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Boletín Técnico / Julio 2014 / Número 52

Control de calidad del concreto en la obra

El control de calidad del concreto en la obra se realiza mediante ensayos de control y ensayos de aceptación (o desempeño), siendo estos últimos, por lo general, ensayos de resistencia, aunque también pueden incluirse pruebas de durabilidad como la permeabilidad.

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Los ensayos de control o pruebas de uniformidad se realizan a la mezcla fresca de concreto (ver Ilustración 1) y generalmente se consideran especificaciones de prescripción y no de desempeño. Las pruebas de control más comunes son el revenimiento, la temperatura, la masa volumétrica y el contenido de aire.

En lo que a pruebas de aceptación se refiere, éstas se realizan al concreto endurecido y están enfocadas en determinar la resistencia del concreto. El método más común para el control de resistencia del concreto consiste en elaborar, a cierta frecuencia, cilindros y/o vigas prismáticas con porciones de las mezclas coladas, las cuales se ensayan a una(s) edad(es) determinada(s) a fin de comparar la resistencia obtenida con la resistencia especificada.

 

Mezcla fresca

Ilustración 1. Mezcla fresca de concreto siendo colocada

En este punto, deben resaltarse dos aspectos importantes, el primero es que las pruebas al concreto fresco deben realizarse según lo establecido en las normas y segundo, el aseguramiento de la calidad debe ir de la mano con el control de la calidad, esto debido a que una incorrecta ejecución de los trabajos de colocación y curado puede perjudicar las características del elemento, aun cuando la mezcla cumpla con los requisitos de las pruebas de uniformidad y de resistencia.

Control de calidad en el concreto fresco

Las pruebas de control de calidad en el concreto fresco y endurecido pueden realizarse con el propósito de evaluar la idoneidad de los materiales disponibles para la fabricación del concreto, establecer las proporciones de la mezcla y controlar la calidad durante la ejecución del proyecto. Entre estas pruebas pueden incluirse el revenimiento, la temperatura, masa volumétrica, contenido de aire y resistencia (elaboración de especímenes en estado fresco).

Frecuencia de muestreo

Con respecto a la frecuencia de las pruebas, ésta queda establecida, generalmente, de acuerdo a las especificaciones del número de pruebas necesarias para el control de la resistencia. El ACI 318-08 (5.6.2.1), por ejemplo, establece al menos tres criterios para determinar la frecuencia de muestreo mínima para cada tipo de concreto:

  1. Una vez cada día que se coloque determinada clase de concreto, pero no menos que
  2. Una vez por cada 110 m3 de cada clase de concreto colocada cada día, ni menor que
  3. Una vez por cada 460 m2 de superficie de losa o muro construida cada día.

Asimismo, el ACI 318-08 (5.6.2.2) también establece que cuando el volumen total de concreto a colar genere una cantidad menor de cinco ensayos de resistencia para cada clase de concreto, los ensayos deben realizarse por lo menos en cinco tandas de mezclado seleccionadas al azar, o en cada tanda cuando se empleen menos de cinco. En este sentido, un ensayo se define como el promedio aritmético de la resistencia de al menos dos especímenes, en el caso viguetas y cilindros de 6" x 12" (150 mm x 300 mm), o de al menos tres probetas de 4" x 8" (100 mm x 200 mm) (ACI 381-08, 5.6.2.4).

Por otro lado, cuando la cantidad total de una clase de concreto sea menor a 38 m3, no se requieren ensayos de resistencia cuando se tenga evidencia de resistencias satisfactorias (ACI 381-08, 5.6.2.3).

De lo anterior debe resaltarse la importancia de la toma al azar de las muestras de concreto, sobre todo cuando los resultados de éstas serán utilizados para determinar la aceptación del concreto. Las muestras no deben seleccionarse con base en la apariencia, la conveniencia u otro criterio sesgado, ya que la muestra pierde representatividad y pueden obtenerse resultados engañosos que no se corresponden con la realidad.

Muestreo del concreto fresco

Las muestras de concreto fresco deben obtenerse y manejarse de acuerdo con la norma ASTM C 172 "Práctica estándar para el muestreo de concreto recién mezclado".

