Del personal de la CFA, basado en el recurso de CFA Classroom «Cuando se producen malos resultados», presentado por Kim Basham. La presentación de 2018 se ha actualizado para incluir referencias actuales a códigos y normas.

L a integridad de cualquier proyecto de construcción depende en gran medida de los materiales utilizados. Cuando los resultados de la evaluación de la resistencia a la compresión no cumplen con las expectativas, a menudo esto provoca retrasos en el proyecto, un aumento de los costos y preocupaciones en materia de responsabilidad civil. Sin embargo, las bajas resistencias en cilindros suelen malinterpretarse. Una prueba fallida no implica automáticamente que la estructura de concreto en sí tenga defectos fundamentales.

El aula en línea de la  Concrete Foundations Association (CFA) contiene una presentación de una convención anterior de la CFA en la que Kim Basham, de KB Engineering LLC, una voz destacada del sector, habló sobre cómo abordar situaciones en los proyectos en las que los ensayos de compresión no alcanzan las resistencias especificadas. Sus conocimientos ofrecen una guía para determinar si existe un problema real y cómo refutar la responsabilidad por un rendimiento deficiente.

Los ensayos de cilindros de concreto sirven como método estándar para verificar que el concreto entregado en una obra cumple con el diseño de mezcla especificado. Sin embargo, estos cilindros representan el concreto tal como se entrega, en lugar del concreto tal como se cura en la estructura real.

Para mantener la consistencia, los cilindros deben moldearse y curarse de acuerdo con las normas estrictas ASTM-C31. Un ensayo de resistencia estándar consiste en el promedio de dos cilindros de 6 por 12 o tres cilindros de 4 por 8. Debido a que un defecto en un cilindro más grande de 6 por 12 tiene menos impacto en el resultado general que el mismo defecto en un cilindro más pequeño de 4 por 8, el ensayo requiere tres de las muestras más pequeñas para garantizar un promedio preciso.

Test specimens [Muestras de ensayo]

6” x 6” x 20” Beam [Viga de 6” x 6” x 20”]

6” x 12” or 4” x 8” Cylinder [Cilindro de 6” x 12” o 4” x 8”]

Además, las normas ASTM garantizan que los cilindros se fabriquen y se rompan de manera consistente, pero no interpretan los resultados ni determinan el estado final de aprobado o no aprobado. Para garantizar la precisión de las pruebas, la norma 301 del American Concrete Institute (ACI) exige que cualquier persona que fabrique cilindros de campo para su aceptación cuente con una certificación de grado de campo ACI de nivel uno. La resistencia del cilindro, medida en libras por pulgada cuadrada (PSI), se calcula dividiendo la carga en el momento de la falla por el área de la sección transversal. Vale la pena señalar que solo el tercio central de un cilindro se somete a una prueba efectiva durante la rotura, ya que el material falla debido a fuerzas de tracción perpendiculares a la dirección de la carga.

Causas comunes de la baja resistencia en cilindros

Cuando se producen bajas resistencias en cilindros, la causa principal suele pertenecer a una de estas dos categorías: concreto deficiente o ensayos incorrectos. Con demasiada frecuencia, las irregularidades en las pruebas son la verdadera causa detrás de una baja resistencia.

El muestreo incorrecto es un problema frecuente. De acuerdo con los procedimientos estándar, los evaluadores deben tomar dos muestras del tercio medio de la carga del camión mezclador. Existe un límite de tiempo estricto de 15 minutos para recolectar esta muestra y comenzar a preparar las muestras. Si los evaluadores extraen concreto del principio o del final de una carga, o si dejan reposar el concreto por demasiado tiempo antes del moldeado, el cilindro resultante no representará con precisión el lote.

Las condiciones de curado también desempeñan un papel fundamental. El curado estándar implica temperaturas altamente controladas, mientras que el curado en campo refleja las condiciones ambientales de la obra. Para el concreto con una resistencia nominal de 5000 PSI o menos, el curado estándar requiere que los cilindros se mantengan entre 60 y 80 grados Fahrenheit durante las primeras 48 horas. Después de este período inicial, deben mantenerse a 73,5 grados (más o menos tres grados) durante el resto del ciclo de 28 días. Hoy en día, el laboratorio de pruebas es responsable de proporcionar la caja de curado inicial. Si los cilindros se dejan expuestos a calor extremo o temperaturas bajo cero en el sitio, su resistencia se verá gravemente comprometida, lo que dará lugar a baja resistencia que no reflejan el concreto estructural real.

