Hormigón de baja resistencia: ¿y ahora qué?

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

En los últimos dos años, tenemos la impresión de que, en los ensayos, una cantidad mayor de lo habitual de hormigón no alcanza la resistencia a la compresión de diseño especificada a los 28 días. No sabemos cuál es la razón de esto, pero podría haber algunas posibilidades. En Texas, ha habido una escasez de cemento que ha provocado que muchos proyectos tuvieran asignaciones de concreto. Como resultado, tal vez los contratistas sintieron una presión adicional para colocar el concreto según lo programado, debido a los requisitos y plazos del proyecto, lo que pudo haber dado lugar a que el concreto se colocara en condiciones menos que ideales. Además, se introdujo el cemento Tipo IL en muchas regiones, y hubo una curva de aprendizaje con las mezclas que utilizaban cemento Tipo IL. 

Sea cual sea el motivo, las roturas en la parte inferior de los cilindros de prueba se han producido con tanta frecuencia que es necesario contar con un plan para evaluar los resultados y determinar las medidas a tomar.

Resultados de las pruebas

Tu proyecto está en fase de construcción y acabas de recibir los resultados de los ensayos del hormigón, que indican que la resistencia obtenida es inferior a la especificada. ¿Cómo es posible que esto ocurra, si la resistencia media a la compresión a los 28 días, según los datos históricos presentados con el diseño de la mezcla, suele superar con creces la resistencia requerida? ¿Y ahora qué? Hay muchas opiniones sobre cómo proceder.

La primera medida recomendada es examinar los informes de ensayo en busca de posibles explicaciones para los bajos resultados. Por ejemplo, ¿se añadió una cantidad significativa de agua al camión? ¿La temperatura era tal que se deberían haber seguido las prácticas de hormigonado para clima cálido o frío? ¿Se averió alguna bomba? ¿Hubo algún retraso en el vertido del hormigón? Estos aspectos, y cualquier otro que pudiera influir en los resultados de los ensayos, deben revisarse y evaluarse.

Además, al revisar los resultados de las pruebas, recomendamos verificar que la mezcla utilizada coincida con la que se presentó y aprobó. Especialmente en zonas con asignaciones de concreto, hemos observado que se presentan múltiples mezclas de concreto para su aprobación, ya que esto permite al contratista disponer de opciones para obtener el concreto cuando esté listo. Siempre existe la posibilidad de que se haya pedido la mezcla incorrecta. Con la transición para dejar de utilizar cemento de Tipo I/II, es posible que la planta de hormigón haya cambiado el tipo de cemento durante el proyecto. Recomendamos confirmar que el tipo de cemento utilizado en el diseño de mezcla aprobado sea el mismo que se utilizó en el concreto. Si existen sospechas respecto al tipo de cemento, se puede realizar un análisis petrográfico.

A menudo, lo primero que hace todo el mundo es revisar los procedimientos de ensayo. Los que trabajan en la construcción se centran en cómo se fabricaron los cilindros, cómo se almacenaron y cómo se trasladaron al laboratorio para ser sometidos a ensayo. Es muy posible que haya problemas con los cilindros que se están sometiendo a ensayo. Estuve en una llamada en la que se discutieron resultados bajos en las pruebas, y lo primero que se mencionó fue cómo se manejaron incorrectamente los cilindros en otro proyecto. Una vez más, esa es solo una posibilidad para explicar qué salió mal. 

Todo el mundo sabe que los resultados de los ensayos de cilindros determinan cómo se evalúa el hormigón colocado en cada proyecto. Si surgen problemas en la obra relacionados con la fabricación, el almacenamiento o el transporte de los cilindros, el contratista general y el contratista de hormigón deben tomar nota de ello en ese momento y buscar soluciones junto con el laboratorio de ensayos. Se debe notificar al propietario/desarrollador y al equipo de diseño tan pronto como se identifiquen los puntos de preocupación. 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 eliminen esta preocupación en el futuro. Si alguien en la reunión previa al hormigonado propone puntos relacionados con las pruebas que sean motivo de preocupación para alguien, estos deben discutirse en ese momento.

