evaluacin de los ensayes

acelerados en el control

de cal idad del concretoALEJANDRO GR A F LPEZ*

y SERGIO ZIGA BARRERA**

SINOPSIS SUMMARY

En este artculo se describen cinco seriesde ensayes acelerados de resistencia elabo-rados de acuerdo con el procedimiento des-crito por Malhotra, Zoldners y Lupinas. Sedun los resultados obtenidos por el autor enla. ciudad de Mxico con materiales del lugary se describe el proceso para determinarlus expresiones matemticas que en el futu-ro sern de posible aplicacin en la determi-nacin de la resistencia a la compresin del.concreto.

ANTECEDENTES

Con motivo de la visita que hiciera el se-or V. M. Malhotra a la ciudad de Mxico,en el ao 1968, se decidi elaborar un pro-grama de ensayes siguiendo un sistemadesarrollado por l en Ottawa, Canad. Des-de el punto de vista de operacin, este pro-cedimiento se adapta ms fcilmente al sis-tema de trabajo de un laboratorio cuyafuncin es controlar la calidad de la pro-duccin de 7 plantas de concreto premez-clado en la ciudad de Mxico.

La necesidad de conocer la resistencia delconcreto lo ms rpido que sea posible, esde una importancia fundamental para estetipo de laboratorio, ya que es de esperarseque los resultados de los ensayes acelera-dos indicarn con oportunidad las correc-

This paper describes five series of accele-rated strength tests according to the proce-dure out l ined by Malhotra, Zoldners andLapinrcs. The author presents results ob-tained in Mexico City using local materials.The process to determine tk.e mathematicalequat ions that would be applicable in de-terminzng the accelerated compressive con-crete strength is also described.

ciones necesarias que debern hacerse enlas dosificaciones de concreto.

PROCEDIMIENTOS PARA LA ELABO-RACION DE LOS ENSAYES EN CILIN-DROS

En todo lo que fue posible se utiliz elprocedimiento descrito por Malhotra et alantes mencionado, por lo que aqu nica-mente se hacen comentarios sobre lo que nopudo llevarse a cabo estrictamente debidoa las caractersticas propias de la operacindel laboratorio y de las condiciones particu-lares del control de calidad del concreto enla ciudad de Mxico.

Estas diferencias respecto al mtodo ori-ginal fueron las siguientes:

* Ingeniero Civil, UNAM. Gerente Tcnico de PRECONCRETO, S. A. Asesor Tcnico de Sika Mexicana, S. A.Profesor de la Facultad de Ingeniera, UNAM. Miembro del ACI.

Zr* Ingeniero Civil, UNAM. Jefe de la Oficina de Investigacin de Operaciones de la Direccin General deComputacin y Estadstica de la SOP. Profesor de la Facultad de Ingeniera Civil y de la Divisin de EstudiosSuperiores, UNAM.

1 Revista IMCYC, Vol. 6, No. 34, septiembre-octubre, 1968.

41.

1. Se hicieron 4 cilindros, 2 cubiertos segnel procedimiento mencionado y 2 descu-biertos segn el procedimiento ASTMC 31, Mtodo Estndar para la Fabrica-cin y Curado de Especmenes de Con-creto para los Ensayes de Flexin y Com-presin en el Campo. Como estos cilindrosse fabricaron en diferentes obras donde seabastece concreto premezclado, no se pu-dieron controlar las condiciones de tem-peratura y humedad a que estuvieronsometidos durante las primeras 24 horas,dentro de los mrgenes que sealan am-bos procedimientos, aunque s se tuvieronprecauciones y recomendaciones especia-les para su cuidado.

2. El procedimiento de ensaye acelerado delDepartamento de Minas de Ottawa, reco-mienda que la inmersin de los cilindrosen el recipiente de agua en ebullicin seaexactamente a las 24 horas; pero debidoa las distancias por recorrer para racogerlos cilindros, esto fue prcticamente im-posible; entonces se opt, de acuerdo conlas investigaciones hechas en el mencio-nado artculo, por usar un perodo com-prendido entre las 22 y 25 horas, ya queeste intervalo no afecta los resultados delos ensayes. Es decir, se puede garanti-zar que los cilindros entraron al reci-piente de agua en ebullicin ni antes delas 22 horas ni despus de las 25 horas.

