Ensayos no destructivos al concreto endurecido

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INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................................ 3
Contenido
OBJETIVOS .................................................................................................................................................................. 3
1. ASPECTOS BÁSICOS RELACIONADOS AL CONCRETO EN ESTADO FRESCO Y
ENDURECIDO ..................................................................................................................................... 4
1.1.
1.2.
1.3.
2.
Concreto en estado fresco ...................................................................................................................... 4
Concreto endurecido................................................................................................................................ 9
Ciclo de vida útil de las estructuras de concreto ....................................................................... 13
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS AL CONCRETO ENDURECIDO.............................................. 16
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
Normativa aplicable y breve descripción ..................................................................................... 16
Detección y localización del acero de refuerzo (Pachómetro) ............................................ 17
Medición de la humedad superficial (Survey Master) ............................................................ 18
Detección de carbonatación con fenolftaleína............................................................................ 19
Medición de espesor de grietas con microscopio ..................................................................... 21
Número de rebote (Esclerómetro) – ASTM C805 ..................................................................... 22
Velocidad de pulso ultrasónico – ASTM C597 ............................................................................ 24
Potencial de corrosión del acero – ASTM C876 ......................................................................... 26
Método de madurez del concreto- ASTM C1074 ....................................................................... 28
CONCLUSIONES ..................................................................................................................................................... 30
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................................................... 30
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INTRODUCCIÓN
Se presenta a una recopilación de ensayos no destructivos al concreto endurecido que están
enfocados en dar información aproximada del existencia y estado del acero de refuerzo,
resistencia del concreto, detección de carbonatación, grietas en el concreto, etc., como parte de
un proceso de un estudio patológico donde se buscar determinar las condiciones de una
estructura desde el punto de vista de durabilidad y resistencia. Se presentan ensayos tanto bajo
especificaciones ASTM como ensayos de práctica común que no se encuentran regidos bajo
especificaciones ASTM pero que son recomendados por códigos como el ACI.
Para mayor comprensión de los ensayos se revisan, primeramente, de forma breve, los aspectos
básicos relacionados al concreto en estado fresco y endurecido. El conocimiento de estos
aspectos puede ayudar a tener un mejor juicio del origen y causas de lesiones del concreto
reforzado.
OBJETIVOS
1. Conocer algunos de los ensayos no destructivos aplicables en el estudio patológico de
una estructura de concreto armado.
2. Comprender la relación entre los resultados de los ensayos no destructivos al concreto
endurecido y las causas y efectos de las lesiones.
3. Identificar las limitaciones de aplicabilidad de los diferentes ensayos no destructivos al
concreto endurecido y las consideraciones de a tomar en cuenta en la ejecución de los
mismos.
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1. ASPECTOS BÁSICOS RELACIONADOS AL CONCRETO EN ESTADO FRESCO Y
ENDURECIDO
Cuando el cemento y el agua entran en contacto, se inicia una reacción química exotérmica que
determina el paulatino endurecimiento de la mezcla. Dentro del proceso general de
endurecimiento se presenta un estado en que la mezcla pierde apreciablemente su plasticidad
y se vuelve difícil de manejar; tal estado corresponde al fraguado inicial de la mezcla. A medida
que se produce el endurecimiento normal de la mezcla, se presenta un nuevo estado en el cual
la consistencia ha alcanzado un valor muy apreciable; este estado se denomina fraguado final.
Ilustración 1. Variación de la resistencia, elasticidad y plasticidad del concreto en función del tiempo desde el
momento en que los materiales han sido mezclados.
De acuerdo con la ilustración 1, se puede considerar que el concreto fresco propiamente dicho
es el que se tiene durante el fraguado inicial y que posteriormente entra en una transición hasta
el fraguado final y que al completarse se convierte en concreto endurecido.
1.1.
Concreto en estado fresco
Al principio el concreto parece una “masa”. Es blando y puede ser trabajado o moldeado en
diferentes formas. Y así se conserva durante la colocación y la compactación.
•
Etapas que comprende el concreto en estado fresco:
o Materiales mezclados
o Transporte
o Colocación
o Compactación
o Acabado
Las propiedades más importantes del concreto fresco son la trabajabilidad, posesividad,
exudación y segregación. A continuación, se describen estas y otras propiedades del concreto
fresco:
•
Trabajabilidad
Es la propiedad del concreto fresco que define la facilidad con la que la mezcla puede
ser mezclada, manejada, transportada, colocada y la de darle acabado final.
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En términos de la trabajabilidad, la mezcla puede considerarse muy seca, seca, plástica,
húmeda y fluida.
Los factores que afectan la trabajabilidad de la mezcla de concreto son el contenido de
agua, contenido de cemento, gradación del agregado, asentamiento inicial, uso de
aditivos y temperatura de la mezcla y ambiente.
Ilustración 2. Factores relacionados a la trabajabilidad.
Existen diversos métodos para medir la trabajabilidad del concreto fresco entre los que
se encuentran:
o
o
o
o
Asentamiento de cono – ASTM C143
Flujo
Consistencia VEBE
Esfera de Kelly
En la ilustración 3 se observa la reducción del valor de asentamiento de una mezcla de
concreto a medida que el tiempo, después del mezclado, avanza y su variación con su
temperatura.
Ilustración 3. Variación del asentamiento en función del tiempo después del mezclado y de la temperatura de la
mezcla de concreto.
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•
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Cohesividad
Facilidad o dificultad que tiene la pasta de cemento y la mezcla de agregados de atraerse.
Ilustración 4. Apariencia de mezclas de concreto cohesivas y no cohesivas.
