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UNIDAD 4 CONCRETO ENDURECIDO
4.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES
El concreto en estado endurecido Se inicia despus del fraguado final, el cual sedetermina con el penetrmetro, al presentar el concreto una resistencia a la
penetracin de 282 kg/cm.
A partir de que el concreto alcanza su fraguado final, se inicia el desarrollo de la
adquisicin de sus propiedades mecnicas, y la duracin puede ser de varios meses
incluso aos.
La resistencia mecnica del concreto depende de:
1. Resistencia de los agregados
2. Calidad de la pasta de cemento
3. Adherencia pasta-agregado
La resistencia del concreto es la propiedad ms valorada por los ingenieros
estructuristas y de control de calidad. Cabe mencionar que, la resistencia de un
material se define como la habilidad para resistir esfuerzos sin llegar a la falla.
4.1.1. Curado
Cuando se mezcla cemento con agua, tiene lugar una reaccin qumica; esta
reaccin, llamada hidratacin, es la que hace que el cemento, y por lo tanto el
concreto, se endurezca y despus desarrolle resistencia. Este desarrollo de
resistencia se observa solo si el concreto se mantiene hmedo y a temperatura
favorable, especialmente durante los primeros das.
El concreto que ha sido curado correctamente es superior en muchos aspectos; no
solo es ms resistente y ms durable bajo ataques qumicos, sino tambin es ms
resistente al desgaste y ms impermeable; por aadidura, es menos probable que lo
daen las heladas y los golpes accidentales que reciba.
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Adems de asegurar el desarrollo de la resistencia en el cuerpo del concreto, el
curado apropiado proporciona a la delgada capa expuesta de ste, una propiedad de
cubierta endurecida, que aumenta considerablemente su resistencia al desgaste y
su buen aspecto durante mucho tiempo, cuando est a la intemperie.
4.1.1.1. Mtodos de curado del concreto
El curado puede efectuarse mediante la aplicacin de diversos mtodos y materiales
que se consideran en dos grupos:
1. Los que mantienen el agua o la humedad en contacto estrecho en la superficie
de concreto; tales como inundacin, aspersin/rociado, arena hmeda o yutemojado.
2. Los que evitan la perdida de humedad del concreto; tales como hojas de
polietileno, papel de sacos de cemento, conservacin de la cimbra en posicin
y aspersin de membranas de curado.
Cuando se elige una aplicacin de agua se debe estudiar la economa del mtodo
particular que se usara en cada obra, puesto que la disponibilidad del agua, mano de
obra, materiales de curado, y otros factores, influirn en el costo.
El mtodo seleccionado debe proporcionar una cubierta completa y continua de agua
libre de cantidades perjudiciales de materias deletreas. Cuando el aspecto es un
factor importante, el agua debe estar libre de sustancias que ataquen, que manchen
o decoloren el concreto.
Es importante mencionar que, el agua empleada para el curado deber tener la
misma calidad del agua utilizada en la elaboracin del concreto. A fin de evitaragrietamientos por choque trmico y la temperatura de curado deber ser semejante
a la del ambiente.
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Anegamiento o inmersin
Aunque se emplea muy rara vez, el mtodo mas completo de curado, consiste en la
inmersin total en agua de la unidad de concreto ya terminada (Fig. 4.1.1).
En algunas ocasiones, el anegamiento se emplea cuando se trata de losas de piso
de atarjeas y puentes, pavimentos y techos planos; es decir en cualquier lugar en
donde sea posible crear un charco mediante un bordo o dique de tierra u otro
material en el borde de una losa, o cuando existe ya una corriente de agua como
sucede en las atarjeas.
Se debe evitar los daos que provocan la liberacin prematura o sbita de agua
encharcada; por ejemplo si el agua encharcada se pierde debido a una fuga, esprobable que la losa no reciba el curado apropiado y el agua, en cambio, ablande el
terreno sobre el que se asienta dicha losa, o bien dae los alrededores.
El agua de curado no debe ser ms fra de 11C que el concreto, ya que el posible
desarrollo de esfuerzos por temperatura en la superficie puede causar agrietamiento.
Fig.4.1.1.- Curado por anegamientoFuente: Informacin proporcionada por la empresa APASCO
Rociado de niebla o aspersin
Cuando la temperatura es bastante superior a la de congelacin el rociado de niebla
o aspersin mediante boquillas o aspersores proporciona un curado excelente (Fig.
