Investigación a realizar cuando los resultados de los ensayos indican que la resistencia es baja (II)

Si fuera necesario ensayar testigos de hormigón, la extracción de los testigos del área cuestionada se debe realizar de acuerdo con los procedimientos descriptos en ASTM C 42. El ensayo de los testigos de hormigón se debe realizar con sumo cuidado, tanto en la operación del propio ensayo como en la interpretación de los resultados. ASTM C 42 presenta procedimientos detallados. Los siguientes lineamientos ayudan a garantizar que los procedimientos de extracción y ensayo
de los testigos sean adecuados:

1. Esperar 14 días (mínimo) antes de extraer los testigos.
2. Extraer tres testigos del área cuestionada.
3. Extraer los testigos usando brocas de diamante.
4. Extraer testigos de un diámetro de 2-1/2 in. (mínimo) o dos veces el tamaño máximo del agregado.
5. Evitar que en los testigos haya cualquier tipo de armadura.
6. La longitud del testigo debe ser como mínimo igual a 1 × diámetro del testigo, pero preferentemente debe ser igual a 2 ×
diámetro del testigo.
7. Si fuera posible, tomar un testigo de la totalidad del espesor del elemento.
8. Dejar una longitud adicional de 2 in. en el extremo del testigo, la cual luego se quebrará.
9. Usar cuñas de madera para retirar las porciones de los extremos que han de ser quebradas.
10. Aserrar los extremos quebrados para lograr superficies planas.
11. Si bajo condiciones de servicio el hormigón está seco, secar al aire los testigos durante 7 días (60 a 70ºF, humedad relativa ambiente 60%). Ensayar los testigos secos.
12. Si bajo condiciones de servicio el hormigón está húmedo, sumergir los testigos en agua (73,4 ± 3ºF) durante 40 horas. Ensayar los testigos húmedos.
13. Enrasar los extremos de los testigos con una capa de material de 1/8 in. de espesor (o menos).
14. Centrar correctamente el testigo en el aparato de ensayo.
15. Si la relación entre la longitud y el diámetro del testigo es menor que 2, corregir la resistencia como se indica a continuación (interpolar linealmente entre los valores listados):

Relación longitud-diámetro Factor de corrección de la resistencia
1,94 – 2,10 1,00
1,75 0,98
1,50 0,96
1,25 0,93
1,00 0,87

Conformidad del hormigón

El nivel de resistencia de una clase individual de hormigón se considera satisfactorio si se satisfacen los dos criterios siguientes:

1. Ningún resultado de un ensayo de resistencia individual (el promedio de las resistencias de un mínimo de dos probetas de un pastón) debe estar más de 500 psi por debajo de la resistencia a la compresión especificada cuando f'c es menor o igual que 5000 psi (por ejemplo, menor que 2500 psi para una resistencia a la compresión especificada del hormigón igual a 3000 psi); ni más de 10 por ciento por debajo de f'c cuando f'c es mayor que 5000 psi.

2. El promedio de los resultados de tres ensayos de resistencia consecutivos cualesquiera debe ser mayor o igual que la resistencia a la compresión especificada, f'c.

Los Ejemplos 2.6 y 2.7 ilustran resultados de ensayos de resistencia "aceptables" (o conformes) y "no aceptables" (o no conformes o de baja resistencia).

Edad del hormigón para el ensayo de resistencia

La Sección 5.1.3 permite basar f'c en ensayos realizados a edades diferentes a la edad habitual de 28 días. Si los ensayos se realizan a una edad diferente a los 28 días, esta edad debe estar indicada en los planos o especificaciones técnicas. En los edificios en altura muchas veces se utilizan hormigones con resistencias a la compresión superiores a 6000 psi, y hasta se han llegado a utilizar hormigones con resistencias de 20.000 psi. En estos casos se justifica realizar los ensayos de resistencia a edades superiores a los 28 días. El proceso constructivo de los edificios en altura que requieren hormigón de alta resistencia es tal que las columnas de los pisos inferiores no están totalmente cargadas hasta que ha transcurrido un año o más desde el inicio de su construcción. Por este motivo habitualmente se especifican resistencias a la compresión, f'c, obtenidas de ensayos realizados a edades de 56 ó 90 días.

CALIDAD, MEZCLADO Y COLOCACIÓN DEL HORMIGÓN ACTUALIZACIÓN PARA EL CÓDIGO 2002

1. Se agregó una oración al final del artículo 5.1.1 que estable que la resistencia a la compresión especificada del hormigón, f'c, debe ser mayor o igual que 2500 psi.