•
Segregación
Separación de los materiales del concreto provocada por la falta de cohesión de la pasta
de cemento y/o de la suspensión.
En la ilustración 4, puede observarse la segregación provocada en mezclas con poca o nula
cohesión.
•
Peso volumétrico – ASTM C138
Es la cantidad medido en peso de concreto por unidad de volumen. El rango para el
concreto común es de 2300 a 2500 kgf/m3.
•
Contenido de aire – Método de presión ASTM C231
El aire incluido mejora la trabajabilidad de mezclas que de otra manera serían ásperas y
difíciles de trabajar y de mezclar con agregados angulares o de baja graduación. Debido a
esto se puede reducir considerablemente el contenido de arena y agua.
Además, el revenimiento del concreto es más sensible a las variaciones en la relación
agua/cemento, si se encuentra presente aire incluido. Si se reduce la relación agua/cemento
para conservar el revenimiento, el concreto resultante es aún más trabajable en la práctica
que un concreto con igual revenimiento, pero sin aire incluido.
La resistencia del concreto a la congelación y deshielo, al igual que a las diversas sustancias
para deshelar utilizadas en caminos de concreto y otras áreas pavimentadas, se mejora
significativamente por la deliberada inclusión de aire.
•
Fraguado – ASTM C403
o Fraguado Inicial: Condición temporal del concreto fresco de duración variable
que marca el inicio del endurecimiento y del proceso químico de desarrollo de
la matriz resistente de la pasta de cemento, en la que se originan deformaciones
permanentes si se le aplica energía de desplazamiento (mezclado, vibrado, etc.)
constituyendo el fin del estado plástico y de su vida útil durante el proceso
constructivo. La norma ASTM C 403 estandariza el fraguado inicial como el
tiempo en el cual la fracción de mortero del concreto desarrolla una resistencia
a la penetración de 500 lb/plg2 (3.5Mpa) con un pin de 25mm de largo.
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Su duración depende del diseño de mezcla en particular, de la humedad,
temperatura del concreto, temperatura ambiente y del tiempo. Una forma
práctica aproximada de estimar si un concreto en obra ya está en esta condición,
es verificar el momento en que al insertar un vibrador verticalmente por su peso
propio y retirarlo lentamente queda un agujero visible (deformación
permanente).
o Fraguado Final: Condición definitiva del concreto fresco de duración variable
que marca el endurecimiento completo y la consolidación de la matriz resistente
de la pasta de cemento, donde se requiere gran energía de deformación
(impacto, percusión, abrasión, etc.) para alterar la estructura formada. La
norma ASTM C 403 estandariza el fraguado inicial como el tiempo en el cual la
fracción de mortero del concreto desarrolla una resistencia a la penetración de
4000 lb/plg2 (28.0Mpa) con un pin de 25mm de largo. Depende del diseño de
mezcla en particular, de la humedad, temperatura del concreto, temperatura
ambiente y del tiempo.
Consolidación
La consolidación, conocida también como compactación, es el proceso por el cual el aire
atrapado en la mezcla fresca es sacado de la misma. Para lograrlo se han desarrollado
diferentes procedimientos. La elección del más conveniente dependerá principalmente de
la consistencia de la mezcla. El propósito de la consolidación del concreto es lograr la
densidad más alta posible del mismo.
Ilustración 5. Incremento de la razón de resistencia del concreto en función de la razón de compactación.
Ilustración 6. Variación de la resistencia a la compresión del concreto en función de la relación agua/cemento y el
método de consolidación.
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Cambios volumétricos
Los cambios volumétricos del concreto fresco están relacionados a los fenómenos de
retracción y exudación, así como el proceso de curado del mismo.
o
o
Retracción
 Plástica
 Por secado
 Autógena
 Térmica
 Por carbonatación
Exudación
Es la migración del agua hacia la superficie superior del concreto, provocada por
el asentamiento de los materiales sólidos; este asentamiento es consecuencia
del efecto combinado de la vibración durante la compactación y la gravedad (el
agua es el material que menos pesa en el concreto y tiende a flotar).
Ilustración 7. Fisuras por evaporación prematura del agua de exudación en la superficie de un concreto recién colado.
Ilustración 8. Comparación de niveles de exudación y evaporación de agua de mezcla en función del tiempo.
o
Curado
El curado, según el ACI 308R, es el proceso por el cual el concreto elaborado con
cemento hidráulico madura y endurece con el tiempo, como resultado de la
hidratación continua del cemento en presencia de suficiente cantidad de agua y
de calor.
Esta definición pone de manifiesto dos cosas importantes: el cemento requiere
de cierta cantidad de agua para hidratarse (en promedio 25% de la masa de
cemento), sin embargo, para garantizar en toda la mezcla de concreto,
disponibilidad de agua de hidratación para el cemento es conveniente contar
con una cantidad mayor, ya que la hidratación sólo es posible en un espacio
saturado. Esto no es un inconveniente ya que aún un concreto de baja relación
agua/cemento, por ejemplo 0.45, tiene un 80% de agua por encima de lo
requerido por el cemento para hidratarse, sin embargo, la prematura
desecación del concreto puede reducir el agua en la mezcla, especialmente en
elementos laminares, a niveles donde la hidratación será incompleta.
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A continuación, se listan distintos métodos de curado del concreto:








Curado húmedo continuo por 24 horas como mínimo.
Separar las cimbras lo antes posible
Usar impermeables o membrana química
Colocar pantallas rompevientos
Arena húmeda
Tejidos húmedos
Emulsión asfáltica
Inundación
Ilustración 9. Resistencia a compresión del concreto endurecido en función del nivel de curado aplicado.
