Resistencia del concreto

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La resistencia del concreto a la compresión es su característica más importante, a partir de ella se pueden estudiar la resistencia a la tracción, módulo de elasticidad, entre otras.

Generalmente la resistencia del concreto se determina mediante la cantidad neta de agua que se utiliza por cantidad unitaria de cemento. Es lo que hoy en día se conoce como la relación «agua cemento» y viene dad en peso.

La relación agua-cemento es el factor individual más importante de la resistencia del concreto totalmente compactado. El concreto endurecido a una determinada edad depende de dos factores: la relación agua-cemento y el grado de compactación.

La resistencia del concreto se rige por:

  • La resistencia de la pasta hidratada y endurecida (matriz).
  • La resistencia de las partículas del agregado.
  • La resistencia de la interfase matriz-agregado.

Que es la resistencia del concreto

La resistencia del concreto es una medida de la capacidad del material para soportar cargas o esfuerzos sin sufrir daños significativos. Se mide en unidades de presión, generalmente en MPa (megapascales) o psi (libras por pulgada cuadrada).

La resistencia del concreto depende de varios factores:

  • La calidad y cantidad de los materiales utilizados en la mezcla
  • Relación agua-cemento
  • La edad del concreto
  • Las condiciones de curado
  • Calidad del proceso de mezcla y colocación

En general, la resistencia del concreto aumenta con el tiempo, a medida que la mezcla se endurece y se establecen las conexiones entre los componentes del material. se puede medir mediante ensayos destructivos como el ensayo de compresión, en el cual se aplica una carga axial al concreto hasta que falla.

La resistencia del concreto varía según su uso y la ubicación en la estructura. Por ejemplo, la resistencia del concreto utilizado en columnas y vigas debe ser mayor que la del concreto utilizado en pisos o paredes.

Resistencia a la compresión

La resistencia a la compresión es la medida de la capacidad del concreto para resistir cargas de compresión sin sufrir daño significativo. Se refiere a la fuerza necesaria para romper o aplastar una muestra cilíndrica de concreto a una velocidad específica. Se mide generalmente en unidades de presión, ya sea en MPa (megapascales) o psi (libras por pulgada cuadrada).

Por lo general, cuanto mayor sea la resistencia a la compresión del concreto, mejor será su capacidad para soportar cargas pesadas y resistir la deformación.

La resistencia a la compresión se mide mediante un ensayo de compresión en el cual se aplica una carga axial gradualmente a una muestra cilíndrica de concreto hasta que se produce la falla. El valor obtenido se utiliza para verificar si el concreto cumple con las especificaciones del diseño y las normas de calidad.

Es una de las propiedades mecánicas más importantes del concreto, ya que se utiliza para determinar la capacidad de carga de las estructuras de concreto, como edificios, puentes, muros y pilares.

Factores que influyen en la resistencia del concreto

Existen innumerables factores que pueden afectar la resistencia del concreto en el estado endurecido y que no dependen de la calidad y tipo de materiales que lo constituyen.

Contenido de cemento

A medida que aumenta el contenido de cemento en la mezcla, aumenta también su resistencia. Sin embargo, un contenido extremadamente alto (superior a 470kg/m3) da lugar a un retroceso de la resistencia. Por otro lado, las mezclas con bajo contenido de cemento conducen a resistencias muy bajas.

Relación agua-cemento y contenido de aire

Si el concreto va a llevar aire incluido (naturalmente atrapado más el incorporado), se debe tener en cuenta que el contenido del aire reduce la resistencia del concreto. Por tanto, para una misma resistencia el concreto con aire incluido debe tener una relación agua-cemento más baja. 

Influencia de los agregados

La granulometría puede permitir la máxima compacidad del concreto en estado fresco y por lo tanto la máxima densidad en estado endurecido.

La forma y textura de los agregados también influyen, los agregados de forma cúbica y rugosos permiten una mejor adherencia de la interfase matriz-agregado.

