Un caso en discusión es una obra pública recientemente construida, localizada en el área metropolitana de Nueva York, con cientos de miles de metros cuadrados de losas de concreto de peso normal (10,000 m³) y peso ligero (5,000 m³). Durante la colocación de las losas de concreto para este proyecto, se informó que el subcontratista del concreto estaba agregando agua a la mezcla, especialmente en los días calurosos de verano. El subcontratista se quejaba de que la dosificación de agua dada no era suficiente para obtener la trabajabilidad del concreto apropiada, la historia típica que siempre se oye.

Se presentaron frecuentes resultados de pruebas de cilindros de concreto durante la construcción. El contratista general y el representante del propietario aseguraban que el subcontratista de concreto estaba fuera de control. Todas las partes interesadas estaban extremadamente frustradas, ya que los resultados de pruebas de cilindros de concreto para el proyecto mostraban una baja resistencia del concreto en un gran número de pruebas. Algunos de los resultados de pruebas a 28 días estuvieron 30 % por debajo de la resistencia requerida especificada.

El equipo de construcción intentó corregir la situación de varias maneras. Se diseñaron y emplearon varias mezclas de concreto alternas, generalmente con un mayor contenido de cemento. Se implementaron las así llamadas medidas de control de calidad, tales como cilindros de acompañamiento y cilindros curados en el campo. Sin embargo, los resultados de las pruebas de cilindros de concreto continuaron mostrando bajas resistencias. Estaba en riesgo la aceptación, por parte del propietario, de las losas de concreto ya colocadas en obra, y se estaba discutiendo la demolición de grandes áreas de losas con base únicamente en los bajos resultados de los cilindros.

En esta coyuntura, nuestra firma fue llamada para evaluar de manera independiente las losas de concreto, por medio de estudios de campo y de oficina que incluían pruebas de campo destructivas y no destructivas con métodos estándares. Se realizaron análisis petrográficos y químicos de las muestras de corazones de concreto. Nuestro programa de investigación y pruebas determinó que el concreto colocado en la obra en cuestión era efectivamente aceptable, y que había cumplido con las especificaciones del proyecto.

Nosotros determinamos inclusive que los informes de prueba de los cilindros de concreto que habían sido aceptados por el equipo de construcción no cumplían efectivamente con el procedimiento estándar para evaluar los resultados de la prueba. Parecía que los equipos de diseño y construcción de este proyecto ignoraban los procedimientos prescritos dados en ACI 214-89, "Práctica Recomendada para la Evaluación de los Resultados de Pruebas de Resistencia del Concreto", que debe emplearse para evaluar las variaciones de las pruebas de laboratorio. Para determinar la validez de las pruebas, se calcularon las variaciones totales de acuerdo con ACI 214, en donde el coeficiente de variación dentro de la prueba es una función de la gama de aproximadamente 10 pruebas de cilindro divididos entre la resistencia promedio de las mismas 10 pruebas de cilindros.

De acuerdo con ACI 214, el rendimiento funcional del laboratorio individual puede juzgarse claramente por lo que se conoce como el "coeficiente de variación dentro de la prueba," como sigue:

Coeficiente de variación dentro Tipo de control de la prueba, en porcentaje laboratorio

Por debajo de 3.0 Excelente

3.0 a 4.0 Muy bueno

4.0 a 5.0 Bueno

5.0 a 6.0 Regular

Por encima de 6.0 Pobre

Cuando el coeficiente de variación del laboratorio es menor a 4.0 por ciento, se puede concluir que el laboratorio de pruebas tiene un muy buen control de calidad de sus procedimientos de prueba. Cuando el coeficiente de variación excede 5.0 por ciento –lo que es "regular" o "pobre"– se impone una revisión detallada del laboratorio de pruebas.

Nuestro análisis de los resultados de prueba llegaron a la conclusión de que el coeficiente de variación total para las pruebas de cilindros de concreto dentro de la prueba, de las losas del piso de este proyecto, era de aproximadamente 13.0 por cientolo que indica un control totalmente inadecuado del laboratorio.

