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PRUEBAS DEL CONCRETO
PRUEBA DE MANEJABILIDAD O CONSISTENCIA:
El ensayo de consistencia del concreto, sirve para evaluar su capacidad para adaptarse con facilidad al encofrado que lo va a contener.
Equipo necesario:
Cono de Abrams de medidas estándar
Varilla de hierro de ½ pulgada
Plancha metálica
Cinta, regla o flexómetro
Procedimiento: Obtener una muestra de concreto, esta no debe ser menor a una equivalencia de 30lt y
no debe tener más de 1hr de preparada.
Colocar en el cono de Abrams o molde limpio y humedecido con agua sobre una
superficie plana y humedecida, pisando las aletas.
Verter una capa de concreto hasta un tercio del volumen y apisonar con la varilla
uniformemente, contando 25 golpes aproximadamente.
Verter una segunda capa de concreto y nuevamente apisonar con la varilla
uniformemente, contando 25 golpes y estos en esta capa deben llegar hasta la capa
anterior.
Verter una tercera capa hasta copar el recipiente y repetir el procedimiento, siempre
teniendo cuidado en que los golpes lleguen a la capa anterior, procurar rellenar el
faltante y enrasar el molde con la varilla.
Ahora pasamos a retirar el molde con mucho cuidado (no debería hacerse en menos de 5
segundos), colocamos la varilla sobre éste para poder determinar la diferencia entre la
altura del molde y la altura media de la cara libre del cono deformado.
Tipos de Deformaciones:
“normal” obtenido con mezclas bien dosificadas y un adecuado contenido de agua. El
concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separación de elementos.
“de corte”, obtenido cuando hay exceso de agua y la pasta que cubre los agregados
pierde su poder de aglutinar.
“fluido”, cuando la mezcla se desmorona completamente.
Cuando el asentamiento no es el “normal”, la prueba debe considerarse sin valor. Este ensayo no es aplicable para las siguientes condiciones:
Para concretos de alta resistencia, sin asentamiento.
Para concretos con contenido de agua menor a 160 lt por m3 de mezcla. Para concretos con contenido de agregado grueso mayor de 2.5 pulgadas.
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PRUEBA DE CONTENIDO DE AIRE:
Esta prueba determina la cantidad de aire que puede contener el hormigón recién mezclado excluyendo cualquier cantidad de aire que puedan contener las partículas de los agregados.
Equipo necesario: Medidor tipo A: La principal operación de este medidor de
aire consiste en introducir agua hasta una determinada altura por encima de la muestra de concreto de volumen conocido y la aplicación de una determinada presión de aire sobre el agua. La determinación consiste en la reducción en el volumen del aire en la muestra de concreto por la observación del nivel de agua más bajo que la presión aplicada.
Varilla de hierro de ½ pulgada. Placa para remover exceso de hormigón: de sección
rectangular y plana de metal o al menos de vidrio o acrílico de al menos 12 mm de espesor.
Mazo: Con cabeza de goma que pese aproximadamente 0.50 lb
Procedimiento:
Obtener una muestra de concreto.
Humedecer el interior del tazón y colocarlo en una superficie plana nivelada y firme.
Llenar el recipiente con tres capas de igual volumen, sobrellenando ligeramente la última
capa.
Compactar cada capa con 25 penetraciones de la punta de la varilla, distribuyendo
uniformemente las penetraciones en toda la sección.
Golpear firmemente los lados del tazón de 10 a 15 veces con el mazo, después de
compactar cada capa, para evitar que las burbujas de aire queden atrapadas en el
interior de la muestra.
Enrasar el hormigón y luego limpiar el exceso de muestra del borde del recipiente.
Cerrar la válvula principal de aire entre la cámara y el tazón.
Inyectar agua, para asegurar que todo el aire sea expulsado.
Cerrar la válvula de escape de aire y bombear aire dentro de la cámara hasta que el
manómetro este en la línea de presión inicial, y esperar unos segundos para que el aire
comprimido llegue a una temperatura normal y se estabilice la lectura de presión.
Leer el porcentaje de aire y calcular correctamente el contenido.
Esta prueba no es aplicable a hormigones de agregados ligeros, en concretos no plásticos los
cuales son comúnmente utilizados en unidades de albañilería.
PRUEBA A LA FLEXIÓN:
La prueba de la resistencia a la flexión, también llamada prueba de módulo de ruptura, es parecida a aquella de la
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compresión, con la variante de que en lugar de cilindros, se elabora una viga de concreto y se prueba en una máquina de compresión diseñada especialmente para dichos ensayos.
