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Tecnología del hormigón Página 1/15

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL Facultad Regional Santa Fe Cátedra: Tecnología del Hormigón - Ingeniería Civil Profesor: Ing. Ma. Fernanda Carrasco

Unidad 8. CONTROL DE CALIDAD DE HORMIGONES INTRODUCCION En un gran número de obras pequeñas la selección de materiales, los estudios previos, y el posterior control en la producción, colocación y curado del hormigón, no son considerados con la importancia necesaria. Estas acciones se vinculan directamente con la calidad de la obra terminada, y forman parte de la responsabilidad profesional de quienes ejecutan y dirigen las obras. Además, suele existir un desconocimiento sobre las recomendaciones de los reglamentos vigentes, tanto en los pliegos, como en los encargados de la inspección y construcción, con el resultado de una obra de inferior calidad y con un menor coeficiente de seguridad respecto a la proyectada.

Por otra parte, debe tenerse en cuenta que, asegurar un determinado nivel de resistencia no implica lograr la durabilidad adecuada. La diferencia entre la mano de obra y la supervisión buena y mala, puede estar representada por la diferencia entre una vida del hormigón casi indefinida y una vida de apenas unos cuantos años.

MATERIALES Y DOSIFICACIONES: La calidad del hormigón se evalúa por medio de un conjunto de características cuantitativas y cualitativas del mismo y de sus materiales componentes, que deben satisfacer un determinado requisito. La calidad establecida debe brindar adecuada seguridad estructural a la obra, y se deberá mantener a través del tiempo con el mínimo mantenimiento. No se debe considerar al control de calidad como la mera extracción de muestras para ensayarlas a compresión, ni a su costo cómo una pérdida de ganancia. Neville sostiene que “los materiales empleados para elaborar un hormigón “malo” son exactamente los mismos que los empleados en otro “bueno”, la diferencia radica tan solo en conocimientos prácticos en el “saber cómo”, que generalmente no representa un costo adicional en la mano de obra”.

En obras pequeñas, donde difícilmente se establece un mínimo control de calidad, varios son los procedimientos sencillos que se deberían tener en cuenta. Cómo mínimo, el empleo del cono de Abrams para controlar y acotar el contenido de agua, que se modifica para los diferentes grados de humedad que puede presentar el agregado fino, e influye sobre las propiedades del hormigón. Además, los reglamentos exigen verificar la calidad de los materiales a emplear, efectuar estudios previos de las mezclas y limitar las variaciones en la medición de los materiales.

Analizando el efecto de la humedad de la arena sobre la relación agua/cemento, para distintas mezclas, se infiere su importante influencia sobre dos propiedades esenciales del hormigón, su resistencia y su durabilidad. En base al método de dosificación ACI 211 (Recommended practice for selecting proportions for normal weight concrete) y la experiencia en laboratorios de nuestro país se construyó el gráfico de la figura 1, para dosificaciones en peso, donde sólo se considera la modificación que se produce al reemplazar arena, en estado saturado y superficie seca (sss) por arena en estado húmedo. Las variaciones de resistencia no son despreciables.


La influencia de la variación del módulo de finura de la arena, del contenido de arena en el agregado grueso, y de otras características de los materiales sobre la resistencia del hormigón se transcriben en la Tabla II. Los valores informados indican la importancia de controlar la uniformidad de las propiedades de los materiales para lograr una producción de hormigón de calidad. Además, los agregados pueden estar contaminados con otros materiales (arcillas, materia orgánica, partículas blandas) que influyen negativamente en la resistencia de la mezcla, razón por la cual los reglamentos limitan los contenidos de estos elementos no deseables. Las variaciones en la finura y contenido de silicato tricálcico del cemento, o las malas condiciones de almacenamiento del mismo, o los aditivos envejecidos o mal dosificados, balanzas mal calibradas, etc. provocan variaciones en las propiedades del hormigón resultante.

Por otra parte, generalmente la dosificación de las mezclas es un punto que se tiene recién en cuenta cuando ya comienza el hormigonado. El hormigón empieza a ser colocado en las estructuras sin la certeza de que los materiales y el proceso de fabricación permitirán alcanzar la resistencia de proyecto.