Finalmente, la resistencia y la rigidez de las partículas del agregado juegan un papel fundamental en la resistencia del concreto. Debido a que es diferente la resistencia y módulo de elasticidad de un agregado de baja densidad y poroso, a la de un agregado de baja porosidad y muy denso.

Tamaño máximo del agregado grueso

La cantidad de cemento requerida para producir una resistencia a la compresión óptima, a una edad dada, con un determinado tamaño máximo varía según sea el tamaño del agregado. En términos generales, al utilizar tamaños menores, se reduce el área superficial y los vacíos en el agregado grueso.

Fraguado del concreto

La resistencia del concreto puede verse afectada por la velocidad de endurecimiento, que presenta la mezcla al pasar del estado plástico al estado endurecido. La determinación del tiempo de fraguado es importante para saber si es necesario utilizar aditivos que controlen la velocidad de fraguado. 

El tiempo de fraguado es un valor arbitrario tomado durante el proceso de endurecimiento del concreto, el método más utilizado se encuentra en la norma ASTM C-403. 

Edad del concreto

Las mezclas con una relación agua-cemento baja, aumentan en resistencia, expresada como porcentaje de la resistencia a largo plazo, más rápidamente que las que tienen una mayor.

Curado del concreto

El curado es el proceso mediante el cual se promueve la hidratación del cemento y consiste en controlar la temperatura y la humedad dentro y fuera del concreto. El objetivo de curar el concreto, es mantenerlo saturado o tan saturado como sea posible para terminar la hidratación del cemento.

Temperatura

La elevación de la temperatura de curado acelera las reacciones químicas de las hidratación y esto afecta benéficamente la resistencia temprana del concreto. Sin embargo, una elevación de la temperatura durante la colocación y fraguado puede afectar adversamente la resistencia , a partir de aproximadamente los 7 días de edad.

Tabla de resistencia de concreto

tabla de resistencia de concreto
Aumento promedio de la resistencia a la compresión del concreto, con el tiempo para varios cementos Tipo I.

De la tabla anterior se puede observar la variación que existe entre diferentes marcas de cemento, empleadas para la producción de mezclas de concreto. Sin embargo, a los 28 días de edad del concreto, todos los cementos logran desarrollar el 100 % de resistencia a la compresión de diseño de la mezcla.

Resistencia del concreto a los 7,14,21 y 28 días

La resistencia del concreto aumenta a medida que aumenta la edad del mismo, vemos en la tabla superior como se incrementa dependiendo del tipo de cemento empleado para la preparación de la mezcla.

Resistencia del concreto fórmula

Por la relación existente entre las resistencias a los 7 y a los 28 días, se puede utilizar la siguiente fórmula: R(28) = C + KR(7)

R(28) = resistencia a la compresión a los 28 días de edad en kg/cm2.

R(7) = resistencia a la compresión a los 7 días de edad en kg/cm2.

C, K = son constantes que dependen del tipo de cemento (valores de una tabla).

Es importante tener en cuenta que la resistencia del concreto por metro cúbico y su resistencia a la compresión pueden variar ampliamente. Dependiendo de las condiciones específicas bajo las cuales se ha fabricado y colocado la mezcla.

La resistencia del concreto por metro cúbico (m3) depende de varios factores:

  • Cantidad y tipo de materiales utilizados en su fabricación
  • La proporción de los mismos
  • El grado de compactación
  • El curado
  • Entre otros factores

Las tablas de resistencia de concreto muestran valores por metro cúbico, en dependencia del  diseño de mezcla, calidad de los materiales, entre otros. 

Pruebas para verificación de resistencia de concreto

Las pruebas de concreto sirven para predecir y regular las propiedades de la mezcla, y así lograr la calidad óptima del mismo.

La calidad del concreto es la aptitud de éste para satisfacer una necesidad (especificaciones) definida, al menor costo.

El concreto de calidad reproduce fielmente el diseño que ha sido optimizado (técnica y económicamente) y se siguen las recomendaciones para su manejo.  

