ENSAYOS, PRUEBAS Y ESTUDIOS EN EL CONCRETO FRESCO Y ENDURECIDO El Hormigón se presenta a lo largo de su vida bajo dos aspectos físicos muy diferentes; en primer término, inmediatamente después del mezclado y por un breve lapso, participa de las propiedades de un líquido más o menos viscoso y con posterioridad alcanza el estado aparentemente sólido, en el que se mantiene por el resto de su vida útil. Durante el periodo en el que se comporta como un líquido se lo identifica con la denominación de mezcla u hormigón fresco, mientras que a partir del instante en que comienza a ofrecer resistencia a la deformación por aplicación aplicación de cargas y por lo tanto a mantener, por lo menos aparentemente, su forma más o menos constante, se lo denomina mezcla u hormigón endurecido.
¿Por qué realizar un ensayo de aceptación al concreto? El ensayo de aceptación se realiza para verificar cuantitativamente, si el concreto cumple con lo especificado por el cliente o comprador. Los requerimientos del cliente o comprador con relación a los ensayos y criterios de aceptación, se encuentran por escrito en las especificaciones del proyecto o se indican mediante estándares de la industria tales como el ACI 301, el ACI 318, y la ASTM C 94. Los contratistas están legalmente obligados a facilitar o a realizar los ensayos de aceptación. Es importante para aquellos involucrados en la realización de ensayos, que estén claros, ya que los resultados de los ensayos de aceptación tienen importantes implicaciones en el cronograma de ejecución de los proyectos, así como el costo para los participantes del proyecto, y podría tener efectos sobre la seguridad de la estructura y de sus usuarios. Los ensayos de aceptación, deben ser realizados por técnicos certificados que han demostrado en forma escrita y práctica su conocimiento en la realización de los ensayos de acuerdo a las normas pertinentes. Los programas de certificación los ofrece el “American Concrete Institute”, (Instituto Americano de Concreto), y otras organizaciones para técnicos que realizan pruebas en el campo y laboratorio. Los laboratorios para llevarse a cabo en el punto de colocación en la estructura, después de que el concreto se ha transportado (como por medio de una bomba, cubo o transportador), los procedimientos procedimientos de muestreo deben llevarse a cabo de tal forma que la manera de hacerlos no sean interrumpidos, y que con ello varíen las propiedades medidas. La Norma ASTM C 94, permite tomar una muestra preliminar, la cual puede obtenerse después de 0.20 m3 (0,25 yd3) de descarga, con el fin de medir el asentamiento y el contenido de aire, para hacer los ajustes a la mezcla en caso de ser necesario, que se va a depositar en el sitio de trabajo. Esa muestra preliminar, no debe utilizarse para pruebas de aceptación del concreto fresco, ni para la elaboración de especímenes de prueba al concreto endurecido. El presente trabajo tiene como f in analizar los diferentes ensayos de laboratorio que se realizan al hormigón en estado fresco y endurecido. Efectuando a lo largo del desarrollo una revisión panorámica, necesariamente superficial, del amplio conjunto de temas que conforman la especialidad. Tanto las mezclas frescas como las endurecidas se estudian y se ensayan a partir de normas que rigen su aprobación.
PRUEBAS DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO
Durante el periodo en que el Hormigón se comporta como un líquido se lo denomina en estado fresco. El lapso dura aproximadamente entre 1 y 3 horas. Se le pueden realizar los siguientes ensayos; calcular el grado de fluidez del hormigón (consistencia). Para lograr obtener buenos resultados en las estructuras de hormigón, primero debe realizarse una buena dosificación de materiales para que los ensayos que se realicen en el estado fresco y endurecido puedan dar los mejores resultados posibles.
ENSAYO DE ASENTAMIENTO CON TRONCO DE CONO DE ABRAMS
La prueba de REVENIMIENTO o ASENTAMIENTO muestra la TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO. La trabajabilidad es una medición de qué tan fácil resulta colocar, manejar y compactar el concreto.
