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PROBE PRO BETAS TAS DE HORMIG HOR MIGÓN ÓN Fabricación de probetas de hormigón para ensayos
El uso del hormigón como elemento constructivo y estructural, genera que debamos controlar sus propiedades y características exhaustivamente, exhaustivamente, tanto en su producción como en su estado de servicio. Para ello, nos valemos de ensayos que realizamos sobre probetas normalizadas de este elemento. Las fabricaremos como para ser representativas del hormigón a usar, pero también existirán casos en los que debamos extraerlas del propio hormigón a examinar, las llamadas probetas testigo.
Índice:
1. Probetas: 1.1 - Moldes 1.2 - Características 1.3 - Fabricación 1.4 - Adecuación a tolerancias
2. Probetas Testigo
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1. Probetas 1.1 - Moldes Los moldes para probetas de hormigón deberán atenerse a las características que estipula la norma UNE EN-12390/1 Ensayos de hormigón endurecido. Parte 1: Forma, medidas y otras características de las probetas y moldes. Existen tres tipos normalizados de probetas, cúbica, cilíndrica y prismática. Para cada una de ellas, la dimensión principal d se debería elegir para que sea al menos tres veces y media el tamaño nominal del árido en el hormigón. Las dimensiones nominales serán:
Probetas Cúbicas:
Probetas Cilíndricas:
Si una probeta cilíndrica tiene una longitud superior a 1,73 veces su diámetro dispondrá de una parte central en la que el efecto de cortante habrá desaparecido y los valores de la resistencia a compresión medidos, aunque algo más bajos en probetas más cortas, serán más uniformes y reales que cuando la longitud de la probeta es igual o inferior a 1,73 veces el diámetro. El superar muy sobradamente la cifra de 1,73 diámetros nos podría llevar a probetas de esbelteces excesivas en las que se podría alterar el valor de la resistencia a compresión y esta es la razón de que muchas normas, entre ellas la española, fijen la relación longitud/diámetro en 2.
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Probetas prismáticas:
Los moldes pueden ser calibrados, ya comercializados para tal fin con los marcajes de cumplimiento adecuados, o pueden ser fabricados con cualquier material que sea adecuado para ello, siempre respetando las características específicas para los moldes que indica la norma. Todos deben ser estancos y no absorbentes. Las juntas de los moldes pueden ser tratadas con cera, aceite o grasa para conseguir una buena estanqueidad al agua. Los moldes calibrados se deberán fabricar en acero o fundición, que serán los materiales de referencia. Se pueden realizar en otros materiales, siempre y cuando se realicen pruebas que demuestren su equivalencia a largo plazo con probetas realizadas en moldes de acero o fundición. Por ejemplo, se ha comprobado que en el caso de moldes de plástico y cartón dan resultados de resistencia a compresión más bajos, del orden de un 2 a un 15%. Todas las partes de un molde calibrado deberán ser lo suficientemente robustas para impedir cualquier deformación en el montaje y en el uso. Los componentes del molde, con la posible excepción del plato de la base, deben tener marcas de identificación. La instrucción española de hormigón usa como referencia las probetas cilíndricas para la realización de los ensayos, si bien, permite el uso de probetas cúbicas para los ensayos de resistencia a compresión y de probetas prismáticas para los ensayos de flexotracción. En el caso de ensayos de resistencia a compresión, la norma EHE-08 permite el uso de probetas cúbicas de 15 cm. de arista o de 10 cm. de arista en el caso de hormigones con f(ck) mayor o igual a 50 N/mm², siempre que el tamaño máximo sea inferior a 12 mm. A sus resultados se le aplica un factor de conversión de acuerdo con:
según un coeficiente de conversión λ dado por:
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1.2 - Características Influencia de la forma y dimensiones sobre los ensayos. En España, al igual que en otros países como Estados Unidos, Canadá, Australia y otros, se emplean probetas cilíndricas, mientras que en Gran Bretaña, Alemania y otros, se usan las probetas cúbicas en la determinación de la resistencia a compresión. La tendencia actual es a realizar los ensayos sobre probetas cúbicas, dado la gran ventaja que tienen frente a las cilíndricas al evitarse el proceso de refrentado que se debe realizar en las probetas cilíndricas, con el ahorro que ello conlleva. Existe la inclinación al empleo de probetas cilíndricas de 15 cm. de diámetro por 30 cm. de altura. En Francia por ejemplo, se usan las de 16x32 cm. por la ventaja de tener una superficie de aplicación de carga de prácticamente 200 cm². Con probetas de 15x30 cm. no deben emplearse áridos de tamaño superior a 50 mm., es decir, su tamaño máximo no debe superar el tercio del diámetro del molde como indica la norma. Si el tamaño máximo del árido es pequeño e inferior a 20 mm. deben utilizarse probetas de 10x20 cm. debido a que si éstas son muy grandes con relación al TM el efecto pared disminuye y los resultados obtenidos cambian, dejando de ser representativos o extrapolables. Así, se ha podido comprobar, empleando diferentes dimensiones de probetas, que con áridos de tamaña máximo comprendido entre 20 y 40 mm., las de 15x30 cm. son las que proporcionan mayores resistencias y uniformidad en los resultados, mientras que con áridos de tamaño máximo 10 mm. las probetas de 10x20 cm. son las idóneas. Como ejemplo de las influencias a las que se ve sometido el resultado de un ensayo, tomaremos como ejemplo la medida de la resistencia a compresión de un hormigón determinada por medio de la rotura de una probeta sometida a una carga axial. El ensayo puede sufrir alteraciones como consecuencia de varios factores entre los que destacan el efecto probeta-plato, la dureza de los platos el tamaño y esbeltez de la probeta, la velocidad de aplicación de las cargas e incluso el diseño de la propia máquina. Existen otros a tener en cuenta, de los que da cuenta la norma UNE EN-12390/1 y la respectiva norma del ensayo, en el caso de la rotura a compresión la UNE EN-12390/3, como son la falta de paralelismo entre las caras sobre las que se realiza el ensayo, descentrado de la probeta, deficiente acabado de las superficies sobre las que se ejerce la carga, el que las probetas estén húmedas o secas, etc. Para corregir y adecuar las probetas, se usan distintos métodos, como veremos a continuación.
1.3
- Fabricación
La fabricación de probetas para ensayos se realizará de acuerdo a la norma UNE EN-12390/2. Esta norma dispone: Antes del llenado, y cuando sea necesario, se debería cubrir la parte interior del molde con una película de desencofrante no reactivo para evitar que el hormigón se adhiera al molde. Los moldes deben rellenarse en una o más capas, dependiendo de la consistencia del hormigón y del método de compactación, para alcanzar la compactación completa. El espesor de esta capa debe estar entre el 10% y el 20% de la altura de la probeta. El hormigón debe compactarse inmediatamente después de su vertido en el molde, de forma tal que se obtenga una compactación completa sin una excesiva segregación o aparición de flujo de lechada. Cada capa debe compactarse por uno de los métodos siguientes:
Vibración mecánica − Compactación con vibrador interno − Compactación con mesa vibrante
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En ambos casos, la vibración se aplica durante el mínimo tiempo necesario para lograr una compactación completa del hormigón. Se evita la sobrevibración, que puede causar una pérdida de aire ocluido.
Compactación manual Se distribuyen los golpes de la barra de compactar o maza de manera uniforme sobre la sección transversal del molde. Se tiene cuidado de que la barra de compactar o maza no golpee con fuerza la parte inferior del molde, cuando se compacte la primera capa, ni penetre significativamente en la capa inferior. Se somete el hormigón a un número suficiente de golpes por capa, normalmente 25 para hormigones con una consistencia equivalente a las clases de asentamiento S1 y S2, con objeto de eliminar las burbujas del aire atrapado, pero no del aire ocluido. Después de compactar cada capa, se golpea lateralmente el recipiente de forma cuidadosa con el mazo, hasta que las burbujas de aire mayores cesen de aparecer en la superficie y se hayan eliminado las depresiones dejadas por la barra de compactar o la maza. Para el correcto curado de las probetas, éstas se mantienen en el molde al menos 16 horas, pero no más de 3 días, protegidas de impactos, vibraciones y deshidratación. Después de retirar los moldes se curan hasta inmediatamente antes del ensayo en agua a una temperatura de 20ºC, o en cámara a esa misma temperatura y 95% de humedad.
