DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO POR EL MÉTODO DE MADUREZ

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1 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO POR EL MÉTODO DE MADUREZ DETERMINATION OF COMPRESSIVE STRENGTH OF CONCRETE BY MATURITY METHOD Ana Torre Carrillo 1, Manuel Aspilcueta Asencios 2 1 Profesora de la Facultad de Ingeniería Civil e Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú 2 Ingeniero Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú anatorre@uni.edu.pe manueluriel@hotmail.com Resumen. En las estructuras de concreto es de suma importancia conocer el desarrollo de la resistencia a la compresión. Convencionalmente, se hace uso del método descrito en las normas ASTM C39/C39M NTP Método de Ensayo Normalizado para la Determinación de la Resistencia a la Compresión del Concreto en muestras cilíndricas. Sin embargo, los resultados obtenidos utilizando este método siempre difieren de la resistencia en la estructura, lo cual motiva al uso de métodos indirectos para poder evaluar la resistencia in situ. Entre los métodos indirectos se encuentra la madurez del concreto, descrito en las normas ASTM C1074 NTP Método de ensayo normalizado para la estimación de la resistencia del concreto por el método de madurez.este método fue desarrollado por investigadores británicos McIntosh (1949), Nurse (1949) y Saul (1951) los cuales proponían que a partir del conocimiento de la temperatura interna del concreto se podía estimar la resistencia a la compresión. Debido a eso, el método de madurez fue implementado en diversos proyectos los cuales reportaron que la principal ventaja fue la optimización del tiempo en operaciones constructivas. En esta investigación se compararon las resistencias estimadas por el método de madurez y el método convencional obteniéndose correlaciones del orden de 0.97, mientras que para el caso de la resistencia in situ se obtuvo resultados similares a los conseguidos en proyectos extranjeros. Palabras claves: madurez, concreto, resistencia a la compresión, resistencia in situ. 1

2 Abstract. In concrete structures, it is very important to know the developing of compressive strength. Conventionally, it is used the method described in the ASTM C39/C39M NTP Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens. However, the results obtained using that method are not the same from the in-place strength, which leads to use other in-place tests to estimate the compressive strength of concrete. Among them, there is one named the maturity method, described in the ASTM C1074 NTP Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method. This method was developed by British researchers McIntosh (1949), Nurse (1949) and Saul (1951), who propose that the development of the strength of concrete could be related to the combined effect of time and temperature. For that reason, the maturity method was implemented in many construction projects which report that the main advantage was the optimization of the construction process. In this research, it was compared strengths estimated from the maturity method and the standard method, obtaining correlations around 0.97 meanwhile for the case of in-place strength, the main results were very similar to the international construction projects. Key words: maturity, concrete, compressive strength, in situ strength. Introducción El material más utilizado en el sector construcción es el concreto, cuya propiedad principal es la resistencia a la compresión; convencionalmente, esta se cuantifica por medio del ensayo de reistencia a la compresión que se encuentra descrito en las normas ASTM C192 /C192 M [1] - NTP [2] y ASTM C39/C 39 M [3] NTP [4] respectivamente. Sin embargo, la ACI [5] menciona que Resulta inusual que el concreto de la estructura tenga las mismas propiedades que los cilindros normalizados a la misma edad. (ASTM: American Society for Testing and Materials, NTP: Norma Técnica Peruana) Esta diferencia se debe a diversos factores, entre ellos se tiene a la geometría, las condiciones de elaboración, curado, medio ambiente, etc. Por tal razón, a veces resulta necesario hacer usos de otros métodos tales como los descritos en la ACI [5]. Uno de esos métodos es el descrito en la norma ASTM C 1074 [6] NTP [7] denominado Madurez del concreto. El concepto de madurez fue propuesto a inicios de 1950, basado en los trabajos de McIntosh (1949) y Nurse (1949), Saul (1951) quienes asumieron que el desarrollo de la resistencia del concreto puede estar relacionado con el efecto combinado de tiempo y temperatura [8-10]. Este efecto puede representarse como 2