MUESTREO El primer paso consiste en tomar una muestra para prueba de la carga total del concreto premezclado. La muestra se toma en tres o más intervalos, (no antes de realizar el 15% ni después del 85% del total de la descarga). La muestra debe ser representativa del concreto entregado. La muestra debe ser de una cantidad suficiente para la realización de todas y cada una de las pruebas.
Para efectuar el ensayo de Asentamiento debemos colocar un Tronco de cono de chapa (de 30 cm de altura y 20 cm de diámetro de base inferior y 10 cm de diámetro de base superior) sobre una superficie lisa, plana y no absorbente, se lo mantiene afirmado contra el piso, apoyando los pies sobre las orejas inferiores del dispositivo. El molde Tronco-Cónico se llena con la mezcla en tres capas iguales, compactadas con la varilla (de acero común liso de 16 mm de diámetro y 60 cm de largo) mediante 25 golpes enérgicos por capa, que atraviesan la capa a compactar, pero no las inferiores. Cuando se llega a la base superior se enrasa con cuchara dejando la superficie de hormigón lisa. Se levanta el molde tomándolo por las manijas superiores hasta dejar libre totalmente la mezcla en estudio. Esta operación se efectúa inmediatamente después de completada la compactación y en forma vertical y gradual. La medición del Asentamiento se efectúa colocando una regla apoyada sobre el molde, la regla establece un plano de comparación horizontal a 30 cm de altura sobre el piso. Se mide con otra regla graduada el descenso producido en el punto central de la base superior con respecto a la altura original. El valor determinado es el Asentamiento. Se adapta especialmente al estudio de hormigones plásticos, con valores de asentamiento comprendidos entre 2 y 16 cm. Fuera de estos dos limites los asentamientos medidos no resultan confiables, en cuanto a su relación con las propiedades de la mezcla. En
términos generales se puede decir que cuando menor sea el valor del asentamiento medido, mayor será el esfuerzo necesario para compactar el hormigón en obra. El ensayo completo, desde el llenado hasta el retiro del molde, se realizara sin interrupciones y en un lapso menor a 5 minutos.
Dimensiones del Cono de abrams
ENSAYO DE PENETRACIÓN (SEMIESFERA DE KELLY)
El dispositivo utilizado es una semiesfera de acero con un vástago graduado en cm y ½cm, provisto de una manija en su extremo superior, con un peso total de 13.620 +45 gramos. La semiesfera está vinculada con un armazón liviano (que se apoya sobre la superficie del hormigón), desplazable con respecto a la semiesfera. Para ejecutar el ensayo de penetración se coloca la semiesfera sobe la superficie horizontal del hormigón fresco ya compactado (losa) y se deja penetrar la semiesfera en el interior de la masa hasta detenerse; se mide la penetración leyendo en la escala graduada del vástago el valor correspondiente a la intersección del vástago con el armazón liviano, el que queda apoyado en la superficie del hormigón sin hundirse. Medición de la penetración: El valor determinado en cm es el valor de la penetración; que mide la consistencia del hormigón. Mediante ensayos paralelos de asentamiento de tronco de cono y penetración de la semiesfera, se efectúa la contrastación de esta, para correlacionar penetraciones con asentamientos. Es especialmente apto el método para determinar consistencia de hormigones correspondientes a estructuras extensas y horizontales, tales como losas de entrepisos o pavimentos (hormigones de asentamientos inferiores a 10 cm).
ENSAYO DE CONSISTENCIA CON MESA DE GRAF
Dispositivo: Consiste en un armazón que soporta una superficie plana y lisa de forma cuadrada, de 70 cm de lado, con un peso de 16 kg. Esta superficie, cubierta por una chapa de acero es móvil, pudiendo girar a lo largo de uno de sus lados, con respecto al armazón. El levantamiento máximo de la superficie o mesa, se limita con una traba, a 4cm. Procedimiento: Se coloca el hormigón en el tronco de cono ubicado en el centro de la mesa, se llena en 2 capas y se compacta con 10 golpes por capa, con una varilla de acero de 12,5 mm de diámetro y punta redondeada. Luego se retira el molde, se levanta la tapa de la mesa hasta que haga tope con la pestaña ubicada a 4 cm sobre la misma, y se deja caer 15 veces, en 25 +- 5 segundos. Se miden los diámetros de la mezcla extendida sobre la mesa, en dirección paralela a los lados de la misma. Se toma el promedio de los dos valores como extendido expresado en cm. La fluidez se calcula mediante la expresión: f = c/d c = Extendido en cm, d = diámetro de la base mayor del cono (cm).