El siguiente aspecto a tener en cuenta es el tiempo. Supongamos que tus interrupciones de 7 días indican que podrías tener problemas a los 28 días. Te sugiero que te plantees las siguientes preguntas a la hora de tomar decisiones:

• ¿Cuál es el elemento cuyos resultados en las pruebas son bajos?
• ¿Cuáles serían las consecuencias si se sigue adelante con la construcción y surgen problemas con los descansos de 28 días?
• ¿Hay algún factor que pueda afectar al aumento de fuerza previsto?
• ¿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 cimentación obtienen resultados bajos a los 7 días y que la cimentación está formada por pilares. Dado que el diseño de los pilares suele depender más de las características del suelo que de la resistencia del hormigón, es posible que el diseño estructural siga siendo válido incluso con una resistencia a la compresión menor. Sin embargo, si se necesita la resistencia requerida indicada en los planos, la decisión se vuelve urgente. ¿Qué pasa si espera a los 28 días, cuando los resultados siguen siendo considerablemente bajos? Si ha colocado hormigón adicional sobre los pilares, es posible que deba retirar ese hormigón además de remediar los pilares de baja resistencia. Además, su cronograma se verá afectado negativamente. He visto a un contratista desmontar columnas de hormigón en un proyecto a los dos días porque aún estaban verdes y el contratista general temía que no alcanzaran la resistencia requerida, y el cronograma de construcción exigía que se colocaran dos pisos de hormigón adicionales sobre las columnas antes de que alcanzaran los 28 días de curado. En su opinión, esperar los resultados de las pruebas futuras de esas dos columnas no valía el riesgo de que no tuvieran la resistencia adecuada y de que las columnas tuvieran que ser retiradas más adelante. Hay que tomar decisiones difíciles que tengan en cuenta los riesgos.

En este sentido, puede haber elementos que entrañen un riesgo bajo mientras se esperan los resultados de las pruebas. La losa sobre el terreno sería uno de esos elementos. Si en futuras pruebas no se obtuviera la resistencia adecuada, el hecho de esperar no cambiaría de manera significativa el proceso de retirada y sustitución de la losa sobre el terreno.

Al analizar las roturas prematuras, también se deben tener en cuenta los factores que pueden afectar al desarrollo de la resistencia. Es posible que haya pistas 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 retrasar la velocidad de desarrollo de la resistencia. Quizás la temperatura o el uso de aditivos podrían tener algún efecto. Además, ¿el concreto permaneció en el camión durante un tiempo prolongado? ¿Se añadió una cantidad significativa de agua al camión? Hay varios factores que pueden afectar la velocidad 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 durante los ensayos. Una vez más, recomendamos que, si alguien observa algo que pueda afectar a la fiabilidad de los resultados de los ensayos, lo comunique de inmediato en el momento en que ocurra. Si alguien en la obra tiene alguna inquietud respecto a cómo se almacenan los cilindros en el lugar antes de su recogida para su transporte al laboratorio, debe comunicarlo de inmediato. Además, mediante una reunión previa con el laboratorio de ensayos y el contratista de hormigón, se podrían evitar estos posibles problemas.

Próximos pasos

Supongamos que ya tienes los resultados de la prueba de compresión y que los valores de rotura son bajos. Suponiendo que no tengas plazos que cumplir con respecto al hormigón en cuestión o que estés dispuesto a arriesgarte, ¿qué harías a continuación?

Hemos hablado de revisar los informes de ensayo para ver si hay información sobre por qué los ensayos de los cilindros no alcanzaron 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, se deben revisar otros aspectos.

Suponiendo que los resultados de los ensayos a los 28 días sean inferiores a los especificados, se recomienda examinar el análisis estadístico de los resultados de los ensayos de compresión de la mezcla. La ACI cuenta con un procedimiento para investigar los resultados de ensayos de resistencia a la compresión bajos. Para resistencias a la compresión de 5000 psi o menos, si ningún ensayo está 500 psi por debajo de la resistencia a la compresión requerida y el promedio aritmético de tres ensayos consecutivos supera la resistencia requerida, el concreto colocado se considera aceptable. A menudo, el laboratorio de ensayos puede ayudar a proporcionar la información para que el ingeniero la revise y analice.

Si el análisis estadístico determina que el hormigón no es aceptable, a menudo se considera la posibilidad de realizar otras pruebas. Con frecuencia, se propone realizar una prueba con un martillo de rebote (martillo suizo). Este dispositivo utiliza básicamente un émbolo que se presiona contra el hormigón para obtener una lectura. Aunque esta prueba puede resultar útil, presenta varias limitaciones. El martillo de rebote suele venir 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 usar la tabla; en su lugar, el martillo de rebote debe utilizarse en hormigón con la resistencia adecuada para comparar los resultados. Una preocupación adicional con el uso del martillo de rebote es que el dispositivo mide esencialmente la dureza. Por lo tanto, si se golpea una roca con el martillo de rebote, se puede obtener una lectura inflada, razón por la cual, en nuestra opinión, el martillo de rebote tiene un uso limitado en la evaluación de hormigón con resultados bajos en las pruebas. Definitivamente no recomendamos su uso en superficies alisadas con llana, como losas sobre el terreno, y hay 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 con resistencia potencialmente baja.

