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INFLUENCIA DEL TIPO DE REFRENTADO EN ENSAYOS DE
COMPRESIÓN AXIAL DE CILINDROS DE CONCRETO DE ALTA
RESISTENCIA
Diego Fernando Rodríguez Rueda
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Artes, Maestría en Construcción
Bogotá, Colombia
2018
INFLUENCIA DEL TIPO DE REFRENTADO EN ENSAYOS DE
COMPRESIÓN AXIAL DE CILINDROS DE CONCRETO DE ALTA
RESISTENCIA
Diego Fernando Rodríguez Rueda
Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título
de:
Magister en Construcción
Director (a):
Ph.D Juan Manuel Lizarazo Marriaga
Línea de Investigación:
Concretos
Grupo de Investigación:
Grupo de Investigación en Estructuras GIES
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Artes, Maestría en Construcción
Bogotá, Colombia
2018
Siempre se puede
Esta investigación fue desarrollada con el
apoyo de las empresas ARPRO y ELLIS DON,
el Laboratorio Concrelab, y el Grupo de
investigación de estructuras GIES.
Contenido VII
Resumen
En el medio de la construcción, conocer las características de los materiales
implementados es sumamente importante, una de estas características es la resistencia
del concreto. Al ser una práctica tan común, existen diferentes tipos de pruebas, están las
destructivas y las no destructivas, definidas según la manera como se afectan los
elementos después de realizado el ensayo. Las pruebas destructivas alteran el elemento
ensayado de manera irreversible, mientras que las no destructivas no afectan las muestras
y pueden realizarse en los elementos in situ, pudiendo repetir el ensayo en el mismo
elemento. En este orden de ideas, el estudio se basa en pruebas destructivas, ya que estas
son realizadas con mayor frecuencia en el medio por su bajo costo y fácil realización. Para
estas, es necesario utilizar probetas para fundir cilindros de concreto, los cuales se fallan
a compresión según la norma NTC 673, equivalente a la ASTM C39, junto con otras
normas que la complementan. En estas normas, se define la manera de elaboración de los
cilindros, la cantidad según características de la obra o el elemento, tiempos de curado,
tipos de falla, refrentados, entre otras variables. Haciendo énfasis en el refrentado, este
corresponde a manera de nivelar la superficie del cilindro y realizar la prueba con una
superficie plana, entre estos, existen y se reconocen dos tipos, refrentados adheridos y no
adheridos. Localmente, se identifican principalmente tres tipos, capinado con azufre,
almohadillas de neopreno y pulido mediante corte. Esta investigación, por medio de
análisis de varianza ANOVA permitió identificar una relación directa entre el aumento de
la variabilidad de los resultados del ensayo y la resistencia máxima del concreto,
generando mayor incertidumbre y dispersión de los promedios en concretos de alta
resistencia, mientras que, en concretos de resistencia normal, los promedios no presentan
diferencias estadísticamente significativas. Adicionalmente, sin tener en cuenta la
resistencia del concreto, se presentó menor dispersión en los resultados con neopreno,
seguido de pulido y pulido + neopreno, finalmente lo mayores valores de dispersión, se
identificaron en el capinado con azufre.
Palabras clave: Ensayo de compresión, Refrentado, Concreto de alta resistencia.
Contenido Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de
cilindros de concreto de alta resistencia
Abstract
In the middle of the construction is extremely important to know the characteristics of the
implemented materials, one of these characteristics is the resistance of the concrete. Being
such a common practice, there are different types of tests, the destructive and non-
destructive, defined according to how the elements are affected after the test. Destructive
tests alter the element tested in an irreversible way, while non-destructive tests don’t affect
the samples and can be performed on the elements on-site, being able to repeat the test
on the same element. In this order of ideas, the study is based on destructive tests, because
these are made more frequently in the medium, cause of their low cost and easy realization.
For these, it is necessary to use test tubes to melt concrete cylinders, which fail under
compression according to NTC 673, equivalent to ASTM C39, together with other standards
that complement it. These standards defined the manner of elaboration of the cylinders, the
quantity according to the characteristics of the work or the element, curing times, types of
failure, facing and among other variables. Emphasizing the facing, this corresponds to
leveling the surface of the cylinder and perform the test with a flat surface, between these,
there are and recognize two types, bounded and unbounded. Locally, three types are
identified, capping with sulfur, neoprene pads and polished by cutting. This investigation,
by means of analysis of variance ANOVA allowed to identify a direct relation between the
increase of the variability of the results of the test and the maximum resistance of the
concrete, generating greater uncertainty and dispersion of the averages in concrete of high
resistance, whereas, in concrete of normal resistance, the averages do not show
statistically significant differences. Additionally, without considering the strength of the
concrete, there was less dispersion in the results with neoprene, followed by polishing and
polishing + neoprene, finally the highest values of dispersion, were identified in the capping
with sulfur.
Keywords: Compression strength, Capping, High strength concrete.
Contenido IX
Contenido
Pág.
Resumen ....................................................................................................................... VII
Lista de figuras ............................................................................................................... X
Lista de Fotografías ...................................................................................................... XI
Lista de tablas .............................................................................................................. XII
Lista de gráficas .......................................................................................................... XIV
Introducción .................................................................................................................... 1
1. Planteamiento del problema .................................................................................... 5 1.1 Justificación ..................................................................................................... 5 1.2 Preguntas de investigación .............................................................................. 7 1.3 Objetivos.......................................................................................................... 7
1.3.1 Objetivo general .................................................................................... 7 1.3.2 Objetivos específicos ............................................................................ 7
2. Marco teórico ............................................................................................................ 9 2.1 Concretos de alta resistencia ........................................................................... 9 2.2 Ensayos y Normativa ..................................................................................... 10 2.3 Refrentado ..................................................................................................... 12 2.4 Tipos de falla ................................................................................................. 12
3. Metodología y diseño de la investigación ............................................................ 14 3.1 Etapa 1: Obtención y preparación de muestras de concreto y ensayos de compresión axial ...................................................................................................... 14 3.2 Etapa 2: Análisis de tipos de fallas ................................................................ 19 3.3 Etapa 3: Análisis Estadístico .......................................................................... 20
4. Resultados y análisis ............................................................................................. 26
5. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................ 67 5.1 Conclusiones ................................................................................................. 67 5.2 Recomendaciones ......................................................................................... 70
6. Bibliografía ............................................................................................................. 71
Lista de figuras X
Lista de figuras
Pág.
