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CAPITULO IX

CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO

Factores involucrados en la producción de concreto de alta calidad:

- Materiales - Proporcionamiento - Mezclado, transporte - Colocación: vaciado, consolidación - Curado - Ensayo

⇒ Muestras del mismo concreto mostrarán alguna variación en las propiedades mecánicas. Factores que contribuyen a la variabilidad:

- Materiales: Granulometría, forma, contenido de humedad, propiedades físicas (dureza), composición mineralógica, variabilidad en el cemento y aditivos.

- Producción: Variabilidad en las proporciones de los componentes producto de modo de medición, tipo de mezclado, transporte y procedimientos adicionales en la variación y colocación.

- Ensayo: Variaciones en el muestreo, elaboración y curado de especímenes de prueba y el procedimiento de ensayo.

Medición de la variabilidad (en ensayos de resistencia) Considerando que la distribución de ensayos de resistencia del concreto aproximada a la distribución normal de Gauss. Distribución completamente definida por: Promedio aritmético: media aritmética de todos los datos de ensayos de resistencia.

Representadas por “x”.

n

X∑=⇒ µ n: # de ensayos involucrados.

Desviación estándar: medida de la dispersión o variabilidad de los valores.

1

)( 2

−

−=∑n

xS

µ

Varianza: (S)2

Coeficiente de variación: %100*µ

SV =

Ecuación de la curva de Gauss de distribución normal

2

2

2

S 2

)-(x-

e 2

1µ

πSy =

Reemplazando S

xz

µ−= z: # de desviaciones estándar que x está alejado de

µ.

2

z-

2

e 2

1

πsy =

Graficando la función descrita obtenemos la campana de Gauss mostrada en unidades de “x” y “z”. Ver figura 9.1.

Figura 9.1.- Áreas bajo la curva normal Propiedades de la curva de Gauss:

1. Máxima ordenada en z = 0 ó x = µ 2. Simetría alrededor de z = 0 3. Puntos de inflexión alrededor de s 1± desde µ, es decir: 1S xó 1 ±=±= µz

4. Área total bajo la curva normalizada 1. 5. Área bajo la curva entre 2 puntos es la probabilidad de ocurrencia de un valor en aquel

intervalo. Ej. Probabilidad de que un valor caiga a S 1± desde µ = 68.27 %

- Dentro de 2 S desde µ: 95.45% - Dentro de 3 S desde µ: 99.73%

6. Si conocemos el S1, S2, ... de todos los componentes que contribuyen a la Sr ⇒

S2 = S12 + S2

2 + ... + Sn2

Aplicaciones al concreto Una vez aceptada, que la resistencia a compresión (resultado de ensayos) tienen una distribución estadística normal podemos mencionar:

3

1. No es posible diseñar estructuras de concreto en base a la resistencia promedio

definida por n

X∑=µ . La mitad de los resultados estarían por debajo de esa

resistencia. Debemos decidir que porcentaje de valores menores a un valor mínimo de diseño aceptaremos. Utilizando este porcentaje y conocido o estimado una “S” de la resistencia a compresión del concreto debemos determinar la resistencia promedio requerida para la cual diseñar la mezcla de concreto.

2. Cuando tratamos de evaluar la calidad del concreto de una estructura. La cantidad de

ensayos realizado se debe realizar sobre una muestra de tamaño suficiente de modo que sea representativa de todo el concreto.

3. Establecer un plan de acción a seguir si el concreto es considerado que no ha cumplido

con las especificaciones.

Nota: Se debe notar el hecho de que aceptar que un % de ensayos este por debajo de la resistencia de diseño del concreto es mucho menos riesgoso de lo que podría parecer siempre que estos resultados no estén tan por debajo que presentan ser una gran deficiencia en la calidad del concreto. Razones:

1. Tandas de concreto tienden a entremezclarse en el concreto colocado conforme el concreto es colocado en los encofrados. Esto tiende a que la resistencia se acerque al promedio.

2. Los métodos de diseño estructural utilizan cargas amplificadas y coeficientes

de reducción de resistencia del concreto. 3. La resistencia del concreto, aunque poco, aumenta con el tiempo. 4. El uso de refuerzo en el concreto, redistribuye los esfuerzos en la estructura.

Aproximación de la variabilidad según ACI

Comité ACI 214 “Evaluación de resultados de pruebas de compresión del concreto en obra”

Indica que debido a la variabilidad inherente en la resistencia del concreto se requiere una resistencia promedio suficientemente en exceso a la resistencia de diseño especificada, de modo que ocurra únicamente una porción aceptable de valores bajos. Resistencia promedio requerida:

s '' ó V 1

'' tff

t

ff ccr

c

cr +=−

=

f’cr : Resistencia promedio a la compresión requerida. f’c: Resistencia especificada a la compresión. t: Constante que depende del # de pruebas permitidas con resultados por debajo de f’c. V, s: Coeficiente de variación y desviación estándar “predicha” en el concreto.