Si los resultados de los ensayos a los 28 días son inferiores a los especificados y el análisis estadístico no da los resultados esperados, el siguiente paso sería evaluar si se puede esperar a realizar los ensayos a los 56 días. Por lo general, especificamos que se ensayen cilindros de reserva si no se cumplen los requisitos de resistencia a la compresión a los 28 días. En nuestra opinión, si los cilindros ensayados a los 56 días alcanzan o superan la resistencia especificada, el hormigón es adecuado, pero se trata de una decisión de criterio técnico. Para la mayoría de las aplicaciones, el diseño del hormigón asume una resistencia requerida. El requisito de 28 días es algo arbitrario porque, en la mayoría de los casos, la resistencia requerida solo es necesaria cuando el elemento está sometido a carga, lo cual puede no estar relacionado con el tiempo.

¿Qué sucede si, tras los 56 días de reposo, aún no se alcanza la resistencia especificada? Existen varias opciones. Una de ellas depende del tipo de elemento de hormigón de que se trate. Por ejemplo, los resultados de baja resistencia podrían corresponder a una losa sobre terreno. En los almacenes, las cargas más comunes son las de los postes de las estanterías. Mediante procedimientos de diseño habituales, es posible determinar la capacidad de carga de un poste sobre una losa para una distancia entre postes y un tamaño de placa de base determinados, tanto en la resistencia de diseño como en 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, lo que podría ayudar a determinar si se requieren medidas adicionales. Por ejemplo, el ingeniero podría determinar que, a la resistencia probada del concreto, la capacidad de carga de los postes es 97% de lo que sería a la resistencia a la compresión requerida, lo cual podría ser satisfactorio para el propietario. Otra forma de analizar los resultados de las pruebas de losas sobre el terreno sería examinar cuánto se reduce el factor de seguridad, en lo que respecta a las fisuras, si la capacidad de la losa para una carga de poste determinada es la misma. Normalmente utilizamos 1,4 como factor de seguridad para las fisuras en losas sobre el terreno. ¿Cuál es el impacto de que el factor de seguridad sea 1,3? Este es un tema que debe discutirse con el propietario. Si se trata de paneles de hormigón prefabricados, el ingeniero estructural podría revisar los paneles para confirmar que los diseños de los paneles funcionan con una resistencia reducida. Quizás el propietario podría optar por aceptar el hormigón con menor resistencia. Todas las partes deben tener en cuenta que el análisis con menor resistencia del hormigón lleva tiempo.

Si tras 56 días de curado no se alcanza la resistencia a la compresión especificada y, tras un análisis adicional, el hormigón no resulta aceptable, será necesario realizar más ensayos. Lo más probable es que el siguiente paso consista en extraer probetas para analizar y evaluar la resistencia a la compresión. Los ensayos de cilindros “fallidos” suelen identificar en qué punto del vertido se tomaron los cilindros. Dado que los cilindros de hormigón se toman generalmente cada 100 a 150 yardas cúbicas, el primer paso sería decidir dónde se deben tomar las muestras. Sugerimos que los ensayos “aprobados” anteriores y posteriores en una secuencia de vertido se establezcan como el rango de posible hormigón inadecuado, ya que el área que requiere pruebas no debe limitarse únicamente al área atribuida a los cilindros fallidos. Con 100 yardas cúbicas entre pruebas (aproximadamente 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. Por eso recomendamos utilizar las pruebas satisfactorias, que enmarcan a las pruebas fallidas, para establecer los límites de las pruebas adicionales. No recomendamos que el área sometida a prueba se limite únicamente a la ubicación identificada en la prueba “fallida”.