2. Se introdujeron varias revisiones significativas con respecto a las sobrerresistencias de diseño y los criterios de conformidad de los hormigones que tienen una resistencia a la compresión especificada, f'c, mayor que 5000 psi. Estas revisiones incluyen una modificación del cálculo de la resistencia a la compresión promedio requerida, f'cr, indicado en la nueva Tabla 5.3.2.1 (cuando hay datos de ensayos disponibles que permiten determinar la desviación estándar) y en la Tabla 5.3.2.2 existente (cuando no hay datos de ensayos disponibles). También se introdujeron los cambios correspondientes en los artículos 5.6.3.3(b), 5.6.5.1 y 5.6.5.2. Los criterios de conformidad actuales para los hormigones de todas las resistencias requieren realizar una investigación cuando los resultados de los ensayos de resistencia están más de 500 psi por debajo de f'c. El nuevo criterio de conformidad para los hormigones de más de 5000 psi exige realizar una investigación cuando los resultados de los ensayos de resistencia están más de un 10 por ciento por debajo de f'c. Este nuevo criterio permitirá que la variación de los resultados de los ensayos de resistencia sea mayor que 500 psi (por ejemplo, 600 psi para f'c = 6000 psi; 700 psi para f'c = 7000 psi; 800 psi para f'c = 8000 psi). Esto se fundamenta en el análisis exhaustivo de los resultados de ensayos de hormigones de alta resistencia que se han realizado durante los últimos veinte años. Estas revisiones fueron recomendadas por el Comité ACI 363 (Hormigón de Alta Resistencia), el Comité ACI 214 (Evaluación de los Datos obtenidos de Ensayos de Resistencia) y el Comité ACIC 211 (Dosificación del Hormigón), y su objetivo es proporcionar criterios más razonables y realistas para los hormigones de alta resistencia.

3. También se revisaron los métodos de preparación y almacenamiento de los testigos luego de su extracción y los límites de tiempo especificados para su ensayo (ver 5.6.5.3).

Hormigón Estructural Simple.

Esta sección se introdujo en el código de 1995, y especifica que para la flexión, compresión, corte y aplastamiento del hormigón simple se debe utilizar el factor de reducción de la resistencia = 0,65. Esto se debe a que tanto la resistencia a la tracción por flexión como la resistencia al corte del hormigón simple dependen de las características de resistencia a la tracción del hormigón que, en ausencia de armaduras, no posee reservas de resistencia ni de ductilidad.

Factores de Reducción de la Resistencia del Hormigón (I).

En la Tabla 5-2 se listan los factores prescriptos en 9.3.2 para el hormigón estructural. Las razones para utilizar factores de reducción de la resistencia ya han sido discutidas en secciones anteriores.

Observar que paras las secciones controladas por compresión se utiliza un factor menor que el utilizado para las secciones controladas por tracción. Esto se debe a que por lo general las columnas poseen menos ductilidad y son más sensibles a las variaciones de la resistencia del hormigón. Además, las consecuencias de la falla de una columna habitualmente son más severas que las de la falla de una viga. Por último, a las columnas zunchadas se les asigna un factor f mayor que a las columnas con estribos ya que las primeras tienen mayor tenacidad y ductilidad.

Protección o Recubrimiento con Hormigón: Requisitos Minimos.

Esta sección especifica requisitos mínimos de protección o recubrimiento de hormigón para los elementos hormigonados a nivel del plano de fundación, para los elementos en contacto con el suelo o expuestos al aire libre, y para los elementos interiores no expuestos a la acción del clima. En el Código 2002 se reorganizaron los requisitos sobre recubrimiento mínimo para hormigón colocado en obra (pretensado). Ahora los requisitos para hormigón colocado en obra (pretensado) están ubicados inmediatamente a continuación de los requisitos para hormigón colocado en obra (no pretensado). Luego siguen los requisitos para hormigón prefabricado, elaborado en condiciones de control en planta. En algunos casos para el hormigón colocado en obra (pretensado) y para el hormigón prefabricado elaborado en condiciones de control en planta se permite una ligera reducción de la protección o recubrimiento con respecto a la permitida para el hormigón colocado en obra (no pretensado). La expresión "elaborado en condiciones de control en planta" no significa necesariamente que los elementos prefabricados deben ser fabricados en una planta. Un elemento estructural pretensado en obra (por ejemplo, los tabiques izados) también calificarán para el recubrimiento reducido si el control de las dimensiones de los encofrados, la colocación de la armadura, la calidad del hormigón y el procedimiento de curado son equivalentes a los utilizados habitualmente en una planta. Las barras de gran diámetro, los paquetes de barras y los cables de pretensado requieren un recubrimiento ligeramente mayor. También se pueden requerir recubrimientos de mayor espesor en los ambientes corrosivos y para proveer protección contra el fuego. La Sección 18.3.3, introducida por primera vez en el Código 2002, exige que los elementos pretensados solicitados a flexión se clasifiquen como Clase U (no fisurado), Clase C (fisurado) o Clase T (transición entre no fisurado y fisurado). La Sección 7.7.5.1, también incorporada por primera vez en el código 2002, establece que los valores de recubrimiento indicados en 7.7.2 se deben incrementar un 50% para los elementos pretensados de las Clases C o T si los elementos están expuestos a ambientes corrosivos u otras condiciones de exposición severas. Esta exigencia de incrementar el recubrimiento un 50% se puede obviar si se verifica que la zona de tracción precomprimida del elemento no resulta traccionada bajo la acción de las cargas sostenidas o de larga duración. El diseñador debe prestar particular atención a las recomendaciones del comentario (R7.7.5) que sugieren aumentar el recubrimiento si durante su vida de servicio el hormigón va a estar expuesto a fuentes externas de cloruros, tales como el agua de mar o las aguas salobres. Como se observa en R7.7, se pueden utilizar otros métodos alternativos para proteger las armaduras contra las acciones del clima, siempre que estos métodos proporcionen una protección equivalente al recubrimiento adicional de hormigón requerido en 7.7.1(b), 7.7.2(b) y 7.7.3.1(a) con respecto a 7.7.1(c), 7.7.2(c) y 7.7.3.1(b), respectivamente.