Tabla 2. Factores que influyen sobre la resistencia del hormigón

FACTOR VARIABLE MAGNITUD DE LA VARIACIÓN

INFLUENCIA EN EL CONTENIDO DE AGUA

MAGNITUD DEL EFECTO SOBRE LA RESISTENCIA

Humedad del agregado fino 2 % - - - - 15 % Granulometría del agregado fino 0.2 en módulo de

finura 3 % 5 %

% de arena en agregado grueso 10 % 15 % 20 % Temperatura de la mezcla 10 °C 3 % 15 % Resistencia del cemento - - - - - - - - 27 kg/cm² en la

variación estándar Adición de agua extra 25 mm extra de

asentamiento 3 % 5 %

Fuente: Boletín IB006 — New Zealand Portland Cement Association — 1979

Figura 1. Efecto de la humedad superficial de la arena sobre la resistencia del hormigón


También, suele desconocerse la dispersión de este proceso especialmente cuando se dosifica en volumen, que suele producir variaciones de la resistencia de ± 40 %. Además, en muchos casos se especifica el hormigón por un determinado contenido de cemento, sin acotar otros parámetros. Al respecto, Mather informa que con un contenido de cemento de 356 kg/m3 se pueden obtener resistencias entre 141 y 422 kg/cm2, dependiendo de la razón agua/cemento y la consistencia empleadas.

Las tolerancias en la medición en peso de los materiales establecidas por diferentes reglamentos y las obtenidas en mediciones por volumen en un laboratorio de nuestro país se indican en la tabla 1.

Tabla 1: Tolerancias y Valores Obtenidos, en la Medición de Materiales

MATERIAL CIRSOC 201-05 POR VOLUMEN Cemento Adiciones minerales

± 1.0 % ± 15 %

Cada fracción de agregados ± 2.0 % ± 15 – 22 % Agua de mezclado (incluyendo hielo)

± 1.0 % - - - - -

Aditivos químicos (polvo o líquidos)

± 3.0 % - - - - -

La figura 2 corresponde a una carta de control de la granulometría de un agregado, donde se analizan las variaciones, en los porcentajes pasantes de sólo tres tamices, los extremos y uno intermedio.

Figura 2. Carta de control de granulometría


La aplicación de cartas de control para las principales características de los materiales, permiten visualizar las tendencias través del tiempo. Es imprescindible definir claramente en las cartas o gráficos de control las zonas de aceptación, corrección y rechazo. Cuando el promedio de los últimos tres valores (media móvil) de una variable, por ejemplo, el módulo de finura de la arena, pasa de la zona de aceptación a la de corrección se deben implementar acciones para evitar que el proceso siga desmejorando. Las variaciones o cambios de calidad de los materiales implicará una modificación sustancial en las características del hormigón resultante. Este tipo de cartas de control deben utilizarse en las diferentes etapas de producción del hormigón.

HORMIGON EN ESTADO FRESCO La trabajabilidad del hormigón en el momento de ser colocado en los encofrados o moldes, deberá ser acorde con el método de compactación disponible. Esta propiedad está directamente relacionada con la capacidad de expulsar el aire atrapado durante el mezclado, la eficiencia para rodear las armaduras y evitar la segregación durante la etapa de colocación y compactación. En muchos casos, a pesar de disponerse de un material de buenas características, los recubrimientos insuficientes y la inadecuada separación de armaduras provocan la existencia de oquedades llamadas “nidos de abejas”. Estos puntos débiles permiten la rápida corrosión de las armaduras.

En el estado fresco, el reglamento CIRSOC 201, establece como ensayos mínimos a realizar, la supervisión permanente de la consistencia por medio del ensayo de asentamiento (o la mesa de Graf o el equipo de remoldeo de Vebe de acuerdo a la consistencia especificada), la determinación del contenido de aire cuando el hormigón contenga aditivos y la medición de la temperatura en el momento de la colocación. El hormigón será rechazado cuando varíe del asentamiento establecido más allá de las tolerancias establecidas en la tabla 3.

En obras pequeñas es poco frecuente el empleo de un vibrador, siendo una práctica usual la adición de agua para agilizar la colocación. La continua predica sobre los efectos negativos del incremento del contenido de agua en la calidad del hormigón sigue siendo necesaria, por la gran cantidad de obras que utilizan mezclas demasiado fluidas e infinidad de probetas que llegan a los laboratorios con resistencias menores a la deseable.