Durante las fases de producción y manejo, se desarrollan las siguientes actividades:

  1. Se elabora el proyecto y se define la categoría del concreto.
  2. Confección de especificaciones de calidad para concreto.
  3. Selección y habilitación de los componentes, con la calidad especificada.
  4. Diseño de mezcla requerida.
  5. Producción de la mezcla de prueba de concreto.
  6. Verificación de las características previstas del concreto fresco.
  7. Verificación de las propiedades del concreto en estado endurecido.
  8. Ajuste de la mezcla de concreto.

Tipos de pruebas de concreto en la obra

Se han desarrollado pruebas rápidas para analizar la composición del concreto conforme sale de la olla de mezclado. Con el objetivo de mejorar la uniformidad del concreto durante su elaboración y anticipando las propiedad que tendrá cuando endurezca. 

Dentro de las pruebas rápidas, es muy común las que se utilizan para controlar las características del concreto en estado fresco. Podemos mencionar dentro de este grupo los ensayos de asentamiento, peso unitario, contenido de aire y medida de la temperatura.

Pruebas de concreto de concreto de cilindros

Para complementar los resultados de otras pruebas, también se deben preparar especímenes (cilindros) en los que se determina la resistencia del concreto endurecido a diferentes edades. Este tipo de muestras pueden ser tomadas en diferentes partes de la obra y ser ensayadas con distintos tipos de curado.

Cilindros de control de calidad de producción. Son tomados por la misma persona que produce el concreto con el fin de determinar la resistencia potencial, controlando las condiciones de producción.

Cilindros de control de calidad de interventoría. Se realiza cuando el concreto es producido por una persona diferente a la que lo usa y sirven para dejar constancia de la resistencia potencial del concreto.

Cilindros para control de resistencia en la estructura. Debido a las diferentes condiciones a las que se ve sometida la mezcla de concreto, es conveniente tomar cilindros que se dejen a pie de obra, bajo las mismas condiciones de la estructura.

Prueba del martillo del rebote

Es un tipo de ensayo para concreto, no destructivo, también conocido como martillo de impacto o esclerómetro. Esta prueba se basa en el principio de que el rebote de una masa elástica depende de la dureza de la superficie en contra de la cual la masa incide.

Esta prueba determina la dureza de la superficie de concreto y, aun cuando no existe una relación simple se pueden establecer relaciones empíricas. 

El procedimiento para la realización de esta prueba se encuentra normalizado por la ASTM en su norma C-805. La relación entre el número de rebote y la resistencia debe determinarse experimentalmente para cada concreto en particular.

Prueba del pulso ultrasónico

Está basada en que las ondas sonoras se pueden propagar en cualquier medio donde existan átomos o moléculas que pueden vibrar elásticamente. El método consiste en medir el tiempo en que una onda ultrasónica atraviesa el concreto.

No existe una relación única entre la velocidad de propagación de la onda y la resistencia del concreto, pero bajo condiciones específicas, sí sucede. Ya que ambos valores tienen un factor común que es el peso unitario del concreto, un cambio en el peso unitario del concreto cambia la velocidad en el pulso.

Prueba de resistencia a la penetración

Es un método semi-destructivo, en donde se emplea una pistola o lanzador activado con energía y otros implementos que miden la penetración.

Para realizar la prueba el lanzador activado por medio de energía (pólvora), dispara una punta dentro del concreto; la longitud expuesta de la punta se mide. Con el indicador de la profundidad y la lectura obtenida se toma como la medida de resistencia a la compresión.

Extracción y ensayo de núcleos para pruebas de concreto

Con el objetivo de verificar si efectivamente un concreto es de baja resistencia, se ha ideado la prueba de una muestra de concreto tomada directamente de la estructura. Estos procedimientos se encuentran descritos en las norma ASTM C-42.