Lineamientos para Obtener Buenos Testigos del Hormigón.

Los laboratorios deben ser responsables por las deficiencias de sus procedimientos. El uso de personal calificado es de importancia fundamental. El personal a cargo de la toma de muestras de hormigón, la preparación de las probetas cilíndricas, y de la operación de los equipos de laboratorio debe estar certificado bajo el programa de certificación de ACI o su equivalente (ver 5.6.1).

Si fuera necesario ensayar testigos de hormigón, la extracción de los testigos del área cuestionada se debe realizar de acuerdo con los procedimientos descriptos en ASTM C 42. El ensayo de los testigos de hormigón se debe realizar con sumo cuidado, tanto en la operación del propio ensayo como en la interpretación de los resultados. ASTM C 42 presenta procedimientos detallados. Los siguientes lineamientos ayudan a garantizar que los procedimientos de extracción y ensayo de los testigos sean adecuados:


1. Esperar 14 días (mínimo) antes de extraer los testigos.
2. Extraer tres testigos del área cuestionada.
3. Extraer los testigos usando brocas de diamante.
4. Extraer testigos de un diámetro de 2-1/2 in. (mínimo) o dos veces el tamaño máximo del agregado.
5. Evitar que en los testigos haya cualquier tipo de armadura.
6. La longitud del testigo debe ser como mínimo igual a 1 × diámetro del testigo, pero preferentemente debe ser igual a 2 × diámetro del testigo.
7. Si fuera posible, tomar un testigo de la totalidad del espesor del elemento.
8. Dejar una longitud adicional de 2 in. en el extremo del testigo, la cual luego se quebrará.
9. Usar cuñas de madera para retirar las porciones de los extremos que han de ser quebradas.
10. Aserrar los extremos quebrados para lograr superficies planas.
11. Si bajo condiciones de servicio el hormigón está seco, secar al aire los testigos durante 7 días (60 a 70ºF, humedad relativa ambiente 60%). Ensayar los testigos secos.
12. Si bajo condiciones de servicio el hormigón está húmedo, sumergir los testigos en agua (73,4 ± 3ºF) durante 40 horas. Ensayar los testigos húmedos.
13. Enrasar los extremos de los testigos con una capa de material de 1/8 in. de espesor (o menos).
14. Centrar correctamente el testigo en el aparato de ensayo.
15. Si la relación entre la longitud y el diámetro del testigo es menor que 2, corregir la resistencia como se indica a continuación (interpolar linealmente entre los valores listados):

Relación longitud-diámetro Factor de corrección de la resistencia
1,94 – 2,10 1,00
1,75 0,98
1,50 0,96
1,25 0,93
1,00 0,87

Además de los procedimientos indicados en ASTM C 42, se agregó un nuevo párrafo en el Comentario de la Sección 5.6.5 del Código 2002 que advierte que, cuando para obtener los testigos se utiliza una broca enfriada con agua, el proceso provoca un gradiente de humedad entre el exterior y el interior de los testigos, el cual afectará adversamente su resistencia a la compresión. Por lo tanto, se impone una restricción al inicio de los ensayos sobre los testigos a fin de permitir un tiempo suficiente para que este gradiente de humedad se disipe.

En la edición 2002 del Código hay varios cambios significativos que afectan el almacenamiento y ensayo de los testigos de hormigón. Los requisitos de 5.6.5.3 fueron totalmente revisados, y ahora exigen que se retire el agua superficial de los testigos usando un trapo seco inmediatamente después de su extracción y que se coloquen en bolsas o recipientes impermeables antes de su transporte y almacenamiento. Los testigos se deben ensayar no menos de 48 horas antes ni más de 7 días después de su extracción, a menos que el profesional de diseño apruebe una edad diferente. En las ediciones anteriores del Código las condiciones de almacenamiento y restricciones referidas al momento de ensayar los testigos eran diferentes si el hormigón se iba a utilizar en estructuras que bajo condiciones de servicio estarían "secas" o en estructuras que tendrían "humedad superficial."
A la hora de evaluar los resultados de los ensayos realizados sobre los testigos, el hecho de que las resistencias de los testigos pueden no ser iguales a la resistencia especificada para las probetas moldeadas no debe ser motivo de preocupación.

Las resistencias especificadas para las probetas moldeadas incluyen un amplio margen para considerar las incógnitas referidas a la colocación y condiciones de curado en obra además de la variabilidad normal. En los testigos que se extraen de la estructura real las incógnitas ya han ejercido su influencia, y por lo tanto se puede reducir el margen de la resistencia medida por encima de la resistencia requerida.

La Sección 5.6.5.4 establece que un hormigón se considera estructuralmente adecuado si la resistencia promedio de tres testigos es como mínimo igual al 85 por ciento de f'c, y ninguna de las resistencias individuales es menor que el 75 por ciento de la resistencia a la compresión especificada. Un hormigón se puede considerar aceptable desde el punto de vista de la resistencia si los resultados de los ensayos realizados en testigos para una ubicación dada satisfacen estos requisitos. El ingeniero estructural debería examinar aquellos casos en los cuales la resistencia de los testigos no satisface estos criterios, a fin de determinar si hay algún motivo de preocupación desde el punto de vista del comportamiento estructural. Si los resultados obtenidos a partir de ensayos correctamente realizados son tan bajos que ponen en duda la integridad estructural es posible que sea necesario implementar otras acciones.

