichtung zum Erfassen desfrühen Dehn- und Schwindver-haltens von Baustoffen

[11] Bühler, E. and Zurbriggen, R.(2004): Mechanisms of earlyshrinkage and expansion of fastsetting flooringcompounds. Sub-mitted to GDCh Baufachtagung,Erlangen, Germany

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[13] ASTM C 827 – 95a (Reapproved1997): Standard Test Method forChange in Height at Early Agesof Cylindrical Specimens fromCementitious Mixtures

[14] DIN EN 12350-2:2009-08 Prü-fung von Frischbeton - Teil 2:Setzmaß; Deutsche Fassung EN12350-2:2009, - Testing freshconcrete - Part 2: Slump-test; Ger-man version EN 12350-2:2009

[15] ASTM C143 / C143M - 08 Stan-dard Test Method for Slump ofHydraulic-Cement Concrete

[16] DIN EN 12350-5 Norm , 2009-08, Prüfung von Frischbeton -Teil 5: Ausbreitmaß; DeutscheFassung EN 12350-5:2009

[17] DAfStb SelbstverdichtenderBeton; SVB-Richtlinie:2003-11Technische Regel, 2003-11DAfStb-Richtlinie - Selbstverdich-tender Beton (SVB-Richtlinie)

[18] Tattersall G.H., Banfill P.F.G.: Therheology of Fresh Concrete. Pit-man Books Limited, Boston 1983.

[19] Teubert J.: Measuring the consis-tency of concrete mortar and itsimportance to the workability offresh concrete. Betonwerk + Fer-tigeil Technik, Heft 4/81.

[20] Go∏aszewski J.: The influence ofmortar volume in rheological pro-perties, optimizing the propertiesof fresh high performance con-cretes, BFT Betonwerk + FertigteilTechnik, 10/2008

[21] Greim, M; Teubert, O. ; PatentDE000019503028B4 Verfahrenzum Messen des Fließverhaltensgrobkörniger Stoffgemenge.

Fig 11. Reómetro BT 2 de hormigón fresco.

Referencias