Compresive strength – psi [Resistencia a la compresión – psi]

Curing temperature – Deg F [Temperatura de curado – °F]

At 1 day [En el día 1]

At 28 days [A los 28 días]

Para evaluar adecuadamente el concreto, los profesionales deben comprender los criterios de aceptación y la variación estadística natural inherente al material. El concreto es una mezcla heterogénea de agua, cemento y agregados. Debido a esto, cierta variación estadística en los resultados de las pruebas es completamente normal y esperada.

Las normas del sector establecen que el promedio de tres pruebas consecutivas debe ser igual o superior a la resistencia especificada. Además, ninguna prueba individual puede estar más de 500 PSI por debajo de la resistencia especificada para el concreto clasificado en 5000 PSI o menos. Para el concreto de alta resistencia superior a 5000 PSI, ninguna prueba individual puede estar por debajo de la resistencia especificada en más de un 10 %.

Si el resultado de una prueba se encuentra dentro de un margen de 500 PSI respecto al valor objetivo, pero el promedio acumulado cae por debajo de la resistencia especificada, la medida inmediata debe ser ajustar los procedimientos de la planta en lugar de rechazar el concreto sin más consideraciones. Comprender estas tolerancias estadísticas evita reacciones precipitadas y permite que los proyectos se mantengan dentro del plazo previsto, al tiempo que se respetan las normas de seguridad.

Evaluación de la resistencia en el sitio

Cuando los cilindros estándar no cumplen con los criterios de aceptación, la atención debe centrarse en la evaluación de la resistencia a la compresión del concreto que se encuentra realmente en la estructura. Los núcleos extraídos del concreto endurecido son el método definitivo para la aceptación o el rechazo.

Acceptable Example for 4,000 psi specified strenght [Ejemplo aceptable para una resistencia especificada de 4000 psi]

Test No. [N.° de ensayo]

Individual Cyl. No. 1. No. 2. [N.° de cilindro individual. N.° 1. N.° 2.]

Strength test (Avg of Cyl 1 & 2) [Ensayo de resistencia (promedio de cilindros 1 y 2)]

Avg. Of 3 Strength Tests [Promedio de 3 ensayos de resistencia]

De acuerdo con las directrices, la resistencia promedio de tres núcleos debe ser de al menos el 85 % de la resistencia especificada, sin que ningún núcleo individual se rompa a menos del 75 %. Los núcleos se deben extraer de la misma ubicación general para garantizar un conjunto de muestras consistente. El diámetro del núcleo debe ser de un mínimo de 3,7 pulgadas, con una relación longitud-diámetro de dos como valor óptimo. La ASTM recomienda esperar al menos 14 días antes de perforar los núcleos para permitir que el concreto adquiera la resistencia suficiente y para evitar daños durante el proceso de perforación.

La humedad y la orientación también afectan a las roturas de los núcleos. Los núcleos secos pueden romperse entre un 15 % y un 20 % más que los núcleos húmedos. Además, los núcleos horizontales suelen romperse entre un 7 % y un 9 % menos que los núcleos verticales debido a la orientación de los canales de agua de exudación atrapados bajo las partículas de agregado durante el vertido inicial.

Para los ensayos no destructivos, equipos como la sonda Windsor ofrecen una evaluación más confiable que un martillo de rebote estándar. Los ensayos acústicos también pueden proporcionar estimaciones, donde una transmisión de sonido de varios métodos de ensayos no destructivos (NDT, por sus siglas en inglés) de 16 000 pies por segundo se correlaciona aproximadamente con una resistencia de 4000 PSI.

Factores que afectan la resistencia del concreto

Varios factores ambientales y mecánicos influyen en la resistencia final del concreto. La relación agua-cemento es, posiblemente, la variable más crítica. Agregar tan solo un galón de agua más de lo indicado en el diseño de la mezcla puede reducir la resistencia del concreto en aproximadamente 200 PSI.

Las temperaturas de curado alteran drásticamente el desarrollo de la resistencia. Una losa mal curada puede presentar una diferencia de resistencia del 35 % en comparación con una muestra curada adecuadamente. Se puede esperar una diferencia de resistencia de alrededor del 15 % entre las muestras curadas en laboratorio de forma estándar y las muestras curadas en el terreno expuestas a las condiciones ambientales del sitio.

El historial de tensiones y las microfisuras también desempeñan un papel fundamental en la resistencia en el lugar. Si se extrae un núcleo de un área donde el concreto ya ha sido sometido a tensiones estructurales, contracción o fluctuaciones de temperatura, se habrán producido microfisuras. Este daño interno reducirá artificialmente la resistencia probada del núcleo, lo que distorsionará la representación de la calidad original del material. Entre las variables importantes que se deben verificar se incluyen el contenido de agua, el contenido de aire, el peso unitario y las técnicas de colocación del concreto utilizadas el día del vertido.