Como último recurso, en caso que existan dudas importantes, para determinar si un elementos estructural es adecuado se pueden especificar ensayos de carga. Generalmente estos ensayos solamente son adecuados para los elementos solicitados a flexión – losas, vigas y similares – pero algunas veces se pueden aplicar a otros elementos. En cualquier caso los ensayos de carga son ensayos altamente especializados que solamente deben ser realizados e interpretados por un ingeniero plenamente capacitado en las técnicas correspondientes. Los procedimientos para los ensayos de carga y los criterios para su interpretación se especifican en el Capítulo 20 del Código.

En el caso poco frecuente que un elemento estructural no pase el ensayo de carga, o si el análisis estructural de un elemento inestable indica que éste no es adecuado, se deben implementar medidas correctivas adecuadas. Dependiendo de las circunstancias particulares de cada caso, las alternativas son:

• Reducir la carga aplicada para que tenga un nivel consistente con la resistencia del hormigón.
• Mejorar la construcción para llevar su capacidad de carga a los valores anticipados. Esto puede implicar agregar nuevos elementos estructurales o aumentar las dimensiones de los elementos existentes.
• Reemplazar el hormigón no aceptable (o no conforme).

Investigación a Realizar cuando los Resultados de los Ensayos indican que la Resistencia es Baja.

Si el promedio de los resultados de tres ensayos consecutivos es menor que la resistencia especificada se deben tomar medidas para aumentar el nivel de resistencia del hormigón (ver 5.6.3.4). Si el resultado de un ensayo de resistencia individual está más de 500 psi por debajo de la resistencia especificada cuando f'c es menor o igual que 5000 psi, o está más de 10 por ciento por debajo de f'c cuando f'c es mayor que 5000 psi, es posible que haya problemas aún más serios. Es por ello que se debe realizar una investigación de acuerdo con los procedimientos indicados en la Sección 5.6.5.

Observar que, para determinar la conformidad del hormigón, el resultado de un ensayo de resistencia individual (un "ensayo") siempre es la resistencia promedio de dos probetas ensayadas a la edad especificada, que normalmente es de 28 días. Debido a las numerosas variables potenciales que se presentan en la elaboración y el manipuleo del hormigón, la conformidad del hormigón nunca se basa en el ensayo de una única probeta. Dos causas habituales que provocan bajos resultados de ensayo2.9 son: (1) el incorrecto manipuleo y ensayo del hormigón, detectado como factor contribuyente en la mayoría de los casos investigados; y (2) la reducción de la resistencia del hormigón debida a un error en la producción, o la adición de demasiada agua en obra. Esto último generalmente ocurre cuando la colocación del hormigón se demora o cuando se requieren hormigones de asentamiento elevado. Un elevado contenido de aire provocado por la sobredosificación de un aditivo incorporador de aire en la planta elaboradora también puede ser la causa de las bajas resistencias.

Si se informa una resistencia insuficiente, es fundamental realizar una investigación siguiendo una secuencia lógica de posibles causas y efectos. Antes de tomar ninguna medida se deben revisar todos los informes de ensayos y analizar todos los resultados. Se debe investigar si los resultados de los ensayos se ajustan a algún patrón que permita inferir la causa. Hay algo que indique que se han violado las especificaciones? Es necesario observar el asentamiento, el contenido de aire, la temperatura del hormigón, la temperatura ambiente, el número de días que las probetas permanecieron en obra y en qué condiciones de curado, y cualquier defecto de las probetas que se haya informado.

Si la deficiencia justifica una investigación, en primer término se debe verificar la precisión de los ensayos, y luego
comparar los requisitos estructurales con la resistencia medida. En las primeras etapas de la investigación se debe prestar particular atención al manipuleo y ensayo de las probetas. Probablemente si hay discrepancias menores en el curado de los cilindros en climas moderados, esto no afectará mucho la resistencia, pero si las discrepancias son significativas puede haber una reducción importante de la resistencia. Casi todas las deficiencias relacionadas con el manipuleo y el ensayo de las probetas disminuirá su resistencia. Si la reducción es significativa puede que haya sido originada por varias violaciones

Para investigar el hormigón colocado en obra es fundamental conocer en qué parte de la estructura se encuentra el "hormigón ensayado" y de cuál pastón (camión) se tomó el hormigón. Esta información debe formar parte de los datos registrados en el momento en que se moldean las probetas. Si se encuentra que los resultados de los ensayos son deficientes, puede ser necesario realizar ensayos de resistencia sobre testigos tomados del hormigón colocado y endurecido para verificar la conformidad con el Código y con la documentación técnica. Si la resistencia es mayor que la requerida no tiene sentido investigar la resistencia del hormigón colocado y endurecido. Sin embargo, si los procedimientos de ensayo se ajustan a las normas y los resultados de los ensayos indican que la resistencia del hormigón es menor que la requerida para el elemento en cuestión, es posible que sea necesario investigar el hormigón colocado y endurecido (ver 5.6.5).