Figura 1-1: Refrentado ..................................................................................................... 5
Figura 1-2: Aporte de la investigación .............................................................................. 6
Figura 2-1: Esquemas de modelos de fracturas típicos .................................................. 13
Lista de fotografías XI
Lista de Fotografías
Pág.
Fotografía 3-1: Pulido de cilindros y verificaciones de planicidad ................................. 17
Fotografía 3-2: Capinado con azufre ............................................................................ 17
Fotografía 3-3: Equipo de ensayos a compresión axial ................................................ 18
Fotografía 3-4: Medición de diámetros de los cilindros .................................................. 20
Fotografía 4-1: Falla no visible ...................................................................................... 26
Fotografía 4-2: Falla con rotura en bordes .................................................................... 27
Fotografía 4-3: Superficies de falla diagonales.............................................................. 27
Fotografía 4-4: Falla Explosiva ...................................................................................... 28
Lista de tablas XII
Lista de tablas
Pág.
Tabla 3-1: Muestras de concreto por grupo de un mismo tipo ........................................ 15
Tabla 3-2: Composición de la mezcla Concreto A y D .................................................... 15
Tabla 3-3: Composición de la mezcla Concreto B y E .................................................... 15
Tabla 3-4: Composición de la mezcla Concreto C y F .................................................... 16
Tabla 3-5: Cantidad de muestras por tipo de refrentado ................................................. 16
Tabla 3-6: Base de tabla de identificación de tipo de falla .............................................. 19
Tabla 3-7: Valor T para datos críticos - Criterio para un único valor atípico .................... 22
Tabla 3-8: Valor r para datos críticos - Criterio de Dixon para un único valor atípico ...... 23
Tabla 4-1: Clasificación de fallas refrentado pulido ......................................................... 29
Tabla 4-2: Clasificación de fallas refrentado con neopreno............................................. 30
Tabla 4-3: Clasificación de fallas refrentado pulido + neopreno ...................................... 31
Tabla 4-4: Clasificación de fallas capinado con azufre ................................................... 32
Tabla 4-5: Resistencia máxima a compresión – Concreto A ........................................... 40
Tabla 4-6: Resistencia máxima a compresión – Concreto B ........................................... 41
Tabla 4-7: Resistencia máxima a compresión – Concreto C........................................... 42
Tabla 4-8: Resistencia máxima a compresión – Concreto D........................................... 43
Tabla 4-9: Resistencia máxima a compresión – Concreto E ........................................... 44
Tabla 4-10: Resistencia máxima a compresión – Concreto F ......................................... 45
Tabla 4-11: Promedio por tipo de refrentado para cada grupo ........................................ 46
Tabla 4-12: Prueba de igualdad de varianza concreto A ................................................ 57
Tabla 4-13: Prueba de igualdad de varianza concreto B ................................................ 58
Tabla 4-14: Prueba de igualdad de varianza concreto C ................................................ 58
Tabla 4-15: Prueba de igualdad de varianza concreto D ................................................ 59
Lista de tablas XIII
Tabla 4-16: Prueba de igualdad de varianza concreto E ................................................ 59
Tabla 4-17: Prueba de igualdad de varianza concreto F ................................................ 60
Tabla 4-18: Análisis de varianza ANOVA ....................................................................... 61
Tabla 4-19: Valor p análisis ANOVA .............................................................................. 62
Lista de gráficas XIV
Lista de gráficas
Pág. Gráfica 4-1 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto A ................... 33
Gráfica 4-2 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto D ................... 34
Gráfica 4-3 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto B ................... 35
Gráfica 4-4 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto E ................... 36
Gráfica 4-5 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto C ................... 37
Gráfica 4-6 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto F .................... 38
Gráfica 4-7 Porcentajes de tipo de falla según refrentado sin tener en cuenta la resistencia
del concreto .................................................................................................................... 39
Gráfica 4-8 Resistencia máxima promedio para cada grupo de concreto ....................... 47
Gráfica 4-9: Gráfica de valores individuales concreto A y D ........................................... 49
Gráfica 4-10: Gráfica de valores individuales concreto B y E ......................................... 50
Gráfica 4-11: Gráfica de valores individuales concreto C y F ......................................... 51
Gráfica 4-12: Gráfica de valores individuales - Concretos A, B, C, D, E y F ................... 52
Gráfica 4-13: Prueba de normalidad concreto A ............................................................. 53
Gráfica 4-14: Prueba de normalidad concreto B ............................................................. 54
Gráfica 4-15: Prueba de normalidad concreto C ............................................................ 54
Gráfica 4-16: Prueba de normalidad concreto D ............................................................ 55
Gráfica 4-17: Prueba de normalidad concreto E ............................................................. 55
Gráfica 4-18: Prueba de normalidad concreto F ............................................................. 56
Gráfica 4-19: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto A ....................................... 63
Gráfica 4-20: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto B ....................................... 63
Gráfica 4-21: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto C ....................................... 64
Gráfica 4-22: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto D ....................................... 64
Gráfica 4-23: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto E ....................................... 65
Gráfica 4-24: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto F ....................................... 65
Introducción
En la industria de la construcción colombiana se están desarrollando y utilizando
concretos de alto desempeño, cada vez con mayor frecuencia, estos presentan
propiedades distintivas en términos de reología, durabilidad y resistencia. Para lograr que
dichos concretos sean superiores a los convencionales, es necesario implementar
avances tecnológicos tal como se presenta en la investigación de Su & Lin (Su & Lin,
2017), en la cual existen importantes desarrollos con utilización de fibras, las cuales
mejoran el comportamiento en el momento de la fractura, o avances en el uso de
adiciones minerales de ceniza volante y humo de sílice además del uso de agentes
químicos como los superplastificantes (Behnood, Behnood, Modiri Gharehveran, &
Alyamac, 2017). Todos estos desarrollos, además de muchos otros en la tecnología del
concreto, han permitido obtener concretos con mayores resistencias, aumentando los
desafíos arquitectónicos pero al mismo tiempo con implicaciones estructurales,
económicas y tecnológicas (Mousa, 2017).