Equipo necesario: Una viga de concreto previamente curada en un estanque durante 28 días para la
prueba de flexión. Máquina diseñada para pruebas de flexión de
concreto.
Procedimiento:
Colocar la viga previamente curada en la máquina
que ejercerá carga máxima resultante, el peralte del
elemento y su momento de inercia, que se obtiene
del módulo de rotura.
Ejercer la carga en el centro de la viga para lograr
una distribución equitativa de cargas y así tener un
dato certero.
La viga sometida a carga transversal, el efecto
flector en una sección cualquiera se expresa como el
momento M, el cual es la suma de los momentos de
todas las fuerzas que actúan en uno de los lados de la sección. Para que exista equilibrio
la resultante de las fuerzas de tracción T debe ser igual a la resultante de las fuerzas de
compresión C. La resultante de los esfuerzos de flexión en cualquier sección forman un
par de igual magnitud que el momento flector.
Se marcaron en las caras laterales el tercio medio de la luz para corroborar que la
sección de rotura cumpla con la indicación de la norma en la cual se establece que si la
fractura se produjera en el tercio medio de la luz el ensayo debe descartarse.
Las resistencias se expresarán en Kg/cm2 y calculados para la flexión según 0,234P o
0,250P, dependiendo de la distancia entre los apoyos según sea 100m o 106,7mm
siendo P, la carga total de ruptura expresada en kg.
El cemento resiste varias veces en compresión la resistencia propia de tracción.
PRUEBA A LA TENSIÓN:
El concreto se caracteriza por tener una excelente resistencia a la compresión, sin embargo su capacidad a la tensión es tan baja que se le desprecia para propósitos estructurales, ni para diseño de estructuras normales. La poca capacidad del concreto a la tensión le ayuda a disminuir los agrietamientos que se pueden producir por la influencia de tensiones inducidas por restricciones estructurales, cambios volumétricos u otros fenómenos,
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generalmente el valor de la capacidad a la tensión se encuentra alrededor del 9% de la capacidad a compresión en concretos de peso y resistencia normal.
Sin embargo, la tensión tiene importancia en el agrietamiento del concreto debido a la
restricción de la contracción inducida por el secado o por disminución de la temperatura. Los
concretos preparados con agregados livianos se encogen considerablemente más que los
normales y por lo tanto la resistencia a la tensión puede ser tenida en cuenta en el diseño de la
estructura correspondiente.
La capacidad a tensión no se obtiene probando al material en tensión directa, debido a las
dificultades para montar las muestras y la incertidumbre que existen sobre los esfuerzos
secundarios inducidos por los implementos que sujetan a las muestras y se acostumbra a
obtenerlo en forma indirecta con pruebas como la Prueba Brasileña, “Tensión por Compresión
Diametral”.
Para evitar este problema existe un método indirecto, en el cual la resistencia a la tensión se
determina cargando a compresión el cilindro estándar de 15cm de diámetro por 30cm de
longitud a lo largo de 2 líneas axiales diametralmente opuestas.
La resistencia a la tensión indirecta se puede calcular con la fórmula:
En caso de no poderse realizar el ensayo, la resistencia a la tensión puede tomarse
aproximadamente como el 10% de la resistencia a la compresión.
PRUEBA A LA COMPRESIÓN:
La resistencia a la compresión de las mezclas de concreto se puede diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad, que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura.
La resistencia a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras. La resistencia a la compresión se mide comprimiendo probetas cilíndricas de concreto en una máquina de ensayos de compresión, en tanto la resistencia a la compresión se
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calcula a partir de la carga de ruptura dividida entre el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en mega pascales (MPa) en unidades SI.
Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión se usan fundamentalmente para
determinar que la mezcla de concreto suministrada cumpla con los requerimientos de la
resistencia especificada del proyecto.
Equipo necesario: Una probeta cilíndrica de concreto previamente curada en un estanque durante 28 días
para la prueba de compresión.
Con la aplicación de una máquina diseñada para pruebas de tracción de concreto.
Procedimiento :
Se coloca la probeta previamente curada en la base de la máquina para aplicar la fuerza
de compresión.
Una vez que se calibra el instrumento con la fuerza a aplicarse para el ensayo
determinado se fija en el manómetro de presión la carga.
Cuando la maquina empiece a ejercer presión contra la probeta esta se triturara hasta la
presión que se marcara automáticamente, en donde será la medida a tomar para
establecer el análisis de presión a dicha probeta.
Por último se limpiara la máquina y retirara los escombros del hormigón.
