Por Don Greive, PE, CEO de Pinnacle Structural Engineers

En los últimos dos años, nuestra percepción es que más concreto no está alcanzando su resistencia a la compresión de diseño especificada de 28 días en las pruebas que en el pasado. No sabemos la razón de esto, pero puede haber algunas posibilidades. En Texas, ha habido una escasez de cemento que ha dado lugar a que muchos proyectos que compran concreto por anticipado. Como resultado, tal vez los contratistas sintieron una presión adicional para colocar el concreto cuando estaba programado debido a los cronogramas y plazos del proyecto, lo que puede haber resultado en que el concreto se colocara en condiciones menos que ideales. Además, el cemento tipo IL se ha extendido en muchas regiones, y ha habido una curva de aprendizaje con mezclas que utilizan cemento tipo IL. Cualquiera que sea la razón, se han producido pocas fracturas en los cilindros de prueba lo suficiente como para que se necesite un plan para evaluar los resultados y determinar las acciones futuras.

Resultados de la prueba

Su proyecto está en construcción y acaba de recibir los resultados de las pruebas de concreto que muestran que la resistencia probada es inferior a la especificada. ¿Cómo sucede esto cuando la resistencia a la compresión promedio de 28 días de los datos históricos presentados con el diseño de la mezcla suele estar muy por encima de la resistencia requerida? ¿Y ahora qué? Hay numerosas ideas sobre cómo proceder.

La primera acción recomendada es mirar los informes de prueba para posibles explicaciones de fracturas bajas. Por ejemplo, ¿se agregó una cantidad significativa de agua al camión? ¿Era la temperatura tal que se deberían haber seguido las prácticas de concreto en climas cálidos o fríos? ¿Se averió una bomba? ¿Hubo un retraso en la colocación del concreto? Estas cosas y otras que podrían ser un factor en los resultados de la prueba deben ser revisados y evaluados.

Además, al observar los resultados de la prueba, sugerimos verificar que la mezcla utilizada coincida con la mezcla enviada y aprobada. Especialmente en áreas que compran concreto con anticipación, hemos visto múltiples mezclas de concreto presentadas para su aprobación, ya que se presentan múltiples plantas por lotes para permitir que el contratista tenga opciones para obtener concreto cuando estén listas. Siempre es posible que se haya pedido la mezcla incorrecta. Con la transición del cemento Tipo I/II, es posible que la planta dosificadora haya cambiado de tipo de cemento durante el proyecto. Sugerimos confirmar que el tipo de cemento utilizado en el diseño de mezcla aprobado se utilizó en el concreto. Si existe sospecha sobre el tipo de cemento, se puede realizar un análisis petrográfico.

Con frecuencia, lo primero que hace todo el mundo es mirar los procedimientos de prueba. Los que están en el lado de la construcción se centrarán en cómo se fabricaron los cilindros, cómo se almacenaron y cómo se transfirieron al laboratorio para ser probados. Existe la posibilidad de que haya problemas con los cilindros que se están probando. He estado en una llamada en la que se discutieron los bajos resultados de las pruebas, y lo primero que se mencionó fue cómo se manejaron mal los cilindros en otro proyecto. Una vez más, esa es la razón posible, pero no la única posible. Todo el mundo sabe que los resultados de las pruebas de cilindros son la forma en que se juzga el concreto colocado en cada proyecto. Si hay problemas en el sitio con respecto a la fabricación de cilindros, el almacenamiento de cilindros y/o el transporte de cilindros, el GC y el contratista de concreto deben anotarlo en ese momento y encontrar soluciones en ese momento con el laboratorio de pruebas. El propietario/desarrollador y el equipo de diseño deben ser notificados tan pronto como se identifiquen elementos preocupantes. No tiene sentido que el GC y el contratista de concreto ignoren las preocupaciones hasta que haya un problema. Una conferencia previa al concreto, que incluye el laboratorio de pruebas, es el momento ideal para discutir los procedimientos para eliminar esto como una preocupación futura. Si alguien en la conferencia previa al concreto está proponiendo temas relacionados con las pruebas que son una preocupación para alguien, deben discutirse en ese momento.