La confiabilidad de esta expresión depende del # de muestras empleadas para obtener

“V” esperada, preferible usar por lo menos 30. Muestras (*1) ver hoja siguiente:

De acuerdo con nuestra norma no menos de 15 muestras deben ser ensayadas. Considera un factor que amplifica el valor de “V” debido a que el tamaño de la muestra es menor que 30. Mostrar tabla de norma E.060.

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Las expresiones anteriormente mostradas muestran gran flexibilidad en le sentido que

dejan a criterio del usuario el % de resultados por debajo de la resistencia de diseño aceptados como tolerables. Sin embargo el código de construcción del ACI 318 y la norma peruana E.060 indican los siguientes requisitos para establecer el f’cr:

Tabla 9.1.- Resistencia promedio a la compresión requerida cuando hay datos disponibles para establecer una desviación estándar de la muestra

Información válida para estimar la “s” del concreto a producir:

- Debe representar materiales, procedimientos de control de calidad y condiciones similares a aquellas que se espera en la obra a iniciar.

- Debe representar concretos con f’c en el rango de 2Kg/cm 70± de la

especificada en la obra a iniciar.

- Consistir de por lo menos 30 ensayos consecutivos o dos grupos de ensayos consecutivos que totalicen por lo menos 30 ensayos.

- Si se posee un registro de 15 a 29 ensayos consecutivos, la “s” estándar

utilizada será el valor calculado del grupo de ensayos multiplicada por el factor indicado en la tabla 9.2:

Tabla 9.2.- Factor de modificación para la desviación estándar de la muestra

Cuando se dispone de menos de 30

- Cuando el # de ensayos es insuficiente (< 15) la resistencia utilizada como base para el diseño de la mezcla (f’cr) debe exceder la resistencia de diseño (f’c) en las cantidades indicadas por la siguiente tabla:

Tabla 9.3.- Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos disponibles para

establecer una desviación estándar de la muestra

f’c (Mpa) f’cr (Mpa) < 21 f’c + 7

21 – 35 f’c + 8.5 > 35 1.1 f’c + 5

Muestra Factor de corrección 15 1.16 20 1.08 25 1.03 30 1.00

5

Calificación del control de calidad

Basados en un gran número de pruebas de resistencia el ACI 214 nos permite calificar el control de calidad en función a la desviación estándar obtenida.

Tabla 9.4 Desviación estándar para diferentes tipos de control (Mpa)

Excelente Muy bueno Bueno Regular pobre

Pobre

Pruebas en construc. en

general < 2.8 2.8 – 3.5 3.5 – 4.2 4.2 – 4.9 > 4.9

Tandas de prueba de laboratorio < 1.4 1.4 – 1.8 1.8 – 2.1 2.1 – 2.5 > 2.5

Tabla 9.5 Variaciones dentro de la prueba

Coeficientes de variación para diferentes tipos de control (%)

Excelente Muy bueno Bueno Regular pobre

Pobre

Pruebas de control de campo < 3.0 3.0 – 4.0 4.0 – 5.0 5.0 – 6.0 > 6.0

Tandas de prueba de laboratorio < 2.0 2.0 – 3.0 3.0 – 4.0 4.0 – 5.0 > 5.0

Número de muestras

- Finalidad llevar a cabo análisis estadístico descrito anteriormente. - # de muestras deben ser suficientes. - Muestreo debe proporcionar verificación continua del concreto que está siendo

colocado. - Requerimiento comúnmente aceptado indicado por el Norma E.060 (Concreto

Armado): - Al menos 1 muestra diaria - Una cada 50 m3 de concreto. - Una cada 300 m2 de superficie colocada. - No deberá tomarse menos de una muestra de ensayo por cada cinco camiones

cuando se trate de concreto premezclado. - Un ensayo de resistencia debe ser el promedio de las resistencias de dos

probetas cilíndricas confeccionadas de la misma muestra de concreto y ensayadas a los 28 días o a la edad de ensayo establecida para la

determinación de f’c.

Considerando como tipo de concreto lo siguiente:

(a) Cada una de las diferentes calidades de concreto requeridas por resistencia en compresión.

(b) Para una misma resistencia en compresión, cada una de las diferentes calidades de concreto obtenidas por variaciones en el tamaño máximo del agregado grueso, modificaciones en la granulometría del agregado fino o utilización de cualquier tipo de aditivo. (c) El concreto producido por cada uno de los equipos de mezclado utilizados en la obra.