CONSISTÓMETRO VE-BE
El ensayo consiste en forzar una mezcla previamente moldeada en el tronco de cono, a que tome la forma de un cilindro. Esto se logra efectuando como 1er paso, en ensayo de cono en el interior de un recipiente cilíndrico y luego de retirar el molde tronco cónico se coloca sobre la mezcla una placa de acrílico transparente unida a un vástago lastrado; todo el conjunto está sobre una mesa vibradora que se pone en funcionamiento y provoca la fluidificación del hormigón , produciéndose el cambio de forma .Se mide el tiempo que tarda el tronco de cono en pasar a la forma de cilindro (para ello se observa a través de la placa de acrílico el aspecto de la masa). Ese tiempo se mide en segundos, que se llaman grados Ve-Be.
Marcha del ensayo:
Se efectúa el ensayo de tronco de cono por varillado o vibrado (según su consistencia), se retira el molde y se apoya el disco de acrílico sobre la mezcla, y luego se pone en marcha el vibrador de la mesa y simultáneamente un cronometro; se mide en segundos el tiempo que demande el pasaje de la mezcla, de la forma de tronco de cono a la de cilindro. Relación entre grados Ve-Be y asentamientos
De la observación del cuadro anterior surge que su campo específico de empleo corresponde a las mezclas secas, cuyo asentamiento es nulo o a lo sumo de hasta 3 cm.
ENSAYO DE PESO UNITARIO DE LA MEZCLA FRESCA P.U.H.F Y CONTENIDO DE AIRE INCORPORADO:
Son ensayos muy sencillos pero que brindan informaciones sumamente importantes. El primero consiste en determinar el peso de un volumen conocido de hormigón fresco, compactado en forma normalizada (por ejemplo molde cilíndrico de 15 x 30 cm llenado en 3 capas con compactación similar al ensayo de asentamiento). Dado que el volumen del recipiente (VR), llenado hasta enrase superior puede conocerse con precisión (si es estanco, se lo llena con agua proveniente de probeta graduada al cm3) lo mismo que su peso (PR), por diferencia de pesadas (lleno a vacio), y haciendo el cociente de esa diferencia por el volumen del recipiente, se determina el P.U.H.F
Si el P.U.H.F.E (Ensayo) es inferior al P.U.H.F.T (Teórico), el cociente entre ambos, multiplicado por 100, nos da el porcentaje del volumen aparente que está realmente ocupado por hormigón; el resto es, por lo tanto aire incorporado en burbujas semimicroscopicas (AI) y no huecos macroscópicos. La diferencia al 100% m es el contenido porcentual de aire incorporado (conocido como método gravimétrico). Otra forma de determinar el contenido de aire incorporado es mediante el método por presión, empleando al efecto el aparato de Washington. Las características de este dispositivo y la forma de realizar el ensayo, se verán cuando se estudien los aditivos. Para determinar la composición de la mezcla fresca consiste en proceder a tomar una muestra representativa del hormigón fresco; pesarla y hacerla pasar por los tamices de 4.8 mm y de 0.150 mm de altura (n 4 y n 100). Posteriormente se lavan con agua las dos fracciones obtenidas y se secan en estufa hasta peso constante. Dado que el peso del hormigón fresco (PHF) se compone de la suma de los de la pasta cementicia (PPC) y los agregados (PAF y PAG) se obtienen las siguientes expresiones:
Si se conocen el PHF y los PAF y PAG, puede obtenerse el PPC en la siguiente forma:
Estas determinaciones permiten conocer rápidamente el grado de homogeneidad del hormigón, a medida que se lo elabora.