1.2.
Concreto endurecido
Es aquel que tras el proceso de hidratación ha pasado del estado plástico al estado rígido.
Después de que el concreto ha fraguado empieza a ganar resistencia y se endurece. Las
propiedades del concreto endurecido son resistencia y durabilidad.
El diseño de las estructuras de concreto está basado en las propiedades del estado endurecido.
Principales características
•
Mecánicas
o Resistencia: Habilidad para resistir esfuerzos sin llegar a la falla.
La resistencia es una de las propiedades más importantes del concreto,
principalmente cuando se le utiliza con fines estructurales. El concreto, en su
calidad de constituyente de un elemento estructural, queda sometido a las
tensiones derivadas de las solicitaciones que actúan sobre éste. Si sobrepasan
su capacidad resistente se producirán fracturas, primero de origen local y
posteriormente generalizadas, que podrán afectar la seguridad de la estructura.
Por este motivo, los elementos estructurales deben ser dimensionados de
manera que las tensiones producidas no sobrepasen la capacidad resistente del
material constituyente, lo cual muestra la importancia de conocer esa
característica.
o Resistencia a la compresión: Máxima resistencia medida en un espécimen de
concreto a carga axial.
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•
Estabilidad volumétrica
El concreto experimenta variaciones de volumen, dilataciones o contracciones, durante
toda su vida útil por causas físico - químicas.
El tipo y magnitud de estas variaciones están afectados en forma importante por las
condiciones ambientales existentes de humedad y temperatura y también por los
componentes presentes en la atmósfera.
La variación de volumen derivada de las condiciones de humedad se denomina
retracción hidráulica, y las que tienen por causa la temperatura, retracción térmica. Por
su parte, de las originadas por la composición atmosférica, la más frecuente es la
producida por el dióxido de carbono y se denomina carbonatación.
•
Permeabilidad
El concreto es un material permeable, al estar sometido a presión de agua exteriormente,
se produce escurrimiento a través de su masa.
El grado de permeabilidad del concreto depende de su constitución, estando normalmente
comprendido su coeficiente de permeabilidad entre 10-6 y 10-10 cm/seg.
Las medidas que pueden tomarse para lograr un mayor grado de impermeabilidad son:
a) Utilizar la relación a/c más baja posible, compatible con la obtención de una
trabajabilidad adecuada para el uso en obra del concreto.
b) Utilizar la dosis de cemento más baja posible, compatible con la resistencia y otras
condiciones que establezcan las especificaciones del proyecto.
c) Emplear un contenido apropiado de granos finos, incluido los aportados por el cemento,
para lograr un buen relleno del esqueleto de áridos del concreto. La cantidad ideal de granos
finos puede establecerse a partir de los métodos de dosificación granulométricos.
Ilustración 10. Variación de la permeabilidad del concreto endurecido en función de la relación agua/cemento.
•
Apariencia
•
Conductividad
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•
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Durabilidad
Se considera que un concreto es durable cuando es capaz de resistir las acciones del medio
ambiente que lo rodea, así como también los diferentes mecanismos de deterioro que
pueden ser físicos, mecánicos, químicos o biológicos.
La durabilidad del concreto según el comité ACI -201, se define como su resistencia a la
acción del clima (meteorización), a los ataques químicos, a la abrasión o cualquier otro
proceso de deterioro.
o
Ataque de sulfatos
Los sulfatos están disueltos en muchas aguas naturales por disolución de sales
de terrenos yesíferos y por supuesto en aguas residuales industriales. Los
sulfatos reaccionan con la cal libre del cemento, formando yeso, que a su vez
reacciona con el aluminio cálcico para formar etringita que es una sal expansiva.
Como en muchos ataques del concreto por sustancias disueltas, lo importante
no es sólo la concentración, sino la renovación del agua.
En época reciente se ha establecido que, aunque la forma de ataque más
frecuente es por sulfatos exteriores al concreto, existen ataques de origen
interno, procedentes del yeso empleado como regulador de fraguado del
cemento. Este tipo de ataques es especialmente peligroso si se emplean
sistemas de curado acelerado del concreto.
Ilustración 11. Reducción de la expansión del mortero debido al ataque de sulfatos a medida el porcentaje de
reducción de aluminato tricálcico (C3A) del cemento es mayor. Para cementos Portland tipo II a la izquierda y tipo V a
la derecha.
o
Carbonatación
Es un tipo particular de reacción ácida, de excepcional importancia en la
durabilidad del concreto. Se debe a la penetración del CO2 del aire atmosférico
en la estructura porosa de la zona superficial del hormigón. Parte se disuelve en
algunos de los poros y reacciona con la cal libre del cemento y otros compuestos
cálcicos. El proceso origina un descenso del pH en la capa exterior del concreto,
de su valor usual, 13, hasta valores del orden de 9, y al perder su basicidad deja
de ser un elemento protector de la corrosión de las armaduras. De una forma
aproximada la profundidad de la carbonatación d es proporcional a la raíz
cuadra del tiempo, de acuerdo con la segunda ley de difusión de FICK.
11
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El proceso es tanto más intenso cuanto más importantes son los cambios de
humedad y más elevada la temperatura. Si el concreto permanece saturado, no
hay carbonatación.
El proceso es tanto más intenso cuanto mayor es la permeabilidad. De ahí que
un curado defectuoso afecte gravemente a la permeabilidad y por tanto a la
carbonatación y finalmente a la durabilidad.
o
Corrosión del acero de refuerzo
 Carácter protector del concreto.