4.1.2). Siempre que la superficie del concreto este mas fra que la atmsfera dentro
del recinto, el vapor a presin atmosfrica har que se presente sobre la superficie
una pelcula de humedad.
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Los aspersores de jardn son efectivos cuando no hay que preocuparse por el
consumo de agua. Una de las desventajas del rociado es el costo del agua, a no ser
que se disponga de toda la necesaria por el costo del bombeo solamente. La
aspersin o rociado intermitentes no son recomendables cuando permiten que sesaque la superficie del concreto.
El uso de mangueras es til, precisamente para empapar superficies verticales o casi
verticales pero se debe tener cuidado de no provocar la erosin de dicha superficie.
Fig.4.1.2.- Curado por aspersin (rociado)Fuente: Informacin proporcionada por la empresa ADMIX TECH
Curado con costales, mantas de algodn y alfombras
Los costales, mantas de algodn, alfombras y otras cubiertas de material absorbente
retendrn agua sobre la superficie del concreto ya sea horizontal o vertical (Fig.
4.1.3).
Estos materiales deben estar libres de cantidades dainas y de sustancias como
azcar o fertilizantes, que si pueden daar el concreto y decolorarlo. Los costales se
deben lavar muy bien con agua para eliminar sustancias solubles y hacerlos mas
absorbentes.
Cuando el costal se vaya a almacenar entre una obra y otra, es conveniente el
empleo de los que estn tratados para resistir la putrefaccin y el fuego. Mientras
ms pesado sea el costal, mas agua retendr y ser necesario mojarlo con menos
frecuencia.
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Es ventajoso colocarlo doble, traslapando las tiras hasta la mitad de su ancho, lo cual
proporcionara una mejor retencin de humedad y ayudara a que no se levante
cuando sople viento fuerte o llueva.
Las mantas de algodn y las alfombras retienen el agua durante ms tiempo que el
costal con menos riesgo de secarse. Se manejan igual, excepto que bebido a su
mayor masa, su aplicacin sobre una superficie recin terminada, no se puede hacer
de manera tan inmediata como cuando se trata de costales, sino que se debe
esperar a que el concreto tenga un mayor grado de endurecimiento.
Fig.4.1.3.- Curado por medio de mantas de algodnFuente: Informacin proporcionada por la empresa ADMIX TECH
Paja o heno
La paja o el heno mojado se pueden emplear pero se corre el riesgo de que el viento
lo levante, a menos que se cubra con telas de alambre, costales u otros materiales.
Tambin existe el peligro de incendio si se deja secar (Fig. 4.1.4).
Fig.4.1.4.- Curado con pajaFuente: Informacin proporcionada por la empresa APASCO
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La paja y el heno suelen causar adems una decoloracin en la superficie del
concreto que se aprecia hasta varios meses despus de haber sido retirados.
Cuando se emplean estos materiales, la capacidad que se aplica debe tener por lo
menos 150mm de espesor.
Curado con vapor
Este procedimiento de curado se emplea en la produccin de algunas piezas de
mampostera de concreto, tubos de asbesto-cemento, as como de concreto celular
de peso ligero (Fig. 4.1.5.).
Fig.4.1.5.- Curado a vaporFuente: Informacin proporcionada por la empresa APASCO
Curado con hojas de polietileno
Este mtodo se caracteriza por evitar la prdida de humedad del elemento y consiste
en cubrir la superficie con unas hojas de polietileno, cuidado que estas estn fijas y
que cubran completamente toda la superficie (Fig. 4.1.6.).
Fig.4.1.6.- Curado con hojas de polietileno
Fuente: Informacin proporcionada por la empresa ADMIX TECH
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Curado con tierra
El curado con tierra mojada se ha empleado con xito, especialmente en trabajos
comparativamente ms pequeos de losa y piso. Lo esencial es que la tierra este
libre de partculas mayores de 25mm y que no contenga cantidades peligrosas de
materia orgnica o sustancias que puedan daar el concreto.