ENSAYOS EN LAS MEZCLAS ENDURECIDAS:
Las mezclas endurecidas corresponden a la tercer etapa en la vida del hormigón, la que comienza en el momento en que este ha alcanzado un grado de hidratación tal de la pasta de cemento que contiene, como para que la misma sea ya capaz de mantener unidos entre si los granos de los agregados en forma permanente. Esto se pone en evidencia por la resistencia que ofrece una pieza de hormigón, por ejemplo, al cambio de forma por acción de una solicitación mecánica (caso del ensayo de compresión). La resistencia mecánica es la más conocida de las propiedades de la mezcla endurecida. El hormigón luego del periodo de fraguado, comienza a dar resistencia hasta endurecerse por completo a los 28 días.
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA ROTURA POR COMPRESIÓN:
Por lo general se realiza el ensayo en probetas de forma cilíndrica de esbeltez igual a 2 (altura de la probeta/diámetro de la base). Se moldean las probetas de acuerdo a las Normas IRAM 1524 y 1534, el moldeo se efectúa colocando y compactando el hormigón en forma similar a la empleada para el ensayo de asentamiento que se realiza con el tronco de cono de Abrams. Este procedimiento es válido solo para hormigones de 3cm o mas de asentamiento; para mezclas más secas la compactación deberá efectuarse por vibración , ya sea mediante vibrador de inmersión (diámetro máximo del elemento vibrante : 25mm para probetas de 15 x 30). Curado: Las probetas se mantienen en sus moldes durante un periodo mínimo de 24 hs. En ese lapso no deberán sufrir vibraciones, sacudidas, ni
golpes, se protegerá la cara superior con arpillera húmeda, lamina de polietileno o tapa mecánica y se mantendrá en ambiente protegido de inclemencias climáticas (calor, frio, lluvia, viento). Una vez transcurridas las primeras 24 hs, se procede a desmoldar e inmediatamente se acondiciona la probeta para su mantenimiento hasta el momento de ensayo. Durante este periodo (7,14 o 28 días) deben mantenerse condiciones de temperatura y humedad, según norma IRAM 1524 y 1534, la probeta debe mantenerse en un medio ambiente con no menos del 95% de humedad relativa, y en cuanto a la temperatura , en los 21 ºC , con una tolerancia en más o menos de 3 ºC para la obra y de 1 ºC para el laboratorio (o lo que es lo mismo, en obra la temperatura puede oscilar entre 18 ºC y 24 ºC.
Ejecución de ensayo de rotura por compresión: Se utilizan prensas con capacidad de 100 a 150 t oneladas. Se mide la deformación de la probeta al aplicársele cargas cada vez mayores. En algunas prensas hidráulicas debe disponerse una tabla de conversión, que permita calcular la carga aplicada. La velocidad de aplicación de la carga sobre la probeta tiene influencia importante en el resultado del ensayo; en efecto las cargas excesivamente rápidas, al no dar tiempo a la deformación de todas las partículas de la probeta, dan como consecuencia una carga de rotura artificialmente elevada; en cambio la carga excesivamente lenta provoca el efecto contrario. El ritmo de la velocidad debe mantenerse entre 250 y 600 kg por segundo para probetas de 15 cm de diámetro, a partir del 50 % de la carga de rotura. En cuanto a la exactitud de las lecturas de la prensa, debe verificarse con una periodicidad de entre 6 meses y 1 año según el uso, debiendo mantenerse el error de lectura por debajo del 1%.
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN:
Se efectúa habitualmente sobre vigas de forma prismática de sección transversal cuadrada, confeccionadas con hormigón simple, de 15 cm de lado y 53 cm de largo. La colocación del hormigón se efectúa en 2 capas de igual altura y para la compactación se emplea la misma varilla que para las probetas de compresión. La cantidad de golpes por capa es de 1 por cada 15cm2 de sección horizontal. El ensayo se efectúa colocando la viga sobre dos apoyos distanciados 45cm entre si y 4 cm de los extremos.
Las cargas se aplican en los tercios de la distancia entre apoyos (o sea que quedan 15 cm entre si y a la misma distancia de los apoyos). El dispositivo indicado en el croquis puede materializarse en lugares donde no se disponga de prensa, ya que consiste en una simple palanca (para una relación: a + b / a =10, la fuerza a aplicar F, en los hormigones comunes oscila entre 200 y 400 kg.
