La estimación de propiedades mecánicas del hormigón en obra puede servir para distintos objetivos, como ayudar a la toma de decisiones en obra, detectar desviaciones, evaluar la resistencia de una edificación que ha sufrido daños durante un evento severo o a la que se le quiere cambiar su destino, entre otras.
Esta estimación se puede realizar mediante la ejecución de distintos ensayos normados. Es importante que el ingeniero diseñador se haga asesorar por especialistas al momento de especificar uno de estos ensayos, los cuales le ayuden a definir el ensayo más apropiado para el objetivo buscado.
Como se puede notar en las descripciones que siguen, no hay un único método simple y confiable de estimación. Cada uno de los ensayos requiere ser realizado con equipos debidamente calibrados y muchos de ellos necesitan de un trabajo previo en laboratorio que permita establecer correlaciones aceptables entre los resultados de ensayos en terreno y la resistencia del hormigón. De hecho, en algunos casos se requiere una caracterización precisa del hormigón (dosis y origen de cada material que lo compone, edad de ensayo), que está siendo colocado en obra para poder establecer una adecuada relación entre alguna propiedad medible en terreno (sea esta evolución de temperatura, rebote, extracción u otra) respecto de la resistencia a compresión del hormigón.
El documento ACI228.1R detalla 7 posibles ensayos. En esta sección se revisan aquellos que son más comunes en la práctica nacional.
a) Testigos de Hormigón Endurecido – NCh1171 2012. Partes 1 y 2. Corresponde a un ensayo de carácter destructivo. Se trata de cilindros de diámetros típicos 100 a 150 mm y longitud variable. Los resultados de este ensayo son los únicos de entre los mencionados en esta sección que se consideran válidos como criterio de aceptación o rechazo de una obra o una parte de ella. Más aún, con la aplicación de criterios y experticia técnica, es factible evaluar las diferencias entre resistencias reales y potenciales mediante correcciones contempladas en las normas nacionales, lo cual ayuda a verificar las magnitudes de deterioros de las resistencias por las etapas de colocación, compactación y curado.
b) Esclerómetro o Martillo Schmidt – ASTM C 805 / NCh1565-2009. El resultado de este ensayo está influenciado por muchos factores externos a la resistencia misma del hormigón. Si bien no es un buen predictor de la resistencia real del hormigón, su uso permite discernir entre zonas que requieren un mayor estudio posterior.
c) Resistencia a penetración – ASTM C 803. La mecánica del ensayo es similar a la del método de rebote, pero en éste la influencia de la condición superficial del hormigón se reduce al tener mayor energía que provoca el ingreso de la probeta en la masa del hormigón. Aun así, sus resultados están fuertemente influenciados por la resistencia del árido presente en la masa de hormigón, por lo que las correlaciones deben establecerse sobre hormigones de prueba hechos con los mismos materiales que se desean evaluar en sitio.
d) Velocidad de un pulso ultrasónico – ASTM C 597. Este ensayo se basa en los principios de propagación de ondas elásticas, según el cual la velocidad de un pulso en un medio es proporcional al módulo elástico de dicho medio. Dado que la ganancia de resistencia en el hormigón está ligada al aumento en su módulo elástico, es posible establecer que la velocidad del pulso puede ser un método de obtener una estimación de la resistencia del hormigón, aun cuando ambas propiedades no están directamente relacionadas. No obstante, la ganancia de resistencia a compresión y el módulo elástico no crecen de
manera equivalente según madura el hormigón. A edades tempranas, el módulo elástico crece más rápidamente que la resistencia a compresión y lo opuesto ocurre a edades más tardías. Por tal motivo la relación entre la velocidad medida del pulso y la resistencia a compresión es no-linear, dificultando su aplicación práctica, e inclusive mientras mayor sea la edad del hormigón, el método puede hacerse más impreciso.
Otras fuentes de variación de los resultados de este ensayo están en la cantidad de agregado en la mezcla, el contenido de humedad del hormigón al momento del ensayo, la integridad de la masa de hormigón (grietas o vacíos) y la densidad de refuerzo en el elemento en estudio. En definitiva, se trata de un medio disponible para realizar mediciones en tanto todas las variables que influyen en la medición puedan ser debidamente estimadas y cuidadosas calibraciones para la mezcla de interés se hayan
realizado previamente.
e) Extracción – ASTM C 900. En obras nuevas, requiere de dejar un inserto, cuya descripción aparece en la misma especificación ASTM. Como desventaja se trata de un ensayo destructivo (extrae un cono de unos 30 mm de profundidad y unos 75 mm de diámetro), que tiene una variación inherente al hormigón de entre un 7% a 10% en sus resultados (aparte de la variación propia de la colocación del inserto y la preparación del ensayo) y cuyo mecanismo de falla aún es sujeto de debate. No obstante lo anterior, si se realiza una calibración adecuada respecto de un hormigón de las mismas características y hecho con los mismos materiales que el que se desea validar en terreno, logra buenas correlaciones entre la carga de extracción y la resistencia a compresión del hormigón. También existen variaciones en el mercado para aplicar este mismo concepto de ensayo a estructuras existentes, como sería el caso del CAPO-Test, que no requieren dejar insertos previamente en el hormigón, sino que utilizan golillas especiales que se expanden en la perforación para realizar la prueba de carga. Nuevamente es necesario establecer correlación entre resultados de este ensayo y el tipo de hormigón que se desea caracterizar.
f) Madurez – ASTM C 1074. El método de madurez se basa en el hecho que la velocidad de hidratación de los materiales cementantes, asumiendo que hay suficiente humedad, está regulada por la temperatura a la que dichas reacciones ocurren dentro de la masa de hormigón. De esta forma, la resistencia de un hormigón, especialmente a edades tempranas de 7 o 14 días, quedará expresada en función de un “Índice de Madurez” que establece la relación entre temperatura, tiempo y el crecimiento de la resistencia para una determinada mezcla (con dosificación y materiales específicos para un hormigón dado).