La siguiente consideración debe ser el tiempo. Supongamos que sus pruebas de resistencia de 7 días sugieren que puede tener problemas a los 28 días. Le sugiero que tenga en cuenta lo siguiente a la hora de tomar decisiones:

• ¿Cuál es el elemento con bajos resultados en las pruebas?
• ¿Cuál es el impacto si continúa con la construcción y tiene problemas con las rupturas de 28 días?
• ¿Hay elementos que puedan estar afectando la ganancia de resistencia anticipada?
• ¿Hay algún problema con las pruebas?

El primer elemento de la lista es el elemento con bajos resultados en las pruebas. Por ejemplo, supongamos que los miembros de los cimientos tienen un nivel bajo a los 7 días. Para este ejemplo, supongamos que los cimientos están formados por pilares. Dado que el diseño del pilar a menudo está controlado por el suelo en lugar de la resistencia del concreto, es posible que el diseño estructural aún funcione con una resistencia a la compresión más baja. Sin embargo, si necesita la resistencia requerida indicada en los dibujos, la decisión se vuelve apremiante. ¿Qué pasa si espera a las pruebas de resistencia de 28 días, que siguen siendo sustancialmente bajas? Si ha colocado concreto adicional en la parte superior de los pilares, es posible que deba eliminar ese concreto además de remediar los pilares de baja resistencia. Además, su cronograma se ve afectado negativamente. He visto a un contratista quitar columnas de concreto en un proyecto a los dos días porque aún estaban frescas y al GC le preocupaba que no alcanzaran la resistencia requerida y el cronograma de construcción requería que se colocaran dos pisos de concreto adicionales encima de las columnas antes de que tuvieran las pruebas de resistencia de 28 días. A su juicio, no valía la pena esperar los resultados de las pruebas futuras de esas dos columnas, ya que no tendrían la resistencia adecuada y las columnas tendrían que retirarse más tarde. Se deben tomar decisiones difíciles que tengan en cuenta los riesgos.

En relación con esto, puede haber elementos que tengan un bajo riesgo de esperar los resultados de las pruebas. La losa a nivel del suelo sería uno de esos elementos. Si no se obtiene la resistencia adecuada en las pruebas futuras, la remoción y el reemplazo de la losa a nivel no sería materialmente diferente al esperar.

Al analizar las fracturas tempranas, también se deben tener en cuenta los elementos que pueden afectar la ganancia de resistencia. Puede haber pistas en los diseños de mezcla o en los informes de prueba. Por ejemplo, el tipo de cemento o el uso de ceniza volante en una mezcla pueden retrasar la tasa de ganancia de resistencia. Tal vez la temperatura o el uso de aditivos podrían tener algún efecto. Además, ¿permaneció el concreto en el camión durante un período prolongado de tiempo? ¿Se agregó una cantidad significativa de agua al camión? Varios elementos pueden afectar la tasa de ganancia de resistencia, así como la resistencia a la compresión de 28 días.

Como se señaló anteriormente, siempre existe la posibilidad de problemas de prueba. Una vez más, sugerimos que si alguien ve que sucede algo que podría resultar en resultados de prueba comprometidos, debe mencionarlo de inmediato cuando ocurra. Si alguien en el sitio tiene problemas con la forma en que se almacenan los cilindros en el sitio hasta que se recogen para transportarlos al laboratorio, deben informarlo de inmediato. Además, al tener una conferencia previa al concreto con el laboratorio de pruebas y el contratista de concreto, esto nunca debería ser un problema.

Pasos siguientes

Los resultados de la prueba de compresión están listos y tiene fracturas bajas. Suponiendo que no tiene limitaciones de tiempo para el concreto en cuestión, o que está dispuesto a jugársela, ¿qué hace a continuación?

Hemos discutido la revisión de los informes de prueba para ver si hay información en ellos que pueda proporcionar razones para realizar pruebas de cilindros que no alcanzan la resistencia a la compresión requerida. Tal vez se pueda encontrar una causa, pero si los resultados de la prueba son indicativos de la resistencia real del concreto, se requiere una acción adicional.