La implementación de concretos de alta resistencia hace necesaria también una
revisión de la manera como actualmente se está evaluando su calidad y características,
haciendo énfasis en prácticas del medio local y la validez y confiablidad de los resultados
de los ensayos de resistencia a la compresión en cilindros de concreto. Aunque la
normativa actual contempla los requerimientos mínimos exigidos para la realización de
ensayos de resistencia, en el caso de concretos de alto desempeño, se requiere tener en
cuenta ciertas condiciones particulares que los hacen diferentes a los ensayos sobre
concretos convencionales.
El refrentado de los cilindros, es uno de los aspectos que influye en los resultados de
un ensayo de compresión axial, este consiste en la nivelación de la superficie de la probeta
buscando corregir los defectos de planicidad y paralelismo entre caras. Esto tiene que ver
con la coincidencia entre la probeta y la prensa de carga, la cual debe generar una
2 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de
cilindros de concreto de alta resistencia
distribución de cargas uniforme de esfuerzos axiales en toda la superficie durante todo el
proceso. El parámetro del refrentado y su influencia ha sido estudiado previamente por Ali
Mirza & Johnson, en donde se evalúa la influencia de este en los resultados obtenidos en
concretos de resistencias normales (Ali Mirza & Johnson, 1996).
Localmente rige como principal disposición normativa el Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente NSR-10 (AIS, 2010b), el cual se establece a partir de la
Ley 400 de 1997. Este relaciona varias Normas Técnicas Colombianas (NTC) e
internacionales (ASTM). El título C de la NSR-10 (AIS, 2010a) define las condiciones y
parámetros de durabilidad, calidad, mezclado y colocación del concreto estructural.
Adicionalmente, la NTC 550 correspondiente a la ASTM C31, establece los requisitos
mínimos para la fabricación y curado de los cilindros (ICONTEC, 2000). Por otra parte, la
NTC 673 (ICONTEC, 2010) o ASTM C39, presenta el método de ensayo de compresión
axial en cilindros de concreto. Los métodos de refrentado se encuentran definidos en la
norma NTC 504 (ICONTEC, 1995b) y ASTM C167, para sistemas adheridos y NTC 3708
(ICONTEC, 1995a) o ASTM C1231 para sistemas no adheridos.
En los sistemas de refrentado adheridos se definen dos tipos, cemento con yeso y
morteros de azufre, los cuales en primera instancia deben tener una resistencia mayor a
la resistencia del concreto que será ensayado. Adicionalmente se definen tolerancias
geométricas y parámetros mínimos aceptados. Para los refrentados no adheridos, la
norma los restringe a concretos entre 10 y 50 Mpa. Sin embargo, estos se utilizan
regularmente en nuestro medio para todo tipo de resistencias reduciendo el número de
usos a los que se someten pensando que, con menos usos, se satisface parcialmente el
anterior requisito normativo.
Localmente, se han identificado 3 tipos de refrentado implementados en los ensayos
de compresión axial: capinado con azufre, almohadillas de neopreno y pulido mediante
corte. Según estudios de Delibes & Gonzalez, los diferentes tipos de refrentado generan
variaciones en los resultados de resistencia en el concreto de resistencia normal (Delibes
& Gonzalez, 1976). Adicionalmente, en algunas aplicaciones se usan mezclas de corte
con almohadillas de neopreno. Los anteriores métodos se han estudiado y se conocen
muy bien desde hace un tiempo considerable, aunque estos están aplicados a concretos
Introducción 3
de resistencias normales. Al respecto, se pretende mediante esta investigación actualizar
estos datos y aplicarlos a concretos de alta resistencia en el medio local colombiano.
Finalmente, se reconoce que existe abundante información de la influencia de varios
parámetros del ensayo de compresión axial para concretos de resistencia normal; sin
embargo, para concretos de alta resistencia la información disponible es limitada. Esto,
evidentemente conlleva a varios problemas técnicos en el sector de la construcción, pues
existe un vacío en el conocimiento al respecto, donde los ensayos de compresión axial se
están realizando de la misma manera en concretos normales y en concretos de alta
resistencia. Mediante esta investigación se espera entonces contribuir al conocimiento
necesario para garantizar que la evaluación de esta característica en concretos de alta
resistencia sea lo suficientemente confiable.
1. Planteamiento del problema
1.1 Justificación
El refrentado, mostrado en la Figura 1-1, es utilizado para la nivelación de la superficie
de contacto del cilindro de concreto y ha sido estudiado demostrando que diferentes tipos
y características afectan los resultados de compresión obtenidos en el ensayo de
compresión axial en concretos normales (Ali Mirza & Johnson, 1996). Es importante notar,
que estos estudios son de 1996 y no están actualizados, principalmente teniendo en cuenta
el gran aumento en las resistencias de los concretos.
Figura 1-1: Refrentado
Nombre de la fuente: (Elaboración propia)
Actualmente en Colombia, no se tiene en cuenta la influencia que puede tener el
refrentado en los resultados, eligiendo la opción de más fácil acceso para quien realiza el
ensayo, ya que normativamente se contemplan varios tipos posibles.
En este sentido, la investigación da un aporte en tres grandes áreas, como se muestra
en la Figura 1-2, falta de conocimiento, innovación y sostenibilidad. El aporte al
conocimiento en la construcción se evidencia en cuanto a que no se está considerando
cómo estas variables pueden afectar los resultados de los ensayos de compresión en
6 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
concretos de alta resistencia, ya que han sido estudiadas en el pasado en concretos de
resistencias normales. Pero la innovación y búsqueda de la sostenibilidad en la
construcción, permitió la entrada de concretos de altas resistencias con todos los beneficios
que trae consigo, en este sentido, también debe innovarse con respecto a cómo se están
realizando las pruebas a estos materiales, proponiendo ideas nuevas (Montoya, 2004)
como las de esta investigación.
