RESUMEN:
El concreto como uno de los materiales más utilizados en la industria de la construcción, tiene un comportamiento ideal que permite la elaboración de elementos estructurales en las obras, mediante el vaciado del concreto directo o indirecto. Al final esta construcción busca que dichos elementos cumplan con parámetros de calidad que van más allá de la obtención de una resistencia del concreto
*Artículo cortesía de Alejandro Moreno – Consultor Técnico en Concretos & Materiales – ACI Concrete Field Testing Technician Grade I.
Si lo miramos en términos estructurales, los elementos construidos con concreto, son el soporte estructural del edificio, y las resistencias que tengan al final estos elementos son los parámetros de evaluación, que llevarán a la obra a continuar creciendo, pues se da por entendido que la resistencia estructural está garantizada.
Los concretos producidos industrialmente en una planta nos permiten controlar muchas variables del proceso, lo cual es un valor agregado que da un grado de confiabilidad sobre el producto y sus especificaciones.
Debemos tener claro que desde el inicio del vaciado, manejo y toma de muestras del concreto, los procesos de control de calidad que efectúe la obra son vitales, y de ellos depende el resultado final, que se verá reflejado en los datos de resistencia a la edad especificada del concreto entregado en la obra.
En muchas oportunidades la decisión de realizar ensayos destructivos o no destructivos, puede ser el resultado de una toma de muestra inicial que puede no estar alineada a la normatividad correspondiente que garantiza que su aplicación adecuada, llevará a un buen resultado.
Existen recursos que podemos utilizar cuando los resultados no son satisfactorios, provocando incertidumbre sobre la capacidad estructural de la construcción, y que llevan a tomar decisiones sobre qué hacer.
Partamos de los siguientes principios:
¿Cumplimos un requisito que tiene que ver con la toma, elaboración y número de especímenes que nos permitan evaluar progresivamente la evolución de la resistencia del concreto en la obra?
¿Proveemos un proceso adecuado de conservación de las muestras durante su periodo de almacenamiento y curado?
Sabiendo esto, debemos entender que las muestras son la base para el evaluación del concreto en la obra. Si alguna de estas condiciones está por fuera de los requisitos, es un aspecto que se debería revisar.
La resistencia del concreto es un parámetro revisado permanentemente en las obras, porque este indicador de calidad nos permite que la obra avance. Cuando se presentan datos que hacen dudar sobre la calidad del concreto que ha sido vaciado en un elemento, debemos recurrir a la trazabilidad de los resultados.
Una buena alternativa es contar con el proveedor del concreto, ya que estos procesos son controlados continuamente. Dentro de estos controles, los factores estadísticos establecidos por la ley, permiten que el proveedor del concreto suministre datos de sus resultados. Con ellos se pueden cotejar los resultados obtenidos en la obra.
Si definitivamente los resultados no son satisfactorios y nace la duda sobre la capacidad estructural de la construcción, será necesario revisar alternativas existentes que permitirán despejar más puntualmente estas dudas técnicas.
En Colombia La Norma Colombiana de Construcción Sismo Resistente NSR-10, presenta alternativas que permiten evaluar los resultados que tengan resistencias bajas. Inicialmente podemos aplicar los ensayos de laboratorio de tipo no destructivo y con base en los resultados obtenidos luego de estas pruebas, la alternativa siguiente se basa en la toma de ensayos de tipo destructivo.
Básicamente tenemos que ensayos como martillos de rebote (esclerómetro), y velocidad del pulso ultrasónico, pueden ser útiles para verificar los niveles de resistencia que puede tener ese elemento en específico, y son de tipo no destructivo. En la actualidad pueden existir otros métodos, sin embargo estas son dos de las más utilizadas actualmente.
Alternativas de ensayos no destructivos
Martillo de rebote (esclerómetro)
Dentro de los utilizados en nuestro país, se encuentra como alternativa, el ensayo de martillo de rebote o conocido más fácilmente como esclerómetro. Este equipo mide la resistencia superficial del concreto.
Consiste en un equipo que internamente tiene un resorte que, mediante un golpe sobre el concreto, expresa una cifra numérica que puede ser comparada con datos físicos reales de cilindros sometidos a la compresión, siempre y cuando estos sean representativos del elemento en duda.
La superficie de ensayo debe estar libre de cualquier abolladura, deformación o rugosidad, que pueda impedir la buena ubicación del émbolo del equipo de ensayo sobre la superficie. Se debe tomar el número de lecturas adecuado que garantice los datos suficientes para un buen cálculo matemático.
Algunas condiciones de incertidumbre cubren este método de ensayo, ya que poros internos en la masa del concreto, golpes del martillo sobre acero o agregado grueso, pueden alterar la medida expresada por el equipo. La posición sobre la cual se realice el ensayo también es una variable que afecta el resultado. Es necesario que se tenga en cuenta esta condición, si los resultados son utilizados para la aceptación del concreto.