Tabla 3. Rangos de consistencia y tolerancias (CIRSOC)

Rango Consistencia Remoldeo (V)

(seg.) Asentamiento (A)

(cm) Extendido (E)

(cm)

Ensayo de evaluación aplicable

Muy seca 5,0 < V ≤ 50,0 ± 2,0 - - - - - - - - - - - - Tiempo de remoldeo en el dispositivo VeBe

Seca - - - - - - 2,0 < A ≤ 5,0 ± 1,0 - - - - - - Asentamiento del cono de Abrams

Plástica - - - - - - 5,0 < A ≤ 10,0 ± 2,0 - - - - - - Asentamiento del cono de Abrams

Muy plástica - - - - - - 10,0 < A ≤ 15,0 ± 2,0 50 < E ≤ 55 ± 1,0 Asentamiento del cono de Abrams Extendido en la mesa de Graf

Fluida - - - - - - 15,0 < A ≤ 18,0 ± 3,0 (*) 55 < E ≤ 60 ± 2,0 Asentamiento del cono de Abrams Extendido en la mesa de Graf

Muy fluída - - - - - - - - - - - - 60 < E ≤ 65 ± 2,0 Extendido en la mesa de Graf (*) La tolerancia en + es válida siempre que el asentamiento medido sea igual o menor que 20,0 cm.


Ensayo del Tronco de Cono (Asentamiento) Este ensayo puede medir adecuadamente y casi instantáneamente la “uniformidad” del hormigón entre diferentes porciones de un pastón o entre pastones. Provee una limitada información sobre la trabajabilidad y una cualitativa información sobre la cohesión de la mezcla.

El ensayo del cono tiene una limitación en el rango de consistencias entre medio plástica a altamente plástica. Para mezclas muy secas o muy fluidas es necesario aplicar otro ensayo. Es un ensayo “económico” en tiempo, equipamiento, y labor de operación. La sensibilidad del ensayo esta directamente relacionada con que para un determinado hormigón, el asentamiento cambia proporcionalmente con la potencia décima de cambio de contenido de agua (figura 3). Así, pequeños cambios en el contenido de agua o de pasta (o contenido de agregados) debidos a errores de mezclado pesado, etc., magnifican cambios en el asentamiento. Esto no es una desventaja del ensayo, sino su mayor ventaja.

Figura 3. Relación asentamiento vs. Contenido de agua (Adaptado de Bascoy, 1999)

En la figura 4 se informa sobre la producción de hormigón, en una obra (N° 1) donde la dosificación de los materiales fue realizada por volumen. El asentamiento es extremadamente variable y la resistencia se mantiene entre amplios límites, ± 45 %. En cambio, en la obra N° 2 (figura 5), el cemento y el agua se dosificaron en peso y los agregados en volumen. El asentamiento muestra una uniformidad que está dentro de los límites de tolerancia, de ± 2 a 3 cm del CIRSOC 201. En el estado endurecido el comportamiento del hormigón muestra una similar uniformidad y a los 28 días las resistencias se encuentran en un rango de ± 10 %. Quedando demostrado de ésta manera que la uniformidad del hormigón fresco está estrechamente relacionada con la uniformidad en las propiedades del hormigón endurecido.


Figura 4. Control de asentamiento y resistencia (obra Nº 1)

Figura 5. Control de asentamiento y resistencia (obra N° 2)

Aplicación de la estadística al control de calidad del hormigón En todas las industrias en las que se producen objetos que deben cumplir con ciertas especificaciones que corresponden a magnitudes medibles (longitudes, superficies, volúmenes, intensidades luminosas, eléctricas o sónicas y otras muchas más) se trata, con los equipos y la mano de obra disponibles, de lograr que dichas especificaciones se cumplan en la mayor cantidad posible de casos, evitándose de esa manera el rechazo de piezas defectuosas. Si los valores obtenidos en las mediciones de muestras extraídas al azar se analizan en su conjunto, podrá observarse que si se calcula el promedio aritmético de los valores obtenidos, muchos de ellos presentarán pequeñas diferencias numéricas en más o en menos con respecto a dicho valor promedio, y los menos diferirán en cantidades mayores (también en más o en menos), hasta que por encima de cierta diferencia ya no aparecerán valores. Si estas


observaciones se representan gráficamente, indicando en abscisas las magnitudes medidas y en ordenadas las cantidades porcentuales (con respecto al total de observaciones), de valores que corresponden a intervalos prefijados de variación de la medición efectuada, se comprueba que los extremos de las ordenadas trazadas tienden a ubicarse siguiendo el trazado de una curva simétrica que alcanza su máximo en coincidencia con el valor promedio y que se hace asintótica con respecto al eje de las abscisas tanto hacia la derecha, como hacia la izquierda de ese valor promedio.