PRUEBA DEL ESCLERÓMETRO:
El esclerómetro es un instrumento de medición empleado, generalmente, para la determinación de la resistencia a compresión en hormigones ya sea en pilares, muros, pavimentos, etc.
Trata de relacionar la dureza superficial del hormigón
con su resistencia a compresión. En realidad, el aparato
mide el rebote de una masa al chocar contra la
superficie del hormigón a estudiar.
Objetivos:
Las aplicaciones del método, generalmente admitidas, son las siguientes:
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Estimar la uniformidad de la calidad del hormigón.
Comparar la calidad de un hormigón determinado con otro de referencia.
Obtener valores de resistencia a la compresión a partir de correlaciones con un ensayo directo (índice de rebote/rotura de probetas). La precisión del método se estima en un 25 % para un nivel de confianza de un 95 %.
Factores que afectan el ensayo:
Todos los factores que afecten a la dureza superficial y no a la resistencia plantearán problemas en su uso:
la carbonatación superficial la textura las diferencias entre el grado de humedad interno y externo la medida y la forma del elemento a ensayar, etc.
En general, el tiempo hace aumentar las diferencias entre la capa superficial y la masa interior.
Por eso es dudosa la utilidad del esclerómetro en hormigones de más de un año de edad, lo cual limita considerablemente su uso.
PRUEBA DE EXTRACCIÓN DE NÚCLEOS:
Los cilindros, núcleos o corazones de concreto son muestras que se extraen haciendo una perforación en la masa de concreto con una broca cilíndrica de pared delgada.
Este ensayo establece el procedimiento para la
obtención, preparación y prueba de corazones o núcleos
extraídos de concreto endurecidos; para la
determinación de espesores; de su resistencia a la
compresión simple; de su resistencia a la tensión por
compresión diametral así como de las vigas cortadas en
concreto endurecidos, para determinar la resistencia a la
tensión por flexión.
Equipo necesario:
Máquina para la obtención de núcleos que es un taladro equipado con una broca cilíndrica de
pared delgada con corona de diamante, carburo de silicio o algún material similar; debe contar
con un sistema de enfriamiento para la broca que impida la alteración del concreto y el
calentamiento de la misma.
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Procedimiento:
Las muestras de concreto endurecido usadas para las pruebas de resistencia, deben
tomarse hasta el momento en que el concreto alcance la edad especificada.
En general, el concreto debe tener un mínimo de 14 días de edad para que puedan
extraerse las muestras, las cuales deben obtenerse de zonas de concreto no dañadas.
Las muestras que hayan sido alteradas o dañadas en el proceso de extracción no deben
ser empleadas.
Los núcleos de concreto para determinar la resistencia a la compresión que contengan
acero de refuerzo, pueden registrar valores más altos o más bajos que los núcleos sin
acero de refuerzo, por lo que debe eliminarse el acero de la muestra.
La muestra que se tome, ya sea de superficie horizontal, vertical o inclinada, debe
extraerse perpendicularmente a la superficie y cerca del centro, alejado de las aristas o
juntas de colado.
El diámetro de los núcleos que se utilicen para determinar la resistencia a la compresión
debe ser cuando menos de 3 veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso y
puede
aceptarse de común acuerdo por lo menos 2 veces el tamaño máximo del mismo
agregado.
Por último los núcleos extraídos deberán entrar a un proceso de curado para elaborar la
prueba con la máquina que medirá la compresión de las muestras.
PRUEBA DE ULTRASONIDO:
El método del ensayo de ultrasonido se fundamenta en el análisis de pulsos ultrasónicos que se propagan por los materiales. En la mayoría de las veces, se usa un transductor para la emisión del pulso y otro para la recepción del pulso después de su propagación en el material. A partir de la medida del tiempo de recorrido que la onda lleva para atravesar el material y de la evaluación de la velocidad de propagación correspondiente se puede obtener información sobre la calidad, la composición de su trazo y, en algunas condiciones, el cargamento a que está sometido (en estos dos últimos casos, hasta el presente, solamente en condiciones de laboratorio controladas).
El estudio de los materiales usando este ensayo es posible debido al hecho de que los parámetros que generalmente interfieren en la velocidad de propagación de la onda acústica, dependen de la densidad y de las propiedades elásticas del material y casi nada de su geometría, como puede ser visto en:
Dónde:V = velocidad da onda;
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X = distancia entre los transductores (emisor y receptor de la señal);T = tiempo de recorrido de la onda (µs).
No existe una relación estándar entre la resistencia y la velocidad de propagación, sino que hay que establecer la correlación adaptada a cada uno de los casos.