Nosotros estudiamos los datos de prueba de cilindros del laboratorio correspondientes a cada una de las 141 pruebas para el proyecto. Se habían realizado análisis de frecuencia de distribución para las diversas pruebas. La forma gráfica típica de tal análisis, usando software para análisis del concreto, se muestra en la figura 1. La curva de frecuencia de distribución está muy extendida o plana, indicando que solamente unas cuantas pruebas de resistencia están localizadas en la vecindad del promedio (26.4 MPa). El alto valor de la desviación estándar –57.6– es una de las razones por la cual la curva es tan plana. Los cuadros 1a y 1b resumen los datos para la curva.

El cuadro 2 es el resumen de resistencia estadístico de los resultados de prueba tabulados a partir de una hoja de cálculo estándar. Los datos de prueba de cilindros de laboratorio mostraron que cuando se hacían dos o más cilindros para la prueba promedio a 28 días, la gama (designada "R" en el cuadro 3) entre los valores alto y bajo de la resistencia probada, en muchos casos se excedía en 10.5 MPa, y en algunos casos fue de hasta 17 MPa. Normalmente, se espera que la gama esté en la vecindad de 3 MPa o menos. Los valores "R" encontrados muestran una diferencia extremadamente alta entre cilindros relacionados colados a partir de la misma dosificación del concreto. Los valores altos de "R" corresponden al alto coeficiente de variación total dentro de la prueba, encontrado en nuestro estudio.

Otra anomalía que notamos fue la resistencia a compresión a siete días contra la resistencia a compresión a 28 días. Aproximadamente 10 por ciento de las muestras probadas tenían resistencias más altas a siete días que sus cilindros compañeros a 28 días. Habitualmente se espera que la resistencia a siete días esté dentro de 70 a 80 por ciento de la resistencia a 28 días. Esta irregularidad debería haber alertado inmediatamente al equipo de construcción, de que podría haber algunos defectos en el procedimiento de prueba en el campo y su control.

Los informes erróneos de baja resistencia de las pruebas de cilindros de concreto pueden ser el resultado de procedimientos de pruebas de cilindro subestándar, tales como muestreo y procedimientos de moldeado en el campo inapropiados, falta del manejo apropiado y curado de los cilindros antes de llegar al laboratorio, técnicas inadecuadas de pruebas de laboratorio, y vibraciones accidentales de las muestras fraguadas pero todavía no curadas.

Específicamente, las causas frecuentes de los bajos resultados en pruebas de concreto incluyen:

. Falla en la colocación del concreto en los moldes en tres coladas y compactación insuficiente de los especímenes. Puesto que, comúnmente no es normal una fractura de cono del espécimen en compresión, otros tipos de fractura indicarían compactación inapropiada y/o manejo inapropiado del espécimen antes de la prueba.

. Uso de moldes flexibles que permiten bases no planas. Estos son habitualmente moldes de un solo uso que no satisfacen ASTM C 470.

. Retraso al llevar los especímenes al laboratorio. Mientras más largos son los períodos de curado continuo en aire seco, menor es la resistencia resultante a la hora de la prueba. Es importante llevar estos especímenes al laboratorio y en el proceso de curado húmedo en las primeras 24 a 32 horas después de la colocación del concreto, tal como se especifica en ASTM.

. El cabeceo inapropiado de los especímenes y/o la preparación de los extremos de los especímenes hará que ocurran reducciones en la resistencia. Los extremos de los especímenes deben ser cortados con sierra dondequiera que haya pérdida de agregado a lo largo del perímetro.

. Empleo de cilindros curados en el campo en vez de cilindros curados en el laboratorio. Debe evitarse esta práctica. Comúnmente los especímenes curados en el campo darán resistencias más bajas hasta en un 20 por ciento.

Por las discusiones con el personal de control de calidad del concreto en el sitio de la obra durante nuestra investigación de campo, supimos que varios cilindros de concreto habían sido curados en el campo. El laboratorio de pruebas supuso incorrectamente que eran los más representativos de las losas de concreto colocadas en la obra. Esto estaba en contradicción con ACI 318-89, Sección 5.6.2, que recomienda específicamente "especímenes curados en el laboratorio". Además, las muestras de cilindros que eran normalmente transportadas al laboratorio en camiones de plataformas planas no estaban aseguradas, y tenían libertad de rodar y vibrar.