La experiencia disponible, en base a los resultados obtenidos para grandes cantidades de observaciones (del orden de los miles), permite afirmar que la curva ya mencionada corresponde (en condiciones ideales) a la conocida “Campana de Gauss para distribución normal”.

En el caso de la fabricación de hormigón no se dan habitualmente las condiciones ideales (ni en lo referente al número de observaciones, ni al carácter aleatorio de las muestras estudiadas), sin embargo el grado de aproximación que se obtiene es suficiente como para permitir evaluar la calidad del material que se elabora, con mayor exactitud que con los criterios antes mencionados.

Propiedades más importantes de la curva de distribución normal de Gauss

Desde el punto de vista de su aplicación exclusivamente como herramienta para el control de calidad del hormigón la curva normal de Gauss ofrece una serie de propiedades entre las que pueden mencionarse las siguientes:

1) el punto para el cual la tangente a la curva es horizontal, corresponde al más alto valor porcentual de observaciones (frecuencia) y su abscisa es el promedio aritmético de todos los valores pertenecientes al universo en estudio.

2) hacia la derecha y hacia la izquierda de la ordenada máxima la curva presenta ordenadas tanto menores cuanto mayor es la distancia en abscisas, con respecto a la correspondiente al promedio aritmético. En el límite la curva se hace asintótica al eje de las abscisas en sus dos ramas.

3) el área limitada por la curva y el eje de las abscisas representa en una cierta escala a la totalidad del universo en estudio.

4) dado que la curva es simétrica, la ordenada correspondiente al valor promedio divide al universo en 2 mitades (50% de valores superiores al promedio y 50% de valores inferiores).

5) hacia ambos lados del valor promedio, la curva presenta sendos puntos de inflexión que se encuentran distanciados en la escala de las abscisas, en el valor “s” denominado “desviación normal”, que se calcula mediante la siguiente expresión:

dónde x = valor numérico correspondiente a una observación individual; x = promedio aritmético de los valores individuales “x”, n = cantidad de valores individuales que componen el universo (si n ≤ 30 el denominador “n” se reemplaza por “n - 1”).

6) El área limitada por la curva, el eje de las abscisas y las ordenadas correspondientes a los puntos de inflexión mencionados en 5) corresponde aproximadamente a los 2/3 del universo en estudio (exactamente 68,26%).

n

xs

x2

∑

−=

−


7) Las áreas limitadas, ídem punto 6) pero tomando a ambos lados del valor promedio, múltiplos (z) de la desviación normal “s” corresponden a las siguientes fracciones del universo:

Z Área (%) 1 68.26

1.65 90.10 2.00 95.44 3.00 99.74

8) Del cuadro anterior surge que es posible adoptar un valor de “z”, tal que el área limitada por la curva, el eje de las abscisas y las ordenadas correspondientes a las abscisas x ± z * s, alcance a un determinado porcentaje del universo. En el caso en que el valor adoptado fuese z = 1,65, el área correspondiente alcanzaría al 90,1 % del universo, quedando fuera de la misma dos sectores extremos, uno hacia la derecha y otro hacia la izquierda, cuyas áreas son del 5% cada una, siempre con respecto al universo.

Curva de Gauss

Si se aplican ahora todas estas propiedades al estudio de un conjunto de resultados de ensayos de resistencia a la rotura por compresión de probetas elaboradas con mezclas de hormigón, efectuados en condiciones similares (materiales, tipo de probeta, moldeo, curado, edad y forma de ensayo) y siempre que las muestras se extraigan al azar y se deseara obtener un determinado valor promedio de resistencia, pueden aplicarse las propiedades de la curva de distribución normal de Gauss, en la siguiente forma:

1) Resistencia a la compresión promedio (σ´bm)

nbi

bm∑=

´´

σσ

donde (σ´bi) son los valores individuales de resistencias obtenidos y “n” el número de ensayos efectuados.

2) Desviación normal (s)

Figura 6. Curva de Gauss

( )n

s bmbi2´´∑ −

=σσ


3) Resistencia característica (σ´bk)

σ´bk = σ´bm – z * s

De la expresión 3) surge que la resistencia característica es un valor de la abscisa (resistencia a la compresión), que corresponde a una ordenada de la curva, que limita un área ubicada a su derecha y entre la curva y el eje de las abscisas dentro de la cual se ubica un determinado porcentaje del universo en estudio.