Curado por compuestos lquidos que forman membranas
Este mtodo tambin consiste en retener el agua interna del elemento, se aplica por
medio de aspersin del lquido en la superficie (Fig. 4.1.7.). Cuando el liquido esta
en contacto con la superficie formara una membrana, evitando as la perdida de
humedad del elemento.
Fig.4.1.7.- Aspersin de producto formulado a partir de polmeros en emulsinFuente: Informacin proporcionada por la empresa ADMIX TECH
4.2. PRUEBAS DE CALIDAD
Las pruebas de calidad que se realizan al concreto endurecido son generalmente:
Pruebas destructivas
Resistencia a la compresin- Cilindros
- Corazones o ncleos de concreto
Resistencia a flexin
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Pruebas no destructivas
Pistola de Windsor o prueba de penetracin
Mtodo de la velocidad de ultrasonidos
El martillo de rebote (Esclermetro).
Extraccin de insertos o de Pull-out.
Deteccin del acero de refuerzo e instalaciones.
4.2.1. Pruebas destructivas
Resistencia a la compresin de cilindros de concreto
La prueba para determinar la resistencia a la compresin, se obtiene durante unproceso de 28 das. Todo el proceso comienza al elaborar el concreto y depositarlo
en unos cilindros especiales para esta prueba (Fig.4.2.1.), los cuales son
descimbrados a las 24 hrs. de su colado, sumergindolos inmediatamente en un
estanque de agua limpia. Los cilindros son extrados cada 7 das (Fig.4.2.2.), para su
ensaye en una mquina de compresin o en una mquina Universal, que se encarga
de comprimir los cilindros hasta que stos fallan (Fig.4.2.3.), tomando ese dato final
como la carga que resiste, ese determinado concreto, a esa determinada edad. Ese
resultado se divide entre el rea del cilindro para obtener lo que conocemos como fc
o resistencia a la compresin, en kg/cm2, a los 28 das. El avance del concreto cada
7 das nos muestra la buena o mala evolucin de nuestra mezcla de concreto, siendo
esto un indicador fidedigno del comportamiento real que tendr en obra.
Fig.4.2.1.- concreto depositado en cilindros para prueba de resistencia a la compresinFuente: Autora propia
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La resistencia a la compresin del concreto, solamente podr ser evaluada tomando
como base el uso de probetas en forma de cilindros de 15 x 30 cm, para esto, las
normas NMX C-160 Elaboracin y curado en obra de especmenes de concreto y
NMX C-83 ONNCCE Determinacin de la resistencia a la compresin de cilindros deconcreto son de suma importancia, la edad de prueba del concreto dependiendo del
tipo de cemento empleado, generalmente son 28 das para la resistencia normal y 14
das para los concretos de resistencia rpida.
Fig.4.2.2.- Cilindros fraguados recin Fig.4.2.3.- Testado de cilindrosextrados del estanque en prensa hidrulica
Fuente: Autora propia Fuente: Autora propia
Tambin se podrn efectuar acuerdos previos para garantizar la resistencia a otras
edades que no sean las estndar. Estos acuerdos debern tomarse en base a
pruebas previas de laboratorio.
Las especificaciones nacionalmente aceptadas, reconocen la variabilidad normal de
las pruebas de resistencia del concreto, y permiten que ciertos porcentajes de ella
estn abajo del nivel especificado, comnmente designado como fc.
Es importante que llevar un buen control tanto en la elaboracin de los especmenes,
como en el curado para obtener mejores resultados.
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Resistencia a la flexin
La prueba de la resistencia a la flexin, tambin llamada prueba de mdulo de
ruptura, es parecida a aquella de la compresin, con la variante de que en lugar de
cilindros, se elabora una viga de concreto con una cimbra metlica especial para este
ensaye, de dimensiones 60x15x15cm, (Fig. 4.2.4.) y se prueba en una mquina de
compresin diseada especialmente para vigas con esas medidas (Fig. 4.2.5.).
Fig.4.2.4.- Molde para vigas de concreto.Fuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construccin
La viga es previamente curada en un estanque durante 28 das, para ser extrada y
testada. Con el resultado de la carga mxima resultante, el peralte del elemento y su
momento de inercia, se obtiene el mdulo de ruptura.
Cabe notar que la presin ejercida en la viga va precisamente al centro para lograr
una distribucin equitativa de cargas y as tener un dato certero. En este caso no
existe cabeceado.