Dicha innovación, permite así mismo, aportar a la sostenibilidad en cuanto a la
implementación de este tipo de materiales, ya que viéndola desde un punto de vista social
y económico (Polanco, Ramírez, & Orozco, 2016), permite la obtención confiable de las
propiedades del concreto que se están utilizando, reduciendo reparaciones o posibles
fallos de la estructura a causa de errores en la resistencia del material.
Figura 1-2: Aporte de la investigación
Nombre de la fuente: Elaboración propia
No se conoce si la
influencia del refrentado
es diferente en concretos
normales y concretos de
alta resistencia
Aumenta la confiabilidad de
los resultados de ensayos
de compresión axial,
reduciendo reparaciones y
posibles fallos
Propone ideas nuevas de cómo se realizan los ensayos de compresión
axial en cilindros de concreto de alta resistencia
Planteamiento del problema 7
Finalmente, existe información de la influencia de muchos parámetros en pruebas y
ensayos para concretos de resistencias normales, pero no así para concretos de alta
resistencia. Esto, evidentemente conlleva a un problema técnico de la construcción, sin
embargo, también existe un vacío en el conocimiento, ya que los ensayos de compresión
axial se están realizando de la misma manera en concretos normales y concretos de alta
resistencia. Estos vacíos en el conocimiento podrán sustentarse cuando se tenga evidencia
experimental de que algunas variables afectan los resultados, de manera diferente, en
concretos de resistencias normales y concretos de alta resistencia.
1.2 Preguntas de investigación
▪ ¿El tipo y características del refrentado afectan los resultados de los ensayos de
compresión axial en cilindros de concreto de alta resistencia?
▪ ¿Existe diferencia entre la variabilidad de los resultados de resistencia normal y los de
alta resistencia, según el tipo de refrentado?
▪ ¿Hay relación entre el tipo de refrentado y el mecanismo o tipo de falla presentado en
la muestra?
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo general
▪ Determinar la influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial en
cilindros de concreto normal y alta resistencia.
1.3.2 Objetivos específicos
▪ Obtener y realizar ensayos de compresión axial a los cilindros de concreto de 3
diferentes resistencias con 4 tipos de refrentado seleccionados.
▪ Realizar un análisis estadístico que permita comparar la variabilidad de los resultados
con respecto al tipo de refrentado y resistencia del concreto de las muestras evaluadas.
▪ Correlacionar los diferentes tipos de falla presentados durante los ensayos de
compresión axial con los tipos de refrentado utilizados.
2. Marco teórico
2.1 Concretos de alta resistencia
Actualmente la investigación de concretos busca mejorar diferentes propiedades:
durabilidad, altas resistencias, sostenibilidad, comportamiento a altas y bajas
temperaturas, comportamiento en ambientes salinos, conductividad eléctrica, auto
reparación, entre otros.
Para el mejoramiento de la resistencia máxima del concreto, existen diferentes
metodologías y diseños de mezcla, una de estas es la adición de fibras metálicas, ya que
a mayor porcentaje de fibras en la mezcla, mayor resistencia a compresión y mayor
capacidad de deformación en el momento de la falla, disminuyendo el módulo de
elasticidad (Julián, Giovanni, & William, 2013). Adicionalmente, se mejoran las
capacidades de resistencia a flexión y la tenacidad del elemento (Carrillo & Silva-Páramo,
2016). Todo esto, ya que las fibras controlan el mecanismo de falla del concreto,
cambiando su comportamiento (Su & Lin, 2017).
Otra metodología para la obtención de concretos de altas resistencias tiene que ver con
la adición de algunos elementos a la mezcla. Un concreto normal, consta de cemento
Portland, agregados finos/gruesos y agua (Behnood et al., 2017). Mientras que para la
obtención de concretos de altas resistencias, es necesario ser muy estrictos con las
gradación de los materiales (Shen et al., 2017), ya que esto mejora las condiciones de
contacto entre todas las partículas al interior del elemento. Además, existen adiciones
como el humo de sílice y cenizas volantes necesarias para lograr concretos de estas
características (Behnood et al., 2017). Estas adiciones permiten lograr los resultados
esperados disminuyendo la utilización de cemento (Mousa, 2017), y reduciendo costos y
contaminación por la producción del material cementante.
10 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Por otro lado, se busca disminuir la relación agua – material cementante (w/c), ya que
esto mejora la resistencia del concreto (Piasta & Zarzycki, 2017), pero reduce en gran
medida la trabajabilidad del material, por lo que deben adicionarse súper-plastificantes
(Behnood et al., 2017) los cuales deben tener un control estricto ya que aumentan la
posibilidad de fisuración del material (Holt & Leivo, 2004).
Adicionalmente, el curado se convierte en una etapa clave para alcanzar las resistencias
esperadas. Existen métodos como cubiertas húmedas o agua pulverizada (Zeyad, 2017)
que permiten la hidratación adecuada del material cementante y reducen la evaporación.
En este sentido, además de alcanzar la resistencia esperada, también mejora las
condiciones de durabilidad del material (Panesar, Aqel, Rhead, & Schell, 2017), ya que al
disminuir la evaporación, se disminuye la retracción del concreto que finalmente se traduce
en la reducción de la posibilidad de presentar fisuraciones (Holt & Leivo, 2004).
Finalmente, ensayos de concreto de alta resistencia permiten ver relaciones directas
entre algunas variables. A mayor tamaño máximo de agregado, mayor resistencia a
compresión (Uddin, Mahmood, Kamal, Yashin, & Zihan, 2017), pero se reduce la
resistencia máxima a flexión y aumenta su permeabilidad (Yoo & Banthia, 2017). Otra
relación tiene que ver con la cantidad de cemento, ya que, a mayor cantidad, mayor
resistencia a compresión, pero esto está acotado para tamaños máximos de partícula de
hasta 8 mm, ya que para tamaños mayores no hay incidencia en la compresión (Grabiec,
Zawal, & Szulc, 2015). Las bajas temperaturas, disminuyen la resistencia, la capacidad de
deformación y el módulo de elasticidad además de aumentar la fragilidad del material (Xie,
Li, & Wu, 2014). Por último, con respecto a los ensayos implementados, se ha demostrado
que el aumento del diámetro de los cilindros sin cambiar su altura, disminuye la resistencia
a compresión (Muciaccia, Rosati, & Di Luzio, 2017) incluso se ha descubierto que cambiar
el tipo de ensayo, cambia los mecanismos de falla del elemento (Wang, Feng, Hao, & Yue,
2017), lo que lleva a pensar que se alteran también los resultados.
