Actualmente se utilizan concretos con una resistencia a compresión que excede 700 kg/cm² en estructuras que van desde edificios de gran altura hasta plataformas de perforación cerca de las costas. Sin embargo, se dispone de datos limitados sobre la relación entre las resistencias de los cilindros de prueba y de los corazones tomados del concreto de alta resistencia en la obra.

Ya que estas estructuras pueden estar fuertemente reforzadas, puede ser difícil obtener corazones con la misma proporción dimensional (longitud del corazón dividido entre el diámetro del mismo) que los cilindros. La relación entre la proporción dimensional y la resistencia a la compresión para el concreto de resistencia normal, está bien establecida. Pero, ¿se aplica esta relación al concreto de alta resistencia? Los siguientes resultados derivados de las pruebas, durante cinco años, del concreto de alta resistencia, ayudan a contestar esta pregunta.

Proporciones de Mezcla y Datos de la Resistencia del Cilindro

La figura 1 muestra el desarrollo de las resistencias de los cilindros de cinco concretos de alta resistencia disponibles comercialmente, continuamente curado en húmedo durante cinco años. El cuadro de mezclas de concreto da las proporciones de la mezcla para los cinco concretos.

Resultados de la resistencia de corazones.

Cuando se hicieron los cilindros, se coló un cubo aislado de 1.20 m de cada concreto para simular los efectos térmicos del concreto en una columna.¹ Después de cinco años, se sacaron corazones de 10 y 6.3 cm de diámetro, y se cortaron a varias longitudes, para obtener información acerca del efecto de la proporción dimensional sobre la resistencia.

Los corazones se secaron al aire durante al menos 7 días para alcanzar el equilibrio de humedad. Bartlett y MacGregor demostraron que la resistencia del concreto en el lugar se aproxima mucho más a la resistencia media de los corazones sellados inmediatamente después que la humedad de la superficie por el barrenado se ha evaporado. Sin embargo, es difícil replicar esta condición consistentemente y la variabilidad de la resistencia de corazones es más alta que para otras condiciones de humedad. Así pues, ellos recomendaron probar corazones en una condición de secado al aire o remojado y corregir el sesgo causado por la condición de humedad.² Puesto que estas condiciones de humedad realmente son pequeñas, optamos por no hacerlas. Las figuras 2-6 muestran las resistencias a compresión no corregidas de los corazones secados al aire, tomados de los cubos de concreto.

Resultados de los corazones de 10 cm de diámetro.

Los corazones de 10 cm de diámetro tenían proporciones dimensionales que variaban de 1.0 a 2.0. Aunque existe alguna dispersión de los datos, parece que dentro de este intervalo, la proporción dimensional no tenía ningún efecto sobre la resistencia medida. Para especímenes de concreto de resistencia normal, con una proporción dimensional menor que aproximadamente 2.0, la resistencia generalmente se incrementa al disminuir la proporción dimensional. Esto se atribuye al confinamiento causado por la fricción entre las platinas de la máquina de pruebas y los extremos de los especímenes, mientras el espécimen se expande lateralmente. Sin embargo, para concreto de alta resistencia, ocurre poca expansión lateral hasta que es inminente la falla. Así pues, podría esperarse que la proporción dimensional tuviera menos efecto sobre la resistencia medida.

Resultado de loscorazones de 6.3 cm de diámetro.

La figura 4b muestra datos de la resistenica a compresión para corazones de 6.3 cm de diámetro tomados del concreto de la Mezcla 3. Estos corazones con un diámetro más pequeño y con proporciones dimensionales entre 1.0 y 2.0, tampoco muestran ningún efecto de la proporción dimensional sobre la resistencia medida. Sin embargo, los datos están mucho más ampliamente esparcidos que para los corazones más grandes. Datos más limitados para corazones de 6.3 cm de diámetro que tienen proporciones dimensionales menores de 1.0 muestran que la resistencia se incrementa al disminuir la proporción dimensional. Sin embargo, los datos para estos especímenes están todavía más ampliamente esparcidos. Esto indica una sensibilidad a las menores variaciones en la geometría del corazón que podrían ser difíciles de medir o controlar.

Tanigawa y Yamada³ sugieren otra razón para especímenes más pequeños que exhiben una variabilidad incrementada en la resistencia. Ellos descubrieron que el tamaño del espécimen tenía poco efecto sobre la resistencia a la compresión si el diámetro del espécimen era al menos ocho veces el tamaño máximo del agregado. Puesto que el tamaño máximo del agregado para los concretos de alta resistencia empleados en nuestras pruebas fue de 1/2 pulgada, los corazones de 10 cm de diámetro cumplieron con este criterio, pero los corazones de 6.3 cm de diámetro no.