Generalmente en el equipo de ensayo existe una escala gráfica. La misma es una guía y debe ser tomada de igual forma; es un estimado de lo que podría llegar a tener el concreto en resistencia. Sin embargo, los cálculos finales serán los válidos en términos de análisis, aceptación o rechazo del ensayo.
Manifestaciones prematuras sobre el número del rebote obtenido, son solo conjeturas que no están claramente comprobadas, ya que esta escala gráfica es realizada bajo condiciones controladas, y con materiales homologados.
Velocidad del pulso ultrasónico
Metodología que permite evaluar el concreto en duda mediante el paso de un pulso ultrasónico, sobre una longitud, en un tiempo determinado. La velocidad con la que el pulso ultrasónico viaje dentro del concreto, nos permite pronosticar una resistencia. Algunos factores como la densidad del concreto, pueden modificar los tiempos de desplazamiento del pulso ultrasónico.
Este ensayo no solamente mide la calidad del concreto en términos de resistencia, también mide la calidad del vaciado del concreto, la homogeneidad del mismo, y en algunos casos nos permite determinar la profundidad de la fisuras.
Para este ensayo el elemento debe tener condiciones adecuadas que permitan la aplicación de este método. Básicamente una superficie plana, sin rugosidades o protuberancias que puedan impedir la plena ubicación de los palpadores sobre la superficie del concreto. Esto permite la emisión correcta de la señal del pulso ultrasónico. Los palpadores se deben aislar antes de proporcionar la señal.
Este equipo entrega datos en microsegundos, lo que no permite determinar en sitio, la resistencia. Por lo tanto, cualquier observación sobre el dato que afirme algún tipo de nivel de resistencia no tiene algún grado de certeza.
Alternativas de ensayo destructivos
Núcleos de concreto
Es la posibilidad más cercana a la realidad cuando de evaluar problemas de resistencia se trata. En el capítulo C 5 de la NSR-10 (C.5.6.5), se menciona como posibilidad cuando existen dudas que pueden derivar en incertidumbre sobre la capacidad estructural de la construcción.
De hecho es la primera opción que nos brinda el código, cuando se presentan problemas de esta índole. Este proceso nos ofrece certeza en el mejor término de la palabra, sobre la resistencia real que puede tener un elemento en duda que estemos analizando.
Cuando se toma esta alternativa debemos entender inicialmente que los núcleos que se tomen, no tendrán resistencias iguales a la expresada teóricamente, para el concreto que inicialmente fue vaciado en los elementos estructurales. Los métodos de curado, tamaños de la muestra y condiciones de obtención de las mismas, afectan directamente los resultados.
Si se tienen dudas y esta es la última opción, se toman núcleos de concreto, de los elementos en duda, teniendo en cuenta que si el concreto fue utilizado en varios elementos estructurales, podemos dividir la toma de los núcleos en los elementos que considere la obra. Esto será representativo.
Los núcleos no deberían tomarse hasta tanto el concreto no haya endurecido totalmente, permitiéndonos obtener una muestra que no afecte el entrebamiento entre el mortero y el agregado grueso. Usualmente 14 días, es el límite mínimo que se debería contemplar para la extracción.
El número de núcleos a tomar es tres, y estos deben representar fielmente al concreto en duda. Desde el momento de la extracción se deben tener los cuidados necesarios para la misma: Se debe contar con personal profesional en estos temas, ya que desde ahí la prueba tendrá menos condiciones que puedan afectar el resultado final.
Los diámetros de estos especímenes usualmente deben estar por encima de 75 mm; o que su diámetro sea mínimo tres veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso utilizado en el concreto. La longitud corresponde a dos veces el diámetro del núcleo.
Debemos decir que la longitud siempre debe estar ajustada a la medida del diámetro, sin embargo alturas inferiores a 100 mm, pueden no ser recomendables, ya que al momento del ensayo el núcleo puede fallar por aplastamiento y no por compresión.
Un diámetro inferior a 75 mm, significa un espécimen estructuralmente débil frente a una máquina de ensayo de las dimensiones actuales. Estas máquinas generalmente tienen una carga máxima de 1.000 kN, y su operación normal lleva a que tenga una precarga equivalente al 10 % de la carga máxima. Este es un factor a tener en cuenta pues con la sola precarga se puede estar fallando el núcleo, y seguramente puede ser un dato no muy acertado.
Experiencia en la materia permite afirmar que generalmente un núcleo puede estar soportando cargas de ensayo cercanas a los 115 kN, antes de romperse. Si miramos la precarga de una máquina según su carga máxima, podríamos decir que el núcleo falló prematuramente, con lo cual no se cumpliría el requerimiento de soporte de carga en un tiempo determinado por parte del espécimen.