El exceso de agua mencionado que había introducido en la mezcla el subcontratista de concreto, aparentemente se requería para lograr una mezcla de concreto trabajable. Los análisis petrográficos mostraron que el agua agregada no representaba un daño real. En general, la mezcla de diseño del concreto "tal cual era hecha," cumplía con los requisitos ASTM C 33 y ASTM C 330, pero tenía granulometría deficiente de los tamaños intermedios del agregado, en las graduaciones combinadas entre la malla núm. 8 y la de 3/8 de pulgada. La granulometría con esa deficiencia dió como resultado una mezcla con exceso de arena que, a su vez, requirió una mayor cantidad de cemento y agua, si se compara con lo que requiere una mezcla con agregados de tamaños mejor graduados. Con las mezclas de granulometría apropiada, los agregados de tamaños intermedios llenan los espacios vacíos entre los agregados grandes y la arena, y por lo tanto, requieren de menores cantidades de cemento y agua en la pasta de concreto. Este no fue el caso que nosotros encontramos.

Nuestros resultados, que estuvieron basados en el análisis petrográfico y pruebas de compresión en corazones acopladas con mediciones de campo no destructivas, confirmaron un concreto sano. Subsecuentemente, nuestras recomendaciones fueron aceptadas por el equipo de construcción y finalmente las losas de concreto en la obra fueron aceptadas por los propietarios.

Cuadro 1a. Resumen de estadísticas

Número de pruebas 141

Mínimo 2,263

Máximo 6,387

Promedio 3,830

Desviación estándar 820

Media 3,750

Intervalo 500

Cuadro 1b. Distribución de frecuencia

Gama Cuenta Porcentaje Porcentaje

Inferior Superior Acumulado

2,000 2,500 5 3.55 3.55

2,500 3,000 18 12.77 16.31

3,000 3,500 31 21.99 38.30

3,500 4,000 23 16.31 54.61

4,000 4,500 38 26.95 81.56

4,500 5,000 14 9.93 91.49

5,000 5,500 8 5.67 97.16

5,500 6,000 3 2.13 99.29

6,000 6,500 1 0.71 100.00

Cuadro 2. Resumen del informe de la prueba de concreto

Resistencia promedio en base a 141 pruebas 3830 psi (269 kg/cm² [26MPa])

El control es pobre

Coeficiente de variación total 21.6 %

Coeficiente de variación total dentro

de la prueba 13.6 %

El control es pobre

Probabilidad de que la resistencia caiga

por debajo de 281kg/cm² 59.5 %

Probabilidad de que la resistencia caiga

por debajo de 246 kg/cm² 35.6 %

Probabilidad de "promedio de 3" por debajo de 281 kg/cm² 66.3 %

Resistencia mínima recomendada por ACI 380 kg/cm²

Notas:

La desviación estándar es de 57.6 kg/cm² (5.7 MPa). Un valor deseado habría sido de 35 kg/cm² (3.5 MPa) o menor.

El coeficiente total de variación es muy alto (21.6 %)

El coeficiente de variación dentro de la prueba es también alto (13.6 %), indicando que el control es pobre.

Cuadro 3. Datos de entrada de cilindros de concreto para el análisis estadístico.

Inf. Fecha Mezcla Cemento Ceniza Cilindros

No. volante

41 08/23/90 705 680

41 08/23/90 705 681

41 08/23/90 705 682

41 08/23/90 705 683

41 08/23/90 705 684

41 08/23/90 705

41 08/23/90 705 685

41 08/23/90 705 686

41 08/23/90 705

42 08/28/90 R7 705 128

42 08/28/90 705 129

42 08/28/90 705 130

42 08/28/90 705 131

42 08/28/90 705 132

42 08/28/90 705 133

42 08/28/90 705 134

42 08/28/90 705 135

42 08/28/90 705 136

42 08/28/90 705 137

43 08/29/90 R10 705 140

43 08/29/90 705 141

43 08/29/90 705 142

43 08/29/90 705 143

43 08/29/90 705 144

43 08/29/90 705 145

43 08/29/90 705 146

43 08/29/90 705 147

43 08/29/90 705 148

44 08/30/90 R10 705 245

44 08/30/90 705 246

44 08/30/90 705 247

44 08/30/90 705 248

44 08/30/90 705 249

44 08/30/90 705 250

44 08/30/90 705 251

44 08/30/90 705 252

45 09/05/90 R10 705 640

Revenimiento Aire Peso Temp. Temp. A B

concreto aire 7d. 28 d.