1.4 - Adecuación a tolerancias La norma UNE EN-12390/1 estipula las tolerancias admitidas en las dimensiones de las probetas y los moldes. En el caso concreto de los ensayos en los que se aplican cargas o esfuerzos, el acabado superficial y el paralelismo entre las caras donde se aplican dichas cargas es fundamental para obtener resultados fiables. En las probetas cilíndricas, la superficie de una de las bases del cilindro queda imperfecta (la que queda en superficie) por lo que es necesario darla un tratamiento para alcanzar una planeidad acorde a las tolerancias exigidas. En el caso de las probetas cúbicas y prismáticas, no se suelen presentar problemas de este tipo debido a que éstas se ensayan en una dirección perpendicular a la de moldeo, con lo cual siempre dispone de las dos caras paralelas y perfectamente planas que proporcionan las caras de los moldes. A veces, resulta también necesario reducir las dimensiones de la probeta. En cada ensayo, se especifica los métodos para conseguir tal fin, tomaré como referencia el ensayo de resistencia a compresión. Según norma UNE-EN 12390/3, usamos los métodos siguientes:
Pulido: Las probetas curadas en agua deben sacarse de la misma, para el pulido durante no mas de 1 hora y deben volverse a introducir en agua durante al menos una hora antes de volver a pulirlas o a ensayarlas.
Refrentado: Utilizando mortero de cemento de alto contenido en alúmina: Antes de refrentar, asegurarse que la superficie de la probeta a refrentar esta húmeda, limpia y que todas las partículas sueltas han sido eliminadas. El refrentado debe ser tan fino como sea posible y no debe tener más de 5 mm de grosor, aunque pueden permitirse pequeñas desviaciones locales. El material de refrentar debe consistir en un mortero compuesto de tres partes en peso de cemento con alto contenido en alúmina, más una parte en peso de arena fina (la mayor parte de la cual pase por el tamiz de malla de alambre de 300 µm, ISO 3310-1). Se pueden usar otros cementos que cumplan con la Norma EN 197-1 si se tiene la certeza de que a la hora del ensayo el mortero tiene al menos igual resistencia que el hormigón. Se coloca la probeta con un extremo sobre un plato metálico horizontal. Se sujeta rígidamente un collarín de acero de dimensiones correctas y que tenga el borde superior
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mecanizado al extremo superior de la probeta a refrentar, de manera que el borde superior sea horizontal y sobrepase la posición más alta de la superficie de hormigón. Se llena el collarín con el material de refrentado hasta que forme una superficie convexa sobre el borde del collarín. Se presiona con un plato de refrentado de cristal, que este revestido con una fina capa de aceite desmoldante, hacia abajo sobre el material de refrentado con un movimiento rotatorio hasta que haga un completo contacto con el borde del collarín. Inmediatamente se coloca la probeta con collarín y plato en posición en un ambiente con aire húmedo que tenga ≥ 95% de humedad relativa y a una temperatura de (20 ± 5) ºC. El plato y el collarín deben retirarse cuando el mortero está lo suficientemente endurecido para poder ser manejado sin deteriorarlo. En el momento del ensayo, el refrentado debería ser al menos tan resistente como la probeta de hormigón. Método del mortero de azufre Antes de refrentar, la superficie de la probeta debe estar seca., limpia y deben retirarse toda clase de partículas sueltas. El refrentado debe ser tan fino como sea posible y no debe tener más de 5 mm de grosor, aunque pueden permitirse pequeñas desviaciones locales. Pueden aceptarse mezclas comercializadas de azufre para refrentar que sean adecuadas. Alternativamente, el material de refrentado puede consistir de una mezcla compuesta en partes iguales en peso de azufre y arena silícea fina (la mayor parte que pase por el tamiz de 250 µm y que sea retenida por el tamiz de 125 µm conforme a ISO 3310-1). Puede añadirse una pequeña proporción de negro de humo, de hasta el 2%. La mezcla debe calentarse a la temperatura recomendada por el suministrador o a una temperatura tal, que mientras se remueve continuamente, se alcance la consistencia requerida. La mezcla se remueve continuamente para asegurar su homogeneidad y para impedir que se formen sedimentos en el fondo del recipiente de fundir. El nivel de mezcla en el recipiente de fundir no debe dejarse demasiado bajo, pues con ello se incrementa la producción de vapores sulfurosos y el peligro de ignición. Debido a esto, un sistema extractor de humos debe funcionar durante todo el proceso de fundido del azufre para asegurar la completa extracción de los vapores de azufre, que son más pesados que el aire. Se ha de tener cuidado de que la temperatura de la mezcla se mantiene entre los límites especificados, para reducir los riesgos de polución. Se baja un extremo de la probeta, mantenida verticalmente, hasta apoyar en el plato horizontal que contenga la mezcla de azufre fundida. Se deja que la mezcla se endurezca antes de repetir el procedimiento con el otro extremo. Se utiliza un equipo de refrentado que asegure que las dos caras refrentadas estén paralelas y se utiliza aceite mineral como desmoldante de los platos. Puede ser necesario recortar el material de refrentado sobrante de los bordes de la probeta. Se debe inspeccionar la probeta para asegurarse de que el material de refrentado se ha adherido perfectamente a ambas caras de la misma. Si la capa de refrentado suena a hueco, debe eliminarse y refrentarse de nuevo. El ensayo de compresión no debe efectuarse hasta que hayan transcurrido al menos 30 min. desde la operación de refrentado, siendo recomendable una espera de 2 horas a fin de permitir que la capa dada se enfríe.