Este método, no destructivo, es económico y sencillo, y tiene la ventaja respecto al esclerómetro, que la medida afecta a la masa de hormigón. Aparte de las aplicaciones comentadas para el esclerómetro, el ultrasonido se utiliza también para detectar discontinuidades internas, tanto en la calidad de los materiales como en el caso de grietas, fisuras y coqueras.
Afectan a la lectura de la velocidad de impulso ultrasónico:
Las fisuras perpendiculares a la línea de propagación
La presencia de armaduras
El grado de humedad,
El tamaño de los áridos (tamaño máximo 20 mm),
El contacto entre los transductores y el hormigón,
La distancia entre transductores,
De todos los factores que afectan al resultado del ensayo, tiene especial interés la edad del
hormigón. Parece que la velocidad de propagación se ve poco alterada a partir de los 28 días y,
por tanto, la estimación de la resistencia se hace más imprecisa con el tiempo.
PRUEBA DE COLOCACIÓN Y CURADO:
Elementos del concreto:
Acero de refuerzo Cemento Portland Agregados Gruesos Agregados Finos Origen del Agua y sus características de
calidad Aditivos Formas o Encofrados
Procedimiento: En condiciones extremas de calor o frio el
concreto debe ser: manejado, colocado, compactado, acabado y curado cuidadosamente. Las condiciones climáticas de frio o calor causan principalmente problemas de
agrietamiento, micro-fisuras y fraguado temprano del concreto. Es recomendable usar métodos para detener el secado o agrietamiento o fisuracion del
concreto como: usar sombra con la ayuda de plásticos o materiales que ayuden a que los rayos del sol no peguen directamente al concreto, también se recomienda mantener húmedo los materiales o agregados, se puede hacer uso de aditivos retardantes de fraguado cuando el clima sea cálido.
TRA BAJABILIDAD DEL HORMIGÓN FRESCO:
Trabajabilidad es la facilidad que presenta el hormigón fresco para ser colocado y vibrado en cualquier molde. Los hormigones con baja trabajabilidad presentan problemas de mezclado y problemas de compactación dentro de los moldes, lo que puede redundar en una disminución de la resistencia. La trabajabilidad del hormigón se suele categorizar en función del asentamiento del cono de Abrams o de la medición de la dispersión diametral en la mesa de flujo. Para mejorar
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la trabajabilidad de un hormigón, se puede añadir agua con la consiguiente disminución de resistencia, o se pueden incluir aditivos plastificantes que no disminuirán su resistencia final.
VELOCIDAD DE FRAGUADO: Las características propias de la estructura que se desea fundir pueden dar lugar a la necesidad de acelerar o retardar el fraguado del hormigón, para lo cual pueden utilizarse cementos especiales (muy poco utilizados en nuestro país) o aditivos acelerantes y retardantes.
PESO ESPECÍFICO: La necesidad de disponer de un hormigón ligero o pesado requerirá la utilización de agregados ligeros o pesados respectivamente. Los hormigones ligeros podrían ser utilizados en losas de edificios altos, mientras que los hormigones pesados podrían emplearse en anclajes de puentes colgantes, como bunkers de cobertura de materiales radioactivos, o para almacenar materiales explosivos.
PRUEBA DE CALIDAD DE CEMENTO ENDURECIDO:
Para que tanto las construcciones en que se emplea concreto como su posterior comportamiento resulten satisfactorios, se requiere que el concreto tenga ciertas propiedades dentro de parámetros adecuados. El control de calidad y las pruebas son parte indispensable del proceso constructivo porque confirman que se están obteniendo buenos resultados.
CLASES DE PRUEBAS:
En general, las especificaciones para el concreto y para los materiales que lo componen dan requisitos detallados en cuanto a los límites de su aceptabilidad. Estos requisitos pueden afectar las características de la mezcla, tales como el tamaño máximo de agregado o el contenido mínimo de cemento; las características del cemento, agua, agregados, y aditivos; y las características del concreto fresco y del concreto endurecido, como la temperatura, el revenimiento, el contenido de aire o la resistencia a la compresión.
Las pruebas para concreto se hacen con la finalidad de evaluar el comportamiento de los materiales disponibles, establecer las propiedades de las mezclas, y controlar la calidad del concreto en el campo. Las pruebas de revenimiento, contenido de aire y resistencia se exigen normalmente en las especificaciones de proyecto para el control de calidad del concreto, en tanto que la prueba para determinar el peso volumétrico se usa más para el proporciona miento de mezclas.