Nivel de Resistencia de Hormigón para Considerarse Satisfactorio.

El nivel de resistencia de una clase individual de hormigón se considera satisfactorio si se satisfacen los dos criterios siguientes:

1. Ningún resultado de un ensayo de resistencia individual (el promedio de las resistencias de un mínimo de dos probetas de un pastón) debe estar más de 500 psi por debajo de la resistencia a la compresión especificada cuando f'c es menor o igual que 5000 psi (por ejemplo, menor que 2500 psi para una resistencia a la compresión especificada del hormigón igual a 3000 psi); ni más de 10 por ciento por debajo de f'c cuando f'c es mayor que 5000 psi.

2. El promedio de los resultados de tres ensayos de resistencia consecutivos cualesquiera debe ser mayor o igual que la resistencia a la compresión especificada, f'c.

Los Ejemplos 2.6 y 2.7 ilustran resultados de ensayos de resistencia "aceptables" (o conformes) y "no aceptables" (o no conformes o de baja resistencia).

Frecuencia de los Ensayos de Hormigón.

La dosificación de un hormigón de acuerdo con el enfoque probabilístico del Código requiere un número estadísticamenteaceptable de ensayos de resistencia. Exigiendo la realización de ensayos de resistencia siguiendo una frecuencia mínimaespecificada se obtiene una base estadística.

A continuación resumimos el criterio de frecuencia mínima indicado en el Código para la toma de muestras para los ensayos de resistencia**, en base a un criterio diario y a un criterio por proyecto (el más estricto de los cuales será el determinante***) para cada clase de hormigón.

Documentacion de la Resistencia Promedio del Hormigón.

Los procedimientos de aprobación de la mezcla son necesarios para asegurar que el hormigón entregado realmente satisfaga los requisitos de resistencia. Los pasos a seguir para la aprobación de una mezcla se pueden resumir de la siguiente manera:

1. Determinar la desviación estándar anticipada a partir de las experiencias previas.

a. Esto se hace examinando un registro de 30 ensayos consecutivos realizados sobre una mezcla similar.

b. Si resulta difícil hallar una mezcla similar para la cual se hayan realizado 30 ensayos consecutivos, la desviación estándar se puede calcular en base a dos mezclas, siempre y cuando el número total de ensayos sea mayor o igual que 30. En este caso las desviaciones estándar se calculan por separado y luego se promedian usando el método estadístico descripto en párrafos precedentes

2. Usar la desviación estándar para seleccionar la resistencia meta apropiada, el mayor de los valores de las Tablas 5.3.2.1 (5-1), (5-2) y (5-3).

a. Por ejemplo, si la desviación estándar es igual a 450 psi, la sobrerresistencia debe ser el mayor de los siguientes valores:
1,34(450)= 603 psi
2,33(450)−500=549 psi

Por lo tanto, para una resistencia de 3000 psi, la resistencia promedio usada como base para seleccionar la
dosificación de la mezcla de hormigón debe ser de 3600 psi.

b. Observar que si no hay registros de ensayos aceptables disponibles la resistencia promedio debe ser 1200 psi mayor que f'c (es decir, una resistencia promedio de 4200 psi para un hormigón con una resistencia especificada de 3000 psi), ver Tabla 5.3.2.2.

3. Proveer documentación que establezca que la mezcla propuesta proporcionará la resistencia promedio requerida. Esta documentación pueden consistir en:

a. Un registro de 30 ensayos del hormigón en obra. Este generalmente será el mismo registro usado para documentar la
desviación estándar, pero puede corresponder a un conjunto de 30 resultados diferentes; o bien

b. Datos de ensayos realizados en laboratorio, obtenidos de una serie de pastones de prueba.

Si la documentación de la resistencia promedio para resistencias superiores a 5000 psi se basan en pastones de prueba preparados en laboratorio está permitido aumentar el valor de f'c calculado en la Tabla 5.3.2.2 para tomar en cuenta la posibilidad que la resistencia obtenida en las pruebas en laboratorios sea menor que la resistencia correspondiente a la producción real.

El artículo 5.3.3.2(c) establece tolerancias para el asentamiento y el contenido de aire de las mezclas dosificadas en base a pastones de prueba preparados en laboratorio. Los límites de tolerancia se establecen como valores máximos permitidos, ya que la mayoría de las especificaciones, independientemente de su forma, permiten establecer un valor máximo para el asentamiento o el contenido de aire. Estas tolerancias para el asentamiento y el contenido de aire solamente son aplicables en caso que se utilicen pastones de prueba, y no en el caso que se utilicen registros de ensayos realizados sobre el hormigón en obra. El Ejemplo 2.3 ilustra la selección de la dosificación de un hormigón en base a pastones de prueba.

Resistencia Promedio Requerida.