Por tal motivo, su uso debe quedar definido antes del inicio de la obra, ya que sin los antecedentes previos de la mezcla y el establecimiento de la relación de Resistencia- Madurez de la misma, su implementación posterior es casi inviable.
Si se dispone de varias probetas de un mismo hormigón, sometidas a diferentes temperaturas de curado, el historial de temperatura de cada una y sus resultados de ensayos pueden ser usados para definir la relación Madurez-Resistencia de esa mezcla en particular. Hay diversas formas de definir la función de madurez (referirse a ACI228.1R), pero todas incluyen la historia de temperatura en el tiempo relativa a una temperatura de referencia en la cual se asumen cesan las reacciones de hidratación (esta temperatura
también es un dato que convencionalmente se establece igual a -10° C). El uso de este método requiere:
- Conocer la relación Madurez-Resistencia de la mezcla en particular que se desea estudiar (esto es la curva de calibración obtenida en laboratorio) y definir la temperatura de cero reacción para dicha mezcla. NCh 170 considera que este valor puede asumirse cero sin alterar demasiado la exactitud de las mediciones. Para ello se sugiere realizar ensayos a edades de 1, 2, 3, 4, 7, 14 días que se compongan de dos probetas cada uno, una de ellas con el sensor de madurez, y tres a 28 días, para una serie de 15 probetas y medir la madurez al momento del ensayo.
- Mantener un monitoreo constante y sistemático de la temperatura del hormigón colocado para definir el “Índice de Madurez” del hormigón en obra, con una cantidad suficiente de sensores.
- Satisfacer los supuestos básicos de que existe suficiente humedad para hidratar los materiales cementantes (esto se logra mediante procedimientos adecuados de curado y hormigones cuya dosificación considera razones agua-cemento dentro de rangos de hormigones normales) y además que el hormigón en obra sea el mismo que se usó para definir la relación Madurez-Resistencia (esto se debe verificar mediante alguna prueba en obra).
- Dado que no hay medida directa de ninguna propiedad en terreno, fuera de la temperatura, es aconsejable realizar algún otro ensayo en terreno que permita corroborar que la resistencia real estimada por madurez efectivamente está siendo lograda.
- La relación “Madurez-Resistencia” debe validarse continuamente a lo largo del proyecto y en particular deberá re-calibrarse si variaciones en los materiales constituyentes (fuente o granulometría de los áridos, por ejemplo) lo demuestran necesario.
- Controlar la correlación madurez – resistencia, lo que se recomienda realizar mediante el ensayo de tres probetas extras en un control normal de 7 y 28 días, colocando sensor a 1 de ellas y ensayando las otras 2 probetas a una madurez cercana a la utilizada en el procedimiento de obra para ver si la resistencia de esta se encuentra dentro del rango ±10% con respecto a la curva previamente definida. Este control debiera ser cada 2 meses o eventualmente si la curva de ganancia de madurez dentro de las primeras 48 horas de en sensores contiguos, muestra variaciones importantes que no se puedan explicar por un factor de temperatura ambiental.
- Por lo visto antes, el método de madurez parece presentar las mejores posibilidades de implementación en obra, cuidando de que se cumplan las caracterizaciones previas y propias para cada tipo en específico de hormigón y, además, considerando complementar sus resultados con algún otro ensayo directo en terreno. Actualmente se está estudiando una norma nacional para la implementar este ensayo.
Finalmente, respecto del método de madurez, cabe enunciar algunas características de su aplicación en Chile:
- Este procedimiento se usa para determinar resistencias tempranas, como por ejemplo, para definir el momento de tensado en losas.
- Requiere de un curado adecuado.
- Tiene algo más de 30 años de uso en el país, en diversas obras, como la Central Antuco y dovelas de viaducto del Metro de Santiago línea 4.
- Se entiende confiable en hormigones premezclados, ya que los factores del hormigón que más influencian la madurez son el cemento y la razón agua-cementantes, y ambos resultan ser bastante estables, en general, en hormigones industriales.
Para verificar la estabilidad y controlar la predicción hecha por el método se recomienda realizar ensayos ocasionales para determinar la resistencia que se logra en una determinada madurez y ésta no debe apartarse más o menos un 10% de la resistencia esperada con la curva original.
Referencias: - ACI 228.1R-03. In-Place Methods to Estimate Concrete Strength.
- ACI 228.2R-13. Report on Nondestructive Test Methods for Evaluation of Concrete in Structures.
- NCh1171/1-2012. Hormigón – Testigos de hormigón endurecido – Parte 1: Extracción y ensayo.
- NCh1171/2-2001. Hormigón – Testigos de hormigón endurecido – Parte 2: Evaluación de resultados de resistencia mecánica.
- NCh1565-2009. Hormigón – Determinación del Indice Esclerométrico.
- ASTM C597-09. Standard Test Method for Pulse Velocity Through Concrete
- ASTM C803/C803M-03. Standard Test Method for Penetration Resistance of Hardened Concrete.
- ASTM C805/C805M-08. Standard Test Method for Rebound Number of Hardened Concrete.
- ASTM C873 / C873M-15. Standard Test Method for Compressive Strength of Concrete Cylinders Cast in Place in Cylindrical Molds.
- ASTM C900-06. Standard Test Method for Pullout Strength of Hardened Concrete.
- ASTM C1074-11. Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method.
- ASTM C1150-96. Standard Test Method for the Break-Off Number of Concrete. Discontinuado en 2002.
