Análisis comparativos de resultados de ensayos de resistencia a la compresión cilíndrica y resistencia a la flexotracción de hormigones en la Región Metropolitana de Santiago de Chile Introducción Desde la entrada en vigencia de la Norma NCh 170 de Hormigones en Chile, existe una urgente necesidad de llegar a acuerdos que permitan establecer una equivalencia que relacione los resultados de ensayos de resistencia a la compresión cilíndrica y resistencia a la flexotracción de hormigones realizados a probetas moldeadas. Aunque parece a primera vista un asunto relativamente simple, la realidad es que identificar una relación única y representativa no es un tema trivial, principalmente porque son varios y de diversa índole los factores que pueden incidir en la determinación un coeficiente de correlación entre ambas resistencias, más aún cuando cada uno de dichos factores dependiendo el contexto puede llegar a tener niveles diferentes de sensibilidad. Lo anterior, comienza a cobrar mayor relevancia al considerar la complejidad e implicaciones del control de hormigones en el laboratorio mediante el ensayo de viga para obtener el valor de resistencia a la flexotracción, el cual normalmente se caracteriza por presentar una escasa repetibilidad y por ende una significativa dispersión de los resultados de ensayo, debido principalmente a lo sensible del ensayo en si mismo y a la dificultad por lograr mantener una probeta en condiciones optimas de ensayo. Sumado a lo anterior está el hecho de que en la fabricación de las probetas para el ensayo de laboratorio de flexotracción con viga, es necesario tener presente que el transporte y manipulación de los especímenes por parte de los operarios del laboratorio supera los límites legales vigentes en Chile (Ley del Saco). En este sentido, sabiendo que el control de hormigones por compresión cilíndrica es considerablemente más rápido y confiable, y que es perfectamente posible deducir, la equivalencia entre ambas resistencias para un determinado hormigón, se propone especificar y
controlar el hormigón solamente en términos de compresión cilíndrica, lo cual resulta además oportuno y pertinente si se tiene en cuenta que la Norma NCh 170 emplea la nomenclatura en Grados G. Por lo tanto, partiendo de esta situación se sugiere especificar el hormigón para pavimentos, en términos de Grado de resistencia a la compresión cilíndrica a los 28 días, en lugar de especificar el hormigón mediante la resistencia a la Flexotracción, para lo cual se debe reconocer y respaldar como válida la equivalencia resultante a partir del análisis de los datos de los ensayos realizados para el análisis comparativo. Por tal motivo, el Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile – ICH ha encabezado un ejercicio tendiente a determinar una equivalencia valida y representativa entre ambos tipos de ensayo, (resistencia del hormigón a compresión cilíndrica con su equivalente en resistencia a flexotracción), para el caso de hormigones especificados por el grado G (Grado de resistencia a la compresión cilíndrica a los 28 días). En este sentido. para efectos de los análisis comparativos, se consideraron hormigones especificados como G25, G30 y G35. Adicionalmente, para efectos acotar la muestra, así como otorgar una mayor representatividad, consistencia y coherencia al análisis comparativo, se definió que los hormigones a utilizar en los análisis fueran fabricados en plantas de hormigón premezclado localizadas en la Región Metropolitana de Santiago, pertenecientes a las empresas de premezclado que se vincularon y contribuyeron con el ejercicio. Finalmente, es importante comentar que la iniciativa nace de la necesidad de actualizar los criterios y valores, acordes al tipo de ensayo empleado en la actualidad (resistencia a la compresión cilíndrica) respecto de la correlación que hasta hace poco se encontraba vigente entre resistencia a la compresión cubica y la resistencia a la flexotración en viga.
Descripción de los Hormigones Especificados para el análisis comparativo realizado Para el desarrollo del análisis comparativo realizado fue necesario comenzar por la definición de las características de los hormigones que se considerarían en el ejercicio, por parte de las empresas participantes. En este sentido, se acordó trabajar con un numero limitado de tipos de hormigón, determinado por su especificación por Grado de resistencia a la compresión cilíndrica, los cuales debían ser elaborados por cada una de las empresas de hormigón premezclado participantes en una de sus plantas de la región metropolitana. Por lo tanto, cada una de las plantas seleccionadas debía proporcionar la cantidad de hormigón suficiente para la toma de muestras de tres hormigones, especificados en términos Grados G, considerando en que pudieran ser utilizados en obras de pavimentos urbanos, como los que ejecuta en Santiago el Serviu Metropolitano. Por lo tanto, para efectos del ejercicio se acordó emplear hormigones especificados a compresión cilíndrica en tres grados diferentes: G25, G30 y G35, de modo que al ser ensayados a compresión y en simultaneo a flexotracción, fuera posible deducir en consecuencia la equivalencia entre ambos tipos de resistencia. A partir de la definición de las edades (3, 7, 28 y 90 días) y los ensayos a realizar (compresión cilíndrica y flexotración en viga prismática) para dichas edades, se estableció la cantidad de hormigón requerida para el análisis comparativo, de modo de contar con hormigón suficiente para elaborar probetas requeridas, 2 probetas por tipo ensayo para cada edad por cada una de las plantas consideradas en el ejercicio. La toma de muestras en la planta y ensayos de resistencia estuvieron a cargo de personal de IDIEM.
