Hormigón de baja resistencia: ¿y ahora qué?

Por Don Greive, ingeniero profesional, director ejecutivo de Pinnacle Structural Engineers

En los últimos dos años, nuestra impresión es que, en comparación con el pasado, cada vez más hormigón no alcanza la resistencia a la compresión de diseño especificada a los 28 días en los ensayos. 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 compren concreto por adelantado. 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. Sea cual sea la razón, se han producido suficientes fracturas en los cilindros de prueba como para que sea necesario un plan para evaluar los resultados y determinar las acciones futuras.

Resultados de la prueba

Su proyecto se encuentra en fase de construcción y acaba de recibir los resultados de los ensayos de hormigón, que indican que la resistencia probada es inferior a la especificada. ¿Cómo es posible que esto ocurra cuando la resistencia media a la compresión a los 28 días, según 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 medida recomendada es revisar los informes de ensayo en busca de posibles explicaciones para las fracturas bajas. Por ejemplo, ¿se añadió una cantidad significativa de agua al camión? ¿Era la temperatura tal que se deberían haber seguido las prácticas de hormigonado para climas cálidos o fríos? ¿Se averió una bomba? ¿Hubo un retraso en el vertido del hormigón? Estos y otros factores que podrían influir en los resultados de la prueba deben revisarse y evaluarse.

Además, al revisar los resultados de la prueba, recomendamos verificar que la mezcla utilizada coincida con la mezcla enviada y aprobada. Especialmente en zonas donde se compra el concreto con anticipación, hemos observado que se presentan múltiples mezclas de concreto para su aprobación, ya que las plantas lo envían por lotes para que el contratista tenga opciones a la hora de obtener el concreto cuando esté listo. Siempre existe la posibilidad de que se haya solicitado 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 haya utilizado en el concreto. Si existe alguna sospecha sobre el tipo de cemento, se puede realizar un análisis petrográfico.

A menudo, lo primero que hace todo el mundo es fijarse en los procedimientos de prueba. Quienes trabajan en el sector de la construcción se centrarán en cómo se fabricaron los cilindros, cómo se almacenaron y cómo se trasladaron al laboratorio para ser sometidos a prueba. 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 la obra con respecto a la fabricación de cilindros, el almacenamiento de cilindros y/o el transporte de cilindros, el contratista general 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 contratista general y el contratista de concreto ignoren las preocupaciones hasta que surja un problema. Una reunión previa al hormigonado, en la que participe el laboratorio de pruebas, es el momento ideal para discutir los procedimientos que permitan eliminar esto como una preocupación futura. Si alguien en la reunión previa al hormigonado plantea temas relacionados con las pruebas que son motivo de preocupación para alguien, deben discutirse en ese momento.

El siguiente factor a tener en cuenta es el tiempo. Supongamos que sus pruebas de resistencia de 7 días indican que podría tener problemas a los 28 días. Le sugiero que tenga en cuenta lo siguiente a la hora de tomar decisiones:

• ¿Cuál es el elemento que ha obtenido peores resultados en las pruebas?
• ¿Qué consecuencias tendría seguir adelante con la construcción y tener problemas con las interrupciones de 28 días?
• ¿Hay algún factor que pueda estar afectando a la mejora de la resistencia prevista?
• ¿Hay algún problema con las pruebas?

El primer elemento de la lista es aquel que presenta resultados bajos en las pruebas. Por ejemplo, supongamos que los elementos de los cimientos presentan un nivel bajo a los 7 días. Para este ejemplo, supongamos que los cimientos están formados por pilares. Dado que el diseño del pilar suele estar determinado por el suelo en lugar de por la resistencia del hormigón, es posible que el diseño estructural siga siendo válido incluso con una resistencia a la compresión más baja. Sin embargo, si necesita la resistencia requerida indicada en los planos, 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 hormigón adicional en la parte superior de los pilares, es posible que deba eliminar ese hormigón además de remediar los pilares de baja resistencia. Además, su cronograma se ve afectado negativamente. He visto a un contratista retirar columnas de concreto en un proyecto a los dos días porque aún estaban frescas y al contratista general le preocupaba que no alcanzaran la resistencia requerida y el cronograma de construcción requería que se colocaran dos pisos de concreto adicionales sobre las columnas antes de que tuvieran los resultados de las pruebas de resistencia de 28 días. En su opinión, no valía la pena esperar los resultados de las futuras pruebas 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 para los que no suponga un gran riesgo esperar los resultados de las pruebas. La losa a nivel del suelo sería uno de esos elementos. Si en futuras pruebas no se obtuviera la resistencia adecuada, la retirada y sustitución de la losa a nivel no supondría una diferencia significativa respecto a esperar.