3 el producto del tiempo transcurrido y la temperatura del concreto a medida que este endurece. La suma de los productos acumulados de cada intervalo de tiempo en el proceso de endurecimiento fue definida como la madurez del concreto (Figura1). Figura 1: Concepto de madurez del concreto En este estudio se ha realizado un análisis comparativo entre la resistencia estimada por el método de madurez del concreto ASTM C 1074 [6] NTP [7], esclerometria ASTM C 805 [11] NTP [12], velocidad de pulso ASTM C 597 [13] NTP [14] y el método estandarizado descrito en la ASTM C39/C 39 M [3] NTP [4]. 1. Métodos y condiciones de ensayo. Se ensayaron 64 probetas de concreto elaboradas a partir de un mismo diseño de mezcla, basado en el ACI 211 [15], Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete, con el propósito de comparar los resultados otorgados por los métodos descritos en la ASTM C39/C 39M [3] NTP [4], ASTM C1074 [6] NTP [7], ASTM C805 [11] NTP [12] y ASTM C597 [13] NTP [14]. Se utilizaron alrededor de 100 probetas de concreto elaboradas a partir de otro diseño de mezcla con fines de implementación del método de madurez en un proyecto nacional. Las probetas para el ensayo de compresión se fabricaron y curaron de acuerdo a la norma ASTM C 192/C 192M [1] - NTP [2]. Los ensayos de compresión se realizaron según la norma ASTM C39/C 39M [3] NTP [4] a diversas edades. (ACI: American Concrete Institute) Los ensayos de compresión axial se ensayaron en la máquina TONI-TECHNIK provista de una célula de 3.000KN, para el método de madurez se utilizó el termómetro electrónico FLUKE y termocuplas del tipo K, para esclerometria se utilizó el esclerómetro METROTEST y para el método de velocidad de pulso se 3

4 utilizó el equipo de ultrasonido V-METER MK IV y el lector de madurez utilizado para la implementación del método de madurez fue INTELLIROCK. Con el propósito de realizar comparaciones entre los métodos indirectos, se tomaron como datos la madurez alcanzada, el número de rebote y la velocidad de pulso a edades de 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 14, 21, 22, 27 y 28 días. Para el caso particular del método de madurez, se evaluó utilizando los modelos descritos en la ASTM C 1074 [6] NTP [7]. Y mediante las metodologías descritas en la ACI [5] se obtuvo las resistencias estimadas por estos métodos para finalmente comparar estos resultados con la resistencia obtenida por la ASTM C 39/ 39 M [3] NTP [4]. En el caso de la resistencia in situ, la comparación sólo se realizó entre los métodos ASTM C 39/C 39M [3] NTP [4] y ASTM C 1074 [6] NTP [7]. Para realizar el análisis comparativo entre los métodos indirectos que estiman la resistencia a la compresión se hizo uso de las variables estadísticas denominadas desviación estándar (σ) y coeficiente de correlación (r). Mientras que para el caso de la implementación se utilizó las indicaciones dadas por la ASTM C 1074 [6] NTP [7] así como recomendaciones de investigaciones extranjeras [16-18]. 2. Resultados y Discusión Los resultados obtenidos de los ensayos realizados en el LEM - UNI pueden apreciarse en la tabla 1. (LEM: Laboratorio de Ensayo de Materiales) Tabla 1: Registro de resultados obtenidos de resistencia a la compresión utilizando 4 métodos de ensayo: ASTM C 39/C 39M [3] NTP [4], ASTM C 1074 [6] NTP [7], ASTM C 805 [11] NTP [12] y ASTM C 597 [13] NTP [14]. Resistencia Probetas (kg/cm 2 ) Resistencia Madurez (kg/cm 2 ) Nurse Saul Arrhenius Resistencia Rebote (kg/cm 2 ) Edad (días) Resistencia Ultrasonido (kg/cm 2 ) 4

5 Fuente: Propia. Con los datos de la tabla 1, se obtienen las figuras 2, 3, 4 y COMPARACION ENTRE EL MÉTODO DE MADUREZ Y PROBETAS CILINDRICAS SEGÚN MODELO DE NURSE - SAUL Resistencia Madurez (kg/cm 2 ) R.Probetas 150 R.Madurez.Nurse-Saul % error 50 20%error Resistencia Probetas (kg/cm 2 ) Figura 2: Comparación entre los resultados otorgados por los métodos descritos en la ASTM C39 / C39 M [3] NTP [4] y ASTM C 1074 [6] NTP [7] para el modelo de Nurse Saul. 5

