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Published on Monday, 01 June 2015 12:27
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Written by O. Aguirre y E. Vidaud.
La calidad del concreto en una estructura se determina indirectamente al
ensayar cilindros fabricados con el concreto usado en el colado de sitio.
Esto es bien aceptado por la industria en general; sin embargo, posibles
problemas en la calidad del concreto, podrían ser detectados muy tarde, por lo que la
resolución de éstos, podría tener un importante impacto económico.
En muchas ocasiones, los concretos son muestreados para ensaye a la compresión,
antes de que se hagan adiciones de agua, buscando mejoras en la trabajabilidad e incluso
en casos extremos, cuando los especímenes se preparan con mezclas “especiales”
buscando cumplir con las especificaciones de proyecto.
Estas situaciones inducen a que le tengamos que dar mayor importancia a la estimación
de la resistencia a la compresión, no de la mezcla que llega al sitio para el
colado de la estructura, sino del concreto endurecido, ya colado y fraguado en el sitio,
tanto a edades tempranas, como a cualquier edad que se considere pertinente. En otras
ocasiones se necesitan datos específicos de la resistencia del concreto ya puesto en la
estructura; por ejemplo, para el descimbrado a edades tempranas o para la aplicación
artificial y estratégica de cargas en elementos por medio de esfuerzos de pretensado.
En los últimos años, se han desarrollado varios métodos para estimar la resistencia
a la compresión directamente en la estructura. Todos estos métodos estiman y
califican la resistencia mediante el desarrollo de correlaciones entre los resultados
de ensayes en cilindros o cubos de concreto a compresión y los resultados de otras
pruebas, tales como la esclerometría y el ultrasonido. Estos métodos siguen teniendo
el gran inconveniente de que los resultados no son instantáneos y no aportan la
confiabilidad que se requiere.
En la búsqueda de alternativas más viables, hace 40 años en Dinamarca, se perfeccionó
la técnica “Pull-out”. Los resultados obtenidos con esta técnica establecen
una estrecha correlación con la resistencia a compresión del concreto sin que exista
influencia de parámetros tales como la relación agua-cementante, el tipo de agregado,
el estado de la superficie y la edad de la estructura, que son muy influyentes en la
prueba de esclerometría; o con la distribución del acero de refuerzo en la estructura,
que además de los otros parámetros, es muy influyente en la prueba de ultrasonido.
La prueba semidestructiva “Pull-out”, se puede utilizar en estructuras nuevas
como método de control de calidad del concreto colado o en estructuras viejas, para
determinar la resistencia a compresión, ocasionando un mínimo daño, en las
zonas de muestreo.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
En general, tal y como se aprecia en la figura 1, se trata de un disco de acero, con un
diámetro de 25 mm, que se instala a una profundidad de 25 mm, y que luego se extrae
concéntricamente, ejerciendo fuerza contra un anillo de 55 mm de diámetro, en
contrapresión, apoyándose en la superficie de la zona de estimación.
El concreto entre el disco y el anillo de contrapresión se encuentra sometido a
esfuerzos de compresión pura. En este caso se puede obtener la fuerza “F” requerida
para extraer el inserto, que es una medida asociada a la resistencia última a la
compresión del concreto. El ensayo se puede realizar entonces, ya sea para verificar
una carga requerida, caso en el cual la prueba no es destructiva, o para determinar la
carga máxima; la cual resulta en una pequeña falla cónica de aproximadamente
55 mm en la superficie (Fig. 2), y que como antes se comentó, es una medida asociada
a la capacidad máxima a la compresión del material.
La prueba “Pull-out” que se refiere en este escrito, a diferencia de las pruebas
tradicionales, se pueden llevar a cabo en estructuras nuevas o existentes, sin tener
que considerar la inclusión de insertos metálicos de prueba en la masa de concreto,
previo al colado del elemento.
Todos los detalles del instrumento, de los insertos metálicos, así como del
desarrollo de la prueba y de los procedimientos a seguir, se encuentran descritos
en la norma ASTM C-900 (Standard Test Method for Pullout Strength of Hardened
Concrete), en la norma europea EN 12504-3 (Testing concrete in structures.
Determination of pull-out force) y en la norma británica BS 1881:207 (Testing
concrete. Recommendations for the assessment of concrete strength by near-tosurface
tests); así como en el ACI 228.1R (In-Place Methods to Estimate Concrete
Strength).
EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS NUEVAS
En la prueba “Pull-out” tradicional, el inserto metálico para estructuras nuevas,
cuenta con diversos aditamentos dependiendo de su aplicación. En superficies verticales
o partes inferiores de elementos estructurales, el inserto metálico se fija a
la cimbra. Una vez que el inserto esté correctamente fijado a la cimbra, se cuela el
concreto. El tiempo de extracción dependerá de la edad en que se requiera conocer
la resistencia del concreto, pero en general, puede ser antes o después de retirar la
cimbra. Es común que se dejen 3 insertos en una misma zona, para llevar a cabo
la prueba a 3, 7 y 28 días.