Comparaciones de corazón-cilindros

En una obra real, se utilizan corazones para confirmar que el concreto es estructuralmente adecuado. Si los corazones se sacan debido a que las pruebas de cilindro estándar suscitan dudas acerca de la resistencia del concreto en la obra, el concreto en una área representada por pruebas de corazones es considerada estructuralmente adecuada si:

• El promedio de los tres corazones es igual, por lo menos, al 85 % del f ‘_c y
• Ningún corazón individual es menor que 75 % del f ‘_c.⁴

La resistencia de diseño f ‘_c sirve como base para la comparación con la resistencia de los corazones. Para el concreto de resistencia normal, la regla del 75% / 85% se considera realista debido a las diferencias en el tamaño del espécimen, las condiciones para obtener las muestras, edad, condiciones de humedad (corazones secos vs. húmedos) y procedimientos de curado.⁴

Las resistencias de los corazones varían con las condiciones de colado y curado. En contraste, las pruebas de cilindro estándar requieren condiciones específicas de almacenamiento y curado. Así pues, las resistencias de los corazones no tienen una relación consistente con las resistencias de cilindro estándar para las pruebas hechas del mismo concreto.⁵

Aunque no se designaron resistencias de diseño para las cinco mezclas de alta resistencia en este estudio, estaban disponibles los resultados de prueba del cilindro acompañante que se muestran en la figura 1. Los cilindros de curado húmedo acompañantes representan la resistencia obtenible del concreto en una estructura; los corazones representan la resistencia aparente del concreto en el lugar. La comparación de las resistencias de los corazones con las resistencias de los cilindros acompañantes probados a la misma edad, ayuda a establecer de qué manera una resistencia se ve afectada por el barrenado de corazones. Las pruebas de los corazones de 10 cm de diámetro con proporciones dimensionales de entre 1.0 y 2.0 confirman que estos corazones pueden proporcionar una estimación conservadora de la resistencia en el lugar para concreto de alta resistencia. Las comparaciones con las resistencias de los cilindros acompañantes también confirman que es razonable aplicar el criterio de 85 % empleado para evaluar el concreto de resistencia normal.

Conclusiones y recomendaciones

• Cuando la proporción dimensional se encuentra entre 1.0 y 2.0, la resistencia del corazón del concreto de alta resistencia no se ve afectada por su proporción dimensional.
• En estas pruebas, las resistencias medidas de todos los corazones que tenían proporciones dimensionales mayores que 1.0 fueron menores que aquellas de los cilindros comparables curados en húmedo.
• Para proporciones dimensionales por debajo de 1.0, la resistencia del corazón se incrementa notablemente al decrecer la proporción dimensional, pero parece ser muy sensible a las pequeñas variaciones en la geometría del espécimen. Las resistencias del concreto en el lugar no deben ser estimadas con base en los datos de corazones que tienen proporciones dimensionales menores de 1.0.
• Las resistencias medidas de los corazones pequeños son mucho más variables que aquellas de los corazones más grandes.
• Debido a que las resistencias de los corazones pequeños son altamente variables, la evaluación de la resistencia en el sitio, del concreto de alta resistencia debe basarse en corazones con un diámetro de al menos 10 cm u ocho veces el tamaño máximo del agregado. La proporción dimensional debe estar entre 1.0 y 2.0.
• Debido a que los errores en el muestreo en la prueba de los corazones de concreto de alta resistencia tienden a sesgar los datos hacia abajo, es útil considerar la gama completa de los datos de resistencia, y no sólamente la resistencia media. También puede ser deseable sacar más corazones al tomar las muestras de miembros de concreto de alta resistencia para obtener una mejor estimación de la resistencia en el lugar.

Referencias

1. R Burg and B. Öst, "Engineering Properties of .Commercially Available High-Strength Concretes (Including Three-Year Data)", Research and Develpment Bulletin RD 104, Portland Cement Association, Skokie, Ill., 1994.
2. F.Bartlett t Mac Gregor, "Cores from High-Performance Beams",ACI Materials Journal, noviembre-diciembre de 1994, pp. 567-576.
3. Y. Tanigawa y K. Yamada, "Size Effect in Compressive Strength of Concrete", Cement and Concrete Research, marzo de 1978, pp. 181-190.
4. ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete, ACI 318-95, American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 1995, p. 52.
5. E. Goeb, "Interpreting Core Test Results", Concrete Products, mayo de 1996, p. 86.

Reconocimiento

Una versión más amplia de este artículo apareció por primera vez en el número de julio de 1996 de Concrete Technology Today, publicado por la Asociación de Cemento Portland. (PCA). La investigación fue realizada por Construction Technology Laboratories Inc. con el patrocinio de Mobile Research and Development y PCA. El contenido de este artículo refleja los puntos de vista de los autores, quienes son responsables de los hechos y exactitud de los datos presentados. El contenido no refleja necesariamente los puntos de vista de los patrocinadores.

Este artículo fue publicado en Concrete Construction y se reproduce con la autorización de The Aberdeen Group.