En condiciones normales el acero de las armaduras no se corroe dentro del
hormigón, debido a los dos aspectos siguientes
1. El oxígeno existente en la masa del concreto, reacciona con el acero
formando una fina capa de óxido sobre la armadura, proceso conocido
como pasivación, que la protegerá de cualquier corrosión ulterior.
2. Si el recubrimiento es denso, de espesor suficiente, de carácter básico y
de reducida porosidad, impedirá el acceso a la armadura de los agentes
agresivos y mantendrá el carácter básico del hormigón del
recubrimiento, al reducir la carbonatación a profundidades sin
importancia práctica, dentro del período de vida útil de la construcción.
Sin embargo, en muchos casos la capa de recubrimiento, por razones
diversas, no alcanza o no mantienen el carácter protector provisto, bien
porque sea ya originalmente de baja calidad, bien porque sea que los
fenómenos de carbonatación y/o fisuración reduzcan su carácter protector
inicial.

Polarización.
El fenómeno electroquímico de la corrosión está basado en el fenómeno de
la polarización entre el acero y el oxígeno. En los casos ordinarios de
corrosión de armaduras, pueden considerarse dos procesos diferentes:
1. El proceso anódico. Constituye un proceso de disolución del hierro que
libera electrones. Par que se produzca este proceso se debe romper la
capa pasiva.
2. El proceso catódico. Los electrones liberados en el proceso anódico se
combinan en el cátodo con oxígeno y agua, formando iones oxidrilo, que
a través de un proceso complejo forman óxido de hierro. Este proceso
puede producirse sin destrucción de la capa pasiva.
El curado, a través de su influencia en la porosidad, la permeabilidad y la
carbonatación, tiene una influencia muy alta en el riesgo de corrosión.
Desgraciadamente, en la práctica el curado recibe una atención escasa,
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probablemente porque es frecuente la opinión de que, si se alcanza en el
concreto la resistencia a compresión especificada, el curado carece de
importancia. Esta opinión es gravemente errónea y se basa en el hecho de
que el curado deficiente afecta muy escasamente a la resistencia a
compresión del concreto, pero lo hace intensamente a su estructura,
resistencia a tracción, mircrofisuración, etc.
La experiencia práctica demuestra que, si se emplean recubrimientos
adecuados, separadores, baja relación a/c, suficiente contenido de cemento,
compactación enérgica y curado suficiente, la durabilidad de las estructuras
de concreto es excelente.
1.3.
Ciclo de vida útil de las estructuras de concreto
Se considera como vida útil de una estructura, el período de tiempo en el cual, ella conserva los
requisitos previstos de seguridad, funcionalidad y estética (aspecto), con costos razonables de
mantenimiento.
Las estructuras de concreto simple o reforzado están expuestas a:
•
•
•
•
Acciones mecánicas de las cargas de servicio
Acciones físicas (cambios bruscos de temperatura y humedad)
Agresiones de carácter químico
Agresiones de carácter biológico
Se hace indispensable profundizar, no solo en el diseño y especificaciones de las mezclas de
concreto (desde el punto de vista de durabilidad); sino también en:
•
•
•
•
Concepción y el diseño de los elementos estructurales y arquitectónicos;
Proceso y técnicas de construcción;
Metodología de protección, curado y puesta en servicio;
Procedimientos de inspección y mantenimiento de las estructuras.
En la ilustración 12 se puede apreciar la relación que existe entre los conceptos de durabilidad
y comportamiento del concreto.
En la ilustración 13 identifica la relación existente entre el comportamiento global de la
estructura y la vida útil de la misma.
Finalmente, en la ilustración 14 se identifican los costos estimados de reparación asociados a
diferentes niveles de intervención.
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Ilustración 12. Relación entre conceptos de durabilidad y comportamiento del concreto.
Ilustración 13. Relación entre el comportamiento del concreto y el concepto de vida útil de la estructura.
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Ilustración 14. Costos de reparación en función de su envergadura.
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2. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS AL CONCRETO ENDURECIDO
En el concreto las pruebas en el sitio se llevan a cabo comúnmente dentro de una estructura, en
contraste con las desarrolladas en muestras moldeadas prefabricadas del mismo concreto que
se utilizará en la estructura.
Tradicionalmente se conocen como pruebas no destructivas a aquellas que no dañan el
concreto. Sin embargo, a través de los años se desarrollaron nuevos métodos que producen un
daño local superficial.
2.1.
Normativa aplicable y breve descripción
En el marco de referencia de las pruebas no destructivas en estructuras, pueden mencionarse
las siguientes normativas aplicables:
ASTM E543 - 15 “Standard Specification for Agencies Performing Nondestructive Testing”
• Esta especificación cubre los requisitos mínimos para las agencias que realizan pruebas
no destructivas (NDT).
• Esta especificación puede usarse como base para evaluar agencias de prueba o
inspección, o ambas, y está destinada a ser utilizada para la calificación o acreditación,
o ambas, de agencias de prueba o inspección, públicas o privadas.
ASTM E1212 - 17 “Standard Practice for Establishing Quality Management Systems for
Nondestructive Testing Agencies”
• Esta práctica cubre los requisitos generales para el establecimiento y mantenimiento
de un sistema de gestión de la calidad para agencias involucradas en pruebas no
destructivas (NDT).
• Esta práctica utiliza los criterios contenidos en la Práctica E543.
• Esta práctica utiliza los criterios contenidos en la Norma Nacional Estadounidense ANSI
/ ISO / ASQ Q9001–2008, Sistemas de gestión de la calidad — Requisitos.
• Esta práctica reconoce la importancia de establecer criterios mínimos de seguridad.