En la figura 3 se muestra un inserto embebido en una estructura, al interior de
la masa de concreto endurecido. Es común que esta prueba se realice para evaluar
el tiempo de descimbrado en función de la madurez que vaya adquiriendo el concreto
(inserto de descimbrado temprano).
En el caso de las losas de concreto o de superficies horizontales, se usan los llamados
insertos “flotantes”, que se instalan en el concreto en estado fresco (Fig. 4).
En las figuras 5a y 5b se muestran secciones de los insertos (instalados) para
descimbrado temprano y “flotante”, respectivamente. Asimismo, en la fotografía que
se presenta en la figura 6, se muestran algunos de los aditamentos usados en el desarrollo
de la prueba de “Pull-out” tradicional.
EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS EXISTENTES
Una nueva técnica para llevar a cabo la prueba “Pull-out” en estructuras existentes, en
donde previamente no se ha dejado el inserto, se ha desarrollado en los últimos años.
Los detalles de la prueba también se especifican en la norma ASTM C-900, y para la
extracción y medición del esfuerzo al arrancamiento, se emplea la misma máquina
usada para insertos preinstalados.nEn general la prueba sigue la metodología que se
ilustra en la figura 7.
La aplicación correcta de la prueba “Pull-out” ofrece un sinnúmero de ventajas
al dueño de la obra, al contratista y en general a todo el equipo involucrado en la
construcción. En muchos proyectos de ingeniería, la prueba no solo resulta una
simple alternativa, sino que se ha convertido en una necesidad real, para el logro
de mejores construcciones y ahorro importante de recursos, sobre todo en lo que
respecta al control de la calidad del concreto y a los costos indirectos por el menor
tiempo de construcción.
Por otro lado, mediante la correcta planeación y utilización de la prueba
“Pull-out” en estructuras nuevas se logra evaluar la calidad del recubrimiento y
de los procedimientos de curado. Asimismo, es posible obtener con mayor rapidez
los niveles de resistencia a compresión, directamente en el sitio sin que se tengan
que hacer extracciones previas, hacer preparaciones y posteriormente ensayar las
muestras en laboratorio.
En todos los casos, tanto en estructuras nuevas como en existentes, la prueba
ofrece un resultado muy cercano al del concreto puesto en obra. En general, el resultado
que se obtiene ya considera la compactación y el vibrado, el curado, la relación
agua-cementante real y la madurez del concreto.
CALIBRACIÓN CON EL ENSAYE DE NÚCLEO
O DE CILINDROS
El mecanismo de falla del concreto en la prueba “Pull-out” es totalmente a compresión;
por lo que se pueden utilizar los resultados para evaluar la resistencia del
concreto a la compresión; sin embargo, resulta importante que adicionalmente,
los resultados que se obtengan, sean correlacionados con resultados de ensayes
en cilindros. De acuerdo a lo anterior, para verificar la efectividad de la prueba, se han generado en los últimos 40 años, un sinnúmero
de investigaciones en entidades gubernamentales,
educacionales y privadas, encaminadas al estudio de
la correlación entre los resultados de la prueba y los
de ensayes de cilindros de concreto.
Las correlaciones de referencia desarrolladas para
varios rangos de resistencia han tomado en cuenta entre
otros parámetros, el tipo de cemento, el tamaño máximo
del agregado y la relación agua-cementante. Con
los resultados que se han obtenido y mediante análisis
estadísticos, se han generado funciones que correlacionan
la fuerza de extracción resultante de la prueba,
con los niveles de resistencia obtenidos directamente
del ensaye a la compresión de cilindros. En general, se
trata de correlaciones estables y robustas; que permiten
que una sola curva se use independientemente de las
características de la mezcla (Fig. 9), siendo la excepción los concretos elaborados con
agregados ligeros que tienen funciones de correlación particulares.
Internacionalmente, existen diversas referencias del uso exitoso de la prueba
como son: la torre “Scotia Place” y la mina “Cigar Lake”, ambas en Canadá y el
puente “Storebaelt” en Dinamarca. En la torre “Scotia Place”, se utilizó la prueba,
como medida de control de calidad, logrando ahorrar hasta 1.5 millones de dólares,
debido al acortamiento de los tiempos de construcción y la optimización de
los tiempos de descimbrado con el conocimiento de los niveles de la resistencia
a la compresión del concreto a diferentes edades, estimados por medio de la
prueba. En el caso de la mina “Cigar Lake”, otro fue el uso. La prueba se llevó
cabo para estimar la resistencia a la compresión en zonas “de duda” coladas con
concreto lanzado.
Finalmente, una de las mayores aplicaciones conocida de la prueba “Pull-out” ha
sido en el puente “Storebaelt” de casi 7 km de longitud, construido en Dinamarca en
1998 para unir las islas Selandia y Fionia. Dadas las condiciones agresivas del medio
circundante, se usó la prueba para verificar la calidad del recubrimiento del acero de
refuerzo, para asegurar la vida útil de la estructura.
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