Como se señaló anteriormente, la primera respuesta típica es cuestionar los procedimientos de prueba. A menos que el laboratorio sepa que hubo problemas con las pruebas, se deben revisar otros elementos.

Suponiendo que los resultados de la prueba de 28 días sean inferiores a los especificados, la acción recomendada sería examinar el análisis estadístico de los resultados de la prueba de compresión de la mezcla. ACI tiene un procedimiento para la investigación de resultados de pruebas de baja resistencia a la compresión. Para resistencias a compresión de 5000 psi y menos, si ninguna prueba es inferior a 500 psi por debajo de la resistencia a la compresión requerida y el promedio aritmético de tres pruebas consecutivas excede la resistencia requerida, el concreto colocado se considera aceptable. A menudo, el laboratorio de pruebas puede ayudar a proporcionar la información para que el ingeniero la revise y analice.

Si el análisis estadístico no determina que el concreto es aceptable, a menudo se consideran otras pruebas. Con frecuencia, se proponen pruebas utilizando un martillo de rebote (martillo suizo). Este dispositivo utiliza esencialmente un percutor presionado contra el concreto para obtener una lectura. Si bien puede haber usos para esta prueba, existen varias limitaciones. El martillo de rebote generalmente viene con una tabla que correlaciona los resultados de la prueba con una resistencia a la compresión. Si se utiliza el martillo de rebote, no recomendamos utilizar la tabla. Si se usa, también debe usarse en concreto con la resistencia adecuada para comparar los resultados con los resultados de prueba bajos en lugar de usar la tabla. Una preocupación adicional con el uso del martillo de rebote es que el dispositivo esencialmente mide la dureza. Por lo tanto, si golpea una roca con el martillo de rebote, puede obtener una lectura inflada. Como tal, en nuestra opinión, el martillo de rebote tiene un uso limitado en la evaluación de concreto con bajos resultados de prueba. Definitivamente no recomendamos su uso en superficies duras con llana, como losas a nivel, y generalmente tenemos pocas condiciones en las que consideraríamos su uso. Otras pruebas no destructivas, como la sonda Windsor, también tienen aplicaciones limitadas en la revisión de concreto potencialmente de baja resistencia.

Si sus fracturas de 28 días son inferiores a los especificados, y si el análisis estadístico no funciona, el siguiente paso sería evaluar si puede esperar a las fracturas de 56 días. Por lo general, especificamos un cilindro de retención para ser probado en caso de que no se cumplan los requisitos de resistencia a la compresión de 28 días. En nuestra opinión, si los cilindros probados de 56 días cumplen o superan la resistencia especificada, el concreto es adecuado, pero este es un caso de juicio de ingeniería. Para la mayoría de las aplicaciones, el diseño de concreto asume una resistencia requerida. El requisito de 28 días es algo arbitrario para establecer un requisito, porque en la mayoría de los casos, la resistencia requerida solo se requiere cuando se carga el elemento, lo que puede no estar relacionado con el tiempo.

¿Qué pasa si las fracturas de 56 días siguen sin alcanzar la intensidad especificada? Hay algunas opciones. Una opción depende de cuál sea el elemento de concreto. Por ejemplo, los resultados de baja resistencia pueden ser para una losa a nivel. En los almacenes, las cargas más comunes son las cargas postales para estanterías. Utilizando procedimientos de diseño comunes, es posible determinar la capacidad de la losa para cargas de postes para un espaciado de postes determinado y el tamaño de la placa base para la resistencia de diseño y la resistencia probada. Con base en los resultados, el ingeniero estructural podría proporcionar información al propietario para evaluar si la reducción en la capacidad de la losa afectaría su capacidad para arrendar o vender el edificio con el fin de determinar si se requieren acciones adicionales. Por ejemplo, el ingeniero podría determinar con la resistencia probada del concreto, la capacidad de carga posterior es el 97% de lo que sería con la resistencia a la compresión requerida, lo que podría ser satisfactorio para el propietario. Otra forma de ver los resultados de las pruebas de losa sobre nivel sería cuánto menor es el factor de seguridad en lo que respecta al agrietamiento si la capacidad de la losa para una carga de poste determinada es la misma. Por lo general, usamos 1.4 como factor de seguridad para el agrietamiento en losas a nivel. ¿Cuál es el impacto de que el factor de seguridad sea en su lugar 1.3? Este es un elemento de discusión con el propietario. Si se trata de paneles tilt-up de concreto, el ingeniero estructural podría revisar los paneles para confirmar que los diseños de los paneles funcionan con una resistencia reducida. Si es así, el propietario puede optar por aceptar el concreto con menor resistencia. Todas las partes deben tener en cuenta que el análisis con menor resistencia del concreto lleva tiempo.