2.2 Ensayos y Normativa
En Colombia existe el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-
10 (AIS, 2010b) el cual está referenciado en la Ley 400 de 1997 y se basa en Normas
Marco teórico 11
Técnicas Colombianas (NTC) y normativa americana American Society for Testing and
Materials (ASTM).
El título C de la NSR 10 tiene que ver con el concreto estructural. Establece los ensayos
requeridos para todos los materiales que componen la mezcla, material cementante,
agregados, agua y acero de refuerzo. También define condiciones y parámetros de
durabilidad, calidad del concreto, mezclado y colocación, estableciendo el número de
ensayos mínimos para la aceptación del concreto, así como las características de los
cilindros (AIS, 2010a).
Con respecto a los cilindros de prueba, existen normas relevantes, NTC 550 (ASTM
C31M) que tienen que ver con la fabricación y curado de los cilindros (ICONTEC, 2000) y
la NTC 673 (ASTM C39, 2016) que habla del ensayo de compresión axial en cilindros de
concreto (ICONTEC, 2010).
La NTC 673 Ensayos de compresión en cilindros de concreto, restringe el uso de esta
norma a concretos con peso unitario mayor a 800 Kg/m3. Además, define las características
de los equipos que deben ser utilizados en el ensayo, las condiciones de carga y los
requisitos geométricos de aceptación de los cilindros, entre estos la superficie plana y
perpendicular de los mismos. Por lo que permite el uso de refrentados, los cuales se
definen en la NTC 504 (ASTM C167), y en la NTC 3708 (ASTM C1231M) Refrentados no
adheridos (ICONTEC, 2010).
La NTC 504, refrentado de especímenes de concreto, define dos tipos, cemento con
yeso y morteros de azufre, para los cuales se establece un primer requisito de tener igual
o mayor resistencia que el concreto en el que van a ser utilizados. Se establecen
tolerancias geométricas y resistencias mínimas aceptadas (ICONTEC, 1995b). El
refrentado, a pesar de estar dentro de la normativa, siempre ha sido un problema en
diferentes áreas de la industria, como por ejemplo en la manufactura de tabletas (Paul &
Sun, 2017). Por lo que, en el área de la construcción amerita un estudio mucho más
detallado de su influencia. Existen estudios de 1996 como el de Ali Mirza y Johnson, donde
se establecen diferencias entre los tipos de refrentado y los resultados de los ensayos y la
diferencia entre diferentes tamaños de muestras en concretos de resistencias normales (Ali
Mirza & Johnson, 1996).
12 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
La NTC 3708 refrentado no adherido, está restringido a concretos entre 10 y 50 Mpa
(ICONTEC, 1995a), sin embargo, son implementados en el medio para todo tipo de
resistencias, por lo que también hacen parte del estudio.
2.3 Refrentado
El refrentado se utiliza para tener una superficie plana en las caras de concreto donde
será aplicada la carga, generando una superficie de referencia que permite la distribución
uniforme de los esfuerzos (Construpedia, 2018). Una superficie con un desnivel de 0.25
mm puede causar una reducción del 66% de la resistencia máxima, por lo que el refrentado
también se utiliza para nivelar estas imperfecciones (Jorge Mario, 2008).
Por otro lado, se ha comprobado que refrentados de neopreno con espesores muy
grandes provocan fallas frágiles, reduciendo la resistencia a compresión de los elementos,
mientras que el refrentado con yeso da mejores resultados (Luis & Reyes, 2010). También,
debe tenerse en cuenta qué tipos de refrentado podrían aumentar la resistencia a
compresión de los elementos, siendo este un error en la obtención de la propiedad, por
ejemplo, mezclas de yeso y caolín, aumentan la resistencia esperada de especímenes de
muretes armados con mampostería (Luis & Reyes, 2010). Por otro lado, los refrentados
con azufre presentan mejores resultados que los refrentados de polvo cemento y pasta
pura, ya que estos generan variaciones en los resultados (Delibes & Gonzalez, 1976). Todo
esto para concretos de resistencia normal.
2.4 Tipos de falla
En la Figura 2-1 se muestra 6 diferentes esquemas considerados como fallas típicas en
los cilindros ensayados a compresión axial. (ICONTEC, 2010). Se incluye el tipo de falla 0
para los casos en que la falla no es visible, esto puede deberse a fallas internas en los
cilindros o micro fisuraciones en el material que causan una baja considerable en la
resistencia, la cual es asumida por el equipo de ensayo como la resistencia máxima
alcanzada, según los parámetros de calibración y sensibilidad dados inicialmente al equipo.
Marco teórico 13
Figura 2-1: Esquemas de modelos de fracturas típicos
Nombre de la fuente: Norma Técnica Colombiana NTC 673 (ICONTEC, 2010)
El tipo de falla 1 corresponde a la presencia de 2 superficies de falla que permitan la
formación de conos en los dos extremos del cilindro. El tipo de falla 2 se diferencia del
primero porque únicamente se forma uno de los conos, ya que en el costado opuesto se
presentan fisuras verticales. El tipo 3 se presenta cuando se producen fisuras únicamente
en sentido vertical, atravesando ambos extremos del cilindro ensayado. Para identificar el
tipo 4 debe visualizarse únicamente una superficie de falla diagonal, se recomienda golpear
suavemente con un martillo, en caso de que también se esté presentando una superficie
de falla en el otro sentido. El tipo 5 corresponde a una falla puntual en uno de los bordes
del cilindro y se diferencia del tipo 6 ya que este último, se presenta en dos bordes del
mismo extremo, dando una superficie puntiaguda (ICONTEC, 2010)
3. Metodología y diseño de la investigación
La metodología de esta investigación se dividió en tres grandes etapas, la primera tiene
que ver con la parte experimental donde se fabricaron las muestras junto con la realización
de los ensayos de resistencia a la compresión. La segunda etapa corresponde al análisis
de tipos de falla relacionándolos con el refrentado implementado y finalmente la tercera
corresponde a la realización de análisis estadísticos del comportamiento de los resultados
de los ensayos de compresión axial y su variabilidad.