Extracción de muestras de hormigón Si “N” es el número de pastones de una obra, y “n” es la cantidad de pastones muestreados, la probabilidad de que los resultados que aquí se obtengan representen a todo el hormigón es: p = n/N. Cuando n=0, muestreo nulo, p=0 es decir que no existe probabilidad de comprobar la resistencia del hormigón producido. En cambio, cuando n=N, muestreo de todos los pastones, se tiene la máxima probabilidad de conocer dicha resistencia.

En el primer gráfico de la figura 7, se observa que para obtener un producto de mayor calidad, con menores defectos, el costo de producción de la calidad (muestreo, inspección, supervisión, ensayos) se incrementa de manera cada vez más notable. A partir de cierto nivel de calidad, el costo (en el mercado) del producto comienza a mantenerse estable. Es decir que existe un punto “óptimo” de calidad que nos da la mayor diferencia entre el costo del producto y el costo de su producción. Este “óptimo” deberá respetar la calidad del proyecto.

En el otro gráfico, una vez definido el nivel de calidad del producto se indica la evolución entre los costos del control calidad y la pérdida debidas a la obtención de productos deficientes, en función del porcentaje de productos defectuosos.

Los dos casos planteados, p=0 y p=1, resultan extremos, en la práctica se muestrea parte del hormigón, aceptando que alguna fracción de los pastones no muestreados puedan tener una calidad inferior a la de diseño. Entonces, el control consistirá en mantener esa fracción dentro de lo previsto y evitar que la calidad descienda más allá de un límite considerado como mínimo permisible. De acuerdo con esto los reglamentos especifican cada qué volumen de hormigón se debe al menos extraer una muestra. En la tabla 4 se tienen los volúmenes sobre los que se efectuarán los ensayos.

En el Reglamento CIRSOC 201: 2005 se han establecido dos modos de control de conformidad a ser aplicados en diferentes modos de producción, puesta en obra y control de producción del hormigón. Dichos modos se describen a continuación:


Figura 7. Relación entre costos y calidad

Modo 1. El hormigón es producido en una planta productora que opera con un sistema de calidad. La planta elaboradora puede estar instalada dentro o fuera del recinto de la obra. El Director de Obra tiene acceso al control de producción de la planta y conoce sus registros.

Modo 2. El hormigón es producido en condiciones que no satisfacen los requisitos establecidos para el Modo 1.

En Modo 2, la dimensión de los lotes debe ser igual o menor que la indicada en la Tabla 4.

En el Modo 1, la dimensión de los lotes debe ser igual o menor que dos veces la indicada en la Tabla 4, siempre que se den las siguientes condiciones: el número mínimo de lotes sea igual o mayor que 3, en el caso de que algún lote resulte no conforme, se pasará a utilizar los límites de la Tabla 4 sin reducción hasta que cuatro lotes seguidos resulten conformes.

En el Modo 1, cuando un conjunto de elementos estructurales posea dimensiones mayores que el doble de los límites de la Tabla 4, se puede considerar que dichos elementos estructurales constituyen un lote único si se cumple que: son hormigonados durante una misma jornada de trabajo en forma continuada, salvo interrupciones menores de 3 horas o en su hormigonado se utiliza un mismo tipo de hormigón elaborado con los mismos materiales.

El número de muestras a extraer debe ser igual o mayor que el menor resultante de aplicar las siguientes frecuencias: cinco (5) muestras por lote, tres (3) muestras por planta de edificio, para los casos en que un conjunto de elementos estructurales posea dimensiones mayores que el doble de los límites de la Tabla 4, una (1) muestra cada cien (100) metros cúbicos de hormigón y no menos de cinco (5) muestras.

En cada muestra se debe realizar cómo mínimo un ensayo (dos probetas) la edad de diseño.

RESISTENCIA EFECTIVA DEL HORMIGON El control del hormigón en obra por medio de probetas curadas en condiciones favorables permiten establecer la “resistencia potencial” del material, que es el valor de resistencia obtenida sobre muestras compactadas adecuadamente y curadas en forma normalizada de temperatura y humedad. Generalmente el control de resistencia se realiza por medio de este tipo de resistencia. Además, este registro de valores muestra la homogeneidad del material producido.