A modo de ejemplo, supongamos que hay algunas grietas de baja profundidad en un hormigonado sobre terreno. Digamos que el hormigonado comenzó en la cuadrícula 1 y continuó hasta la cuadrícula 10. Los resultados de las pruebas de cilindros indican que los cilindros tenían una resistencia adecuada en las cuadrículas 1, 3, 7, 9 y 10, pero presentaban roturas bajas en la cuadrícula 5. Para determinar dónde tomar las muestras, recomendaríamos tomar tres series de muestras para las pruebas, considerando dónde se encontraban los resultados satisfactorios a cada lado de las pruebas fallidas. En este caso, sugerimos tomar 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, no es necesario que los núcleos de un conjunto se tomen muy cerca unos de otros, pero deben representar hormigón colocado en un momento similar. Si los resultados de las pruebas fallidas se encuentran en un panel de pared inclinada, se podría aplicar un procedimiento similar para seleccionar qué paneles someter a extracción de núcleos.

Los ensayos de los núcleos deben cumplir con los requisitos de la norma ASTM. También recomendamos que la extracción y el ensayo de los núcleos los realice un tercero, para que no haya posibilidad de conflicto de intereses, lo cual podría darse si este trabajo lo llevara a cabo el contratista o el proveedor de concreto. Según los requisitos de la norma ASTM, un ensayo se compone de tres núcleos. Sin embargo, como se indicó anteriormente, no es necesario que los tres núcleos se extraigan cerca unos de otros, siempre y cuando representen hormigón del mismo vertido realizado en un intervalo de tiempo similar. Además, los lugares de ensayo deben elegirse determinando cuáles tendrán el menor impacto en el elemento que se está probando —incluyendo cómo podría verse afectado el desempeño del elemento, así como la dificultad para obtener los núcleos— y cómo se percibirá el aspecto de los núcleos reparados. Por ejemplo, si las roturas bajas 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 con la cimentación o la estructura del techo. Asimismo, se debe escanear cualquier hormigón del que se extraigan núcleos para evitar que estos corten las barras de refuerzo.

Una vez analizados los núcleos, la ACI proporciona información 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 los ensayos de los núcleos son de al menos el 85,1 % de la resistencia a la compresión requerida del hormigón, y ningún ensayo es inferior al 75,1 % de dicha resistencia, el hormigón se considera aceptable. ACI reconoce que existen diferencias en los tamaños de las probetas, las condiciones de obtención de las muestras y los procedimientos de curado entre los ensayos de núcleos y el muestreo de cilindros, por lo que solo se considera aceptable el 85% de la resistencia requerida en los ensayos de núcleos.

Si los núcleos no superan las pruebas, es necesario tener en cuenta otros factores. 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 las losas sobre terreno. 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 hormigón de losas sobre terreno ya se ha tratado en cierta medida anteriormente. Si los muestreos no revelan un hormigón aceptable para la losa sobre terreno, se pueden repetir las evaluaciones descritas anteriormente. Si dichas evaluaciones no dan lugar a la aceptación del hormigón, será necesario retirarlo y sustituirlo. Se debe prestar especial atención a las juntas de construcción durante el vertido del hormigón, así como a la instalación de juntas de contracción al sustituir el hormigón en las losas sobre terreno.

En el caso de los paneles de pared inclinada, hay otras consideraciones que tomar en cuenta. En primer lugar, el ingeniero estructural puede analizar los paneles defectuosos con una resistencia del hormigón inferior a la prevista. Es importante reconocer el esfuerzo que requiere realizar este análisis, especialmente si hay numerosos paneles afectados. Si los paneles funcionan con una resistencia del hormigón reducida, se debe dialogar con el propietario para determinar si está dispuesto a aceptar el hormigón con una resistencia inferior. De no ser así, el ingeniero estructural puede determinar métodos para reforzar 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 solución afectará negativamente el valor de su nuevo edificio. Además, muchos creen que 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 se caracterizan por la necesidad de tener en cuenta dos materiales distintos: los suelos y el hormigón. En muchas ocasiones, el factor limitante en el diseño es la interacción entre el elemento de cimentación y los suelos. Por ejemplo, consideremos las zapatas continuas. El tamaño de las zapatas probablemente se determinaría por las presiones de apoyo admisibles. Por lo general, la mayoría de los ingenieros especifican una resistencia a la compresión del hormigón de 3000 psi para las zapatas continuas, 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, existen métodos de refuerzo u otros métodos disponibles para resolver el problema.