6 Resistencia Madurez (kg/cm 2 ) COMPARACIÓN ENTRE EL MÉTODO DE MADUREZ Y PROBETAS CILÍNDRICAS SEGÚN EL MODELO DE ARRHENIUS 200 R.Probetas 150 R.Madurez Arrhenius % error 0 20% error Resistencia Probetas (kg/cm 2 ) Figura 3: Comparación entre los resultados otorgados por los métodos descritos en la ASTM C39 / C39 M [3] NTP [4] y ASTM C 1074 [6] NTP [7] para el modelo de Arrhenius. Resistencia Rebote (kg/cm 2 ) COMPARACIÓN ENTRE EL MÉTODO DEL NÚMERO DE REBOTE Y PROBETAS CILÍNDRICAS %error 0 20%error Resistencia Probetas (kg/cm 2 ) Figura 4: Comparación entre los resultados otorgados por los métodos descritos en la ASTM C39 / C39 M [3] NTP [4] y ASTM C 805 [11] NTP [12]. 6

7 Resistencia Ultrasonido (kg/cm 2 ) COMPARACIÓN ENTRE EL MÉTODO DE VELOCIDAD DE PULSO Y PROBETAS CILÍNDRICAS R.Probetas 100 R.Ultrasonido 50 10%error 0 20%error Resistencia Probetas (kg/cm 2 ) Figura 5: Comparación entre los resultados otorgados por los métodos descritos en la ASTM C39 / C39 M [3] NTP [4] y ASTM C 597 [13] NTP [14]. Para el caso de la implementación del método de madurez, en losas postensadas, un resumen de todos los datos puede apreciarse en la tabla 2. Tabla 2: Resultados de los ensayos en la implementación del método de madurez. Edad (días) Resistencia Madurez (kg/cm 2 ) Resistencia Probetas (kg/cm 2 ) Error (%)

8 Fuente: Propia. Con los datos de la tabla 2 se obtuvo las figuras 6, 7 y 8. Resistencia a la compresión kg/cm COMPARACIÓN DE LA RESISTENCIA ESTIMADA POR MADUREZ Y PROBETAS CILÍNDRICAS Edad 3 días Probetas Madurez Figura 6: Comparación de las resistencias para la edad de 3 días. 8

9 Resistencia a la compresión kg/cm Edad 7 días Figura 7: Comparación de las resistencias para la edad de 7 días. Resistencia a la compresión kg/cm 2 COMPARACIÓN DE LA RESISTENCIA ESTIMADA POR MADUREZ Y PROBETAS CILÍNDRICAS COMPARACIÓN DE LAS RESISTENCIA ESTIMADA POR MADUREZ Y PROBETAS CILÍNDRICAS Edad 28 días Probetas Madurez Probetas Madurez Figura 8: Comparación de las resistencias para la edad de 28 días. La norma ASTM C 1074 [6] - NTP [7] menciona lo siguiente: Si la diferencia entre la resistencia estimada por el método madurez y el método de probetas cilíndricas no es significativa y además está entre el rango de ± 10 %, estos resultados pueden ser utilizados como indicadores de la resistencia del elemento. 9