Tabla 4. Dimensiones máximas de lotes para el Modo 2 de control de conformidad (CIRSOC)

Tipo de elementos estructurales Límite Superior

Estructuras que tienen elementos

comprimidos (1)

Estructuras que tienen sólo elementos

solicitados a flexión (2)

Estructuras macizas (3)

Volumen de hormigón 100 m3 100 m3 100 m3

Número de pastones 50 50 100

Superficie construida 500 m2 1000 m2 - - - - - - - - - -

Número de plantas 2 2 - - - - - - - - - -

(1) Elementos comprimidos como: pilares, pilas, muros portantes, pilotes, etc. (2) Esta columna incluye entrepisos de hormigón sobre pilares metálicos, tableros, muros de sostenimiento, etc. (3) Este límite no es de aplicación a edificios.

Se puede obtener una información similar con probetas curadas en condiciones semejantes a las del hormigón de la estructura para otros fines, por ejemplo, para definir los tiempos de desencofrado, aplicar tensiones de pre o postensado, evaluar condiciones de curado. Esta es la resistencia efectiva del hormigón.

La evaluación de las características de los materiales de una estructura de hormigón armado existente no es un problema sencillo de resolver. Es difícil conocer el valor de la resistencia en todos los puntos de la estructura. El calado de testigos permite obtener valores de resistencia (efectiva), resultantes de las condiciones de elaboración y curado a las cuales se ha sometido el hormigón en obra. En los pavimentos el control se efectúa por medio de la resistencia efectiva.

En muchos casos es necesario conocer la resistencia efectiva del hormigón de una estructura, es decir la resistencia real de los elementos estructurales, como por ejemplo cuando:

a) las probetas extraídas del hormigón empleado en la estructura no alcanza la resistencia. característica de proyecto.

b) la estructura presenta signos de debilidad (fisuras, descascaramientos, corrosión de las armaduras, deformaciones excesivas, etc.)

c) la estructura es defectuosa por deficiencias de los materiales y/o por el proceso constructivo empleado.

d) la estructura posee daños provocados por sobrecargas, acción del fuego, ataque químico, reacción álcali-sílice, etc.

e) estructuras de las cuales existen dudas de su capacidad resistente.

f) la estructura cambiará de destino o condiciones de carga.

g) después que la estructura ha sido reparada o, reforzada, etc.

La resistencia del hormigón en la estructura se ve modificada por cuestiones de ubicación, características geométricas del elemento, etc. En la tabla 5 se detalla la influencia de estos parámetros sobre la resistencia efectiva, según diversos autores. La diferencia existente entre la resistencia derivada de los ensayos de compresión de probetas, respecto al hormigón de la estructura se tiene en cuenta en el cálculo estructural por medio de un coeficiente de reducción del orden de 0.67 (1/1.50).


Tabla 5. Parámetros que afectan la resistencia de la estructura

FACTORES QUE PROVOCAN DIFERENCIAS EN LA RESISTENCIA DEL HORMIGON DE LA ESTRUCTURA

DISMINUCION DE RESISTENCIA

Dimensiones del elemento estructural H° de la periferia, respecto del H° del núcleo 8 % H° de muro de 15 cm de espesor, respecto de columna de 60 x 60 cm de sección transversal

15 %

Forma del elemento Parte superior respecto de parte inferior, en muros y columnas 20-30 % Ubicación del elemento estructural Hormigón de losa respecto del hormigón del sector inferior de la columna

20-30 %

Mano de obra Falta de compactación 8-30 % Falta de compactación en premoldeados 60 % Deficiencias de protección y curado Hormigonado en tiempo frío 50 % Hormigonado en tiempo caluroso 14 % Falta de humedad ambiental (HR= 45%) 40 %

HORMIGON EN ESTADO ENDURECIDO Las principales propiedades del hormigón en estado endurecido son tres: la estabilidad volumétrica, la resistencia y la durabilidad. En obras donde la condición de exposición no es lo suficientemente agresiva, la resistencia potencial es el parámetro habitual de referencia. La edad a la cual generalmente se la determina es a 28 días, a pesar de existir críticas sobre esta práctica. Las mismas están relacionadas al hecho que resulta en la mayoría de los casos un período largo, especialmente cuando el ritmo de obra es veloz, y por la diferencia existente entre el tipo de curado de la probeta y de la estructura. Pero, cuando la producción del hormigón esta precedida de una determinada experiencia, se realizan estudios previos y existen mínimas medidas de control, los resultados de resistencia a 28 días constituyen un certificado del buen procedimiento realizado. Además, es un método sencillo, muy difundido, importante por que la resistencia está íntimamente vinculada con el resto de las propiedades del hormigón. En la producción de pastones de este material donde se observan deficiencias de calidad, como pueden ser excesiva fluidez, falta de cohesión, mezclas ásperas, alta exudación, no será necesario esperar un mes, deberá rechazarse el material e implementar el control para lograr un nivel aceptable, de resistencia.