Hay factores que afectan la resistencia a la compresión, tales como la edad, diámetro, relación de esbeltez, presencia de refuerzo dentro, altura y dirección de extracción, nivel de resistencia.

Prueba de carga

Es un ensayo por medio del cual se comprueba el diseño o simplemente se hace el control de calidad de la construcción. Pueden ser llevadas a cabo pruebas de carga en el laboratorio y también existen las pruebas de carga realizadas en campo.

La edad a la cual se debe realizar este ensayo, por lo general es como mínimo a los 56 días de edad del concreto.

Norma para ensayos de cilindros de concreto

Por lo general la desviación estándar es la medida más adecuada de dispersión que debe utilizarse para mezclas con resistencias superiores a los 200 kg/cm2. Dentro de la norma ACI-704 se detalla una tabla que muestra la variabilidad que puede esperarse de las pruebas de resistencia a compresión  con diferentes grados de control.

La durabilidad del concreto

La durabilidad del concreto está estrechamente relacionada con las condiciones de exposición al medio ambiente, el cual puede generar deterioro por causas físicas, químicas o mecánicas. Según el comité ACI-201: la durabilidad del concreto (de cemento portland hidráulico) se define como su resistencia a la acción del clima, a los ataques químicos, a la abrasión o cualquier otro proceso de deterioro.

Factores que influyen en la durabilidad del concreto

Permeabilidad

La permeabilidad del concreto, consiste en que pueda ser atravesado por un fluido a causa de una diferencia de presión entre las dos superficies opuestas del material. Depende de la porosidad de la pasta de cemento y de la porosidad de los agregados. Así como también de los vacíos causados por una compactación deficiente.

Otros factores que influyen en la permeabilidad: viscosidad del fluido, diferencia de presión, espesor del material, la naturaleza del fluido, el tiempo y la presencia de aire.

Humedecimiento – secado

Los niveles de agua por mareas, crecientes, operaciones de embalse u otras causas, son causantes del deterioro del concreto.

En la parte superior de una estructura puede ocasionar agrietamiento debido a la corrosión del acero de refuerzo o congelación y descongelación del concreto. La parte de la estructura que se encuentra en la zona de mareas puede ocurrir la pérdida de material por descomposición química. Además de otros factores como el impacto de las olas que transportan trozos flotantes de hielo, arena y grava. En su parte inferior, es susceptible de permeabilidad eventualmente de descomposición por reacción química con algún ácido contenido en el agua.

Congelamiento y deshielo

Al aumentar de volumen el agua contenida en una estructura, inducirá esfuerzo interno de tensión a la masa de concreto, que puede producir falla.

Congelamiento de la pasta

El agua de una pasta de cemento se encuentra en forma de solución alcalina ligera. Cuando la temperatura del concreto cae por del punto de congelación, se producirá un periodo de superenfriamiento.  Es así, como se pueden producir cristales de hielo en los capilares de mayor tamaño de la pasta de cemento.

La pasta de cemento puede hacerse completamente inmune a los daños causados por temperaturas de congelamiento, a través del aire incluido. Excepto cuando se expone la pasta a condiciones especiales que ocasionan que los vacíos de aire se llenen.

Congelamiento de los agregados

Si se usan agregados con un alto grado de absorción y el concreto se ha colocado en un ambiente continuamente húmedo, pueden ocurrir fallas. Si en una estructura, el agregado grueso se satura y hay ciclos de congelamiento y deshielo, fallará debido a la presión que se ejerce.

Agentes descongelantes

Los agentes descongelantes eran comúnmente utilizado para remover el hielo superficial de las estructuras. Sin embargo, se observó que aceleraban la desintegración de las superficies, por inducción de picaduras o descascaramientos y causaban corrosión del acero.

Incluso, algunas investigaciones indican que los agentes descongelantes causan un grado de saturación del concreto y esta es la razón para los efectos dañinos.

Bibliografía

Sánchez De Guzmán, D. (2001). Tecnología del Concreto y del Mortero. Editorial Bhandar Editores.