Básicamente la norma establece los siguientes aspectos:

  • Muestrear el concreto en dos o más intervalos igualmente espaciados durante la descarga de la porción media de la mezcla.
  • Pasar repetidamente el recipiente interceptando el flujo de la descarga o desviar completamente el flujo de descarga hacia el recipiente de muestreo (ver Ilustración 2).
  • Trasladar las muestras al lugar de la prueba.
  • Combinar las muestras y remezclar para formar la muestra completa.
  • Obtener la muestra compuesta dentro de un intervalo de 15 minutos, luego de la toma de la primera porción de muestra.
  • El tamaño mínimo de la muestra empleada para pruebas de resistencia debe ser de 28 litros. 
 

 Toma muestra

Ilustración 2. Toma de muestra

  • Las pruebas de temperatura, revenimiento y contenido de aire deben empezarse dentro de los primeros 5 minutos después de la obtención de la mezcla compuesta.
  • Comenzar la elaboración los cilindros de resistencia dentro de los 15 minutos siguientes a la obtención de la muestra compuesta.
  • La muestra debe protegerse de la contaminación, del medio ambiente y de la pérdida de humedad, un mal manejo ocasiona resultados no satisfactorios, provocando controversias.

Revenimiento (consistencia)

El ensayo de revenimiento o asentamiento del cono de Abrams es el método más empleado para medir la consistencia (capacidad de fluir) del concreto y su procedimiento está regulado por la norma ASTM C 143 "Método de ensayo estándar para determinar el revenimiento del concreto fresco".

El procedimiento consiste en llenar el cono en tres capas de igual volumen (no altura) aplicando 25 golpes a cada capa con una barra recta de acero de 5/8" (16 mm) de diámetro y 24" (600 mm) de largo, con uno de sus extremos (el apisonador) de forma semiesférica. Luego del llenado y el apisonado, se enrasa la parte superior con la misma barra y se levanta el cono de forma vertical y sin movimiento lateral en 5 ± 2 segundos.

La operación entera desde el comienzo del llenado hasta el levantamiento del molde debe llevarse a cabo sin interrupciones y en un tiempo de aproximadamente 2.5 minutos. Finalmente, se coloca el molde invertido a la par del concreto y auxiliándose de la barra, colocada de manera horizontal cobre el cono, se procede a leer, mediante una regla, la distancia entre la parte inferior de la barra y el centro desplazado de la superficie original del concreto. La lectura se realiza con una precisión de 1/4" (5 mm). Ver Ilustración 3.

 

 Revenimiento

Ilustración 3. Medición del revenimiento en una mezcla de concreto

Temperatura del concreto fresco

Teniendo en cuenta que la temperatura de colocación del concreto tiene una gran influencia en las propiedades tanto del concreto fresco como endurecido, muchas especificaciones limitan la temperatura máxima de colocación de la mezcla de concreto. Asimismo, las pruebas de resistencia exigen que cada vez que se tomen cilindros debe tomarse la temperatura de la mezcla, al igual que el revenimiento.

Por otro lado, la temperatura del concreto fresco, en conjunto con la temperatura ambiente, la humedad relativa y la velocidad del viento, sirve para determinar la tasa de evaporación del agua en la mezcla y tomar las medidas correspondientes para minimizar problemas de contracción plástica en el concreto.

La medición de la temperatura se lleva a cabo de acuerdo con la norma ASTM C 1064 "Método de ensayo estándar para la temperatura de concreto fresco". La medición de la temperatura se puede realizar con termómetros de vidrio o con coraza y termómetros electrónicos con lectura digital. Estos deben tener una precisión de ±0.5º C y deben permanecer en la muestra por lo menos durante 2 minutos o hasta que la lectura se estabilice, debe haber un mínimo de 3" (75 mm) de concreto rodeando la parte sensitiva del termómetro (ver Ilustración 4). La medición de la temperatura debe realizarse en un período no mayor de 5 minutos luego de la toma de la muestra. 

 

 Temperatura

Ilustración 4. Medición de la temperatura del concreto fresco


Masa volumétrica

La masa volumétrica o densidad del concreto fresco se determina de acuerdo con la norma ASTM C 138 "Método de ensayo estándar para determinar densidad (peso unitario), rendimiento y contenido de aire del concreto fresco (método gravimétrico)".

