RESUMENENSAYO DE NUCLEOS: FACIL DE HACER, DIFICIL DE INTERPRETAR

La extraccin de los ncleos de una estructura de concreto no es una operacin difcil que realiza personal especializado, los cuales son enviados a un laboratorio para determinar la resistencia a la compresin y ensayos de tipo petrogrfica.

El resultado obtenido de la resistencia a la compresin no representa la resistencia del concreto en la estructura del ncleo extrado, debido a que este resultado debe ser interpretado de la forma correcta.

Generalmente la extraccin de los ncleos se hace cuando existe o se sospecha algn problema y los resultados de los ensayos sobre los cilindros normalizados para determinar la resistencia a la compresin a los 28 das no cumplen con la especificacin. Tambin existen otras razones: los cilindros fueron consolidados o compactados de la manera inapropiada, pueden haberse averiado durante su transporte, congelado a edad temprana, mal curados, ensayos de manera incorrecta a la resistencia a la compresin mal calculado o anotado.

El contratista tiene as razones para sugerir o insinuar que los cilindros no alcanzan resultados satisfactorios pero que el concreto en la estructura es el especificado. Por otro lado el ingeniero tiene la responsabilidad profesional para asegurar la competencia estructural del concreto, as como la responsabilidad con el cliente de constatar que la calidad del concreto corresponde al precio pagado.

La extraccin de ncleos puede ser esencial cuando se pretende someter una estructura a mayores cargas, o cuando se va a realizar un cambio de uso y la capacidad de carga de la estructura necesita ser verificada, o para constatar que la resistencia del concreto no ha sido afectada por sobrecargas o fatiga, fuego, explosin, ataque qumico u otro agente nocivo.

Por todo lo anterior, existe una interrogante muy importante y es Dnde extraer los ncleos?, y esta depende si el ingeniero pretende responder a preguntas como l concreto cumple con las especificacin? Y Cul es la resistencia a la compresin del concreto en general de la estructura? Para responder a estas preguntas los ncleos deben ser extrados en cierta cantidad de diferentes sitios diseminados sobre toda la estructura. Sin embargo hay una advertencia; en la parte ms alta de cualquier elemento de concreto o el concreto superior al material es casi siempre ms dbil y de esta forma no representativo.

Los lugares donde se extraern los ncleos deben ser cuidadosamente determinados, de modo que la capacidad de la estructura no se comprometa por la remocin de cierta cantidad de concreto del sitio donde justamente es ms requerido. Solo el ingeniero familiarizado con el comportamiento estructural puede identificar apropiadamente la localizacin de los lugares de extraccin.

La decisin de determinar los sitios de extraccin de la muestra recae sobre el ingeniero estructural y no sobre el personal de trabajo como lo dice el comentario de la ACI 318, seccin R5.6.5. la autoridad competente puede aplicar su juicio alrededor de la importancia de resultados de ensayo bajos y si hay indicios para preocuparse. La misma seccin dice una baja resistencia puede tolerarse bajo ciertas circunstancias, pero esto de nuevo se convierte en materia de juicio por parte de la autoridad competente y el ingeniero diseador.

La ACI 318 dice que los ncleos deben ser extrados del rea donde se sospecha que existe una baja resistencia y se espera que los ensayos de los ncleos representen dicha rea. Pero antes de decidir la extraccin de los ncleos se debe poner a consideracin los programas de ensayos y la interpretacin de los datos para que las preguntas que el ingeniero tenga sean resueltas.

Por qu la relacin longitud / dimetro debe ser 2? Y la respuesta ms simple es porque el valor longitud/dimetro (L/D) de los cilindros normalizados. Pero existen razones para escoger el valor de L/D=2 como medida normalizada. En un ncleo la escogencia del valor de L/D depende de las manos que estn involucradas en el ensayo puesto que no hay un molde que controle esta relacin.

Los argumentos que soportan la eleccin de L/D=2 fueron dados por Murdock y Kesler en 1957. Ellos demostraron que las variaciones en la resistencia a la compresin calculada en un cilindro donde L/D est en la vecindad de 2 son pequeas y estas diferencias fueron ms pronunciadas para valores entre 1.0 a 1.6. Las razones estn ligadas al modo de falla del espcimen en prueba. El uso de factores de correccin necesarios para normalizar los resultados de ensayo al valor de resistencia del espcimen estndar es mayo para valores bajos de L/D, siempre es preferible minimizar el uso de factores de correccin. El uso de ncleos con el valor L/D=2 es apropiado solo cuando el molde normalizado de cilindros tiene este mismo valor.

El uso de factores de correccin para convertir la resistencia determinada de un espcimen de ensayo con valor dado de L/D a la resistencia seria obtenida en el ensayo de un espcimen con L/D=2 es bien conocido.

Murdok y Kesler dijeron que los factores estn en funcin del nivel de resistencia del concreto. Especficamente concretos ms resistentes son menos afectados por le valor de L/D que concretos de baja resistencia.