La diferencia entre la resistencia potencial y la resistencia efectiva depende del tipo, geometría y dimensiones de la estructura, de la densidad de armaduras, de la calidad de la mano de obra, de las condiciones ambientales, tipo de compactación y curado. Además, la resistencia efectiva varía en función de la distancia entre el punto considerado y la superficie del hormigón, en el caso de elementos masivos por la diferencia de curado, y en las estructuras de gran altura, por la segregación y sedimentación.

Control de Calidad por Resistencia Efectuar el control de calidad por medio de un histograma no es adecuado en el sentido que nada nos dice a cerca de en que parte de la estructura se encuentra el 5 % de valores menores que la resistencia característica.

Especificar un valor de proyecto que a pesar que la media de los resultados lo supere, no permite predecir que sucederá con los resultados próximos. No muestra la tendencia y si el sistema de producción se encuentra bajo control, figura 8.


Figura 8. Control incompleto

El CIRSOC establece condiciones para considerar si el hormigón satisface la calidad fijada:

En el caso de Modo de Control 1, se deberá cumplir que:

Los resultados del control de producción de la Planta, realizados de acuerdo con el sistema de calidad certificado según la norma IRAM-IACC-ISO 9001 o 9002, o con su equivalente, deben demostrar que la media aritmética de los resultados de los ensayos de resistencia correspondientes al tipo de hormigón del cual proviene el lote que se evalúa, es igual o mayor que la resistencia especificada más 1,28 por la desviación estándar.

f´cm ≥f´c + 1,28 sn

La desviación estándar es una medida estadística de la dispersión de los resultados de los ensayos que representan a una determinada clase y tipo de hormigón. Consecuentemente, es también una medida de la variación de la resistencia del hormigón producido por una misma planta. La desviación estándar debe ser calculada utilizando resultados de ensayos correspondientes a un período mayor de tres meses. Dicho período será anterior al que se evalúa. El valor de la desviación estándar así determinado puede ser aplicado al período subsiguiente siempre que el valor móvil de los últimos quince ensayos se mantenga acotado dentro del rango 0,63 sn - 1,37 sn . En caso contrario se calculará la desviación estándar con los últimos resultados de ensayos correspondientes al período de obra en análisis, en el cual se verifique que todo el hormigón de una misma clase pertenece a la misma población, con distribución de frecuencias aproximadamente simétrica.

Cuando se disponga de treinta (30) o más resultados de ensayos consecutivos que conforman un (1) único grupo, la desviación estándar se debe determinar aplicando la siguiente fórmula:

siendo s desviación estándar, Xi resultado de un ensayo, X promedio de (n) resultados de ensayos, n número de resultados de ensayos consecutivos.

Cuando se disponga de dos (2) grupos de ensayos consecutivos, que entre ambos sumen treinta (30) o más resultados de ensayos, se debe determinar la desviación estándar promedio aplicando la siguiente expresión:


Siendo sp promedio estadístico de las desviaciones estándares, cuando se usan dos grupos de resultados de ensayos para determinar la desviación estándar, s1 y s2 desviaciones estándares calculadas por separado para cada uno de los dos grupos de resultados de ensayos, n1 y n2 número de resultados de ensayos que conforman cada grupo (no inferiores a 10).

La recepción del lote se debe hacer exclusivamente con los resultados de los ensayos de las muestras tomadas. Se considera que el hormigón evaluado posee la resistencia especificada cuando:

a) La resistencia media móvil de todas las series posibles de tres (3) ensayos consecutivos cualesquiera, es igual o mayor que la resistencia especificada.

fćm3 ≥fć

b) El resultado de cada uno de los ensayos es igual o mayor que la resistencia especificada menos 3,5 MPa.

fći ≥fć – 3,5 MPa

Cuando no se cumpla alguna de las condiciones establecidas se debe pasar al Modo 2 de Control de Conformidad.

En el caso del Modo 2 de Control, se debe evaluar hormigón perteneciente a una misma clase, recibido durante un intervalo de tiempo durante el cual la entrega en obra ha sido continua, salvo interrupciones menores de tres horas.