En elementos que no resisten fuerzas de sismo, si el volumen es menor que 40m3,

podría evitarse la ejecución de ensayos si a juicio de los responsables está garantizada la calidad del concreto.

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Con la finalidad de generar muestras aleatorias, como es requerido por cuestiones estadísticas. El plan de muestreo se debe establecer previamente de acuerdo con cualquier procedimiento aleatorio y obtener las muestras de las tandas predeterminadas. La práctica de muestrear tandas de bajo o alto slump o aquellas que a juicio del inspector o residentes son representativas del concreto colocado se debe evitar porque no permite evaluar de modo objetivo la calidad ni la uniformidad del concreto. Cartas de control de calidad

Utilizando los principios anteriormente mencionados debemos ser capaces de evaluar tan pronto como sea posible la calidad del concreto y los posibles cambios ocurridos.

Por ejemplo puede ocurrir que la resistencia promedio se está alcanzando pero que la desviación estándar es mayor a la esperada en cuyo caso tendremos una mayor probabilidad de obtener resultados por debajo de los límites especificados de lo que esperamos. Esto podría requerir un incremento inmediato de la resistencia promedio mientras se evalúa el motivo de la mayor “s”.

De otro modo cuando “s” es menor que la esperada podríamos permitir una reducción de la f’cr.

Igualmente importante será advertir cambios de f’cr ó “s” en cualquier etapa de la producción. Cambios que pueden deberse a cambios en las materias primas, condiciones de funcionamiento de los equipos, variaciones del medio, etc.

Las correcciones necesarias solamente se podrán realizar en la medida que podamos advertir los defectos.

Lo anterior implica evaluar de modo continuo la calidad del concreto.

Modo: con cartas mostradas con el eje longitudinal mostrando los #s consecutivos de las muestras.

1. Carta de valores de resistencias individuales (cada punto es el promedio del ensayo de 2 probetas): Ver figura 9.2

• f’cr: de acuerdo con lo tratado anteriormente.

• Muestra el # de pruebas por debajo de f’c – 3.5 Mpa: Da alguna impresión de la variabilidad del concreto, pero es insensitiva a las tendencias de cambio en la calidad del concreto.

2. Gráfico del movimiento promedio de la resistencia: Ver figura 9.3

• Cada punto representa el promedio de cinco ensayos previos.

• Es susceptible a los cambios en la resistencia promedio.

• Para nuestro caso cada punto será el promedio de tres ensayos previos debido a las condiciones utilizadas para fijar f’cr.

• Valores de esta carta por debajo de los límites establecidos indican que la resistencia promedio no se está alcanzando posiblemente debido a una resistencia más baja, una dispersión más alta o una pobre técnica de ensayo.

Figura 9.2.

Figura 9.

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20

Resis

tencia

a C

om

pre

sió

n [M

Pa]

2.- Carta de valores de resistencias individuales

igura 9.3.-Movimiento promedio de la resistencia

30 40 50 60 70

Nro. de Muestra

Media Móvil de 3 Resultados Mínima Móvil

7

80 90 100

8

3. Muestra el movimiento promedio del rango (la diferencia entre el valor más alto y más bajo en un juego de pruebas)

• Cada punto representa el promedio del rango de 10 pruebas consecutivas

de resistencia. • La carta muestra el rango promedio permisible. • Permite verificar que tan adecuado es el procedimiento de prueba.

21 **' dfMR cr ν=

MR : Rango promedio máximo aceptable

1ν : Coeficiente de variación promedio aceptada.

d2 : Constante que depende del número de cilindros ensayados por prueba. d2 = 1.128 para 2 cilindros hermanos d2 = 1.693 para 3 cilindros hermanos

Debido a que 1ν no debería exceder de 5% el MR debería ser:

herm.) cilindros 3 (para '08465.0')693.1*05.0(

herm.) cilindros 2 (para '0564.0')128.1*05.0(

crcr

crcr

ffMR

ffMR

==

==

Figura 9.4.-Movimiento promedio del rango.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Nro. de Muestra

Resis

tencia

a C

om

pre

sió

n [M

Pa]

R. Caract. de 30 Resultados R. Especificada

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Falla en el cumplimiento de los requisitos especificados

Pruebas en núcleos extraídos de los elementos cuyas probetas ensayadas no cumplieron los requisitos.

Concreto se considera adecuado si el promedio de los 3 cilindros ensayados es mayor al 85 % de f’c y ninguna es menor al 75 %. Control de calidad del método de curado

Aceptable si los valores de ensayos de cilindros curados en obra (condiciones de curado de obra) son mayores al 85 % de la resistencia de sus hermanas curadas según norma.