Fig.4.2.5.- Prueba de resistencia a la flexin con viga curada a 28 das.Fuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construccin
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Pruebas de resistencia a corazones de concreto
Las pruebas de resistencia de corazones extrados de una estructura, suministran
una medida de la resistencia del concreto colocado. De los corazones tomados de la
estructura se desconocen todos los efectos ya ejercidos, y por tanto, el margen de
resistencia esperado lgicamente podr ser menor que el margen que existe entre
los esfuerzos de trabajo y la resistencia especificada, (Fig. 4.2.6.).
Este mtodo de prueba consiste en aplicar una carga de compresin axial a
corazones de concreto, a una taza predeterminada, hasta que la falla ocurre. La
fuerza a la compresin del espcimen es calculada. La fuerza compresiva del
espcimen, resulta de dividir la carga mxima, en kg., entre el rea calculada con el
dimetro promedio, en cm2.
Fig.4.2.6.- Extraccin de especmenes (corazones) en estructuras de concretoFuente: Informacin proporcionada por la empresa ADMIX TECH
4.2.2. Pruebas no destructivas
Existe en el mercado varios aparatos para obtener una medicin estimativa de la
resistencia del concreto en el sitio. Genricamente hablando, estos aparatos nomuestran lecturas que puedan ser traducidas a valores de resistencia de cilindros o
corazones.
Sin embargo, en manos de un experto operador, puede proporcionar una til
informacin acerca del concreto colocado, mediante la comparacin entre las
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lecturas en proporciones de la estructura representada por las pruebas con
mediciones de resistencia bajas y otras porciones similares que son consideradas
como aceptables. Esta comparacin nos puede indicar si el concreto en duda puede
o no ser aceptado.
A continuacin se describen brevemente algunos mtodos de pruebas no
destructivas realizadas al concreto en estado endurecido.
Pistola de Windsor o prueba de penetracin
Consiste en lanzar tres elementos metlicos impulsados por la carga determinada de
plvora con una pistola (Fig. 4.2.7.). La determinacin de la calidad del concreto esten funcin de la longitud promedio que los insertos penetren en el concreto midiendo
la parte externa de ellos usando una placa triangular. Norma ASTM C-803-03.
La penetracin del perno se mide cuidadosamente con un micrmetro y la lectura
como ya se ha mencionado, es una indicacin de resistencia a la compresin del
concreto.
De nuevo con este mtodo se deber tener ms confianza sobre la comparacin
entre las porciones aceptables o dudosas del trabajo, que sobre los niveles
numricos de resistencia.
Fig.4.2.7.- Pistola de Windsor para utilizado para la prueba de penetracinFuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construccin
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Mtodo de la velocidad de ultrasonidos
El principio de funcionamiento de esta tcnica consiste en un transductor transmisor
electro-acstico (Fig. 4.2.8.), que produce ondas de alta frecuencia, en contacto con
la superficie del concreto. Estas ondas atraviesan una distancia conocida, hasta
alcanzar a otro transductor receptor, que convierte la seal acstica en electrnica.
Un circuito electrnico mide el tiempo de trnsito, pudindose obtener la velocidad
del impulso. En algunos aparatos, el impulso recibido es amplificado y llevado a un
tubo de rayos catdicos, donde se compara la forma y amplitud de las ondas
recibidas, con respecto a las emitidas. En el hormign se generan tres tipos de
ondas: longitudinales, transversales y de Rayleigh.
La velocidad de propagacin ultrasnica, es proporcional al contenido de cavidades y
estructura de poros del hormign. Adems, durante el proceso de fraguado, se
demuestra experimentalmente que dicha velocidad se incrementa rpidamente, a
medida que el hormign gana resistencia. En trminos generales se puede decir que,
a mayores Velocidades, corresponden mayores resistencias mecnicas. Por este
motivo, esta tcnica es una de las ms confiables y utilizadas, como END, aplicado
a estructuras de hormign.
Fig.4.2.8.- Equipo de velocidad de ultrasonidoFuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construccin
Los inconvenientes encontrados en la utilizacin de este mtodo, derivan de:
heterogeneidad del hormign, edad, tipo de cemento, condiciones de curado, etc.
Estos inconvenientes son de tal importancia que hacen que la tcnica, que est
totalmente desarrollada para metales, se encuentre, todava en plena investigacin y
mejora en el hormign.