Recomendaciones

Los líderes de proyecto eficaces no se limitan a reaccionar ante los problemas. Los anticipan y utilizan marcos estructurados para encontrar soluciones. Si se enfrenta a bajas resistencias en cilindros, siga esta lista de comprobación para identificar la causa raíz y proteger su proyecto.

1. Verificar el informe de baja resistencia. Revise los cálculos del informe de rotura. Asegúrese de que la resistencia a la compresión se haya calculado correctamente dividiendo la carga por el área exacta de la sección transversal.
2. Revisar las hojas de lote. Observe con atención si hubo alguna adición de agua en la obra. Tome nota de si el agua se añadió de una sola vez o gradualmente, ya que esto afecta la integridad de la mezcla.
3. Investigar las condiciones de curado. Confirme que se utilizó la caja de curado inicial y que las temperaturas se mantuvieron entre 60 y 80 grados durante las primeras 48 horas.
4. Examinar los procedimientos de ensayo. Verifique que el técnico de ensayos contara con la certificación de grado de campo de la ACI adecuada y que las muestras se extrajeran del tercio medio de la carga dentro del límite de tiempo de 15 minutos.
5. Evaluar la capacidad estructural. Si algún valor de resistencia está por debajo de los 500 PSI especificados, colabore con el ingeniero estructural para investigar y verificar que la capacidad de carga estructural no resulte comprometida.
6. Planificar cuidadosamente la extracción de muestras. Si se requieren muestras, espere 14 días, seleccione ubicaciones adecuadas libres de alta tensión y tenga en cuenta el contenido de humedad antes de la extracción.

Abordar los problemas de resistencia del concreto requiere un enfoque estratégico basado en los estándares del sector. Las bajas resistencia en cilindros son estresantes, pero se pueden manejar cuando se comprenden la mecánica de los ensayos de cilindros de concreto, la variación estadística y los métodos de evaluación en el lugar. Al enfocarse en los protocolos de ensayo adecuados, supervisar las condiciones de curado y utilizar una lista de comprobación sistemática cuando surgen problemas, puede proteger el cronograma y el presupuesto del proyecto al tiempo que garantiza la seguridad estructural total.

El aprendizaje continuo es la mejor defensa contra la responsabilidad civil y los retrasos en los proyectos. Para comprender mejor estos conceptos y conocer ejemplos reales de cómo superar los desafíos relacionados con los materiales, vea la presentación completa de Basham en la CFA Classroom. En la CFA Classroom también puede encontrar módulos de aprendizaje adicionales, incluido el curso de capacitación para la Residential Concrete Foundation Technician Certification del ACI.  Equiparse a sí mismo y a su equipo con este conocimiento le permitirá atender futuros desafíos estructurales con absoluta confianza.

Al igual que con cualquier mezcla de concreto, es esencial realizar lotes de prueba para confirmar las propiedades específicas del concreto. Los resultados finales pueden verse afectados por diversos factores, como la temperatura, la humedad y los componentes específicos utilizados en la mezcla. Recomendamos consultar a un profesional local especializado en cimientos de concreto para obtener orientación.

Tenga en cuenta que ninguna información proporcionada en este documento debe interpretarse como una garantía, ya sea expresa o implícita. Esto incluye, pero no limitándose a, cualquier garantía implícita de idoneidad para un fin determinado.

Referencias:

ACI Committee 214. “ACI 214R-11: Guide for Evaluation of Strength Test Results of Concrete,” American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich. 2011.

ACI Committee 214. “ACI 214.4R -21 -21: Guide for Obtaining Cores and Interpreting Compressive Strength Results.” American Concrete Institute. Farmington Hills, Mich. 2010.

ACI Committee 228. “ACI 228.1R -19 -21: In-Place Methods to Estimate Concrete Strength,” American Concrete Institute. Farmington Hills, Mich. 2003.

ACI Committee 228. “ACI 228.2R -13 -21: Nondestructive Test Methods for Evaluating Concrete in Structures.” American Concrete Institute. Farmington Hills, Mich. 2013.

ACI Committee 318. “ACI 318-25: Building Code Requirements for Structural Concrete.” American Concrete Institute. Farmington Hills, Mich. 2014.

Bungey, J. H. Testing of Concrete in Structures. 2^nd Ed. Surrey University Press. New York, N.Y. 1989.

The Concrete Society. “Technical Report #32 Analysis of Hardened Concrete: A Guide to Tests, Procedures and Interpretation of Results.” 2^nd ed. Sandhurst, Berkshire, UK. 2014.

Malhotra, V. M., and Carino, N. J. Handbook on Nondestructive Testing of Concrete. 2nd ed. CRC Press. Boca Raton, Fla. 2003.