Dispositivo de refrentado
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Método de caja de arena Antes de refrentar, comprobar que la superficie de la probeta a refrentar estar limpia y que todas las partículas sueltas han sido retiradas. La arena a usar ha de ser fina y silícea, y cuya mayor parte pase por el tamiz de tejido de alambre de 250 µm y que sea retenida por el tamiz de 125 µm, conforme a la Norma ISO 3310-1. Se instala el marco de colocación en una superficie de trabajo horizontal. Una de las cajas de arena debe colocarse en el marco y bloquearse en esta posición. Se vierte el volumen requerido de arena, sin derramarla, en el centro de la caja. Después de limpiar con un trapo las caras de carga, la probeta se pone en el montón de arena y se sujeta en su posición. Se hace funcionar el vibrador durante (20 ± 5) s asegurándose que las guías ruedas soportan correctamente la probeta. Se vierte la cera de parafina hasta el borde de la caja y se deja endurecer. Se libera la probeta y se gira sobre la otra cara. Se repiten las operaciones con la segunda caja. Después de acabado el ensayo de compresión, se separan las dos cajas de los restos de la probeta metiendo aire a t ravés de las aberturas previstas a tal efecto.
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2. Probetas testigo En determinadas ocasiones hay que recurrir a la ejecución de ensayos informativos cuando el hormigón ya está en la propia obra, endurecido y en carga, por lo que debemos realizar ensayos por medio de la toma y rotura de probetas testigo, mediante ensayos ultrasónicos, esclerométricos, etc. Las probetas testigo son piezas de forma cilíndrica, cúbica o prismática que se extraen del hormigón puesto en obra mediante corte del hormigón endurecido. En el caso de elementos estructurales se emplean sobre todo probetas cilíndricas extraídas mediante sondas rotativas o perforadoras tubulares. Dado que las condiciones del hormigón en cuanto a ejecución, transporte y curado no son ideales, éstas probetas son de inferior calidad a las que se realizan en un entorno controlado como es el laboratorio. Por esto, las probetas testigo suministran valores de resistencia inferiores al dado por probetas realizadas en laboratorio. La resistencia de los testigos suele ser inferior a la real del hormigón de obra, a pesar de ser el testigo una parte integrante de la misma, debido a, entre otras razones, la influencia que tienen las dimensiones del mismo sobre la de los componentes del hormigón, condiciones del contorno, las microfisuras originadas por la extracción. Para tener en cuenta estos factores, la norma EHE-08 recomienda tener en cuenta una disminución de un 10% en la resistencia. Los testigos extraídos deben ser representativos de todo el lote de hormigón considerado, por consiguiente es conveniente definir las zonas o lotes de una estructura construidos con un determinado volumen de hormigón. A veces esto no es posible, en estos casos puede dar buen resultado realizar ensayos paralelos ultrasónicos o esclerométricos a fin de tratar de identificarlos. Es preciso que la separación entre los testigos a extraer sea la suficiente para que correspondan a amasadas diferentes de un mismo lote con objeto de tener una muestra realmente representativa del hormigón, por lo que la separación mínima entre ellos deberá estar condicionada al volumen de la hormigonera utilizada, dimensiones del elemento estructural, etc. La extracción no debe realizarse a edades inferiores a 14 días si el cemento es portland normal, pudiendo rebajarse si el cemento es de alta resistencia inicial. Esto se debe a que en los hormigones de bajas resistencias hay un mayor peligro de microfisuración, desprendimientos de áridos y pérdidas de adherencia con la pasta, lo que repercute en las resistencias a compresión. Hay que evitar la inclusión de armaduras en los testigos, por lo que se procura establecer la localización de éstas, por ejemplo mediante el pachómetro. Las probetas deberán ser sometidas a refrentado. Asimismo, se tendrá en cuenta en su rotura la dirección de la aplicación del esfuerzo con relación a la compactación del hormigón en la estructura.