3. En el procedimiento de ensayes acelera-dos se recomienda usar una temperatu-ra del agua en el tanque un poco msbaja que la temperatura de ebullicin conel fin de evitar una evaporacin excesi-va. La temperatura determinada en estecaso fue de 91T, ya que previamente seobserv que a 92OC se tena una evapora-cin considerable.

4. El mtodo recomienda que una vez quese hayan sacado los especmenes del reci-piente y se hayan descimbrado se enfrena la temperatura ambiente durante 45 mi-nutos. En el caso en estudio este perodofue de 30 a 45 minutos incluyendo el ca-beceo de tal manera que lo que en elprocedimiento original era de una hora,en este caso se puede garantizar que fluc-tu entre los 45 y 60 minutos.

42

5. Los cilindros fueron cabeceados y ensa-yados segn las Normas ASTM C 617-68y C 39-66 respectivamente.

MATERIALES EMPLEADOS EN LA ELA-BORACION DEL CONCRETO

Cemento

Se emplearon dos marcas de cemento ti-po III con caractersticas muy similares encuanto a resistencia a la compresin, finura,fraguado, etc. Al final de este artculo seanexan los resultados de un anlisis de estoscementos.

Sin embargo, en esta investigacin no sehizo distincin entre concretos elaboradoscon uno u otro cemento. (Vanse Apndi-ces 1 y II.)

Agregados

Se emplearon agregados comunes de laciudad de Mxico, de los cuales se reportansu peso especfico, granulometra, etc. Losagregados utilizados en estos ensayes pro-ceden de diferentes minas, pero su clasifi-cacin y propiedades son muy similares en-tre s (Apndice III).

Aditivos

En los concretos, elaborados para resis-tencias de 210 kg, cm y mayores se us unaditivo reductor de agua del tipo lignosul-fonato; en los concretos de resistencias me-nores no se usaron aditivos.

Equipo

El equipo empleado en las pruebas, moldescilndricos, conos de revenimiento y charo-las de muestreo, son de primera calidad yno presentaron objecin alguna. Se contcon 12 cilindros cubiertos con tapa para SUinmersin en el recipiente de agua: se tuvocuidado de que, una vez que estos moldestuvieran colocada la tapa, estuviesen lo mshermtico posible.

Para el ensaye de los cilindros a 28 das

t apa de lminade fierro

10

>t60

2 5i

forrod e V i

tz 180 *

cartula determostato termmetro

/

10 8 llr\f 60

A 0 A1

corte A-A

d edrio lmina

asbestod ede 6.3 mm

acotaciones en cm\ canastilla el evadora para

meter y sacar los cilindros

Fig. 1. Equipo utilizado para el curado acelerado de losespecmenes cilndricos.

43

de edad se siguieron las normas ASTM, esdecir, se guardaron en un cuarto de cura-do con control automtico de temperatura yhumedad ambientes hasta el da de su ensa-ye. Estos cilindros, al igual que los del re-cipiente de agua caliente, se probaron enuna mquina para ensayes a la compresinde 120 toneladas de capacidad y velocidad decarga controlada. Esta mquina se calibrregularmente durante el perodo de los en-sayes,

En la Fig. 1 se ilustra el tanque que seus para el calentamiento del agua. Estetanque posee un termostato de bulbo demercurio para controlar la temperatura conuna aproximacin de 2 loC; debajo del tan-que se encuentran los quemadores de gas.Durante las 3.5 horas del perodo de cura-do, los quemadores de gas trabajaron 2 vecesdurante 20 minutos, pero la temperaturamnima fue siempre superior a los 9OC.Este tanque tiene un volumen aproximadode 1000 litros.

P R O P I E D A D E S D E L C O N C R E T OFRESCO

En general todo el concreto tuvo una tra-bajabilidad muy aceptable. Por tratarse demuestras de concreto de la produccin re-gular de una compaa de concreto premez-clado con 7 plantas diferentes, se tienen re-gistradas las correcciones a las dosificacioneshechas por este concepto, mismas que no sereportan aqu por considerar que es nece-sario hacer mayores estudios sobre estosensayes acelerados, ya que es necesario quese puedan aplicar en cualquier momento dela produccin de concreto. Es decir, la efi-ciencia del procedimiento debe evaluarsepara cualquier condicin de produccin. Losrevenimientos del concreto utilizado estu-vieron dentro del intervalo de 8 a 15 cm,aproximadamente, y los tamaos mximosdel agregado fueron de 20 mm y 40 mm. Enalgunas ocasiones la plasticidad del concretofue la apropiada para concretos bombeables.

