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Resumen
El presente trabajo verifica los diferentes resultados que se encuentran en la literatura nacional e internacional sobre la relación existente entre la resistencia de cilindros de hormigón curados en laboratorio en inmersión (cilindros normalizados), la resistencia de cilindros curados en obra (cilindro testigo) y la resistencia de núcleos extraídos de elementos estructurales fabricados en el laboratorio, pero curados con las mismas condiciones de obra; sin embargo sobre este tema se ha escrito muy poco en la ultima década en nuestro país y en los países de habla hispana, mostrando la necesidad de realizar investigaciones de este tipo. La bibliografía en general muestra que tanto los cilindros testigos como los núcleos presentan resistencias menores que el cilindro fabricado bajo normas; sin embargo, no hay uniformidad en los resultados cuando se involucran factores como el diámetro del núcleo, relación longitud - diámetro, altura de extracción, dirección de extracción respecto a la dirección de vaciado y condiciones de curado (antes y durante el ensayo). En este trabajo se midieron las propiedades de resistencia del hormigón tanto en los cilindros normalizados, en los cilindros testigos y en los núcleos. La resistencia también se evalúo indirectamente por el método de ultrasonido para verificar y complementar los resultados. Las variables estudiadas fueron el diámetro del núcleo, la altura de extracción, la dirección de extracción y las condiciones de curado de los cilindros. Se ensayaron un total de 48 cilindros y 36 núcleos extraídos de vigas y columnas, encontrando que la resistencia del núcleo se afecta insignificantemente por las variables arriba mencionadas y que el método de ultrasonido es un complemento del estudio de la resistencia en estructuras terminadas.
Palabras Claves
Núcleos / hormigón / resistencia a la compresión / velocidad del sonido
REVISTA Universidad EAFIT Vol. 39. No. 131. 2003. pp. 87-
Resistencia al hormigÛn:
n˙cleos vs. cilindros
Ángela María Hincapié
Magister en Ingeniería. Docente de Cátedra del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad EAFIT. ahincapi@eafit.edu.co
Julián Vidal Valencia
Ingeniero Civil especialista en geotecnia. Profesor del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad EAFIT. jvidal@eafit.edu.co R e c e p c i ó n : 3 d e a g o s t o d e 2 0 0 2 I A c e p t a c i ó n : 4 d e n o v i e m b r e d e 2 0 0 2
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Abstract
The present work arises from the necessity to verify the different
results found in national and international literature on the
relationship among the resistance of concrete cylinders cured in
laboratory (standardized cylinders), the resistance of cylinders cured
in work (witness cylinders) and the resistance of extracted nuclei of
structural elements made in laboratory but cured with the same
conditions of work. In the Spanish speaking countries, little has been
written on this subject during the last decade, which calls for more
research. In general, the bibliography shows that both the witness
cylinders and the nuclei offer less resistance than the cylinder made
following the norms. Nevertheless, there is no uniformity in the
results when factors like root diameter, relation length-diameter,
height of extraction, direction of extraction (according to the direction
of drainage and curing conditions before and during rehearsal) become
involved.
He authors measure the properties of resistance of concrete in the
standardized cylinders, the witness cylinders and the nuclei. They
also evaluate the resistance by the ultrasound method in order to
verify and complement the results. The studied variables were the
root diameter, the height of extraction, the direction of extraction
and the curing conditions of the cylinders. A total of 48 cylinders
and 36 extracted nuclei of beams and columns were tested, finding
that the resistance of the nucleus is affected insignificantly by the
variables mentioned above.
Key Words
Concrete cylinders /
nuclei of structural /
ultrasound method
1. IntroducciÛn
l hormigón que es una masa hetero- génea, sujeta a numerosas variables como son: las características de sus componentes y su variabilidad, la dosi- ficación de los materiales, el proce- so de mezclado, su fabricación y proceso de curado. Sin embargo, a pesar de ésto, es posible producir hormigón de alta calidad si se man- tiene un control de las variables mencionadas. Una variación en la resistencia del hormigón, significa un control inadecuado de este.