Si las instalaciones donde se elabora el hormigón llevan un registro en base a un mínimo de 30 ensayos de resistencia consecutivos representativos de materiales y condiciones similares a las anticipadas (o un registro en base a un número de ensayos consecutivos comprendido entre 15 y 29 con la desviación estándar calculada modificada por el factor aplicable de la Tabla 5.3.1.2), la resistencia utilizada como base para seleccionar la dosificación del hormigón para una resistencia a la compresión especificada, f'c, mayor o igual que 5000 psi debe ser el mayor de los siguientes valores:

fcr =fc +1,34s

y fcr=0,90fc+2,33s−500 Tabla 5.3.2.1, (5-2)
Para resistencias a la compresión especificadas, f'c, superiores a 5000 psi, la resistencia usada como base para seleccionar la dosificación del hormigón debe ser el mayor de los siguientes valores:

fcr =fc +1,34s Tabla 5.3.2.1, (5-1)
y
fcr=0,90fc+2,33s Tabla 5.3.2.1, (5-3)

Si no se conoce la desviación estándar, la resistencia promedio requerida, f'cr, usada como base para seleccionar la dosificación del hormigón se debe determinar de la Tabla 5.3.2.2:
Para cf:
menor que 3000 psi ' ' fcr = fc +1000 psi
comprendida entre 3000 y 5000 psi ' 'fcr = fc +1200 psi
mayor que 5000 psi ' ' 'fcr = fc +1,10 fc +700 psi

Las fórmulas para calcular las resistencias meta requeridas se basan en los siguientes criterios:

1. Una probabilidad de 1 en 100 de que el promedio de 3 ensayos de resistencia consecutivos estará por debajo de la resistencia especificada,f'c:f'cr =f'c+1,34s, y

2. Una probabilidad de 1 en 100 de que el resultado de un ensayo de resistencia individual estará más de 500 psi por debajo de la resistencia especificada f'c: f'cr = f'c+2,33 s−500 (para resistencias menores o iguales que 5000 psi), y

3. Una probabilidad de 1 en 100 de que el resultado de un ensayo de resistencia individual estará más de 'c 0,9f por debajo de la resistencia especificada ' cf (para resistencias mayores que 5000 psi): ' ' fcr=0,90fc+2,33s.

Con el Criterio (1) se obtendrán resistencias meta mayores que con el Criterio (2) cuando las desviaciones estándares son bajas o moderadas, de hasta 500 psi. Sin embargo, para desviaciones estándares más elevadas el criterio determinante será en Criterio (2).

La intención de los requisitos de resistencia promedio de la Sección 5.3.2 es proporcionar un nivel de seguridad aceptable de que las resistencias del hormigón son aceptables desde los siguientes puntos de vista: (1) el promedio de los ensayos de resistencia a lo largo de un período de tiempo apreciable (tres ensayos consecutivos) es mayor o igual que la resistencia a la compresión especificada, f'c; o (2) el resultado de un ensayo de resistencia individual no está más de 500 psi por debajo de f'c (para resistencias menores o iguales que 5000 psi); o (3) el resultado de un ensayo de resistencia individual no está más de 0,90f'c por debajo de f'c (para resistencias superiores a los 5000 psi).

Requisitos de Diseño: Resistencia para Elementos de Hormigón Armado y pretensado.

En el Apéndice B de la edición 1995 del código se modificó el Método de Diseño por Resistencia para elementos de hormigón armado y pretensado solicitados a flexión y a compresión. Este Apéndice introdujo importantes cambios relacionados con el diseño para flexión y cargas axiales. Se modificaron los límites de armadura, los factores de reducción
de la resistencia , y la redistribución de momentos.

El Método de Diseño Unificado es similar al Método de Diseño por Resistencia en que para dimensionar los elementos emplea cargas mayoradas y factores de reducción de la resistencia. La principal diferencia es que en los Requisitos de Diseño Unificado una sección de hormigón se define ya sea como controlada por compresión o como controlada por tracción, dependiendo de la magnitud de la deformación específica neta de tracción en la armadura más próxima a la cara traccionada de un elemento. Luego el factor se determina según las condiciones de restricción en una sección para la resistencia nominal. Antes de estos requisitos, los factores se especificaban para casos de carga axial o flexión, o ambos,
en términos del tipo de carga.

Es importante observar que los Requisitos de Diseño Unificado no modifican el cálculo de las resistencias nominales. Las principales diferencias se relacionan con la verificación de los límites de armadura para los elementos solicitados a flexión, la determinación del factor para columnas, y el cálculo de la redistribución de momentos. La mayoría de los demás requisitos aplicables del cuerpo principal del código 1999 se aplican al diseño en base al código 2002.

Las secciones del código que fueron reemplazadas por los Requisitos de Diseño Unificado ahora se encuentran en el Apéndice B. Aún está permitido utilizar estos requisitos anteriores.

En general, los Requisitos de Diseño Unificado constituyen un método racional para diseñar elementos de hormigón armado y pretensado solicitados a flexión y compresión, y con ellos se obtienen resultados similares a los obtenidos usando el Método de Diseño por Resistencia. Los ejemplos incluidos en la Parte 10 y en la Referencia 5.1 ilustran el uso de este nuevo método de diseño.

Dosificación del Hormigón en Base a la Experiencia en Obra y/o Pastones de Prueba.

Para establecer la dosificación de una mezcla de hormigón se recomienda utilizar pastones de prueba preparados en laboratorio o experiencia recabada en obra como la base sobre la cual seleccionar la relación agua-material cementicio requerida. El Código enfatiza el uso de un enfoque estadístico para establecer la resistencia meta, f'cr, requerida a fin de asegurar que se logre la resistencia a la compresión especificada, f'c. Si se conoce una desviación estándar aplicable, s, para los ensayos de resistencia del hormigón se puede establecer el nivel de resistencia meta para el cual se debe dosificar el hormigón. Si no se conoce la desviación estándar la dosificación se debe seleccionar de manera de producir una resistencia meta conservadora suficiente para permitir un elevado grado de variabilidad entre los resultados de los ensayos de resistencia. Si desea obtener información sobre los conceptos estadísticos utilizados y cómo se relacionan con el hormigón, el lector puede consultar las Referencias 2.7 y 2.8.