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El mtodo de ultrasonidos se ha empleado, en el hormign, para el estudio de:
Identificacin de zonas dbiles en su estructura (test de homogeneidad).
Defectoscopia (medida y dimensiones de defectos), espesores de capas
daadas por fro o fuego, ataques qumicos, accin del fuego / calor, etc. Medidas de las constantes fsicas, tales como el Modulo de Elasticidad.
Evolucin de procesos de fisuracin y microfisuracin, bajo carga.
Determinacin de la resistencia a compresin y traccin.
Deteccin del acero de refuerzo e instalaciones
Es un ensayo sencillo pero requiere de equipo especializado llamado pacmetro (Fig.
4.2.9.) y personal capacitado para su ejecucin. Es muy til para localizar el acero de
refuerzo como apoyo a otro tipo de ensayos como la extraccin de ncleos, la
determinacin del ndice de rebote y ultrasonido, ya que permite ubicar los equipos
de estos ensayos en zonas libres de acero o instalaciones. til para determinar
dimetros de los elementos de refuerzo y los espesores de recubrimiento. Prueba
relativamente econmica y complementaria para otros Ensayos No Destructivos.
Fig.4.2.9.- Pachometro
Fuente: Catalogo de Equipos para el ensayo de materiales de construccin
Extraccin de insertos o de pull-out
Prueba de poco uso. Requiere de equipo especial y personal capacitado. Debe ser
planeada antes de la colocacin del concreto, ya que la consiste en dejar embebidos
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en el concreto, insertos metlicos parecidos a un hongo con una perforacin roscada.
Al llegar la edad de determinacin de la resistencia, se extrae el inserto usando un
gato hidrulico que cuenta con dispositivos especiales de anclaje y medicin de la
fuerza de extraccin ejercida para extraer el inserto. La resistencia del concretoestar en funcin de la presin requerida para extraer el inserto. Esta prueba se ve
limitada a elementos en proceso de colado. Se acepta colocar los insertos en el
concreto fresco, pero se deben tener en cuenta ciertas precauciones para no afectar
la calidad del concreto adyacente. Norma ASTM C-900-01.
El martillo de rebote (esclermetro)
Suministra una rpida y adecuada indicacin de las propiedades de resistencia. La
medicin del rebote de un proyectil de acero impulsado por un resorte sobre un
mbolo sostenido firme y perpendicular sobre la superficie del concreto (Fig. 4.2.10.),
es un indicador de la resistencia del material. A mayor resistencia, mayor rebote.
Fig.4.2.10.- EsclermetroFuente: Informacin proporcionada por la empresa ADMIX TECH
4.2.3. Procedimiento de muestreo
Cada ensayo debe constar de la rotura de por lo menos cuatro cuerpos de prueba.
La edad normal para ensayos de los cilindros de prueba ser de 28 das, pero para
anticipar informacin que permitir la marcha de la obra sin demoras extremas, dos
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de los cilindros de cada ensayo sern probados a la edad de 7 das, calculndose la
resistencia correlativa que tendr a los 28 das.
En casos especiales, cuando se trate de concreto de alta resistencia y ejecucin
rpida, es aceptable la prueba de cilindros a las 24 horas, sin abandonar el control
con pruebas a 7 y 28 das.
Durante el avance de la obra, se podr tomar las muestras o cilindros al azar que
considere necesarios para controlar la calidad del concreto. Para efectos de
confrontacin se llevar un registro indicador de los sitios de la obra donde se usaron
los concretos probados, la fecha de vaciado y el asentamiento. Se har una prueba
de compresin por cada diez metros cbicos de mezcla a colocar para cada tipo de
concreto. Cuando el volumen de concreto a vaciar en 1 da, sea menor de diez
metros cbicos, se sacar una prueba de compresin por cada tipo de concreto o
elemento estructural, para atraques de tuberas de concreto se tomarn dos cilindros
cada 6 metros cbicos de avance.
Las pruebas sern tomadas separadamente de cada mquina mezcladora o tipo de
concreto y sus resultados se considerarn tambin separadamente, o sea que en
ningn caso se debern promediar juntos los resultados de cilindros provenientes dediferentes mquinas mezcladoras o tipo de concreto. La resistencia promedio de
todos los cilindros ser igual o mayor a las resistencias especificadas, y por lo menos
el 90% de todos los ensayos indicarn una resistencia igual o mayor a esa
resistencia.