ENSAYO DE TRACCIÓN POR COMPRESIÓN:
Fue propuesto por el ingeniero brasileño Lobo Carneiro (por eso se lo llama también ensayo brasileño). Consiste en aplicar una carga de compresión a una probeta cilíndrica, colocada en la prensa con su eje longitudinal en dirección horizontal. En esta posición, el contacto entre los cabezales de la prensa y la probeta se produce a lo largo de dos generatrices, que corresponden a la intersección de un plano diametral vertical, con la superficie lateral de la probeta. A fin de distribuir uniformemente la carga, se interponen entre los cabezales y las generatrices de la probeta, pequeños listones de madera de 4 mm de espesor, 25 mm de ancho y la longitud de la probeta. Como consecuencia de la solicitación a que es sometida la probeta, se demuestra que en coincidencia con el plano diametral ya mencionado, se produce un esfuerzo de tracción pura, lo que se pone en evidencia al producirse la rotura, a lo largo de dicho plano. El cálculo de la carga unitaria de rotura por tracción, se efectúa aplicando la expresión siguiente:
Donde el valor indicado para el denominador (706 cm2) es aplicable exclusivamente, para el caso de la probeta de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura.
PRUEBA DE MODULO DE ELASTICIDAD
Este método provee un valor al esfuerzo máximo y un rango elástico tanto lateral como longitudinal en concretos en estado endurecido a cualquier edad y condiciones de curado. El módulo de elasticidad y el rango de valores de Poisson, aplicables dentro del rango de esfuerzo permitido (0 a 40% de la carga última), puede ser usado para el cálculo de elementos estructurales reforzados o no reforzados, para establecer la cantidad de refuerzo, y el cálculo de esfuerzo máximo. Los valores obtenidos de este ensayo serán usualmente menores al módulo derivado de una aplicación rápida de carga (dinámica o de sismo, por ejemplo), y usualmente serán mayores que los valores alcanzados en una aplicación de carga lenta o una carga cuya aplicación sea por un tiempo extendido. ASTM C469-94e1Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson's Ratio of Concrete in Compression
Prueba de la resistencia a tensión del concreto
El valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8% a12% de su resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión. Una de las grandes desventajas del concreto es su poca resistencia a la tracción, aproximadamente la décima parte de la de compresión y tal vez su peso. Además, sus propiedades mecánicas pueden ser muy variables, ya que dependen de la calidad, la dosificación de los materiales, del proceso de producción, transporte, colocación y curado.
CONTRACCIÓN POR SECADO
Este método de ensayo determina los cambios longitudinales y evaporación del agua inmersa que son producidos por cambios de temperatura en especímenes de cemento hidráulico hechos en laboratorio y expuestos a condiciones controladas de temperatura y humedad.
ASTM C157/C157M-99 Standard Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic Cement, Mortar and Concrete
ENSAYOS PO PERMEABILIDAD
Se presenta un nuevo dispositivo de ensayo no destructivo, diseño para la medición “in situ” de la permeabilidad al aire del recubrimiento del concreto. Se basa en crear vacío dentro de una celda colocada sobre la superficie del mismo y en medir la velocidad con que la presión retorna al valor atmosférico. Aspectos característicos del método son: una celda con doble cámara y un regulador que equilibra la presión en la cámara central (de medición) y en la cámara exterior (anillo de guarda). Esto asegura un flujo unidireccional deaire hacia la cámara central, eliminando todo flujo no deseado transversal. Los datos de la medición son procesados por un microprocesador que indica el valor del coeficiente de permeabilidad al finalizar el ensayo, que dura de 2 a 12 minutos. Se presentan resultados obtenidos con esta técnica sobre recubrimientos de distinta calidad, que muestra una excelente correlación con los valores obtenidos sobre testigos mediante el método del Cembureau para permeabilidad al oxígeno
PRUEBA POR ABRASIÓN
Este método de ensayo brinda una indicación relativa de la resistencia del mortero y concreto basado en muestrear especímenes. Este ensayo ha sido usado exitosamente en el control de calidad de concreto usado para autopistas y puentes ASTM C944-99 Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete or Mortar Surfaces by the Rotating-Cutter Method