La calidad del hormigón generalmente se verifica por medio del ensayo de resistencia a la compre- sión de cilindros o probetas que se preparan a partir
EE
de el hormigón vaciado en el sitio. El propósito de estas pruebas de resistencia es determinar el cumplimiento de una especificación de resis- tencia y medir la variabilidad del hormigón. A pesar de que los cilindros se moldean, curan y ensayan de acuerdo a normas establecidas, es posible que estos no proporcionan la medida de la capacidad de carga del hormigón utilizado en la estructura, ya sea por errores en el proceso de fabricación del cilindro dando como resultado resistencias menores a las de la estructura o porque realmente los niveles de resistencia de la estructura son menores que la resistencia especificada.
Cuando existen dudas de la resistencia del hormigón o cuando los valores de resistencia de los cilindros normalizados son bajos, se procede a realizar otros ensayos como el ensayo esclero- métrico y el ensayo de ultrasonido (Burg y Carino,
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Material Propiedad Resultado
Tabla 1: Propiedades de los materiales utilizados en la mezcla de concreto
Cemento Portland Tipo 1 Densidad 2970 kg/m 3 Tamaño máximo 25 mm
Agregado grueso
Densidad aparente grava 2790 kg/m^3 Absorción grava 1,2 %
Masa unitaria seca compacta 1740 kg/m^3 Densidad aparente arena 2700 kg/m^3
Agregado fino Absorción arena 1, Módulo de finura arena 3,
Tabla 2. Propiedades de la mezcla de hormigón
Propiedad Valor
Contenido de cemento 400 kg/m 3
Relación A/C 0,
Asentamiento medido 40 mm
Resistencia a la compresión a 28 días 30 Mpa
1
2
3
4
Fotografía 1 Columna y cilindros testigos
Fotografía 2 Detalle del vaciado de columna
Fotografía 3 Extracción núcleos
Fotografía 4 Núcleos extraidos de la columna
En la figura 1 se muestra la forma de extracción de los núcleos en las columnas y las vigas y como fueron referenciados.
Figura 1. Extracción de los núcleos y las columnas de las vigas
HINCAPIÉ, A.M.; VIDAL, J. | Resistencia al hormigón: núcleos vs. cilindros
4. Resultados de los ensayos
En la tabla 3 se observan los resultados de resistencia a la compre- sión, ultrasonido y peso unitario de los núcleos extraídos de la columna, los cuales se presentan en la fotografía 4.
Los Resultados de resistencia a la compresión de los cilindros curados por inmersión y curado al aire, se muestran en la tabla 4 y en las figuras 2, 3, 4 y 5.
Los resultados muestran que la resistencia de los cilindros curados al aire es menor que la resistencia de los cilindros curados en inmersión, variando entre el 7 y el 13% aproximadamente. Esto muestra que el curado de los cilindros testigos es bueno.
Con respecto a la variación de los diámetros de los núcleos, aunque se observa que los núcleos de 7,5 cm tienen una resistencia ligeramente menor, no se encontró diferencias significativas en resistencias con respecto al diámetro; este resultado es contrario a los resultados obtenidos por otros investigadores (Ahmed, 1999). Sin embargo en la literatura en general (Graham, 1999), se menciona que el efecto del curado muestra discrepancias de resultados en la relación entre los cilindros y núcleos y que la resistencia es mayor a medida que aumenta el diámetro del núcleo debido a que las microfisuras que se generan en el proceso de extracción, son menos significativas en los diámetros mayores.