Si las fracturas de 56 días no alcanzan la resistencia a la compresión especificada y la investigación adicional no da como resultado la aceptación del concreto, se requieren más pruebas. Lo más probable es que el siguiente paso sea tomar núcleos para probar y evaluar la resistencia a la compresión. Las pruebas de cilindros “fallidas” generalmente identifican en qué parte de la ubicación se llevaron los cilindros. Dado que los cilindros de concreto generalmente se toman cada 100 a 150 yardas cúbicas, el primer paso sería decidir dónde se deben tomar los núcleos. Sugerimos que las pruebas de “aprobación” anteriores y posteriores en una secuencia de colocación se establezcan como el rango para un posible concreto inadecuado, ya que el área que requiere prueba no debe limitarse solo al área atribuida a los cilindros defectuosos. A 100 yardas cúbicas entre pruebas (alrededor de 10 camiones), se puede colocar una gran cantidad de concreto entre buenas pruebas. Si bien se conoce la ubicación de la prueba fallida, se desconoce si el concreto que no se probó tiene la resistencia adecuada o no. Esta es la razón por la que recomendamos que se usen las pruebas de aprobación que enmarcan las pruebas que fallan para establecer los límites de las pruebas adicionales. No recomendamos que el área que se está probando se limite solo a la ubicación identificada en la prueba “fallida”.

A modo de ejemplo, supongamos que hay algunas fracturas bajas en una colocación de losa a nivel. Supongamos que la colocación comenzó en la cuadrícula 1 y continuó con la cuadrícula 10. Los resultados de la prueba de cilindros indican que los cilindros tuvieron una prueba de resistencia adecuada en las cuadrículas 1, 3, 7, 9 y 10, pero tuvieron fracturas bajas en la cuadrícula 5. A la hora de determinar dónde llevar los núcleos, recomendamos que se tomen tres conjuntos de núcleos para las pruebas, teniendo en cuenta dónde estaban los resultados de aprobación a cada lado de las pruebas fallidas. Para este caso, sugeriríamos un conjunto cerca de la cuadrícula 3.5, un conjunto en la cuadrícula 5 y un conjunto cerca de la cuadrícula 6.5. En nuestra opinión, los núcleos de un conjunto no tienen que estar muy cerca unos de otros, sino que deben representar el concreto colocado en un momento similar. Si los resultados de la prueba fallida se encuentran en un panel de muro tilt, se podría aplicar un procedimiento similar para seleccionar de qué paneles se van a hacer la extracción.

Las pruebas de los núcleos deben cumplir con los requisitos de ASTM. También recomendamos que la extracción de núcleos y las pruebas de los núcleos sean realizadas por un tercero para que no exista la posibilidad de un conflicto de intereses, que puede existir si este trabajo lo realiza el contratista o el proveedor de concreto. Con los requisitos de ASTM, tres núcleos componen una prueba. Sin embargo, en nuestra opinión, como se indicó anteriormente, no es necesario que los tres núcleos se tomen muy cerca uno del otro, siempre que representen concreto en el mismo vertido colocado en un período de tiempo similar. Además, las ubicaciones de prueba deben elegirse para que tengan el menor impacto en el elemento que se está probando, incluso en términos de cómo puede verse afectado el rendimiento del elemento, así como la dificultad para obtener núcleos y cómo se verá la apariencia de los núcleos parcheados. Por ejemplo, si las fracturas bajas están en paneles, es preferible seleccionar paneles sólidos (o aquellos con aberturas mínimas) para la prueba. Además, los núcleos deben ubicarse lejos de las conexiones de los paneles a los cimientos o a la estructura del techo. Además, cualquier concreto donde se tomen núcleos debe escanearse para evitar que los núcleos corten barras de refuerzo.