ASTM E1359 - 17 “Standard Guide for Auditing and Evaluating Capabilities of Nondestructive
Testing Agencies”
• Esta guía establece áreas de revisión y proporciona un formulario de encuesta que se
puede utilizar para determinar la competencia de una agencia de pruebas no
destructivas.
ACI 364.1R-19 “Guide for Assessment of Concrete Structures before Rehabilitation”
Esta guía presenta procedimientos generales para la evaluación de estructuras de hormigón
antes de la rehabilitación. Entre los temas cubiertos se encuentran la evaluación preliminar, la
evaluación detallada, la revisión de la documentación, la observación de campo y el estudio de
la condición, el muestreo y las pruebas de materiales, la evaluación y el informe final. La
evaluación para identificar deficiencias sísmicas o del código de construcción está más allá del
alcance de esta guía.
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2.2.
Detección y localización del acero de refuerzo (Pachómetro)
En estas determinaciones se emplean en principio las denominadas sondas electromagnéticas.
El principio de todos estos equipos está basado en que la presencia del acero es un campo
magnético altera la corriente alterna que circula entre dos polos.
Este tipo de equipos aún cuando sea manejado por personal muy experto, tiene una precisión
muy limitada. Son claramente útiles para la determinación de la posición de armaduras, tanto
barras principales como estribos, siempre que la densidad o la proximidad de unas barras a
otras no origine “sombras” que perturben la lectura.
Existen equipos modernos digitales que permiten también determinar el diámetro de las
armaduras de refuerzo y/o el espesor de recubrimiento, aunque con grandes limitaciones e
incertidumbres que deben ser consideradas.
• Objetivos del ensayo
Determinar la ubicación y diámetro del acero de refuerzo en el concreto y su espesor de
recubrimiento.
• Equipo: Pachómetro
Es un aparato desarrollado para detectar elementos metálicos ocultos; por ello se usa
para la localización de barras de refuerzo en un elemento de concreto armado, y
también para medir el espesor de recubrimiento y el diámetro de la barra de acero de
refuerzo. Existen varios modelos de Pachómetro, los mas sencillos que solo permiten
detectar la localización de la barra, y los de nueva generación, que proporcionan los
parámetros antes mencionados. El aparato está formado por un sensor y un módulo de
lectura y control.
Ilustración 15. Pachómetro.
•
Materiales y equipos requeridos para la ubicación del acero de refuerzo en concreto
armado.
o Cinta métrica.
o Marcadores de tinta indeleble o similar.
o Regla.
o Planilla de medición.
•
Procedimiento
Se realiza una un barrido con el sensor del Pachómetro en sentido a la dirección
estimada de la localización del acero, de manera que el eje mayor del sensor sea paralelo
al acero hasta observar la máxima lectura del instrumento. Al observar que la lectura
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comienza a descender, se invierte lentamente el barrido hasta encontrar la máxima
lectura nuevamente, lo cual indicará la posición del acero. Se marca sobre la cara del
elemento con tinta, la posición del acero de refuerzo.
Ilustración 16. Uso del Pachómetro.
Para determinar la profundidad del acero de refuerzo, se debe medir el espesor de
recubrimiento, es decir la distancia desde la superficie más externa del acero de
refuerzo hasta la cara externa del concreto.
2.3.
Medición de la humedad superficial (Survey Master)
Hay un número de técnicas disponibles para medir el contenido de humedad en el concreto:
• Conductividad eléctrica: es medida entre dos electrodos colocados en la superficie.
• Medidor de Capacitancia: la capacitancia depende de las propiedades dieléctricas del
medio entre placas.
• Micro ondas, radar, gauge de electrones.
Surveymaster™ ayuda a los profesionales de la construcción, tales como contratistas,
aparejadores, constructores y arquitectos, a evaluar los niveles de humedad durante
actividades de nueva construcción y reforma. Un exceso de humedad en las construcciones
puede provocar la descomposición y el deterioro de los componentes y acabados decorativos.
Los profesionales que intervienen en la identificación, gestión y solución de humedades
necesitan herramientas para:
• Identificar el grado de penetración de la humedad
• Diagnosticar la causa del problema
• Vigilar los cambios en el grado de humedad
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Ilustración 17. Medidor de humedad superficial en el concreto Surveymaster.
2.4.
Detección de carbonatación con fenolftaleína
Este ensayo se realiza con la finalidad de determinar el grado de alcalinidad del concreto, ya
que una de las principales causas del deterioro del concreto armado es la acidificación de éste
debido a un proceso de carbonatación originado por la permeabilidad del material o la
presencia de fisuras que permite el acceso del CO2, dióxido de carbono (anhídrido carbónico),
proveniente de la atmósfera.
Cuando ocurre la formación de carbonatos cálcicos en ele concreto, se produce una reducción
del valor del pH, el cual resulta finalmente con un valor cercano a la neutralidad. Similar
fenómeno se produce, si el concreto está en contacto con agua en circulación o ligeramente
ácida, en donde se reduce el valor del pH por efecto del lixiviado de todas las sales contenidas
en los poros.
Esta profundidad de la capa superficial carbonatada o lixiviada se llama “Profundidad de
carbonatación”, en donde la reducción del pH se hace visible por el cambio de color de un
indicador apropiado.
Ilustración 18. Proceso de carbonatación del concreto.
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Objetivo del ensayo
Determinar la profundidad de la carbonatación en el concreto por el método de vía
húmeda con solución de indicador ácido-base.
Equipos y materiales
o Instrumentos de medición: regla con escala milimétrica, vernier, etc.
o Herramientas para extracción de muestras: piquetas, taladros, etc.
o Material para limpieza superficial: brochas, paños, etc.
o Solución indicadora ácido -base: fenolftaleína (1g fenolftaleína +49g alcohol
+50g de agua).