HINCAPIÉ, A.M.; VIDAL, J. | Resistencia al hormigón: núcleos vs. cilindros 93
Figura 2
Figura 3
30 25 20 15 10 5 0
Columna 2
Resistencia a la compresión (MPa) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Edad (días) Inmersión Aire
35 30 25 20 15 10 5 0
Columna 1
Resistencia a la compresión (MPa) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Edad (días) Inmersión Aire
Figura 4 35 30 25 20 15 10 5 Resistencia a la compresión (MPa) 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Edad (días)
Viga 1
Inmersión Aire Figura 5
30 25 20 15 10 5 0
Viga 2
Resistencia a la compresión (MPa) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Edad (días) Inmersión Aire
Los valores de resistencia de los núcleos son seme- jantes a los valores de resistencia de los cilindros normalizados, mostrando que el curado de los elementos estructurales fue realizado con mucho cuidado. Este resultado coincide con el de Graham (1999), que menciona que la relación de esas resis- tencias puede ser muy confiable cuando hay control en el método de curado. Sin embargo, esto no es lo que realmente ocurre en la obra, siendo que un curado deficiente puede afectar los resultados de resistencia de los núcleos.
Con respecto a la altura de extracción del núcleo, se observa una ligera tendencia de aumentar la resistencia a medida que disminuye la altura de extracción, debido posiblemente a la mayor compac- tación de la parte inferior por acción del peso del hormigón colocado encima.
Si evaluamos la dirección de extracción del núcleo, se puede apreciar que la resistencia de los núcleos extraídos perpendicularmente es un 5% inferior a la de los núcleos extraídos paralelamente. Este resul- tado puede ser positivo, pues lo usual es realizar la extracción perpendicularmente; ésto nos lleva a pensar que los resultados de resistencia reales son siempre un 5% mayores.
Por último una pregunta puede ser hecha ¿Es el método de extracción de núcleos un método acep- table para medir la resistencia a la compresión de elementos estructurales?
En cuanto al método de ultrasonido, los resultados muestran que existe una buena correlación entre este método y la resistencia in situ de los elementos estructurales, coincidiendo con los resultados de William (1996). Sin embargo, este autor también menciona, en su articulo, que parece que esta rela- ción se puede ver afectada por el tipo de agregado.
La variación de la resistencia a la compresión y la velocidad sónica en los elementos con respecto a la altura de extracción, se presenta en las figuras 6 y 7 respectivamente. Se observa que los núcleos extraídos en la parte central de las columnas, arrojan menores resistencias que los tomados cerca de los bordes. La explicación de este comportamiento puede ser que la vibración del elemento sea de menor calidad a medida que aumente la altura con respecto
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a la parte superior; mientras que en la parte inferior, puede haber mayor compactación debido a la acción del peso del concreto, colocado encima.
Esto nos lleva a ver la importancia que tiene el punto de extracción de los núcleos en las obras ya terminadas. Por lo tanto es fundamental evaluar por medio de un ensayo no destructivo la resistencia de los elementos estructurales a diferentes alturas, para decidir cual es la zona de menor resistencia, puesto que el elemento fallará por el punto más débil.
- El curado tanto de los elementos estructurales, como el de los cilindros testigos, es clave para obtener poca o ninguna variación en la resistencia de estos elementos, cuando son comparados con la resistencia de los cilindros normalizados.
- Como no se observaron diferencias en la resistencia de los núcleos con diferente diámetro, se puede concluir que este no tiene una influencia significativa en los valores de resistencia.
- La resistencia de los núcleos evaluados, presentó valores semejantes a la resistencia de los cilindros normalizados.
- El tema debe seguir siendo estudiado, pues no existe en la literatura uniformidad de criterios en cuanto a la forma como cada uno de los factores o variables enumeradas influye en la resistencia.
- A pesar de lo anteriormente citado, no podría tomarse el ensayo de núcleos como determinante para evaluar la calidad del hormigón en obra, pues este trabajo debe ser complementado evaluando núcleos en diferentes obras y expuestas a diferentes tipo de curado.
- Con respecto al ensayo de ultrasonido, este ensayo es confiable, pues existe una buena correlación de los resultados obtenidos con los resultados de los cilindros y núcleos.
Figura 6: Comportamiento de la resistencia a la compresión con la profundidad
Figura 7: Comportamiento de la velocidad sónica con la profundidad
Conclusiones
Resistencia a la compresión (MPa) 20 25 30 35 40
D=150mm
D=100mm
D=75mm
Velocidad Sónica (MPa) 4050 4100 4150 4200 4250 4300
D=150mm
D=100mm
D=75mm