En el anlisis que se hizo de los concre-tos estudiados no se reportan los resultadospor separado en funcin de los diferentesrevenimientos de las diferentes plasticidadeso de los diferentes tamaos de agregado.

ANALISIS DE LOS RESULTADOS

En las Figs. 2, 3, 4, 5 y 6 se muestran lasgrficas de los resultados obtenidos en losensayes con relacin a los resultados obte-nidos a 28 das de edad. Cada una de estasfiguras representa un ensaye que incluye30 resultados.

En estas figuras se han incluido las gr-ficas y sus ecuaciones encontradas en el an-lisis de regresin tanto simple como mltiple.

Anlisis de regresin

Se realizaron anlisis de regresin, sim-ple y mltiple, para encontrar una ecuacinemprica que definiera, con un determinadonivel de confianza, la relacin que pudieseexistir entre las variables:

x = resistencia a la compresin a 28.5 horasy = resistencia a la compresin a 28 das

El anlisis de regresin simple se emplepara buscar la relacin entre las variablesmediante expresiones algebraicas del tipolineal, semilogartmico 0 exponencial; entodos los casos el coeficiente de correlacinfue superior a 0.82.

En el anlisis de regresin mltiple seconsider, ademas de las variables mencio-nadas anteriormente, el producto de ambascomo una nueva variable de tal manera quese defirjera una expresin del tipo:

Asy+By+C=x

donde:x z resistencia a la compresin a 28.5 horasy = resistencia a la compresin a 28 das

En todos los casos analizados, el coefi-ciente de correlacin fue superior a 0.96 quees altamente satisfactorio. Los resultados deeste anlisis se presentan en la Tabla 1.

El anlisis de regresin mltiple indicque el trmino By que representa la resis-tencia a la compresin a 28 das no era sig-nificativo en tres de las series de ensayes,por lo que se elimin transformndose laecuacin (1) en:

Axy+C=x (1)

44

cu E O

\ 0 Y . >

4oc

30C

2 oc

1 oc

(

O

/ ENSAYE No. i Y = 1.59 X t 51.30 \/+ / coeficiente de correlacin = 0.94

fl X - 4 5 . 4 0 / / 0.0023 X

= o. 97 +

/ /

I I I I I I O 0 2 O 0

X , kg / cm2

300

Fig. 2. Relacin entre resistencia acelerada a 28.5 horas y resistencia a 28 das para la primera serie de ensayes.

4 O0

300

ENSAYE No. 2

coeficiente de correlacin = O. 89

O I O0 200 300

X , kq / cm2

Fig. 3. Relacin entre resistencia acelerada a 28.5 horas y resistencia a 28 das para la segunda serie de ensayes.

46

t

Fig. 4. Relacin entre resistencia acelerada a 28.5 horas y resistencia a 28 das para la tercera serie de ensayes.

47

40

30C

-

2 oc

I O 0

O

ENSAYE No. 4

Y = 1.65 X t 3 6 . 6 0

coeficiente de correlacio'n = 0.93

0.0024 X

coeficiente de correlacin = 0 . S 8

O I O 0 200 300

X, kg / c m 2

Fig. 5. Relacin entre resistencia acelerada a 28.5 horas y resistencia a 28 das para la cuarta serie de ensayes.

48

TABLA 1. - RESULTADOS DEL ANALISIS DE REGRESION MULTIPLE

Funcin analizada: x-c Ax It B Y =

x-c k X

- -

N o . del ensaye CC: A 3 C cc A C

1 0.97 0.0026 -0.07 54.8 0.97 0.0023 45.4

2 0.98 0.0029 -0.18 78.4

3 0.99 0.0031 -0.16 63.5

4 0.98 0.0027 -0.09 55.7

5 0.96 0.0023 -0.10 31.4

- - -

0.98 0.0024 45.3

0.96 0.0024 45.8

TABLA 11.-RESULTADOS DEL ANALISIS DE REGRESION MULTIPLE

PARA TODOS L*OS DATOS OBTENIDOS

Funcin analizada: X-C

A x + B y =

x-c y=-

A x

Ensnye CC A B C cc A C

General 0.97 0.0025 -0.028 49.3 0.97 0.0024 45.8

i:i CC = coeficiente de correlacin.

La relacin anterior expresada en funcin de la resistencia a 28.5 horas es:

x - c y=----

A x

Para esta situacin el coeficiente de co- rrelacin fue superior a 0.96 en todos los casos, como se puede apreciar en la Tabla 1.