El uso de un conjunto simple de factores de correccin, como los que son expuestos por la ASTM C 42, pueden sobrecorregir los resultados de los ensayos en los ncleos con un bajo valor de L/D extrados de un concreto de baja resistencia; y es justamente para este tipo de concreto que la estimacin de la resistencia es importante. Podemos de esta forma ver que el uso de factores de correccin incrementa la incertidumbre sobre la resistencia del concreto a ser ensayado, si se le compara con la situacin en que todos los ncleos tienen una L/D=2. En lo posible los ensayos deben ser llevados a cabo con ncleos con L/D=2.

La norma ASTM C 42 en sus varias ediciones, ha ofrecido diferentes conjuntos de factores de correccin. Donde puntualizan que el verdadero valor de factor de correccin puede estar en funcin de la condicin de humedad del ncleo en el momento del ensayo.

Aunque muchas veces no se aclara explcitamente, estos factores de correccin para L/D, solo se utilizan para concretos de peso normal. De acuerdo a la ASTM C 42-99, los factores pueden ser utilizados tambin para concreto livianos cuya densidad vara entre 1600 a 2000 kg/m3. Sin embargo existen algunas incertidumbres acerca de los factores de correccin para concretos de baja densidad.

El tamao ideal para los ncleos son aquellos con un dimetro de 15 cm con la alternativa aceptable de emplear los de 10 cm de dimetro. La ASTM C 42-99 prescribe un dimetro mnimo de 9.5 cm. Se prescribe el uso de dimetros pequeos cuando es imposible la obtencin de un ncleo con un L/D de mnimo 1, pero solo para casos distintos a situaciones de soporte de carga.

De acuerdo con la ASTM C 42, el dimetro mnimo de los ncleos est gobernado por el tamao mximo del agregado: pudiendo ser como mnimo tres veces el tamao mximo nominal del agregado grueso y debe ser perentoriamente mnimo, el doble de este tamao mximo.

Las razones por las cuales limitan el tamao del ncleo se deben a que los cilindros moldeados, en un ncleo algunas partculas del agregado son cortados durante el proceso de extraccin y no estn completamente adheridos a la matriz de la pasta del cemento. El efecto adverso de la pega incompleta es agravado aun mas por la diferencia en el modulo de eslasticidad entre el agregado y la pasta de cemento. Cuando una proporcin substancial de agregado grueso hace parte del concreto, algunas gravas durante el ensayo podrn soltarse sin tomar parte del esfuerzo de la carga aplicada. Cuando esto ocurre un bajo valor de esfuerzo a la compresin podra registrarse.

Los lmites de confianza para predecir la resistencia de ensayos en cubos a partir de la resistencia de pequeos ncleos son muy amplios y los factores de correccin de L/D depende del dimetro del ncleo.

Los ncleos son obtenidos empleando taladros refrigerados con agua dotados de brocas de coronas de diamante. De esta manera cuando son extrados de la estructura las muestras se encuentran humedecidas superficialmente. El interior del ncleo puede esta hmedo o seco dependiendo de las condiciones del servicio del concreto. La ASTM C 42-99 establece que los ncleos deben ser ensayados en una condicin de humedad representativa del concreto en sitio o como lo dctame la autoridad respectiva quien usualmente es el ingeniero del proyecto.

La importancia del cuidado sobre el control de la condicin de humedad del nucleo al momento de ser ensayado est ligada al hecho que esta condicin influye en la resistencia aparente del ncleo. Los ncleos hmedos alcanzan menores resistencias que los ncleos secos. El problema es que esta diferencia es variable e incierta.

Bartlett y MacGregor encontraron que en promedio la resistencia de ncleos secos al aire por sietes das es 14% mayor que la resistencia de los ncleos saturados en agua mnimo 40 horas. El valor de 14% aparece para ser utilizado sobre el rango de resistencias entre 15 a 92 MPa (2200 a 13400 psi). Seco y hmedo influye en la magnitud de la diferencia de la resistencia de los ncleos en las dos condiciones, es la presencia de gradientes de humedad entre el exterior y el interior del ncleo. En ausencia de dicho gradiente, la diferencia no es del 14% sino solo del 9%. Ellos establecen que el efecto de siete das de secado al aire es provocar un gradiente de humedad que incrementa artificialmente la resistencia del espcimen en cerca de un 5% por encima de la verdadera resistencia en sitio.

En cualquier caso, la resistencia del ncleo determinada por la prueba de compresin no representa la resistencia real del concreto en la estructura en un sitio estricto o significativo. Lo que el ensayo nos entrega es un valor que debe ser interpretado por el ingeniero quien tiene que tener en cuenta los factores relevantes del ncleo.

Los ncleos extrados en direccin horizontal presentan menor resistencia a cuando los ncleos son extrados hacia abajo verticalmente, debido a que el taladro se puede fijar firmemente. Adems la presencia de agua de exudacin, los cuales no causa ningn efecto a la carga aplicada en el ensayo de compresin aplicada perpendicularmente a los lentes de agua atrapada bajo las partculas de agregado grueso.