10 De la tabla 2, se aprecia que la mayoría de resultados poseen un error dentro del rango del ± 10 %, esto conlleva a poder utilizar los datos como indicadores de la resistencia a la compresión del concreto in situ. Para el caso de aquellos resultados que no se encuentren en este rango, habrá que analizar las fuentes de error y de acuerdo a eso tomar la decisión de utilizar o no tal resultado. De las figuras 6 y 7 se observa que la resistencia estimada por el método de madurez es mayor a la estimada por la ASTM C 39 / C 39 M [3] NTP [4], detalle que podría aprovecharse en la optimización del tiempo en ciertas actividades constructivas. Mientras que para la edad de 28 días, ver figura 8, la resistencia estimada por madurez es menor al de los cilindros normalizados, esto es debido principalmente a que los cilindros normalizados se curan hasta la edad de 28 días mientras que los elementos normalmente son curados hasta la edad de 7 días. Con respecto a los resultados de las figuras 2, 3, 4 y 5, mediante un análisis estadístico se obtuvo la tabla 3. Tabla 3: Correlaciones entre los métodos de madurez, rebote y ultrasonido con respecto al descrito en la ASTM C 39/ C 39 M [3] NTP [4] Métodos Coeficiente de Desviación Correlación (r) Estándar (σ) Madurez (Modelo de Nurse Saul) Madurez (Modelo de Arrhenius) Rebote Ultrasonido Fuente: Propia. De la tabla 3, se observa que ambos modelos de madurez producen prácticamente el mismo valor de coeficiente de correlación y desviación estándar, los cuales indican una fuerte correlación entre madurez y resistencia a la compresión. Al comparar los métodos de madurez, esclerometria y ultrasonido, se puede observar que el método de madurez es más apropiado para estimar resistencias a la compresión a edades menores que 28 días. Es recomendable no utilizar los métodos descritos en la ASTM C 805 [11] NTP [12] y ASTM C 597 [13] NTP [14] como indicadores de la resistencia a la compresión del concreto. 3. Conclusiones Tras realizar un análisis comparativo entre los métodos descritos en la ASTM C 39/ 39 M [3] NTP [4], ASTM C 1074 [6] - NTP [7], ASTM C 805 [11] NTP [12] y ASTM C 597 [13] NTP 10

11 [14], se aprecia que el método de madurez otorga estimaciones más apropiadas para edades menores a 28 días. La principal razón por la cual el método de madurez produce mejores estimaciones es debido a que este toma como fundamento que la resistencia a la compresión se debe principalmente al calor generado de las reacciones internas entre el cemento y el agua. Debido a las desviaciones estándares y coeficientes de correlación producidos por el método del número de rebote y velocidad de pulso, ambos métodos no serían los más apropiados para monitorear el desarrollo de la resistencia a la compresión del concreto durante los primeros 28 días. En cuanto a la implementación del método de madurez en elementos del tipo losa postensada, se observó que este método otorga resultados similares a los entregados en proyectos extranjeros [16-18], es decir la optimización del tiempo en actividades constructivas. 4. Referencias [1] Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the - Laboratory, ASTM C 192/C 192M, [2] Práctica Normalizada para la Elaboración y Curado de Especímenes de Concreto en el Laboratorio, NTP , [3] Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens, ASTM C 39/C 39M, [4] Método de Ensayo Normalizado para la Determinación de la Resistencia a la Compresión del Concreto en muestras cilíndricas, NTP , [5] In-Place Methods to Estimate Concrete Strength, ACI 228.1, [6] Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method, ASTM C 1074, [7] Método de Ensayo Normalizado para la Estimación de la Resistencia del Concreto por el Método de Madurez, NTP , [8] McIntosh, J.D., Electrical Curing of Concrete, Magazine of Concrete Research, Vol 1, No.1, pp 21 28, January

12 [9] Nurse, R.W., Steam Curing of Concrete, Magazine of Concrete Research, Vol 1, No.2, pp 79-88, June [10] Saul, A.G.A., Principles Underlying the Steam Curing of Concrete at Atmospheric Pressure, Magazine of Concrete Research, Vol 2, No.6, pp , March [11] Standard Test Method for Rebound Number of Hardened Concrete, ASTM C 805, [12] Método de Ensayo para Determinar el Número de Rebote del Concreto Endurecido, NTP , [13] Standard Test Method for Pulse Velocity through Concrete, ASTM C 597, [14] Método de Ensayo para Determinar la Velocidad de Pulso a través del Concreto, NTP , [15] Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete, ACI 211.1, [16] Covarrubias Juan Pablo, Madurez del concreto, construir más rápido, con menos dinero y menos riesgos, seminario internacional, 2011, pp [17] Hermida Germán, Resistencia del concreto en sitio, Método de madurez y tecnología DSTA AIDETERM, seminario Sika, 2008, pp [18] S.A.Wade, A.K.Schindler, R.W.Barnes y J.M.Nixon, Evaluation of the Maturity Method to Estimate Concrete Strength, Research Report, Department of Civil Engineering, Auburn University, Alabama,

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