Procedimiento
Una vez seleccionada el área para extracción de la muestra, el ensayo se lleva a cabo
siguiendo los siguientes pasos:
o Toma de muestra: Se procede a taladrar una o varias secciones manual o
mecánicamente hasta la profundidad de interés, dejando el lugar libre de
material suelto y polvo, lo cual expone la superficie para el análisis. En caso de
contar con núcleos (coredrills) o porciones de éstos recién extraídos en la zona
de estudio se pueden emplear para el ensayo siempre y cuando el tiempo de
exposición de la superficie a evaluar no sea mayor a 15 minutos (fractura
fresca).
o Una vez seleccionada la muestra y estando su superficie libre de polvo, se aplica
por atomización el indicador ácido-base en forma uniforme.
o Después de haber aplicado la solución y antes de transcurridos 15 minutos se
debe efectuar la medición de la profundidad de la zona incolora desde la
superficie, determinando con precisión los valores máximos y mínimos de la
parte incolora y la media aritmética de un mínimo de mediciones en función del
espesor de recubrimiento, este procedimiento no debe tardar más de 20
minutos. La experiencia indica tomar el mayor valor determinado.
o Deberá levantarse un registro preciso de la ubicación de las mediciones,
tonalidad visualizada, profundidad de carbonatación medida e indicar
explícitamente el tipo de indicador utilizado. Igualmente se debe efectuar un
registro fotográfico.
Ilustración 19. Resultado de ensayo de carbonatación a muestra de concreto.
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Criterios de análisis y valoración de los resultados
En función del indicador seleccionado se establece el pH del frente incoloro de la
muestra. La fenolftaleína es el indicado usado por excelencia debido a que su coloración
(púrpura) permite con menor riesgo de error establecer la diferencia entre el espesor
carbonatado y el no carbonatado a diferencia de otros indicadores, cuya coloración no
hace tan evidente esta condición. El rango de viraje está entre pH 8.2 y pH 9.8, y la
tonalidad varia de incoloro a violeta rojizo. Midiendo la zona incolora desde la cara
externa del elemento hacia el acero de refuerzo, se determina la profundidad de
carbonatación para el punto de edición indicado, se recomienda realizar un muestreo
aleatorio para la medición de esta propiedad, así como la determinación del espesor de
recubrimiento del elemento medido a fin de evaluar el porcentaje de penetración.
2.5.
Medición de espesor de grietas con microscopio
Un microscopio de alta calidad diseñado para medir el ancho de grieta en miembros de
concreto, muros de mampostería y otras estructuras. El aparato funciona por una lámpara
ajustable y la imagen se enfoca al girar una perilla. La escala del ocular puede girarse 360° para
alinear con la dirección de la grieta o separación que se pretende examinar.
Ilustración 20. Microscopio para medición de ancho de grietas.
Especificaciones técnicas
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Aumento: 40x
Rango de medición: 4 mm
Subdivisiones: 0,02 mm
Operado por baterías
Dimensiones: 150x80x45 mm
Peso aproximado: 550 g.
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2.6.
Número de rebote (Esclerómetro) – ASTM C805
Busca determinar la resistencia del concreto mediante el uso de una correlación con la dureza
de la superficie. El esclerómetro fue inventado a principio de la década de los años cuarenta por
el Ingeniero suizo Ernst Schmidt, y ajustado mediante amplias series de ensayos realizados
fundamentalmente en el Instituto Politécnico Federal de Zúrich.
Esencialmente el esclerómetro está destinado a medir el índice de rebote, y por lo tanto la
dureza superficial del concreto, mediante un resorte que se carga apretando el aparato contra
la superficie del concreto hasta su carga completa. En ese momento el resorte dispara el vástago
de acero contra la superficie del concreto y el aparato mide el índice de rebote dejando una
marca en posición fija a lo largo de su escala. El aparato debe ser colocado perpendicularmente
a la superficie del concreto y sostenido firmemente hasta que se produce el rebote.
Ilustración 21. Kit de equipo de esclerómetro.
Ilustración 22. Ilustración esquemática de la operación del esclerómetro.
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En la ilustración 23 se muestra el manejo del esclerómetro en posición horizontal.
Ilustración 23. Manejo del esclerómetro en posición horizontal.
En la ilustración 24 se indica la escala del aparato para lecturas de índice esclerométrico
correlacionadas con resultados de resistencia del concreto en probeta cilíndrica. Como se ve en
el gráfico contiene curvas para distintos ángulos desde la lectura en techo hasta la lectura en
suelos o pavimentos de concreto.
Ilustración 24. Escala del aparato para lectura del índice esclerométrico.
El empleo del aparato requiere una gran experiencia por parte del operador y su apreciación,
que en esa situación puede estimarse en líneas generales de +/- 25%, si no se ha realizado una
calibración directa +/-10% si se ha realizado la calibración, está relacionada con muchos
factores de los cuales los más importantes son:
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El aparato es muy sensible a las variaciones locales del concreto relacionadas con la
posición de las partículas de grava cercanas a la superficie. Por este motivo cada lectura
del esclerómetro suele elegirse una zona determinada del orden de 6x6 a 10x10 cm en
el cual se hace un cierto número de disparos, generalmente no menos de 9, sacándose
la media y despreciando resultados según la dispersión que se encuentre.
Tipo y dosificación del cemento, la propia masa del elemento de concreto sobre el que
se realizan las medidas, tipo de encofrado y superficie y la compactación que haya
sufrido el concreto. Todas estas variables solamente pueden ser tenidas en cuenta
solamente mediante un tarado directo del esclerómetro con probetas moldeadas
correspondientes a las condiciones determinadas de uso.