Al analizar las fracturas tempranas, también hay que tener en cuenta los factores que pueden afectar al desarrollo de la resistencia. Puede haber indicios en los diseños de la mezcla o en los informes de ensayo. Por ejemplo, el tipo de cemento o el uso de cenizas volantes en una mezcla pueden ralentizar el ritmo de desarrollo de la resistencia. Quizás 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 a los 28 días.

Como se ha señalado anteriormente, siempre existe la posibilidad de que surjan problemas con las pruebas. Una vez más, sugerimos que si alguien observa algo que pudiera comprometer los resultados de las pruebas, lo mencione 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, debe informarlo de inmediato. Además, al tener una reunión previa al hormigonado con el laboratorio de pruebas y el contratista de hormigón, esto nunca debería ser un problema.

Próximos pasos

Los resultados de la prueba de compresión ya están listos y se observan fracturas a baja tensión. Suponiendo que no tiene limitaciones de tiempo para el hormigón en cuestión, o que está dispuesto a arriesgarse, ¿qué hace a continuación?

Hemos analizado los informes de ensayo para comprobar si contienen información que pueda justificar la realización de ensayos en los cilindros que no alcanzan la resistencia a la compresión requerida. Quizás se pueda encontrar una causa, pero si los resultados de los ensayos reflejan la resistencia real del hormigón, será necesario tomar medidas adicionales.

Como se ha señalado anteriormente, la primera reacción habitual es cuestionar los procedimientos de análisis. A menos que el laboratorio sepa que hubo problemas con los análisis, hay que revisar otros aspectos.

Suponiendo que los resultados del ensayo de 28 días sean inferiores a los especificados, la medida recomendada sería examinar el análisis estadístico de los resultados del ensayo de compresión de la mezcla. La ACI cuenta con un procedimiento para investigar los resultados de ensayos con baja resistencia a la compresión. Para resistencias a la compresión de 5000 psi o 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 hormigón es aceptable, a menudo se consideran otras pruebas. Con frecuencia, se proponen pruebas con un martillo de rebote (martillo suizo). Este dispositivo utiliza esencialmente un percutor que se presiona contra el hormigón para obtener una lectura. Si bien esta prueba puede tener sus aplicaciones, presenta varias limitaciones. El martillo de rebote generalmente viene con una tabla que correlaciona los resultados de la prueba con la resistencia a la compresión. Si se utiliza el martillo de rebote, no recomendamos utilizar la tabla. Si se usa, también debe utilizarse en concreto con la resistencia adecuada para comparar los resultados con los resultados de pruebas de baja resistencia, en lugar de usar la tabla. Una preocupación adicional con el uso del martillo de rebote es que el dispositivo mide esencialmente 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 hormigón potencialmente de baja resistencia.

Si los resultados de los ensayos a los 28 días son inferiores a los especificados y el análisis estadístico no es satisfactorio, el siguiente paso sería evaluar si es posible esperar a los resultados de los ensayos a los 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 necesita cuando se carga el elemento, lo que puede no estar relacionado con el tiempo.

¿Qué ocurre si las pruebas de 56 días siguen sin alcanzar la resistencia especificada? Hay varias opciones. Una de ellas depende del tipo de elemento de hormigón. Por ejemplo, los resultados de baja resistencia pueden corresponder a una losa de piso. En los almacenes, las cargas más comunes son las cargas de los postes de las 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 que, 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 interpretar los resultados de las pruebas de losas sobre nivel sería cuán menor es el factor de seguridad en lo que respecta al agrietamiento si la capacidad de la losa para una carga de pilar determinada es la misma. Por lo general, utilizamos 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 tema de discusión con el propietario. Si se trata de paneles de concreto tilt-up, 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 muestras de 56 días no alcanzan la resistencia a la compresión especificada y las investigaciones adicionales no dan como resultado la aceptación del concreto, se requieren más pruebas. Lo más probable es que el siguiente paso sea tomar núcleos para probarlos y evaluar su resistencia a la compresión. Las pruebas de cilindros “fallidas” suelen identificar en qué parte de la ubicación se tomaron 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 pruebas satisfactorias. 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 hasta la cuadrícula 10. Los resultados de la prueba de cilindros indican que los cilindros tuvieron una resistencia adecuada en las cuadrículas 1, 3, 7, 9 y 10, pero presentaron fracturas bajas en la cuadrícula 5. A la hora de determinar dónde tomar las muestras, recomendamos tomar tres conjuntos de muestras para las pruebas, teniendo en cuenta dónde se encontraban los resultados satisfactorios 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 va a realizar la extracción.