10 5.5 137 85 70 3,650 6,000

8.5 5 137 86 70 3,030 4,020

4.5 5.5 140 85 70 2,320 5,350

9 5 143 87 70 *4,930 4,740

9 5.5 140 87 70 3,320 4,770

9 5 137 87 70 4,040

10 4 140 86 70 2,760 3,890

8.5 5 143 87 70 2,920 4,060

10 5 143 86 70 4,330 4,250

9 7 122 70 89 3,540

7.5 7.5 125 80 89 *2,710 2,560

7.5 7 125 82 89 1,930 3,680

11 7 122 80 89

11 8 122 80 89 *3,110 2,360

9 8 122 82 89

11 7 120 85 89 2,770 2,900

10 5.5 120 85 89 2,360 3,780

10.5 5.5 125 85 89

8 5.5 125 85 89 2,380 2,740

9 6 122 65 78 *3,730 3,123

10 5.5 122 72 78

9 7.5 122 78 78 1,620 2,173

11 7 120 80 78 1,830 2,654

9.5 7.5 122 85 78 3,030 3,658

9.5 7 125 85 78 3,490 3,833

6 7 120 78 3,568

78

8.5 5.5 122 78 3,050 3,764

11 4 120 60 78 2,790 3,240

10.5 4.5 122 62 78 1,610 3,570

10.5 4 120 64 78 2,050 3,300

10.5 4 117 64 78 2,580 3,970

11 4 120 82 78 2,240 3,260

10 4 122 82 78 2,290 3,190

11 5.5 122 80 78 2,130 2,360

10.5 4.5 122 8578 *2,810 2,610

11 6 117 60 65 2,567 2,765

C D R X S1 2 Cil 1 Cil Vaciado Cil Obser-

28d. 28d. Gama prom recub prom máx conc conc vación

4,700 4,420 1,580 5,040 5,350 6,000 1 72 C

4,610 4,380 590 4,337 4,495 4,610

4,790 5,430 640 5,190 5,390 5,430

6,020 5,950 1,280 5,570 5,985 6,020

3,620 4,780 1,160 4,390 4,775 4,780

4,520 3,710 810 4,090 4,280 4,520

3,120 4,090 970 3,700 3,990 4,090

3,270 5,070 1,800 4,133 4,565 5,070

4,250 4,560 310 4,380 13.22 4,445 4,560

4,570 3,470 1,100 4,020 4,020 4,570 2 132 C

3,230 3,150 670 2,980 3,190 3,230

2,910 2,910 770 3,167 3,295 3,680

ERR ERR ERR ERR

2,790 2,750 430 2,633 2,770 2,790

ERR ERR ERR ERR

3,860 2,890 970 3,217 3,380 3,860

3,250 3,490 530 3,507 3,635 3,780

ERR ERR ERR ERR

2,890 2,900 160 2,843 2,895 2,900

3,738 3,126 615 3,329 ERR 3,432 3,738 3 276 C

ERR ERR ERR ERR

2,272 2,421 248 2,289 2,346 2,421

2,013 2,158 641 2,275 2,406 2,654

3,563 3,214 444 3,478 3,610 3,658

3,668 3,791 165 3,764 3,812 3,833

3,518 3,636 118 3,574 3,602 3,636

3,341 0 3,341 3,341 3,341

3,800 3,977 213 3,847 4,787 3,888 3,977

3,590 3,040 550 3,290 3,415 3,590 4 304

3,540 2,620 950 3,243 3,555 3,570/p>

2,950 2,260 1,040 2,837 3,125 3,300

3,770 3,990 220 3,910 3,980 3,990

2,690 3,350 660 3,100 3,305 3,350

<2,970 3,110 220 3,090 3,150 3,190

2,500 2,350 150 2,403 2,430 2,500

3,620 3,780 1,170 3,337 11.62 3,700 3,780

2,765 2,610 198 2,647 2,687 2,765 5 308 C

Esta tabla es una adaptación de una hoja típica de datos de entrada de cilindros de concreto para el análisis estadístico.

Note los valores altos de "R" "dentro de la prueba" en las pruebas a 28 días.

* Note que las pruebas a siete días son más altas que las pruebas a 28 días.