El hormigón utilizado en los ensayos previos realizados para determinar la desviación estándar se considera "similar" al especificado si fue elaborado con los mismos tipos generales de ingredientes, bajo condiciones de control de calidad y con métodos de producción no más restrictivos que los especificados para las obras propuestas, y si su resistencia especificada no se desvía del valor de f'c especificado en más de 1000 psi. La modificación del tipo de hormigón o el aumento significativo del nivel de resistencia puede provocar un aumento de la desviación estándar. Esta situación podría ocurrir si se modifica el tipo de agregados (por ejemplo, si se cambian agregados naturales por agregados livianos o viceversa) o si se modifican las características del hormigón (por ejemplo, si se cambia hormigón con incorporación de aire por hormigón sin incorporación de aire). La desviación estándar también puede aumentar si se incrementa significativamente el nivel de resistencia promedio, aunque en este caso el aumento de la desviación estándar debería ser menor que el valor directamente proporcional al aumento de resistencia. Si existe una duda razonable en cuanto a su confiabilidad, cualquier desviación estándar estimada utilizada para calcular la resistencia promedio requerida siempre debería ser conservadora (elevada).

Normalmente las desviaciones estándares se establecen usando como mínimo 30 ensayos consecutivos sobre materiales representativos. Si la cantidad de ensayos disponibles es menor que 30 pero mayor o igual que 15, la Sección 5.3.1.2 especifica un aumento proporcional de la desviación estándar calculada a medida que el número de ensayos consecutivos disminuye de 29 a 15.

Dosificación de las Mezclas de Hormigón.

La Referencia 2.1 contiene recomendaciones para la dosificación de las mezclas de hormigón. Las normas ACI 211.5 y ACI 211.1 (Referencias 2.5 y 2.6) también contienen recomendaciones para seleccionar la dosificación de diferentes tipos de hormigón

El uso de la experiencia recabada en obra o de pastones de prueba preparados en laboratorio (ver 5.3) es el método de preferencia para seleccionar la dosificación de una mezcla de hormigón. Si no hay datos de experiencias previas ni ensayos en laboratorio disponibles, el profesional matriculado puede obtener autorización para basar la dosificación del hormigón en "otras experiencias o información," según lo especificado en la Sección 5.4.

Ensayos de Resistencia dependiendo de la Edad del Hormigón.

La Sección 5.1.3 permite basar f'c en ensayos realizados a edades diferentes a la edad habitual de 28 días. Si los ensayos se realizan a una edad diferente a los 28 días, esta edad debe estar indicada en los planos o especificaciones técnicas. En los edificios en altura muchas veces se utilizan hormigones con resistencias a la compresión superiores a 6000 psi, y hasta se han llegado a utilizar hormigones con resistencias de 20.000 psi. 


En estos casos se justifica realizar los ensayos de resistencia a edades superiores a los 28 días. El proceso onstructivo de los edificios en altura que requieren hormigón de alta resistencia es tal que las columnas de los pisos inferiores no están totalmente cargadas hasta que ha transcurrido un año o más desde el inicio de su construcción. Por este motivo habitualmente se especifican resistencias a la compresión, f'c, obtenidas de ensayos realizados a edades de 56 ó 90 días.

Dosificación por Resistencia de las Mezclas de Hormigón.

La dosificación por resistencia de las mezclas de hormigón se basa en conceptos probabilísticos cuya intención es garantizar que el hormigón desarrolle una resistencia adecuada. El artículo 5.1.1 enfatiza que la resistencia promedio del hormigón producido debe ser mayor que la f'c especificada en base a los requisitos de diseño estructural o mayor que la mínima resistencia requerida por las condiciones especiales de exposición descriptas en el Capítulo 4, cualquiera sea el valor que resulte mayor. Es posible que los resultados de los ensayos de resistencia de un hormigón dosificado de acuerdo con el enfoque probabilístico del Código sean menores que la resistencia a la compresión especificada, f'c. La Sección 5.1.1 introduce este concepto observando que la intención del Código es "minimizar la frecuencia de las resistencias por debajo de f'c." Si el resultado de un ensayo de resistencia es menor que f'c, la aceptabilidad de esta menor resistencia se determina en base a los requisitos de la Sección 5.6.2.3.

En la edición 2002 del Código se agregó una limitación que establece que la resistencia mínima a la compresión especificada, f'c, debe ser mayor o igual que 2500 psi. De este modo el Código es ahora consistente con los requisitos mínimos establecidos en algunos de los códigos modelo utilizados a nivel nacional, incluyendo el IBC.

ACTUALIZACIÓN PARA EL CÓDIGO 2002: Calidad, Mezclado y Colocación del Hormigón.