Después de probar los núcleos, ACI proporciona la información para determinar si los resultados de la prueba cumplen con la resistencia a la compresión requerida del concreto. Si las resistencias a compresión promedio de las pruebas de núcleo son al menos el 85% de la resistencia a la compresión requerida del concreto, y ninguna prueba es inferior al 75% de la resistencia a la compresión del concreto requerida, el concreto se considera aceptable. ACI reconoce que existen diferencias en los tamaños de las muestras de prueba, las condiciones para obtener muestras y los procedimientos de curado entre las pruebas de núcleo y el muestreo de cilindros, por lo que solo el 85% de la resistencia requerida se considera aceptable con la prueba de núcleo.

Si los núcleos no superan los resultados de las pruebas, se requieren más consideraciones. Una opción obvia sería eliminar y reemplazar el concreto que no alcanzó su resistencia de diseño. Esto puede ser más fácil para elementos como una losa a nivel. Sin embargo, esto puede ser más difícil para otros elementos de concreto, especialmente si esos elementos soportan otros elementos de construcción. Discutiremos un par de elementos diferentes.

El concreto de losa a nivel se ha discutido un poco anteriormente. Si los núcleos no dan como resultado un concreto aceptable para la losa a nivel, se pueden repetir las evaluaciones a las similarmente discutidas. Si esas evaluaciones no dan como resultado la aceptación del concreto, será necesario retirar y sustituir el concreto. Se debe prestar especial atención a las juntas de construcción en la colocación del concreto, así como a la instalación de juntas de contracción, cuando se sustituya el concreto en losas a nivel.

Para los paneles de muros tilt, hay otras consideraciones. En primer lugar, el ingeniero estructural puede analizar los paneles deficientes con una menor resistencia del concreto. Todo el mundo debe reconocer el esfuerzo necesario para completar este análisis, especialmente si se ve afectada una cantidad significativa de paneles. Si los paneles funcionan con una resistencia reducida del concreto, debe haber una discusión con el propietario para que este determine si está dispuesto a aceptar el concreto con una resistencia más baja. De lo contrario, el ingeniero estructural puede determinar los métodos para fortalecer los paneles. Esto puede incluir la adición de acero estructural adyacente a los paneles. Sin embargo, nos hemos encontrado con que muy pocos propietarios están dispuestos a aceptar esta opción, ya que creen que este tipo de soluciones afectarán negativamente al valor de su nuevo edificio. Además, muchos creen que las soluciones de este tipo harán que los posibles inquilinos cuestionen el estado del edificio y dificultarán el arrendamiento. En estos casos, será necesario reemplazar los paneles.

Los elementos de cimentación son únicos en el sentido de que hay dos materiales diferentes que deben revisarse: suelos y concreto. Muchas veces, el factor limitante en el diseño es la interacción entre el elemento de cimentación y los suelos. Por ejemplo, consideremos las zapatas extendidas. El tamaño de las zapatas probablemente estaría determinado por la carga permitida. Generalmente, la mayoría de los ingenieros especifican una resistencia a la compresión del concreto de 3000 psi para zapatas extendidas, pero con frecuencia esa resistencia no es necesaria ya que el diseño de la zapata está controlado por los suelos. Por lo tanto, el diseño de la zapata podría ser aceptable con concreto de menor resistencia. En última instancia, si las zapatas no funcionan con concreto de menor resistencia, el aumento u otros métodos están disponibles para resolver el problema.

Como se señaló anteriormente, al tratar con problemas de resistencia del concreto, los propietarios de edificios generalmente están preocupados por su impacto en el arrendamiento o la venta del edificio. Cualquier cosa que pueda indicar un problema se le da una consideración especial. Por ejemplo, hemos tenido varios proyectos en los que un elevador o una carretilla chocaron contra una columna de acero durante la construcción, dañando las columnas en diversos grados. Nuestra experiencia ha sido que incluso si la columna pudiera repararse mediante el aumento con placas de acero, el propietario decidió quitar y reemplazar las partes dañadas de las columnas, ya que no quería que las reparaciones obvias para una nueva estructura fueran visibles. Los propietarios también pueden solicitar garantías extendidas o reembolsos si aceptan concreto con menos resistencia que la especificada.