Se considerará que todo el hormigón evaluado posee la resistencia especificada si se cumplen las dos condiciones siguientes:

a) La resistencia media móvil de todas las series posibles de tres (3) ensayos consecutivos, correspondientes al hormigón evaluado, es igual o mayor que la resistencia especificada más 5 MPa.

fćm3 ≥fć + 5 MPa

b) El resultado de cada uno de los ensayos será igual o mayor que la resistencia especificada:

fći ≥fć

Resistencia a tempranas edades Existe una variada cantidad de ensayos acelerados, en los que el hormigón es sometido a un curado a alta temperatura. En un período de alrededor de 24 horas, a partir del moldeo de la probeta, se obtiene un valor de resistencia que tiene una buena correlación con la resistencia a 28 días. Pequeñas variaciones en la temperatura durante las primeras horas después de la colocación ejercen un efecto considerable sobre la resistencia temprana. Solo estos métodos son aplicables cuando se han realizado previamente estudios y se cuenta con una curva de correlación confiable. Son ensayos poco frecuentes en obra.

La resistencia a 7 días aporta una información no despreciable para el control y toma de decisiones en la construcción de estructuras de hormigón. Se debe tener en claro las limitaciones, la correlación con la resistencia a los 28 días y las extrapolaciones, que garanticen un mínimo nivel de seguridad.


La relación entre las resistencias 7 y a 28 días, es un índice de calidad temprano. No se puede establecer un único número para esa relación, debido a que son varios los parámetros que sobre ella influyen. Entre estos últimos se encuentran fundamentalmente las condiciones de curado, el tipo de cemento y la presencia de adiciones y aditivos. Las condiciones de curado influyen sobre la velocidad de desarrollo de resistencia a través del tiempo y en obra es difícil que el curado se mantenga por un tiempo adecuado.

ENSAYOS DESTRUCTIVOS: CALADO DE TESTIGOS Para determinar la resistencia “efectiva” o “real” del hormigón de la estructura, se procede a extraer testigos calados por medio de una herramienta cortante rotatoria (caladora) con broca de diamante. De esta manera se obtienen testigos cilíndricos, que a veces pueden contener fragmentos de armaduras. El testigo debe sumergirse en agua o curarse y luego encabezarse de acuerdo a las recomendaciones dadas por la norma IRAM 1551:2000.

La extracción se realizará en zonas donde, la operación no afecte la capacidad resistente ni a la estabilidad, de la estructura. Se deberá complementar con ensayos no destructivos que permitan aportar información confiable sobre la calidad y condiciones de uniformidad del hormigón. Estos ensayos (END) no reemplazarán a los resultados obtenidos mediante probetas o testigos, ni se tomarán como evidencia para decidir la aprobación o el rechazo del hormigón cuestionado por falta de resistencia.

Cuando los testigos tengan por objeto verificar la resistencia de hormigón de la estructura, se extraerán al menos cinco (5) muestras por lote, tres (3) muestras por planta de edificio, para los casos en que un conjunto de elementos estructurales posea dimensiones mayores que el doble de los límites de la Tabla 4, una (1) muestra cada cien (100) metros cúbicos de hormigón y no menos de cinco (5) muestras. Esto se realizará en las zonas de la estructura considerada de resistencia no satisfactoria.

El Reglamento CIRSOC considera que el hormigón representado por los testigos extraídos y ensayados, posee la resistencia especificada si se cumplen las siguientes condiciones:

Para el Modo 1 de Control:

a) La resistencia individual de cada testigo es igual o mayor que 0,75 de la resistencia especificada.

b) La resistencia media de los testigos extraídos del elemento estructural o del sector de la estructura de hormigón que se analiza, es igual o mayor que 0,85 de la resistencia especificada.

Para el Modo 2 de Control:

a) La resistencia individual de cada testigo es igual o mayor que 0,75 de la resistencia especificada.

b) La resistencia media de los testigos extraídos del elemento estructural o del sector de la estructura de hormigón que se analiza es igual o mayor que 0,85 de la resistencia especificada más 5 MPa.


Figura 9. Desarrollo de resistencia con el tiempo de testigos

Nota:

Para la preparación del presente apunte de cátedra se han tomado como base las siguientes publicaciones: “Curso de Tecnología del hormigón”, A. Castiarena, Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón, 1994. “HORMIGÓN: ESTRUCTURA, PROPIEDADES Y MATERIALES.” Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Popovics, S. “The Slump Test Is Useless — Or is it?” Concrete International (Septiembre 1994)

Santa Fe, junio de 2011

universidad tecnologica nacionalusuarios.fceia.unr.edu.ar/~fermar/apuntes tecnología del...

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