1. Se agregó una oración al final del artículo 5.1.1 que estable que la resistencia a la compresión especificada del hormigón,f'c, debe ser mayor o igual que 2500 psi.
2. Se introdujeron varias revisiones significativas con respecto a las sobrerresistencias de diseño y los criterios deconformidad de los hormigones que tienen una resistencia a la compresiónespecificada, f'c, mayor que 5000 psi. Estas revisiones incluyen una modificación del cálculo de la resistencia a la compresión promedio requerida, f'cr, indicado en la nueva Tabla 5.3.2.1 (cuando hay datos de ensayos disponibles que permiten determinar la desviación estándar) y en la Tabla 5.3.2.2 existente (cuando no hay datos de ensayos disponibles). También se introdujeron los cambios correspondientes en los artículos 5.6.3.3(b), 5.6.5.1 y 5.6.5.2. Los criterios de conformidad actuales para los hormigones de todas las resistencias requieren realizar una investigación cuando los resultados de los ensayos de resistencia están más de 500 psi por debajo de f'c. El nuevo criterio de conformidad para los hormigones de más de 5000 psi exige realizar una investigación cuando los resultados de los ensayos de resistencia están más de un 10 por ciento por debajo de f'c. Este nuevo criterio permitirá que la variación de los resultados de los ensayos de resistencia sea mayor que 500 psi (por ejemplo, 600 psi para f'c = 6000 psi; 700 psi para f'c = 7000 psi; 800 psi para f'c = 8000 psi). Esto se fundamenta en el análisis exhaustivo de los resultados de ensayos de hormigones de alta resistencia que se han realizado durante los últimos veinte años. Estas revisiones fueron recomendadas por el Comité ACI 363 (Hormigón de Alta Resistencia), el Comité ACI 214 (Evaluación de los Datos obtenidos de Ensayos de Resistencia) y el Comité ACIC 211 (Dosificación del Hormigón), y su objetivo es proporcionar criterios más razonables y realistas para los hormigones de alta resistencia.

3. También se revisaron los métodos de preparación y almacenamiento de los testigos luego de su extracción y los límites de tiempo especificados para su ensayo (ver 5.6.5.3).

Exposición del Hormigón a Sulfatos.

Los sulfatos pueden atacar al hormigón que está contacto con el suelo, expuesto al agua de mar o expuesto a aguas subterráneas con un elevado contenido de sulfatos. Las medidas utilizadas para reducir el ataque de los sulfatos incluyen el uso de cemento resistente a los sulfatos. La susceptibilidad al ataque de los sulfatos es mayor en el caso de los hormigones expuestos a la humedad, como ocurre en las fundaciones y en las losas construidas directamente sobre el terreno, y en las estructuras expuestas directamente al agua de mar. Para los hormigones que estarán sujetos al ataque de los sulfatos contenidos en el suelo o el agua se debe especificar el uso de cementos resistentes a los sulfatos. Los tipos adecuados de cementos resistentes a los sulfatos y las máximas relaciones agua-material cementicio, junto con las correspondientes resistencias mínimas del hormigón para diferentes condiciones de exposición. El grado de exposición se determina en base a la concentración de sulfatos solubles en agua presentes en el suelo o bien en base a la concentración de sulfatos presentes en el agua. Observar que en la Tabla 4.3.1 el agua de mar figura como una "exposición moderada," aún cuando el agua de mar generalmente contiene una concentración de sulfatos superior a 1500 ppm. Esto se debe a que la presencia de cloruros en el agua de mar inhibe la reacción expansiva que caracteriza los ataques por sulfatos.2.1

Para seleccionar el tipo de cemento adecuado para lograr resistencia a los sulfatos, la principal consideración a tener en cuenta es el contenido de aluminato tricálcico (C3A). Los cementos que contienen bajos porcentajes de C3A son particularmente resistentes a los suelos y aguas que contienen sulfatos. Cuando la protección contra un grado moderado de ataque de los sulfatos es una consideración importante, como en el caso de las estructuras de drenaje en áreas donde la concentración de sulfatos en el agua subterránea es mayor que lo habitual, pero el grado de ataque no es necesariamente severo (0,10 - 0,20 por ciento), se debería especificar el uso de cemento pórtland Tipo II (contenido máximo de C3A igual a ocho por ciento, de acuerdo con ASTM C 150).


Se debería especificar cemento pórtland Tipo V para los hormigones expuestos a un grado de ataque de sulfatos severo, especialmente cuando el suelo o el agua subterránea tienen un elevado contenido de sulfatos. La elevada resistencia a los sulfatos del cemento Tipo V se atribuye a su bajo contenido de aluminato tricálcico (contenido máximo de C3A igual a cinco por ciento).

Ciertos cementos mezclados (C 595) también proporcionan resistencia a los sulfatos. Cuando el grado de exposición a los sulfatos es de moderado a severo también se pueden utilizar otros tipos de cementos producidos con bajos contenidos de C3A. La resistencia a los sulfatos también aumenta cuando se incorpora aire y cuando los contenidos de cemento son elevados (relaciones agua-material cementicio bajas).

Antes de especificar un cemento resistente a los sulfatos el ingeniero debe verificar su disponibilidad. Generalmente el cemento Tipo II se consigue sin dificultad; el cemento Tipo V sólo se consigue en ciertas áreas en las cuales es necesario diseñar para ambientes donde el grado de ataque de los sulfatos es severo o muy severo. Los cementos mezclados pueden ser difíciles de conseguir