Oriente al profesional que efectúe la extracción sobre las características en cuanto al acero presente en la estructura, ya que núcleos con presencia de acero en su conformación, no deben ser ensayados. Si lo vemos con una mirada crítica, el elemento en duda por resistencia, no puede ser afectado adicionalmente cortando el acero del mismo.
Luego de la extracción del núcleo, el mismo debe ser introducido en una bolsa hermética, que no permita alteraciones de ningún tipo. Debe ser llevado al laboratorio y almacenado en las mismas condiciones que estará el elemento estructural en duda. Deben estar a temperatura ambiente, no hay que suministrarle ningún tipo de curado ya que estas condiciones pueden afectar el resultado final. Cuando el elemento en duda vaya a estar sometido a condiciones de humedad permanente, el núcleo se mantiene a temperatura ambiente, y antes del ensayo, se sumerge en agua con cal por lo menos durante 40 horas.
Cuando se toma la alternativa de utilizar este tipo de metodología para solucionar dudas de resistencia en una obra, el tratamiento que se dé a esta muestra es importante en términos generales. Luego de la extracción cortar el núcleo a la longitud requerida es una actividad que requiere toda la atención posible para no alterar el espécimen por este proceso.
Preparar la muestra para el ensayo en este caso de compresión, significa colocar una película de recubrimiento sobre las caras del núcleo, que deje perfecta el área de exposición del esfuerzo que aplicara la máquina de ensayo. El recubrimiento es un mortero no adherido o en muchos casos azufre, que puede llegar a tener la resistencia adecuada para el ensayo. Este proceso es conocido como capinado. Se debe tener en cuenta que luego de colocar esta película, el ensayo se debe realizar después de mínimo una hora. Sobra decir que la máquina de ensayo debe garantizar una velocidad constante al espécimen, en un tiempo determinado, la ruptura no debe ser inmediata y la velocidad de ensayo depende del área transversal del espécimen.
Los resultados finales son calculados con base en factores de corrección del espécimen que son conocidos como factores de esbeltez. Estos dependen básicamente de la longitud con la cual quedaron luego del corte y capinado.
Dichos resultados son evaluados bajo dos principios básicos que cita la NSR-10:
El promedio de los tres núcleos tomados del elemento o concreto representativo en duda tengan el 85 % de la resistencia teórica, como mínimo.
Que la resistencia individual de cada uno de los núcleos, sea como mínimo el 75% de la resistencia teórica.
Estos dos son requisitos obligatorios para la aceptación del concreto en duda ya depende de la obra y la persona responsable tomar la decisión que deje satisfacción en términos técnicos sobre la capacidad estructural del edificio. Generalmente la responsabilidad de estos parámetros depende en gran medida del diseñador estructural de la obra.
Aspectos técnicos finales
Cuando se realicen ensayos de esclerómetro o pulso ultrasónico, debemos tener en cuenta que la realización de los ensayos sobre los elementos en duda, son la base del estudio.
Como se trata de un ensayo comparativo que no mide características cuantitativas, debemos también realizar el ensayo en elementos que denominamos testigos, y que son la base fundamental de la comparación frente a los resultados obtenidos de los elementos en duda.
Los elementos que se escojan como testigos, deben ser idénticos a los elementos en duda, adicionalmente deben existir especímenes que puedan ser ensayados, ya que con estos datos se puede comparar y presentar un informe para la correspondiente evaluación por parte de la obra.
En cuanto a los núcleos, se pueden presentar situaciones en las cuales el resultado de los mismos, no es satisfactorio, y se podría realizar nuevamente la extracción de nuevos especímenes, los cuales llevarían el mismo proceso mencionado con anterioridad.
Una alternativa final que menciona en la NSR-10, capítulo 20 es que si persisten las dudas, se efectúen pruebas de carga con base en los criterios establecidos en él.
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Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.
“Los concretos producidos industrialmente en una planta nos permiten controlar muchas variables del proceso, lo cual es un valor agregado que da un grado de confiabilidad sobre el producto y sus especificaciones”.
CONCLUSIÓN
Nunca trabaje con supuestos, ya que no se podría asegurar la fidelidad de un estudio de este tipo, y con este nivel de importancia. Recordemos que de estos análisis depende la decisión que se tome en el frente de obra.
Recuerde que el manejo y control de calidad que de inicialmente al concreto en su obra, es el resultado que vera impreso en los resultados del concreto. La resistencia siempre será un factor vital que se puede ver afectada por cualquier circunstancia.
Mantenga un comunicación abierta y constante con su proveedor, esto podrá mejorar los resultados obtenidos en la obra, y seguramente la necesidad de este tipo de pruebas no será necesaria.