El método consiste en colocar el concreto en un recipiente cilíndrico, cuya capacidad (volumen) varía según el tamaño nominal máximo del agregado grueso, el concreto se coloca en capas de igual volumen según el método de consolidación utilizado, tres capas si es varillado (25 a 50 golpes en dependencia del volumen del recipiente) y dos capas si la consolidación se realiza por vibración interna, cuando la consolidación se realiza por varillado se debe golpear de 10 a 15 veces el costado del recipiente con un mazo de goma luego de varillar cada capa de concreto. Posterior a la consolidación, se enrasa la superficie con una llana a fin de obtener una superficie plana y lisa. Finalmente se pesa el recipiente (ver Ilustración 5) en una balanza de precisión de 0.3% de la masa prevista del recipiente y de la muestra.

De tal manera que la masa volumétrica es el resultado de dividir la masa obtenida (sin el peso del recipiente) y dividirla entre el volumen del molde.

 

 Masa unitaria

Ilustración 5. Medición de la masa o peso unitario de la mezcla de concreto

Contenido de aire

Para la determinación del contenido de aire en el concreto fresco, pueden utilizarse diferentes métodos: El método por presión (ASTM C 231), el método volumétrico (ASTM C 173) y el método gravimétrico (ASTM C 138).

El método por presión se basa en la ley de Boyle, la cual relaciona presión y volumen (ver Ilustración 6). Es un método de campo práctico para medir el contenido de aire de todos los concretos, excepto aquellos que son fabricados con agregado poroso y de peso ligero.

El método volumétrico requiere la remoción del aire de un volumen conocido de concreto, mediante la agitación del mismo dentro de un exceso de agua, con este método se puede probar cualquier tipo de concreto, especialmente los que contienen agregados porosos y de peso ligero.

El método gravimétrico requiere del conocimiento preciso de las gravedades específicas y los volúmenes absolutos de los ingredientes de la mezcla. De tal manera que la masa volumétrica medida del concreto se substrae de la masa volumétrica teórica (determinada a partir de los volúmenes absolutos de los materiales), asumiéndose que no hay aire presente. La diferencia, expresada como porcentaje de la masa volumétrica teórica, es el contenido de aire. 

 

 Contenido aire

Ilustración 6. Medición del contenido de aire por el método de presión


Elaboración de los especímenes para pruebas de resistencia

El moldeo y curado de las probetas se realiza de acuerdo a las norma ASTM C 31 "Práctica estándar para preparación y curado de especímenes de concreto para ensayo en el campo". Se deben cumplir los siguientes requerimientos:

  • Los especímenes deben elaborarse antes de cumplir 15 minutos después de la obtención de la mezcla de concreto.
  • El diámetro del cilindro deber ser (por lo menos) tres veces mayor que el diámetro máximo del agregado grueso y la longitud debe ser lo más cerca posible de dos veces el diámetro.
  • La probeta estándar para la resistencia a compresión del concreto con agregado de tamaño máximo de 2" (50 mm) o menos, es de 12" (300 mm) de altura y 6" (150 mm) de diámetro, aunque también pueden utilizarse cilindros de 8" (200 mm) de altura y 4" (100 mm) de diámetro.
  • Las vigas para el ensayo de resistencia a flexión tienen normalmente 6" x 6" (150 mm x 150 mm) de sección transversal para concreto con agregados de hasta 2" (50 mm) de tamaño máximo, con una longitud de 18" (450 mm) más 2" (50 mm) para un total de 20" (500 mm). Cuando el agregado utilizado tiene un tamaño máximo mayor de 2" (50 mm), la dimensión mínima de la viga debe ser, por lo menos, de tres veces la dimensión máxima el agregado y la longitud tres veces la profundidad de la viga más 2" (50 mm).
  • Los cilindros de prueba que se compactan con golpes (revenimiento de 1" o más) se deben llenar en tres capas aproximadamente iguales y cada capa debe recibir 25 golpes, mientras que en las vigas (resistencia a la flexión) con hasta 8" (200 mm) de profundidad se deben llenar en dos capas, golpeándolas con una varilla lisa de punta redondeada de 5/8" (16 mm). de diámetro una vez por cada 2 pulg2 (2500 mm2) de superficie superior.
  • Los cilindros de ensayo curados en obra deben fabricarse al mismo tiempo y usando las mismas muestras que los cilindros de ensayo curados en laboratorio.
  • El espécimen debe mantenerse inmerso en agua saturada con cal durante 20 horas, como mínimo, antes de ensayarse.