3.1 Etapa 1: Obtención y preparación de muestras de concreto y ensayos de compresión axial
El principal objetivo de la investigación consistió en evaluar la variabilidad y dispersión
de los resultados del ensayo de compresión axial en cilindros de concreto de diferentes
resistencias, probando 4 tipos de refrentado, pulido del concreto, almohadillas de
neopreno, capinado con azufre y una mezcla de concreto pulido con almohadillas de
neopreno. En este sentido, se fabricaron de manera controlada 3 tipos de concreto, con el
fin de tener 3 agrupaciones de resistencias diferentes, con dos bachadas por tipo, cada
una de 30 especímenes. La Tabla 3-1 muestra los diferentes grupos de muestras obtenidas
de un mismo tipo de concreto. La Tabla 3-2, Tabla 3-3 y Tabla 3-4 muestran las
dosificaciones de cada mezcla para cada uno de los concretos evaluados.
Metodología y diseño de la investigación 15
Tabla 3-1: Muestras de concreto por grupo de un mismo tipo
Nombre de la fuente: Elaboración Propia
Tabla 3-2: Composición de la mezcla Concreto A y D
Nombre de la fuente: Elaboración Propia
Tabla 3-3: Composición de la mezcla Concreto B y E
Nombre de la fuente: Elaboración Propia
16 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Tabla 3-4: Composición de la mezcla Concreto C y F
Nombre de la fuente: Elaboración Propia
Como puede verse en la Tabla 3-1, se fabricaron 30 muestras por bachada, las cuales
se pueden considerar de iguales características y condiciones. En este sentido, se planteó
utilizar 7 especímenes para cada tipo de refrentado, con el fin de que las mismas sean
comparables entre sí, como se muestra en la Tabla 3-5.
Tabla 3-5: Cantidad de muestras por tipo de refrentado
Nombre de la fuente: Elaboración Propia
Los dos especímenes restantes fueron usados como testigos en el caso de que se
presentara alguna condición especial durante el ensayo y que causara la pérdida del
resultado. Los ensayos de compresión axial fueron realizados a los 56 días de fundido,
principalmente con el objeto de garantizar la suficiente madurez del concreto, evitando así
que algunas de las mezclas adicionadas con ceniza volante pudieran generar una
disminución en la ganancia de resistencia. Durante el curado todos los cilindros se
mantuvieron en una piscina de agua con cal con temperatura controlada a 23.5 2C. Los
cilindros utilizados tuvieron dimensiones nominales de 100 mm de diámetro, por 200 mm
de altura.
Metodología y diseño de la investigación 17
El pulido de los cilindros se realizó mediante un equipo diseñado exclusivamente para
esta actividad. El objeto fue garantizar la planicidad y ortogonalidad de la superficie del
espécimen como se muestra en la Fotografía 3-1 cumpliendo en todos los casos las
tolerancias dadas por norma.
Fotografía 3-1: Pulido de cilindros y verificaciones de planicidad
Nombre de la fuente: Elaboración Propia
En el refrentado con azufre, se tuvieron en cuenta todas las medidas de seguridad
industrial necesarias según la NTC 504 (ICONTEC, 1995b). La Fotografía 3-2 muestra la
forma como se realizó la actividad y la apariencia de los cilindros recién capinados.
Fotografía 3-2: Capinado con azufre
Nombre de la fuente: Elaboración Propia
18 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Para el refrentado mediante almohadillas de neopreno, se seleccionaron almohadillas
de dureza 70 utilizándolas un máximo de 50 repeticiones, esto para evitar deformaciones
permanentes que distorsionen los resultados del ensayo, esto de acuerdo con la NTC 504
(ICONTEC, 1995b).
Después de preparados todos los cilindros, se procede a realizar los ensayos de
compresión axial, en el equipo con consola automática “Automax Smart Line” y bomba
hidráulica controlada mediante microprocesador, pantalla, teclado (DIRIMPEX, 2018a).
Además de un marco de carga de 1.500 kN de capacidad, con pistón hidráulico inferior,
dos platos de carga 18.3 cm de diámetro y compuerta de seguridad (DIRIMPEX, 2018b).
La Fotografía 3-3, muestra el equipo implementado para todos los ensayos de compresión
axial.
Fotografía 3-3: Equipo de ensayos a compresión axial
Nombre de la fuente: Elaboración Propia
La prueba es realizada según la norma técnica 673 (ICONTEC, 2010), con los
parámetros adecuados de velocidad de aplicación de carga en 0.25 MPa por segundo y
una sensibilidad de 14 kN.
Metodología y diseño de la investigación 19
3.2 Etapa 2: Análisis de tipos de fallas
Como se mencionó anteriormente en la Figura 2-1 se muestran diferentes tipos de fallas
reconocidos en la norma técnica colombiana NTC 673 (ICONTEC, 2010). En este sentido,
esta etapa de la investigación consiste en el análisis de relaciones entre los tipos de falla
presentes en cada uno de los ensayos y el tipo de refrentado implementado para cada
caso.
Para realizar esta identificación, inicialmente fue necesario registrar en fotografías, el
estado final del cilindro de concreto después de realizado el ensayo de compresión axial e
identificarlas según su número de muestra, creando una tabla en la que pueda identificarse
fácilmente, que imagen corresponde a cada concreto y tipo de refrentado, como se muestra
en la Tabla 3-6.
Tabla 3-6: Base de tabla de identificación de tipo de falla
Nombre de la fuente: Elaboración propia
De esta manera, es sencillo no solamente identificar el tipo de falla para cada uno de
los casos, sino que adicionalmente puede realizarse un fácil verificación y corrección de
los tipos de falla, según la fotografía incluida y la Figura 2-1 basa en la NTC 673 (ICONTEC,
2010). Incluyendo el tipo de falla 0 para el caso en que no pueda identificarse.
