Prueba de la Resistencia a la Compresión del Hormigón – ¿Qué, por qué y cómo?

Información de la Asociación Nacional de Hormigón Premezclado

¿Qué es la Resistencia a la Compresión del Hormigón?

Las mezclas de hormigón pueden ser diseñadas para proporcionar una amplia gama de propiedades mecánicas y de durabilidad para satisfacer los requisitos de diseño de una estructura. La resistencia a la compresión del hormigón es la medida de rendimiento más común utilizada por el ingeniero en el diseño de edificios y otras estructuras. La resistencia a la compresión se mide rompiendo muestras cilíndricas de hormigón en una máquina de ensayos de compresión. La resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de rotura dividida por el área de la sección transversal que resiste la carga y se indica en unidades de libra-fuerza por pulgada cuadrada (psi) en unidades estadounidenses o megapascales (MPa) en unidades SI. Los requisitos de resistencia a la compresión del hormigón pueden variar desde 2500 psi (17 MPa) para el hormigón residencial hasta 4000 psi (28 MPa) y más en las estructuras comerciales. Para ciertas aplicaciones se especifican resistencias más elevadas, hasta y por encima de 10.000 psi (70 MPa).

¿Por qué se determina la resistencia a la compresión?

Los resultados de los ensayos de resistencia a la compresión se utilizan principalmente para determinar que la mezcla de hormigón, tal y como se entrega, cumple con los requisitos de la resistencia especificada, ƒ′c, en la especificación de la obra.:

Los resultados de los ensayos de resistencia de los cilindros colados pueden utilizarse para el control de calidad, la aceptación del hormigón o para estimar la resistencia del hormigón en una estructura con el fin de programar las operaciones de construcción, como el desencofrado, o para evaluar la adecuación del curado y la protección ofrecida a la estructura. Los cilindros ensayados para la aceptación y el control de calidad se fabrican y curan de acuerdo con los procedimientos descritos para las probetas de curado estándar en la norma ASTM C 31 Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field. Para estimar la resistencia del hormigón en obra, la norma ASTM C 31 proporciona procedimientos para probetas curadas en campo. Las probetas cilíndricas se ensayan de acuerdo con la norma ASTM C 39, Método de ensayo estándar para la resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de hormigón.

El resultado del ensayo es la media de al menos dos probetas de resistencia curada estándar realizadas a partir de la misma muestra de hormigón y ensayadas a la misma edad. En la mayoría de los casos los requisitos de resistencia para el hormigón son a una edad de 28 días.

Los ingenieros de diseño utilizan la resistencia especificada ƒ’c para diseñar elementos estructurales. Esta resistencia especificada se incorpora en los documentos del contrato de obra. La mezcla de hormigón se diseña para producir una resistencia media, ƒ′cr, superior a la especificada de forma que se minimice el riesgo de no cumplir con la especificación de resistencia. Para cumplir con los requisitos de resistencia de una especificación de obra se aplican los siguientes criterios de aceptación:

• El promedio de 3 ensayos consecutivos debe ser igual o superior a la resistencia especificada, ƒ’c
• Ningún ensayo de resistencia debe ser inferior a ƒ’cpor más de 500 psi (3.45 MPa); o en más de 0,10 ƒ’c cuando ƒ’c sea superior a 5000 psi (35 MPa)

Es importante entender que un ensayo individual que caiga por debajo de ƒ’c no constituye necesariamente un incumplimiento de los requisitos de la especificación. Cuando el promedio de los ensayos de resistencia en un trabajo están en la resistencia media requerida, ƒ′cr, la probabilidad de que los ensayos de resistencia individuales sean inferiores a la resistencia especificada es de aproximadamente el 10% y esto se tiene en cuenta en los criterios de aceptación.

Cuando los resultados de los ensayos de resistencia indican que el hormigón entregado no cumple con los requisitos de la especificación, es importante reconocer que el fallo puede estar en los ensayos, no en el hormigón. Esto es especialmente cierto si la fabricación, la manipulación, el curado y el ensayo de los cilindros no se realizan de acuerdo con los procedimientos estándar. Ver CIP 9, Resistencia de los cilindros de hormigón bajo.

Los registros de ensayos de resistencia históricos son utilizados por el productor de hormigón para establecer la resistencia media objetivo de las mezclas de hormigón para futuros trabajos.