Dado que para estos dos ltimos casos el coeficiente de correlacin era muy satisfac- torio, se opt por hacer un anlisis con to- das las parejas de datos de que se dispona, es decir, agrupando los datos de las 5 mues- tras. Esto trajo como consecuencia primera- mente una expresin del tipo (1) cuyas

constantes se muestran en la Tabla 11; en este caso el anlisis tambin indic que el trmino que representa a la resistencia a la compresin a 28 das no era significativo, por lo cue fue eliminado para tener una ex- presin del tipo (1) cuyas constantes se muestran en la misma Tabla 11.

Es necesario aclarar que para todos los casos se calcularon lmites superior e infe- rior con un nivel de confianza del 80 por ciento, es decir, que dentro de ese intervalo se debe esperar que resulte por lo menos el 80 por ciento de las observaciones que se realicen dentro del intervalo de este estudio.

Esto se puede apreciar en la Fig. 7.

49

., -_

::i ENSAYE No. 5 Y = l . 18 X 4- 99.08 4 OC 30C

cu E

\ o

0 Y . >.

20c

I oc

C

coeficiente de correlacin = 0.84 1 X =45.80

0.0024 X

/+ coeficiente de correlacin = 0.96 +

+

+

I O 0 200

X , k g / c m 2

300

Fig. 6. Relacin entre resistencia acelerada a 28.5 horas y resistencia a 28 das para la quinta serie de ensayes.

50

Coeficiente de variacin

En la Tabla 111 se dan los coeficientes de ensayes acelerados como para los ensayes variacin que se obtuvieron tanto para los a 28 das.

TABLA 111.-TENDErSCIA DE LOS COEFICIENTES DE VARIACION (VARIACIONES GLORALES)

Resistencia acelerada Resis tenck n 28 dias - -

f, d e proyecto. E d d , No. d z X v, por X V, por kglcml d k s ensnyes ciento ciento

14 15 62 16 139 17

28 - -- - - - 140

14 13 79 15 173 13

28 7 109 24 212 15 175

14 53 103 20 218 16

28 42 114 18 236 13 210

CONCLUSIONES

1. La Fig. 7, que representa los resultados del anlisis de regresin mltiple para el valor superior, medio e inferior, es de gran utilidad para el objetivo que se pretenda obtener de estos ensayes, ya que predeter- mina, a una edad de 28.5 horas, un porcen- taje probable de ensayes que pueden fallar debajo del lmite inferior. El coeficiente de correlacin encontrado, hace muy confiable a estas expresiones, siendo factible la im- plantacin de un sistema de control de ca- lidad por medio de los ensayes acelerados.

2. En comparacin con otros mtodos ace- lerados, el empleado se adapta muy bien al sistema de fabricacin de cilindros en obra cuando existen problemas de grandes dis- tancias para el transporte de los cilindros. Existe la necesidad de hacer cilindros en di- ferentes partes de la ciudad de Mxico, lo cual implica una organizacin muy rigurosa de su transporte a las 24 horas de edad.

El procedimiento de Malhotra et al per- mite que los ensayes acelerados sean una realidad bajo estas condiciones. Sin embar-

go, en el ciclo de ensayes que se reporta hubo variaciones entre las 22 y 25 horas para el momento en que entraron al tanque de agua caliente. Aparentemente este inter- valo de 3 horas fue muy amplio y posible- mente es la causa de que los resultados de los coeficientes de variacin reportados en la Tabla 111, sean en general ms altos que los coeficientes de variacin obtenidos a la edad de 28 das.

3. La expresin determinada tal como se expresa en la primera conclusin, es con- fiable. Sin embargo, para la zona de re- sistencias aceleradas bajas, del orden de 70 kg/cm2 y menores y la zona de resisten- cias aceleradas altas, mayores de 160 kg cm-, no ofrecen las mismas seguridades que en las zonas intermedias, por lo que se con- cluye que es necesario aumentar el nmero de ensayes en estas zonas extremas, deteir minando los intervalos de confianza con ma- yor precisin en esta zona. Para tal efecto, los ensayes acelerados de control debern acompaarse con ensayes de control a la edad de 28 das y determinar las relacio- nes entre ambas. La abundancia de estos

51

400

300

;

1 O 0

O

l I

coeficiente de correlacin = 0.97

intervalos de confianza

1

1.- y = O. 0024

x - 35.2 2.- y =

X -56.2 3.- y =

0.0025

y =resistencia a la compresin a 28.5 d(as X =resistencia a l a compresin a 28 horas Y

260 60 100 140 180 220

X , kg / cm2

Fig. 7. Relacin entre resistencia acelerada a 28.5 horas y resistencia a 28 das para todos los resultados de las cinco series de ensaye.

datos proporcionar una expresin ms pre- lerados como procedimiento de ensaye esti- cisa. pulado dentro de una norma de calidad.