El agregado ocupa el ¾ partes del espacio ocupado por el concreto. El resto es ocupado con agua, cemento y vacíos. Después de colocado el concreto, siempre hay pequeños poros de aire en la masa. La porción sólida queda compuesta por agregados, algo de cemento original y nuevo producto formado por la combinación de cemento y agua. Después de un tiempo determinado, la cantidad de agua libre depende del grado de combinación entre cemento y agua y de la perdida de agua por evaporación de la masa.
Las propiedades de la pasta dependen de: 1. Clase y propiedades del cemento 2. Calidad del agua 3. Proporción relativa de agua y cemento a menor relación agua cemento mayor resistencia y mejor calidad de concreto. 4. Grado de combinación química alcanzado entre agua y cemento (proceso llamado de
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"hidratación" del cemento) y que depende del tiempo, temperatura y humedad. El periodo en el que el cemento está sujeto a condiciones favorables de humedad y temperatura para su hidratación se llama "CURADO". Usualmente en construcción este periodo es de 3 a 14 días. En el laboratorio de 28 días. El curado es esencial, para obtener un buen concreto.
PRUEBA DEL CONCRETO A LA RESISTENCIA DE LA CORTANTE:
La resistencia a flexión del concreto, denominada Módulo de Ruptura (fR) se evalúa mediante el ensayo a flexión de viguetas de concreto simple de 50 cm de longitud y sección cuadrada de 15 cm de lado, con cargas aplicadas en los tercios de la luz. Este parámetro es usado para controlar el diseño de pavimentos de concreto. La norma NSR-98 sugiere un valor de 2 (kg/cm2).
La resistencia del concreto al corte es bastante grande, pudiendo variar del 35 al 80% de su resistencia a la compresión; en las pruebas es muy difícil separa el esfuerzo cortante de otros esfuerzos y a esto se debe la variación de los resultados. Los valores más bajos representan el intento de separar los efectos de fricción en los esfuerzos cortantes.
La fatiga admisible al corte debe ser limitada a valores más bajos para proteger el concreto de otros esfuerzos diagonales de tracción; estos esfuerzos son a veces confundidos con esfuerzos cortantes. Teniéndose en cuenta que la resistencia del concreto a esfuerzos cortantes no es importante y que el término esfuerzo cortante se refiere, generalmente, a esfuerzos diagonales de tracción. El concreto elaborado con cemento normal adquiere su fatiga de trabajo a los 28 días y para cemento de fraguado rápido su fatiga la adquiere a los 4 días.
FLUJO PLÁSTICO:
El flujo plástico es la propiedad de muchos materiales mediante la cual ellos continúan deformándose a través de lapsos considerables bajo un estado constante de esfuerzo o carga. La velocidad del incremento de la deformación es grande al principio, pero disminuye con el tiempo, hasta que después de muchos meses alcanza asintóticamente un valor constante.
En los miembros de concreto pres forzado, el esfuerzo de compresión al nivel del acero es sostenido, y el flujo plástico resultante en el concreto es una fuente importante de pérdida de fuerza pretensora. Existe una interdependencia entre las pérdidas dependientes del tiempo. En los miembros pres forzados, la fuerza de compresión que produce el flujo plástico del concreto no es constante, sino que disminuye con el paso del tiempo, debido al relajamiento del acero y a la contracción del concreto, así como también debido a los cambios en longitud asociados con el flujo plástico en sí mismo.
Así la deformación resultante está en función de la magnitud de la carga aplicada, su duración, las propiedades del concreto incluyendo el proporciona miento de la mezcla, las condiciones de curado, la edad a la que el elemento es cargado por primera vez y las condiciones del medio ambiente.
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PRUEBA DEL MODULO DE ELASTICIDAD:
Cuando se dibujan las curvas de Esfuerzo-Deformación de las muestras cilíndricas de hormigón, sometidas a compresión bajo el estándar ASTM, se obtienen diferentes tipos de gráficos que dependen fundamentalmente de la resistencia a la rotura del material como se muestra en la fig.
Los hormigones de menor resistencia suelen mostrar una mayor capacidad de deformación que los hormigones resistentes.
Todos los hormigones presentan un primer rango de comportamiento relativamente lineal (similar a una línea recta en la curva esfuerzo-deformación) y elástico (en la descarga recupera la geometría previa a la carga) ante la presencia incremental de solicitaciones de compresión, cuando las cargas son comparativamente bajas (menores al 70% de la carga de rotura).
Y un segundo rango de comportamiento no lineal e inelástico (con una geometría curva en la curva esfuerzo-deformación) cuando las cargas son altas.
La pendiente de la curva en el rango de comportamiento lineal recibe la denominación de Modulo de Elasticidad del material o Modulo de Young que se simboliza Ec.
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