La Norma NCh 170 - Hormigones Es importante destacar que a partir de la entrada en vigencia de la Norma NCh 170 (Hormigón), en donde se establece como base de referencia, para la especificación de la resistencia de los hormigones en Chile, el Grado de resistencia a la compresión cilíndrica a los 28 días; por lo cual surge automáticamente la necesidad de determinar una relación equivalente, en términos de la resistencia a la flexotracción obtenido en el ensayo de viga. Considerando que, hasta antes de la entrada en vigencia de la norma la práctica común, acostumbrada al uso de la probeta cubica, reconocía una correlación empleada por años entre los resultados de ensayos de resistencia a la compresión cubica y los resultados de ensayos de resistencia a la flexotracción en viga del hormigón. Sin embargo, en la actualidad más que tratar de derivar una correlación entre ensayos, se pretende encontrar y reconocer una equivalencia entre ambas resistencias; de modo que una vez adoptada esta relación, en el caso particular de los pavimentos, se opte por especificar la resistencia directamente en términos del Grado de compresión cilíndrica, asumiendo con ello la resistencia a la flexotracción equivalente.
La ley del Saco Dentro de la normativa vigente en Chile, se han definido regulaciones tendientes a reglamentar el peso que una persona puede cargar y manipular, dicha legislación determinó los limites de carga admisible (25 kilogramos) para una persona, así como los limites de carga si es que se hace un trabajo compartido entre dos personas (33 kilogramos). Mencionada normativa genera una restricción cuando se trata de maniobrar con probetas (vigas) para los ensayos de flexotracción, lo cual termina por incidir en las labores de los laboratorios que deban realizar este tipo de ensayos, si se tiene en cuenta que el peso de la probeta y moldes no podría ser manipulado y transportado por un solo operario. Esta situación obliga a buscar alternativas que permitan deducir el valor de la resistencia a la flexotracción bajo estas circunstancias. Una de las posibilidades es encontrar una equivalencia con el ensayo de resistencia a la compresión cilíndrica, confiable y representativa, que se acepte y adopte en la práctica común, con lo cual no sería necesario realizar un ensayo que a parte de las restricciones antes descritas, tiene reconocidas limitaciones debido a su escaza repetibilidad y alta variabilidad de los resultados de ensayo.
Conclusiones Como consecuencia del análisis comparativo realizado se concluye que existe una equivalencia entre la resistencia a la compresión cilíndrica y la resistencia a la flexotracción de hormigones elaborados en la Región metropolitana de Santiago, confiable y lo suficientemente representativa para poder concluir que la resistencia media a la flexotracción en viga prismática que se utiliza para
definir el Módulo de rotura para el diseño de un pavimento de hormigón tiene un Grado de resistencia a la compresión cilíndrica a los 28 días equivalente, el cual permitiría especificar un hormigón para pavimentos directamente por compresión cilíndrica sin tener que utilizar un factor de correlación para transformar de vuelta (de compresión a flexotracción) el valor de resistencia obtenido de ensayos realizados al hormigón colocado.
Tabla 1: Resumen de Equivalencias entre valores de Flexotracción y Compresión Cilíndrica Resistencia a la Flexotracción Media (MPa) 3,8 4,0 4,2 4,5 4,8 5,0 5,2
Grado de Resistencia a la Compresión Cilíndrica a los 28 días G25 G30 G30 G35 G35 G35 G40
Nota: la evaluación estadística de resultados de resistencia a compresión, en grados G, se debe realizar según NCh1998, considerando una fracción defectuosa de 10% (Nivel de confianza 90%).
Si bien el ejercicio se hizo tomando como referencia la Región Metropolitana, se podría pensar en extrapolar los resultados a otras zonas con áridos similares, como por ejemplo V y VI Región. Referencia Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - Estudio Análisis comparativos de resultados de ensayos de resistencia a la compresión cilíndrica y resistencia a la flexotracción de hormigones en la Región Metropolitana de Santiago de Chile . Santiago de Chile 2018
ACI 318 Código de diseño en hormigón armado. 2014.