Cómo ensayar la resistencia del hormigón

• Las probetas cilíndricas para los ensayos de aceptación deben ser de tamaño 6 x 12 pulgadas (150 x 300 mm) o 4 x 8 pulgadas (100 x 200 mm) cuando se especifique. Las probetas más pequeñas suelen ser más fáciles de fabricar y manejar en el campo y en el laboratorio. El diámetro del cilindro utilizado debe ser al menos 3 veces el tamaño máximo nominal del árido grueso utilizado en el hormigón.
• El registro de la masa de la probeta antes del tapado proporciona información útil en caso de disputas.
• Para proporcionar una distribución uniforme de la carga durante el ensayo, los cilindros se tapan generalmente con mortero de azufre (ASTM C 617) o tapones de neopreno (ASTM C 1231). Los tapones de azufre deben aplicarse al menos dos horas y preferiblemente un día antes del ensayo. Los tapones de neopreno pueden utilizarse para medir la resistencia del hormigón entre 1500 y 7000 psi (10 a 50 MPa). Para resistencias superiores, hasta 12.000 psi, se permite el uso de tapones de neopreno si se califican mediante ensayos complementarios con tapones de azufre. Los requisitos de dureza del durómetro para las almohadillas de neopreno varían de 50 a 70 dependiendo del nivel de resistencia probado. Las almohadillas deben ser reemplazadas si hay un desgaste excesivo.
• No se debe permitir que los cilindros se sequen antes de la prueba.
• El diámetro del cilindro debe ser medido en dos lugares en ángulo recto a media altura de la muestra y promediado para calcular el área de la sección transversal. Si los dos diámetros medidos difieren en más de un 2%, el cilindro no debe ensayarse.
• Los extremos de las probetas no deben apartarse de la perpendicularidad con el eje del cilindro en más de 0,5º y los extremos deben ser planos con una precisión de 0,002 pulgadas (0,05 mm).
• Los cilindros deben centrarse en la máquina de ensayos de compresión y cargarse hasta la rotura completa. La velocidad de carga en una máquina hidráulica debe mantenerse en un rango de 20 a 50 psi/s (0,15 a 0,35 MPa/s) durante la última mitad de la fase de carga. Debe registrarse el tipo de rotura. Un patrón de rotura común es la fractura cónica (véase la figura).
• La resistencia del hormigón se calcula dividiendo la carga máxima en el momento del fallo por el área media de la sección transversal. C 39 tiene factores de corrección si la relación longitud/diámetro del cilindro está entre 1,75 y 1,00, lo cual es poco frecuente. Se ensayan al menos dos cilindros de la misma edad y se informa de la resistencia media como resultado del ensayo con una aproximación de 10 psi (0,1 MPa)
• El técnico que realiza el ensayo debe registrar la fecha en que se recibieron en el laboratorio, la fecha del ensayo, la identificación de la muestra, el diámetro del cilindro, la edad del ensayo, la carga máxima aplicada, la resistencia a la compresión, el tipo de fractura y cualquier defecto en los cilindros o tapones. Si se mide, también debe anotarse la masa de los cilindros.
• La mayoría de las desviaciones de los procedimientos estándar para fabricar, curar y ensayar las probetas de hormigón darán como resultado una menor resistencia medida.
• El rango entre los cilindros compañeros del mismo conjunto y ensayados a la misma edad debe ser, en promedio, de alrededor del 2 al 3% de la resistencia media. Si la diferencia entre dos cilindros compañeros supera el 8% con demasiada frecuencia, o el 9,5% en el caso de tres cilindros compañeros, deben evaluarse y rectificarse los procedimientos de ensayo en el laboratorio.
• Los resultados de los ensayos realizados por diferentes laboratorios sobre la misma muestra de hormigón no deben diferir en más de un 13% aproximadamente de la media de los dos resultados de los ensayos.
• Si uno o ambos de un conjunto de cilindros se rompen con una resistencia inferior a ƒ’c, evalúe los cilindros en busca de problemas evidentes y guarde los cilindros ensayados para su posterior examen. Frecuentemente la causa de un ensayo fallido puede verse fácilmente en el cilindro, ya sea inmediatamente o mediante un examen petrográfico. Si se desecha, puede perderse una oportunidad fácil de corregir el problema. En algunos casos se fabrican cilindros de reserva adicionales que pueden ensayarse si un cilindro de un conjunto se rompió con una resistencia inferior.
• Un ensayo de 3 ó 7 días puede ayudar a detectar posibles problemas con la calidad del hormigón o con los procedimientos de ensayo en el laboratorio, pero no es una base para rechazar el hormigón, con un requisito de resistencia de 28 días o de otra edad.
• La norma ASTM C 1077 exige que los técnicos de laboratorio que participen en el ensayo del hormigón estén certificados.
• Los informes de los ensayos de resistencia a la compresión proporcionan información valiosa al equipo del proyecto para los proyectos actuales y futuros. Los informes deben enviarse al productor de hormigón, al contratista y al representante del propietario lo más rápidamente posible.

1. ASTM C 31, C 39, C 617, C 1077, C 1231, Annual Book of ASTM Standards, Volume 04.02, ASTM, West Conshohocken, PA, www.astm.org
2. Concrete in Practice Series, NRMCA, Silver Spring, MD, www.nrmca.org
3. In-Place Strength Evaluation – A Recommended Practice, NRMCA Publication 133, NRMCA RES Committee, NRMCA, Silver Spring, MD
4. How producers can correct improper test-cylinder curing, Ward R. Malisch, Concrete Producer Magazine, noviembre de 1997, www.worldofconcrete.com
5. Lista de comprobación de la NRMCA/ASCC para la conferencia de pre-construcción del hormigón, NRMCA, Silver Spring, MD
6. Consejos sobre pruebas de control para un hormigón de calidad, PA015, Portland Cement Association, Skokie, IL, www.cement.org
7. ACI 214, Recommended Practice for Evaluation of Strength Tests Results of Concrete, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, www.concrete.org

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