Las pruebas de los núcleos deben cumplir con los requisitos de la norma ASTM. También recomendamos que la extracción de núcleos y las pruebas correspondientes sean realizadas por un tercero, a fin de evitar cualquier posible conflicto de intereses que pudiera surgir si esta tarea la llevara a cabo el contratista o el proveedor de concreto. Según los requisitos de la 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 del 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 inferiores se encuentran 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. Asimismo, cualquier hormigón del que se extraigan núcleos debe escanearse para evitar que los núcleos corten barras de refuerzo.

Tras realizar los ensayos de los núcleos, la ACI proporciona la información necesaria para determinar si los resultados de los ensayos cumplen con la resistencia a la compresión requerida del hormigón. Si las resistencias a la 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 requerida del concreto, 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, es necesario considerar otras opciones. Una opción obvia sería retirar y reemplazar el hormigón que no alcanzó la resistencia prevista. Esto puede resultar más sencillo en el caso de elementos como una losa de piso. Sin embargo, puede resultar más complicado en otros elementos de hormigón, especialmente si estos soportan otros elementos de la construcción. Analizaremos un par de elementos diferentes.

El concreto de losa a nivel ya se ha comentado brevemente anteriormente. Si los núcleos no dan como resultado un concreto aceptable para la losa a nivel, se pueden repetir las evaluaciones tal y como se ha comentado anteriormente. 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.

En el caso de los paneles de muros tilt, hay otras consideraciones. En primer lugar, el ingeniero estructural puede analizar los paneles defectuosos que presentan una menor resistencia del hormigón. Todos deben 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, hemos observado 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 tenerse en cuenta: los suelos y el hormigón. 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 vendría determinado por la carga admisible. Por lo general, 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 hormigón de menor resistencia. En última instancia, si las zapatas no funcionan con hormigón de menor resistencia, se puede recurrir al aumento de la resistencia u otros métodos para resolver el problema.

Como se señaló anteriormente, al abordar problemas relacionados con la resistencia del hormigón, los propietarios de edificios suelen preocuparse por el impacto que estos puedan tener en el alquiler o la venta del inmueble. Cualquier indicio que pueda apuntar a un problema recibe una atención especial. Por ejemplo, hemos tenido varios proyectos en los que un ascensor o una carretilla chocaron contra una columna de acero durante la construcción, dañando las columnas en distintos 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 hacer frente a los resultados bajos en los ensayos de hormigón es evitar que se produzcan. Por ello, hemos proporcionado algunas recomendaciones para reducir la probabilidad de que se produzcan resultados bajos.

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

La segunda recomendación es celebrar una reunión previa al hormigonado para cada proyecto. En esta reunión deben participar las personas pertinentes del contratista general, el subcontratista de hormigón, el proveedor de hormigón, el laboratorio de ensayos, los ingenieros estructurales y civiles, el arquitecto, el propietario (y sus representantes) y el consultor de hormigón (si procede). 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 se fabricarán, almacenarán, transportarán y probarán los cilindros, 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 resultados bajos en las pruebas. Esto ayuda a todos, así como al proyecto.

Otra consideración sería evaluar las condiciones para determinar si se debe verter el hormigón en un día concreto. Obviamente, la lluvia durante el vertido puede afectar negativamente al hormigón. Además, la temperatura puede hacer necesario aplicar procedimientos especiales. Las cuestiones de programación siempre son un problema, y si la evaluación determina que el vertido debe realizarse, el contratista debe prepararse para las posibles consecuencias que se deriven de esa decisión.

Otros recursos

Este artículo sugiere algunos procedimientos posibles para evaluar las fracturas de hormigón a baja altura y reducir la probabilidad de que se produzcan en los proyectos. Existen otros recursos disponibles que pueden tenerse en cuenta. Uno de ellos es una sesión de 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 está impartida por Kim Basham. Otro es un artículo titulado “Cemento tipo IL y tilt-up” que escribí junto 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 impresión es que últimamente se han obtenido más resultados concretos de ensayos de baja resistencia que en el pasado. El objetivo de este artículo es ofrecer algunas ideas sobre los posibles procedimientos para evaluar las fracturas de baja resistencia y proporcionar un posible marco para una mayor investigación sobre el concreto, con el fin de determinar las medidas adecuadas para solucionar los problemas. Además, hemos sugerido algunas medidas para futuros proyectos que ayuden a reducir la probabilidad de que se produzca concreto de baja resistencia.

En última instancia, todo el mundo quiere que los resultados de los ensayos de hormigón sean satisfactorios. Todas las partes implicadas en el proyecto pueden contribuir a que así sea. Seguir las recomendaciones de este artículo no eliminará por completo los resultados de baja resistencia a la compresión del hormigón, pero es de esperar que reduzca su frecuencia.