Es preciso resaltar que la resistencia de los especímenes de prueba se ve afectada considerablemente por golpes, cambios de temperatura y exposición al secado, principalmente en las 24 horas después de su moldeo.

Por último, los especímenes deben rotularse adecuadamente en la parte externa para prevenir confusiones, no deben marcarse en la superficie libre del concreto.

Conclusiones

Un estudio cuidadoso y detallado de las especificaciones de la obra y de la buena práctica ingenieril es necesario para el correcto desarrollo de los trabajos de construcción, especialmente en concreto, esto para determinar el tipo y frecuencia de las pruebas de control de calidad que deben realizarse a lo largo del proyecto.

Asimismo, deben estudiarse cuidadosamente las normas de ensayo, las cuales deben realizarse por personal capacitado en el desarrollo de tales labores, con el fin de evitar controversias que pueden afectar el normal desarrollo del proyecto y, sobre todo, para garantizar el buen desempeño de la obra terminada.

El auto-control de calidad por parte del contratista es fundamental para determinar posibles errores en la fabricación y manejo del concreto fresco, por tal razón, es importantísimo que no sólo la supervisión realice las pruebas de control y de aceptación.


Pavimentos de concreto: Cuidado con el transporte de la mezcla

El transporte de la mezcla de concreto involucra todas las actividades requeridas para llevar la mezcla desde la planta de dosificación hasta el sitio de pavimentación. Estas actividades pueden incluir carga del camión, revisión en planta, transporte al sitio de pavimentación, revisión en la obra, agitación y mezclado (si requiere), descarga, regreso a la planta y lavado.

Debe tenerse en cuenta que el tipo de transporte puede afectar las características de homogeneidad, trabajabilidad, contenido de agua y contenido de aire en el concreto fresco. El éxito en el transporte de la mezcla consiste en entregar el concreto fresco hasta el lugar de colocación conforme las propiedades especificadas en el diseño (relación agua/cemento, revenimiento, contenido de aire incluido, homogeneidad).

Para el transporte pueden utilizarse camiones mezcladores y camiones tipo volquete. Para la utilización de los camiones tipo volquete, los materiales deben ser mezclados en un mezclador central y debe buscarse obtener una mezcla de bajo revenimiento. Siempre que se utilicen mezclas de bajo revenimiento, se debe contar con una pavimentadora de formaleta deslizante para colocar el concreto (ver Ilustración 1).

Transporte mezcla

Ilustración 1. Transporte de la mezcla en camión volquete


¿Sabía usted?

Que las unidades de mampostería de concreto nunca se deben mojar, ni antes ni después del proceso de pega. Los ciclos de humedecimiento y secado producen cambios volumétricos que pueden agrietar el bloque y/o las uniones de mortero. La única excepción a esta regla puede darse durante el repello, ya que es necesario humedecer el bloque para evitar la pérdida de humedad del mortero y mejorar la adherencia de la capa aplicada con la superficie del bloque.

El almacenamiento de las unidades debe darse en un sitio aislado del contacto con el suelo y de la exposición a la lluvia y el sol (ver Ilustración 1). Es recomendable cubrirlos con plástico y montarlos sobre tarimas de madera. Se sugiere que se acomoden en pilas no mayores de 8 hiladas y trabados entre sí, alternando cada hilada para mayor estabilidad.

Es importante definir las responsabilidades en cuanto al manejo (descarga, almacenamiento y transporte) de las unidades en obra, ya que un mal manejo de las unidades tendrá como resultado un incremento en los costos de la obra o en una disminución de la calidad.

Bloques

Ilustración 1. Deficiente almacenamiento de bloques, nótese que están expuestos a la humedad y están colocados directamente sobre el suelo