Las lecturas del esclerómetro aplicadas sobre una pieza de concreto en estado húmedo,
son mas bajas que cuando ésta está en estado seco y ello naturalmente influye en el
rebote producido. Este punto debe ser considerado cuidadosamente en el caso de que
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se establezca una calibración y en todo caso debe ser consignado en el parte de recogida
de datos de la determinación de resistencia.
Probablemente la variable con influencia máxima sobre el uso del esclerómetro es la
carbonatación. Esto hace que en condiciones normales el esclerómetro no deba usarse
para concretos de más de tres meses de edad, salvo que se realicen investigaciones
especiales. Naturalmente esta dureza superficial, si afecta a una capa de suficiente
espesor, es interpretada por el esclerómetro como una resistencia alta cuando en
realidad el interior de la masa y por lo tanto la mayor parte de la pieza de concreto,
puede tener una resistencia real considerablemente más baja. Esto hace que en
condiciones normales el esclerómetro no deba usarse para concretos de más de tres
meses de edad, salvo que se realicen investigaciones especiales.
Una posibilidad naturalmente de utilizar el esclerómetro en concretos de edad superior
a tres meses es la de pulir la superficie del concreto, una vez determinado el espesor de
la capa de carbonatación para eliminar ésta.
Análogamente el esclerómetro no debe aplicarse a concretos muy jóvenes salvo que se
hayan obtenido correlaciones directas para su empleo. Como norma general no debe
aplicarse hasta que el concreto no alcance una resistencia de 7 MPa.
Con el equipo se suministra un yunque de tarado que es de empleo obligado cuando se procede
a realizar lecturas esclerométricas. El yunque puede observarse en la ilustración siguiente:
Ilustración 25. Yunque de calibración del esclerómetro.
2.7.
Velocidad de pulso ultrasónico – ASTM C597
La técnica de ultrasonidos fue desarrollada simultáneamente en Estados Unidos, Francia e
Inglaterra, también la década de los 40. Esencialmente este tipo de aparatos está basado en
producir ondas con transductores electroacústicos y medir su velocidad de recorrido en el
concreto.
Básicamente la teoría de trabajo del pulso ultrasónico se basa en que la velocidad de progresión
de las ondas en cualquier medio homogéneo, elástico e isótropo, viene dado por la fórmula:
=
∗
En ella Ed es el módulo dinámico de elasticidad y ρ la densidad del material. El valor de k viene
dado por la fórmula,
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=
(1 +
(1 − )
) ∗ (1 − 2 ∗
)
Donde νd es el módulo dinámico de Poison para el material de que se trate.
Ilustración 26. Equipo de Pulso Ultrasónico.
Análogamente al caso del esclerómetro, el quipo necesita ser tarado periódicamente para lo
cual se suministra con él un cilindro de acero de longitud y calidad determinadas, a la cual se
aplica el emisor y el receptor, debiendo estar la velocidad mantenida dentro de unos límites
establecidos por el fabricante para el tarado.
La utilización en obra puede verse en la ilustración siguiente:
Ilustración 27. Medición de forma indirecta.
El aparato mide el tiempo que tarda la onda en recorrer la distancia del emisor al receptor.
Cualquier vacío de aire es recorrido por la onda a velocidades, comparativamente, mucho más
bajas que aquellas a las que recorre el concreto, por lo que es fundamental asegurar bien el
contacto de ambos palpadores a la superficie del concreto. Esta se limpia previamente y se le
aplica una grasa especial para asegurar el contacto. Como el aparato mide la velocidad, es
necesario proceder directamente a la medición, con la precisión adecuada, de cada longitud,
para poder deducir la velocidad de transmisión y con ella y mediante el gráfico de la ilustración
siguiente, suministrado por el fabricante, la resistencia del concreto.
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Ilustración 28. Correlación entre la resistencia de probetas de concreto y la velocidad de pulsación.
Comparando el esclerómetro con el equipo de ultrasonido, las ventajas de este segundo son
evidentes en cuanto a no estar influido por la carbonatación ni por la proximidad superficial de
los granos de grava y al mismo tiempo poseer la capacidad de detectar defectos interiores en
profundidad en el concreto.
También en este caso es imprescindible una gran experiencia y especialización en el personal
que lo maneje, pues las formas de medición con equipo de ultrasonidos pueden verse influidas
y existen fórmulas de corrección para ello, si la transmisión se realiza paralelamente a
armaduras próximas, en sentido perpendicular, si existen fisuras, etc.
Ilustración 29. Medición del pulso ultrasónico.
2.8.
Potencial de corrosión del acero – ASTM C876
Se define como el potencial eléctrico de un metal, relativo a un electrodo de referencia, medido
bajo condiciones de circuito abierto. La medida del potencial del acero de refuerzo, permite
tener una idea de la probabilidad de activación del acero ante la corrosión.
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•
Objetivo del ensayo
Medir el potencial del acero de refuerzo del concreto mediante el uso de un electrodo
de referencia de Cu/CuSO4.
Equipos y materiales
o Brocha, cepillo y otras herramientas para limpieza manual o mecánica de la
superficie.
o Cables y conectores.
o Esponja plana, agua potable para humedecer la superficie.
o Electrodo de referencia apropiado (Er). Cu/CuSO4.
o Voltímetro de alta impedancia.