Como se ha señalado anteriormente, cuando se trata de cuestiones relacionadas con la resistencia del hormigón, a los propietarios de edificios les suele preocupar el impacto que estas puedan tener en el alquiler o la venta del inmueble. Cualquier elemento que pueda indicar un problema recibe una atención especial. Por ejemplo, hemos tenido varios proyectos en los que una grúa o un camión chocó contra una columna de acero durante la construcción, dañando las columnas en mayor o menor medida. Según nuestra experiencia, incluso si la columna se podía reparar mediante el refuerzo con placas de acero, el propietario decidía retirar y reemplazar las partes dañadas de las columnas porque no deseaba reparaciones visibles y evidentes en una estructura nueva. Los propietarios también pueden solicitar garantías extendidas o reembolsos si aceptan concreto con una resistencia inferior a la especificada.

Prevención

La mejor manera de lidiar con resultados bajos en las pruebas de hormigón es evitar que se produzcan. Por ello, hemos elaborado algunas recomendaciones para reducir la probabilidad de que se den roturas.

Nuestras primeras recomendaciones consisten en poner mayor énfasis en los diseños de mezcla. Es imprescindible que los diseños de mezcla presentados cuenten con datos de ensayo que reflejen los materiales incorporados al hormigón. Si cambian las fuentes de los áridos, se deben realizar nuevos ensayos en lugar de utilizar un diseño de mezcla anterior. Dada la transición actual del cemento de tipo I/II al de tipo IL, se requieren nuevos diseños de mezcla. El uso de diseños de mezcla antiguos que no reflejan con precisión los materiales del concreto puede exagerar las resistencias a la compresión reales a los 28 días y resultar engañoso. Los contratistas e ingenieros deben insistir en contar con datos de ensayo precisos para las mezclas propuestas y no permitir que un diseño de mezcla cambie los tipos de cemento y utilice datos de ensayos anteriores.

La segunda recomendación es celebrar una reunión previa al hormigonado en cada proyecto. En esta reunión deben participar el 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 relativos a los diseños de la mezcla, la colocación en el sitio y las pruebas. Se debe llegar a un acuerdo sobre cómo se fabricarán, almacenarán, transportarán y someterán a prueba los cilindros, y los informes deben distribuirse en esa reunión. Todas las partes deben reconocer que los cilindros son la forma en que se evalúa el concreto, y deben discutir inmediatamente cualquier problema que se observe, en lugar de esperar a que los resultados de las pruebas indiquen valores bajos. Esto ayuda a todos, así como al proyecto.

Otro aspecto a tener en cuenta es evaluar las condiciones climáticas a la hora de decidir si se debe o no verter el hormigón en un día determinado. Es evidente que la lluvia durante el vertido puede afectar negativamente al hormigón. Además, la temperatura puede hacer necesario aplicar procedimientos especiales. Las cuestiones relacionadas con la programación siempre son un tema delicado, y si tras una evaluación se decide que se debe proceder al vertido, el contratista debe prepararse para las posibles consecuencias derivadas de esa decisión.

Otros recursos

Este artículo sugiere algunos procedimientos posibles para evaluar las roturas de hormigón en los bordes inferiores y reducir la probabilidad de que se produzcan en los proyectos. Existen otros recursos que pueden tenerse en cuenta. Uno de ellos es una sesión de la Tilt-Up Academy disponible en el sitio web de la Asociación de Hormigón Tilt-Up (TCA). La sesión se titula “¿Qué hacer cuando se produce una rotura grave?” y está impartida por Kim Basham. Otro es un artículo titulado “Cemento tipo IL y Tilt-Up” que escribí junto con David Buzzelli y que se publicó en el volumen 31, número 4, invierno de 2024 de Tilt-Up Today; también está disponible en el sitio web www.tilt-up.org.

Resumen

Nuestra impresión es que últimamente se han obtenido más resultados de ensayos de hormigón con baja resistencia que en el pasado. El objetivo de este artículo es ofrecer algunas reflexiones sobre posibles procedimientos para evaluar las roturas por baja resistencia y proporcionar un marco de referencia para seguir investigando el hormigón, con el fin de determinar las medidas adecuadas para solucionar los problemas. Además, hemos sugerido algunas medidas para proyectos futuros que ayuden a reducir la posibilidad de que se produzca hormigón con baja resistencia.

En definitiva, todos desean que los resultados de los ensayos del hormigón sean satisfactorios. Todas las partes implicadas en el proyecto pueden contribuir a que esto sea así. Seguir las sugerencias de este artículo no eliminará por completo los resultados de baja resistencia a la compresión del hormigón, pero es de esperar que reduzcan su frecuencia.