Finalmente, se obtienen los porcentajes de tipos de falla para cada refrentado
implementado en el concreto correspondiente, con el fin de graficar y analizar si existe
relación entre el tipo de falla y el tipo de refrentado en el ensayo de compresión axial.
20 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
3.3 Etapa 3: Análisis Estadístico
Antes de comenzar con el análisis estadístico, es necesario manipular los datos, según
las unidades con las que el equipo de ensayos trabaja, en este caso la carga máxima
resistida por un cilindro es mostrada por el equipo en kN. En este sentido, es necesario
conocer el área exacta del cilindro para tener unidades de resistencia en Mpa o PSI.
Para conocer, el área de los cilindros, fue necesario realizar varias mediciones de
diámetro con un equipo digital, como se muestra en la Fotografía 3-4, con las cuales se
obtiene el diámetro promedio del cilindro con el que se trabajará (ecuación 3.1), donde el
área corresponde a la superficie de aplicación de la carga.
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑀𝑝𝑎 =𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑘𝑁
(Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑒𝑛 𝑚2∗1000) Ecuación 3.1
Fotografía 3-4: Medición de diámetros de los cilindros
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Continuando, debe revisarse la consistencia de los datos con el objeto de determinar
posibles datos experimentales que pudieran ser considerados atípicos. Los datos atípicos
pueden ser originados por diferentes razones, entre las cuales se pueden incluir pequeñas
variaciones en la dosificación, condiciones de preparación del concreto, los procesos de
curado y transporte o variaciones debido al método de ensayo. Estos datos atípicos
debidos a condiciones externas no fueron tenidos en cuenta durante el análisis de los
Metodología y diseño de la investigación 21
resultados, y su determinación se realizó según la ASTM E178-16a (ASTM E178-16a,
2018).
En este sentido, dicha norma presenta dos criterios, el primero es el “Criterio para único
valor atípico” en este, se obtiene un dato adimensional llamado el Criterio de Prueba Tn,
siendo diferente para los valores máximos (ecuación 3.1) y los valores mínimos (ecuación
3.2):
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑇𝑛 =(𝑥𝑛−�̅�)
𝑠 Ecuación 3.1
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜: 𝑇𝑛 =(�̅�−𝑥1)
𝑠 Ecuación 3.2
Siendo s la desviación estándar estimada de la población, basada en la muestra
(ecuación 3.3):
𝑠 = √∑ (𝑥𝑖−�̅�)2𝑛
𝑖=1
𝑛−1 Ecuación 3.3
El valor Tn debe compararse con el valor T de la Tabla 3-7, para lo cual, se analizó la
columna con un nivel de significancia del 5% para este caso en particular. Si Tn > T el dato
debe ser descartado y es considerado como un dato atípico, pero si Tn < T, el dato debe
mantenerse para los demás análisis.
Adicionalmente, se aplica el segundo criterio para tener certeza de los datos
susceptibles de ser descartados. Este se conoce como el “Criterio de Dixon para un único
valor atípico”. El cual consiste en obtener un valor r (ecuaciones 3.4 y 3.5), según el número
de datos, y compararlo con el nivel de significancia deseado según la Tabla 3-8
El valor r se calcula según,
Si 3 ≤ 𝑛 ≤ 7 entonces:
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟: 𝑟 =(𝑥2−𝑥1)
(𝑥𝑛−𝑥1) Ecuación 3.4
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟: 𝑟 =(𝑥𝑛−𝑥𝑛−1)
(𝑥𝑛−𝑥1) Ecuación 3.5
El valor r se compara con el valor dado en la Tabla 3-8, para la cual, se analiza también
la segunda columna con un nivel de significancia del 5%. Si r > al valor, el dato debe ser
descartado y es considerado como un dato atípico, pero si r < al valor dado, el dato debe
mantenerse para los demás análisis, de manera similar que en el criterio anterior.
22 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Tabla 3-7: Valor T para datos críticos - Criterio para un único valor atípico
Nombre de la fuente: Standard practice for dealing with outlying observations (ASTM
E178-16a, 2018)
Metodología y diseño de la investigación 23
Tabla 3-8: Valor r para datos críticos - Criterio de Dixon para un único valor atípico
Nombre de la fuente: Standard practice for dealing with outlying observations (ASTM
E178-16a, 2018)
24 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Después de realizada la depuración de los datos atípicos, es importante tener en cuenta
que el objetivo principal de la investigación fue identificar la influencia del tipo de refrentado
sobre la variabilidad de los resultados de resistencia para concretos de alta resistencia, por
lo que se hará la comparación de todos los resultados obtenidos para las muestras en
iguales condiciones. En este sentido, se plantea realizar un análisis ANOVA (análisis de
varianza) de un solo factor (Minitab 18, 2018), con el fin de identificar si las medias tienen
una diferencia estadísticamente significativa o no, definiendo si los métodos de refrentado
propician diferencias en los resultados de los ensayos. Todo el tema ANOVA es
profundizado en documentos como el presentado por Terrádez & Juan (Terrádez & Juan,
2010).
Inicialmente para realizar un análisis ANOVA, es necesario que los datos cumplan con
los siguientes requisitos:
- Distribución Normal
- Igualdad de varianzas
Por lo que antes de realizar dicho análisis, deben comprobarse que se cumplen.
Distribución Normal:
Con el objeto de comprobar que los datos experimentales de resistencia tienen una
distribución normal, se realizó una prueba de normalidad, mediante la cual se plantearon
las siguientes hipótesis (Minitab Inc, 2019c):
H0= Los datos presentan una distribución normal
H1= Los datos NO presentan una distribución normal
De manera general, se tienen dos posibles resultados en la prueba:
Valor p ≤ α: Se rechaza H0 (Se concluye que los datos no siguen una distribución
normal).
Valor p > α: No se puede rechazar H0 (No puede concluirse que los datos no siguen
una distribución normal)
Para definir que los datos se ajustan a una distribución normal, es necesario que se
cumpla que el valor p > α y que la gráfica de distribución de probabilidad sea simétrica
Metodología y diseño de la investigación 25
respecto a sus medias. Para realizar los diferentes análisis estadísticos se utilizó el
programa MINITAB 18.