4. Es de desearse el intercambio de ex- Probablemente el futuro que tienen estas periencias obtenidas con este u otros pro- normas es muy importante, por lo que se cedimientos de ensayes acelerados con el considera necesario aumentar el nmero de objeto de precisar y evaluar qu consecuen- estos ensayes, que dar a todas luces deci- cias puede tener el uso de los ensayes ace- siones posteriores ms consistentes.

52

APENDICE 1

E N S A Y E D E C E M E N T O *

FECHA DE PRUEBA: 13 de agosto de 1968

TIPO DE CEMENTO: Marca A Tipo 111

1) Resistencia a la compresin en kg/cm2

24 horas

3 das

7 das

14 das

28 das

2) Agua de consistencia normal, por ciento

3) Presenta fraguado falso prematuro

4) Relacin agua/cemento, por ciento

5) Fluidez, por ciento,

6) Finura: Blaine

Por ciento que pasa la malla No. 200

Gillmore

Vicat 7) Tiempos de fraguado

Inicial

8) Sanidad en autoclave:

Expansin, por ciento

Contraccin, por ciento

151

302

-

468

-

26.00

No

50

108

4858 cm2/g

98.6

X

2 hs 10 min

0.04

-~ Reportido por el Laboratorio Central de Concreto, ANCPAC.

53

APENDICE 11

E N S A Y E D E C E M E N T O *

FECHA DE PRUEBA: 4 de septiembre de 1968

TIPO DE CEMENTO: Marca B Tipo III

1) Resistencia a la compresin en kg/cm2

24 horas

3 das

7 das

14 das

28 das

186

326

-

477

2) Agua de concitencia normal, por ciento

3) Presenta fraguado falso prematuro

4) Relacin agua/cemento, por ciento 50

5) Fluidez, por ciento 108

6) Finura: Blaine

27.4

Si

5 020 cm2, g

Por ciento que pasa la malla No. 200 98.6

Gillmore i Vicat 7) Tiempos de fraguado Inicial

Final

8) Sanidad en autoclave:

Expansin, por ciento

Contraccin, por ciento

X

2 hs 10 min

4 hs 10 min

0.04

* Reportado por el Laboratorio Central de Concreto, ANCPAC.

54

APENDICE 111

Densidad

Peso volumtrico suelto, kg 'm:? Absorcin. Dor ciento

E N S A Y E S D E A G R E G A D O S *

2.40 ~ 2.38

3.95 l 4.38 1 2 8 3 1 1500

FECHA DE PRUEBA: 12 de septiembre de 1968 MUESTRA DE: Grava, ili" y arena

1 % "

34'' 38"

No. 4

charola

PROPIEDADES FISZCAS

7.46 7.46

87.36 94.82

3.22 l 98.04

0.41 l 98.45

1.55

1

l

l

MATERIAL 1 GRAVA 1 ARENA

1 A R E N A

Prdida z)or lavado, malla No. 200. Dor ciento 1 l 3.20

No. 8

16

30

Materia orgnica

Material liviano, por ciento

1 No da color

13.60 28.60

18.20 46.80

18.60 65.40

l Arcilla, D o r ciento I

100

200

charola

,Otras materias, por ciento i---

10.30 93.30

6.70

Cantidad de material recibido, kg 1 54.140 1 70.000 * Reportado por el Laboratorio Central de Concreto.

COMPOSICION GRANULOMETRICA

~ G R A V A Por ciento retenido Por ciento ncumulndo

3"

2"

No. 4 15.00 15.00

50 l 17.60 l 83.00

M F l I 3.32 55

APENDICE 111 (Contina)

1 O 0

80

60 O 'cl

c Q>

.-

c

!! O c u

O

c

2 4 0

L

n

20

O ch 100 50 30 16 8 4 3/8" 3/4" 1 1/2" 2" 3"

Fig. 1. Curvas grandomtricas.

56