El concreto hecho en formaleta deslizante no existe un incremento en la relacin agua/cemento con la altura debido a que el movimiento aparente hacia arriba del agua ocurre continuamente, permitiendo el lento progreso de la colocacin del concreto, por esta razn no se forman lentes de agua de exudacin atrapada.

Otro posible factor de afecta el ensayo de ncleos y su valor de resistencia aparente en la presencia del acero de refuerzo en el interior del ncleo, el cual debe ser evitado, pero si no, existe un riesgo serio de afectar la integridad estructural del elemento que se est extrayendo y se debe hacer uso de otros mtodos no destructivos. Si por alguna razn los ncleos cortan el acero de refuerzo, las muestras pueden fallarse para determinar la resistencia a la compresin siempre que las barras del acero no estn orientadas de manera paralela al eje del ncleo.

La norma ASTM C 42-99 permite determinar la resistencia a la tensin indirecta en ncleos. Se establece que la relacin L/D no debe ser mayor a 2 ni menos a 1. As mismo ningn factor de correccin para L/D se establece.

Vale la pena mencionar que, as se tenga todo el cuidado en la extraccin del espcimen, la operacin produce un dao en el ncleo, generando un debilitamiento de la adherencia de partculas grandes de agregado cercanas a la superficie del ncleo y puede producirse un efecto dinmico en la extraccin que genera microfisuramiento. Por eso es mejor ensayas ms un ncleo, aunque muchas veces no es deseable e imposible, por los costos y puede perturbar la estructura.

De acuerdo al Reporte de la Sociedad del Concreto N 54 los lmites del 95% de confiabilidad en la estimacin de la resistencia real de ncleos son como siguen: ms o menos el 12% del valor determinado sobre un solo ncleo, y ms o menos el 6% del valor promedio de cuatro ncleos. Este hecho debe permanecer en la mente cuando argumentan que un valor de 27 MPa determinado sobre un ncleo indica que de acuerdo a la resistencia esperada de 30 MPa, este concreto no cumple.

Hablar del concepto de resistencia abarca segn los casos en los que se desee determinar, por ejemplo para los nucleas la situacin es ms complicada, ya que son extrados en sitio, cuya historia es muy diferente a la de los cilindros normalizados y la edad de los concretos es usualmente mayor, incluso muy superior a los 28 das.

Existen dos tipos de resistencia: resistencia potencial y resistencia real. Al momento del ensayo no solo se obtiene un valor, si se puede interpretar el resultado en una nica e inequvoca manera. Es por es que el Reporte de la Sociedad de Concreto N 54 publicada en el ao 2000 establece que ninguna medicin o ensayo deben ser llevados a cabo si no se conoce para que van a ser utilizados dichos valores.

La resistencia potencial es la resistencia determinada en cilindros moldeados o fundidos bajo los procedimientos y condiciones normalizadas, como las descritas en la ASTM C 31. Y la resistencia real del concreto es la resistencia del concreto colocada en sitio, y a la edad de 28 das la resistencia real del concreto es menor que la resistencia potencial, bajo ciertas circunstancias, la situacin anterior puede invertirse. Se puede constatar que la resistencia potencial es de inters cuando queremos conocer si la resistencia de la mezcla utilizada en la construccin ha sido la especificada. La resistencia real del concreto es de inters cuando queremos saber que tan bueno es el concreto en la estructura. Esta diferencia es importante para interpretacin del valor de la resistencia determinada en los ncleos.

Los factores de correccin son el promedio de valores, el cual no puede ser apropiado para el caso de un diseo de mezcla dado, pudiendo ser excesivo. Si el objetivo de un ensayo es determinar la resistencia de un ncleo L/D=2, con un dimetro de 10 cm en una determinada condicin hmeda, entonces esta es la forma en que un ncleo debe ser extrado y ensayado. Si es imposible entonces el resultado debe ser comparado con un ncleo proveniente de un concreto cuyas propiedades son conocidas y similares a las del material del ncleo que fue extrado.

Los ncleos extrados de la estructura son uno de los medios a evaluar si la capacidad estructural de un miembro de concreto es adecuada y la ACI 318 aporta una gua para esta evaluacin. Los ncleos extrados dan resultados de ensayos ms bajos que los cilindros de ensayo normalizados adecuadamente fabricados y ensayados de 15 cm x 30 cm. Esto aplica a todo el concreto estructural moldeado. Pueden ocurrir excepciones en el caso de testigos de concreto colocado sobre una sub-base de elevada absorcin o en el caso de testigos de un concreto masivo, pobre, de baja resistencia. El cdigo ACI de la edificacin reconocer que bajo practicas corrientes de diseo, la construccin de concreto puede ser considerada estructuralmente adecuada si el promedio de tres especmenes del rea de estudio cuestionada es igual o excede el 85% de la resistencia especificada, factor de compresin y que ningn espcimen individual sea inferior al 75% de la resistencia a la compresin.