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Procedimiento
o Se selecciona la superficie a evaluar, en caso de no tener libre acceso a una
sección del acero de refuerzo del concreto, deberá perforarse la estructura hasta
descubrir el acero de refuerzo. Una vez localizado, debe haber garantía de
continuidad eléctrica del mismo al momento de efectuar las mediciones.
o Se trazan sobre la superficie del concreto unas líneas en forma de cuadrículas
que indican la posición del acero de refuerzo. El espaciamiento seleccionado
dependerá de la rigurosidad de inspección y de la ubicación del refuerzo.
o Se limpia la superficie seleccionada y la superficie del acero expuesto. La
superficie del concreto debe ser lisa a fin de que el electrodo acople
adecuadamente. En el caso del acero de refuerzo si éste presenta productos de
corrosión, deberán ser removidos por medios mecánicos.
o Con la finalidad de lograr una lectura correcta se debe humedecer previamente
la superficie del elemento por un lapso de media hora antes del inicio de las
mediciones. Esto mejora la conductividad.
o Se realiza la conexión del electrodo de referencia (Cu/CuSO4), al negativo del
voltímetro.
o Los nodos de la cuadricula serán los puntos de referencia para la ubicación del
electrodo para la medición. En estos puntos se coloca sobre la superficie del
concreto una esponja plana delgada previamente humedecida para mejorar el
contacto electrodo-concreto. Se coloca el electrodo sobre la esponja, se efectúa
la medida y se registra.
Ilustración 30. Medición del potencial de corrosión del acero de refuerzo.
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Criterios de evaluación
La norma ASTM C-876-87: “Standar test method for half-cell potential of uncoated
reinforcing steel in concrete”, establece como criterio de valoración de potenciales del
acero en concreto vs Cu/CuSO4 que los potenciales más positivos de -200mV (zona
pasiva) indican una probabilidad que el acero se esté corroyendo menor del 10%,
potenciales entre -200mV y -350mV corresponden a un 50% lo indica una variación
entre el estado pasivo y activo (zona de incertidumbre) del acero de refuerzo y
potenciales más negativos a -350mV (zona activa) indican un 90% de probabilidad que
exista corrosión en el acero, para ambientes donde predomine la acción del ión Cloruro
como factor desencadenante de corrosión.
Cabe destacar que este ensayo por sí solo no diagnostica la corrosión, debe
complementarse con otros ensayos electroquímicos, físicos y/o químicos a fin de
diagnosticar correctamente, además debe ser analizado e interpretado por
profesionales especializados en corrosión a fin de garantizar el correcto análisis de
resultados y por ende validar el resultado obtenido.
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2.9.
Método de madurez del concreto- ASTM C1074
El método de la madurez se creó con la intención de estimar el desarrollo de las propiedades
del concreto, relacionándolas con la temperatura histórica durante el proceso de curado, con
las funciones de la madurez de tiempo y temperatura (Scoares et al., 2006). En construcción
civil, el método de la madurez se usa para determinar el tiempo aproximado que demora el
concreto en alcanzar una determinada resistencia a la compresión "in situ", analizando la
descripción de la temperatura en la que ocurre el curado y las muestras analizadas en el
laboratorio tratadas con temperaturas controladas. El uso de la cura termal para el concreto se
emplea principalmente para reducir el tiempo de curado de las partes cuando se requiere una
alta rotación de los moldajes.
El aumento de la temperatura de curado del concreto acelera las reacciones químicas de
hidratación del cemento, confiriendo una mayor resistencia inicial, reduciendo así el tiempo de
retiro de los moldajes. Sin embargo, según (Peres et al., 2007) cualquier propiedad mecánica o
física del concreto relacionada con el grado de hidratación podría ser alcanzada por el método
de la madurez, y no integrándola al proceso para estimar la resistencia a la compresión.
Inicialmente, el concepto de la madurez se relacionaba con la ley de ganancia de resistencia a
la compresión con la madurez: "Una misma muestra de concreto con exactamente el mismo
grado de madurez – medido como una función de la temperatura y del tiempo - tiene,
aproximadamente, la misma resistencia que cualquiera de las combinaciones de temperatura y
tiempo para alcanzar el factor de madurez"(Barbosa et al., 2005).
(Peres et al., 2007) consideraban la relación de la madurez con el grado relativo de desarrollo
de la resistencia a la compresión, lo que a su vez modificó la ley de Saul de 1951: "Una misma
mezcla de concreto con exactamente el mismo grado de madurez (medido como una función de
la temperatura y del tiempo) tiene, aproximadamente, la misma resistencia relativa que
cualquiera de las combinaciones de temperatura y tiempo para alcanzar el factor de madurez".
(Salvador Filho et al., 2002) sugirieron que solo el tiempo del producto por la resistencia sería
capaz de producir el mismo efecto de curado que el vapor en beneficio de la resistencia a la
compresión. La función de Nurse-Saul adquiere la forma siguiente, más extensa debido a su
simplicidad, como se aprecia en la ecuación siguiente:
M(t)= factor de la madurez a la edad t (°C.h)
Δt= intervalo de tiempo (h)
Ta= promedio de la temperatura en un intervalo de tiempo t (ºC)
To= temperatura basal (°C)
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La función desarrollada por Freiesleben-Hansen y Pedersen (FHP), basada en el modelo de
Arrhenius para la dependencia de una reacción de la temperatura, se aplica más usualmente al
método de la madurez, incluyendo un parámetro relacionado con la sensibilidad térmica de la
reacción, llamada energía de activación aparente, como se aprecia en la ecuación siguiente:
Ea = energía de activación aparente
R = constante universal de los gases (8.314 J/mol.K);
T = temperatura absoluta del concreto durante el intervalo de tiempo ∆t (K)
Tt= temperatura de referencia (k).
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