Prevención

La mejor solución para lidiar con resultados bajos en las pruebas de concreto es no tenerlos. Como tal, hemos brindado algunas recomendaciones para reducir la posibilidad de tener fracturas bajas.

Nuestra primera recomendación es poner más énfasis en los diseños de mezcla. Es imperativo que los diseños de mezcla presentados tengan datos de prueba que representen los materiales incorporados en el concreto. Si las fuentes agregadas cambian, se deben realizar nuevas pruebas en lugar de utilizar un diseño de mezcla anterior. Con la transición actual del cemento tipo I/II al cemento tipo IL, son necesarios nuevos diseños de mezclas. El uso de diseños de mezclas antiguos que no reflejan con precisión los materiales en el concreto puede exagerar las resistencias a la compresión reales de 28 días y, por lo tanto, ser engañoso. Los contratistas e ingenieros deben insistir en tener datos de prueba precisos para las mezclas propuestas y no permitir que un diseño de mezcla cambie los tipos de cemento y use datos de pruebas anteriores.

La segunda recomendación es celebrar una conferencia previa al concreto sobre cada proyecto. Esta conferencia debe incluir a las personas apropiadas del contratista general, el subcontratista de concreto, el proveedor de concreto, el laboratorio de pruebas, los ingenieros estructurales y civiles, el arquitecto, el propietario (y representantes) y el consultor de concreto (si corresponde). Se deben discutir los procedimientos relacionados con los diseños de mezcla, la colocación en el sitio y las pruebas. En esa conferencia se debe llegar a un acuerdo sobre cómo los cilindros se fabricarán, almacenarán, transportarán, probarán y cómo se distribuirán los informes. Todas las partes deben reconocer que los cilindros son la forma en que se juzga el concreto y discutir inmediatamente con las partes apropiadas cualquier problema cuando se observe en lugar de esperar fracturas bajas en los resultados de la prueba. Esto ayuda a todos, así como al proyecto.

Otra consideración sería la evaluación de las condiciones para determinar si se debe colocar concreto en un día en particular. Obviamente, la lluvia durante una colocación puede tener un efecto adverso en el concreto. Además, la temperatura puede dar lugar a la necesidad de implementar procedimientos especiales. Las preocupaciones de programación siempre son un problema, y si una evaluación determina que la colocación debe ocurrir, el contratista debe prepararse para los posibles impactos que resulten de esa decisión.

Otros recursos

Este artículo sugiere algunos procedimientos posibles para evaluar fracturas de concreto bajas y reducir la posibilidad de tener fracturas bajas en los proyectos. Hay otros recursos disponibles para su consideración. Una es una sesión en la Tilt-Up Academy disponible en el sitio web de la Tilt-Up Concrete Association (TCA). La sesión se titula “What’s Next when a Bad Break Happens” y es presentada por Kim Basham. Otro es un artículo titulado “Cemento tipo IL y tilt-up” que escribí con David Buzzelli publicado en el Volumen 31, Número 4, Invierno de 2024 de TILT-UP TODAY y también disponible en el sitio web en www.tilt-up.org.

Resumen

Nuestra percepción es que recientemente ha habido más resultados concretos de pruebas de baja resistencia que en el pasado. La intención de este artículo es proporcionar algunas ideas sobre los posibles procedimientos para evaluar las fracturas bajas y proporcionar un posible marco para una mayor investigación del concreto para determinar la acción apropiada para remediar los problemas. Además, hemos sugerido algunas acciones para futuros proyectos que ayuden a reducir la posibilidad de tener concreto de baja resistencia.

En última instancia, todo el mundo quiere que los resultados de las pruebas de concreto sean aceptables. Todas las partes en el proyecto tienen formas de ayudar a que esto suceda. Seguir las sugerencias de este artículo no eliminará los resultados de las pruebas de baja resistencia a la compresión del concreto, pero es de esperar que reduzca las ocurrencias.