Procedimiento de muestreo para pruebas de corazones de concreto
Las muestras de concreto endurecido usadas en la preparacin de especmenespara las pruebas de resistencia de corazones de concreto, no deben ser tomadas
hasta que el concreto haya endurecido lo suficiente y permita la extraccin de las
muestras sin alterar su estructura interna. El concreto debe tener un mnimo de 14
das de edad para que se puedan extraer los especmenes, los cuales deben
obtenerse de zonas de concreto no daadas.
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Las muestras que presenten defectos o las muestras que hayan sido alteradas o
daadas en el proceso de extraccin no deben emplearse.
Los corazones deben tener una altura-dimetro comprendido entre 2-1. El dimetro
de los corazones cilndricos debe ser, de preferencia, tres veces el tamao mximo
nominal del agregado grueso usado en el concreto, pero cuando menos dos veces
ese tamao mximo.
Los corazones que contengan acero de refuerzo, no deben ser usados para
determinar la resistencia, por que los corazones de concreto para determinar la
resistencia a la compresin, que contengan acero de refuerzo, pueden registrar
valores ms altos o ms bajos que los corazones sin acero de refuerzo, por lo que
debe eliminarse el acero del espcimen, cumpliendo con la relacin altura/dimetro
tan cercana a dos como sea posible.
El espcimen se debe localizar cerca del centro, alejado de las aristas del elemento;
y debe procurarse, hasta donde sea posible que su eje sea paralelo a la direccin de
colado. En todo caso, la direccin ser perpendicular a la cara del elemento.
4.2.4. Interpretacin de resultados
Resistencia a compresin
La resistencia debe ser igualo mayor a 19,6 MPa (200 kgf/cm2) a menos que de
comn acuerdo, productor estructurista y usuario establezcan otra. El concreto debe
alcanzar la resistencia especificada a la compresin (f'c) a la edad de 28 das u otra
edad convenida y cumplir con lo siguiente.
a) Se acepta que no ms del 10% del nmero de pruebas de resistencia a
compresin, tengan valores inferiores a la resistencia especificada f 'c.
b) Se permite no ms del 1% de los promedios de 3 pruebas de resistencia a
compresin consecutivas, puede ser inferior a la resistencia especificada.
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Para eliminar la ocurrencia de resultados excesivamente bajos, es conveniente tener
como valor mximo para operacin de produccin de concreto, una desviacin
estndar de 3,43 MPa (35 kgf/cm2) en el caso de resistencia a la compresin.
En los casos en que la resistencia de los cilindros de ensayo para cualquier parte de
la obra est por debajo de los requerimientos anotados en las especificaciones, de
acuerdo con dichos ensayos y dada la ubicacin o urgencia de la obra, podr
ordenar o no que tal concreto sea removido, o reemplazado con otro adecuado,
dicha operacin ser por cuenta del Contratista en caso de ser imputable a l la
responsabilidad. Cuando los ensayos efectuados a los 7 das estn por debajo de las
tolerancias admitidas, se prolongar el curado de las estructuras hasta que se
cumplan 3 semanas despus de vaciados los concretos.
Pruebas de resistencia a corazones de concreto
Si los resultados de un grupo de 3 corazones de concreto (especmenes obtenidos
de una estructura de concreto) dan el promedio del 85% o ms de la resistencia
especificada, conservadoramente se puede considerar aplicable al resto del
concreto. Si los resultados de los corazones debidamente extrados y probados sontan bajos, que dejan en duda la integridad de la estructura que se describe, se
requerir una operacin posterior como es la prueba de carga. Pero antes, hay dos
puntos importantes que se deben considerar.
El hecho de que las resistencias de los corazones no puedan igualar las
resistencias de los especmenes moldeados (cilindros de concreto colados en
la obra), no debe ser causa de preocupacin.
Es un error suponer que la resistencia aumentara apreciablemente con laedad, despus del tiempo requerido de curado en la obra, ya que mucho
concreto, particularmente en la construccin de los edificios, estar en un
ambiente carente de humedad despus de ese tiempo.
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