Igualdad de Varianzas:
Para comprobar la igualdad de varianzas o que la diferencia entre varianzas no es
estadísticamente significativa se plantearon las siguientes hipótesis (Minitab Inc, 2019a).
H0= Todas las varianzas son iguales
H1= No todas las varianzas son iguales
De manera general, se tienen dos posibles resultados en la prueba:
Valor p ≤ α: Se rechaza H0 (Se concluye que al menos una de las varianzas es
diferente).
Valor p > α: No se puede rechazar H0 (Se concluye que ninguna de las diferencias entre
los grupos es estadísticamente significativas).
ANOVA:
Finalmente, después de comprobar que los datos siguen una distribución normal y que
presentan igualdad de varianzas, se procedió a realizar un análisis ANOVA, el cual a su
vez tiene las siguientes hipótesis (Minitab Inc, 2019b):
H0= Las medias de la población son iguales
H1= Las medias de la población son diferentes
Al igual que en los análisis anteriores, se tienen dos posibles resultados en la prueba:
Valor p ≤ α: Se rechaza H0 (Se concluye que al menos dos medías presentan
diferencias estadísticamente significativas).
Valor p > α: No se puede rechazar H0 (se concluye que las media no presentan
diferencias estadísticamente significativas).
Adicionalmente, para reforzar el resultado, se realizaron análisis a partir de dos
procedimientos de comparación, las pruebas TUKEY permiten definir las características
estadísticas de varios grupos de la población. Estas pruebas se basan inicialmente en las
diferencias entre las medias.
4. Resultados y análisis
Inicialmente debe comentarse que se presentaron fallas de todo tipo, algunas como la
de la Fotografía 4-1, en las que no es visible ya que puede micro fisurarse o presentar
fracturas internas, otras como la Fotografía 4-2, con fracturas en los bordes.
Adicionalmente, se presentan casos con superficies de falla diagonales como la Fotografía
4-3 y finalmente otras explosivas como la Fotografía 4-4, la mayoría de estas en los
cilindros de alta resistencia.
Fotografía 4-1: Falla no visible
Nombre de la fuente: Elaboración propia
En la Fotografía 4-1 pueden verse tres casos de fallas no visibles para diferentes
resistencias. En los concretos de mayor resistencia, no se presentaron fallas en las que no
fuera visible el mecanismo, ya que estos concretos son más frágiles y en el momento de
llegar a su resistencia máxima liberan energía considerable que marca el mecanismo de
falla evidenciado. En los casos que más se presentó este tipo de falla, fue para concretos
de menor resistencia y principalmente con refrentados pulidos. En esta investigación, este
caso será reconocido como tipo de falla 0.
Resultados y análisis 27
Fotografía 4-2: Falla con rotura en bordes
Nombre de la fuente: Elaboración propia
La Fotografía 4-2 muestra tres casos con fallas de borde. El primero de estos, se
evidencia una falla en el borde sin que se desprenda completamente el material, en el
segundo ejemplo el material se desprende completamente y en el tercera con un capinado
de azufre, puede verse una falla en el borde superior que no es tan notoria como en el
primer caso, sin embargo, también es reconocida dentro de estos tipos de falla. Estos
casos son reconocidos como tipos de falla 5 y 6 según la Figura 2-1 de la NTC 673
(ICONTEC, 2010).
Fotografía 4-3: Superficies de falla diagonales
Nombre de la fuente: Elaboración propia
28 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
El tercer mecanismo de falla se muestra en la Fotografía 4-3 con superficies de falla
diagonales, presentando también tres ejemplos, donde el primero corresponde a una
fractura diagonal sin fisuras a través de los extremos superior e inferior, en la NTC 673 es
reconocida como falla tipo 4. Los dos ejemplos siguientes corresponden a los tipos 1 y 2
sucesivamente, la diferencia es que en el tipo 1 queda dos conos bien formados en la parte
superior e inferior mientras que en el tipo 2 solo se presenta un cono bien formado ya que
el otro extremo presenta fisuras verticales (ICONTEC, 2010).
Fotografía 4-4: Falla Explosiva
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Finalmente, en la Fotografía 4-4 se muestran tres ejemplos de fallas explosivas, en los
tres casos pueden verse como se presentan fisuras verticales como columnas que pasan
de extremo a extremo y no permite la formación de conos identificables en ninguno de los
extremos, según la NTC 673 esta falla se reconoce como falla de tipo 3 (ICONTEC, 2010).
A continuación, y como se mencionó en la Etapa 2 de la metodología, se procede a la
creación de la Tabla 4-1, Tabla 4-2, Tabla 4-3 y Tabla 4-4 en las cuales se clasifican los
tipos de falla para cada elemento ensayado, basadas en la Tabla 3-6. Es importante
resaltar que la casillas con color amarillo, son las correspondientes a los valores de
resistencia descartados que fueron mencionados en la metodología etapa 3, según la
ASTM E178-16a (ASTM E178-16a, 2018). Sin embargo, el tipo de falla de estas muestras
descartadas, si se tuvo en cuenta en este análisis. Es importante aclarar que la selección
de un tipo de falla tiene una variable subjetiva muy grande, por lo que se presentan todas
las imágenes para permitir al lector realizar y variar el tipo según su opinión.
Resultados y análisis 29
Tabla 4-1: Clasificación de fallas refrentado pulido
CLASIFICACIÓN DE FALLAS
Refrentado Concreto A Falla Concreto B Falla Concreto C Falla Concreto D Falla Concreto E Falla Concreto F Falla
Pulido 1
0
4
3
0
0
0
Pulido 2
0
2
4
0
0
4
Pulido 3
0
3
3
0
5
4
Pulido 4
0
2
3
0
4
4
Pulido 5
0
4
4
0
4
4
Pulido 6
0
4
4
0
4
4
Pulido 7
0
4
4
0
3
4
Nombre de la fuente: Elaboración propia
La Tabla 4-1 corresponde a la clasificación de las fallas para el refrentado pulido,
pueden verse en la columnas los concretos A, B, C, D, E y F respectivamente
acompañados por el tipo de falla de 0 a 6 según la Figura 2-1 de las NTC 673 (ICONTEC,
30 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
2010). Es importante resaltar que se incluye el tipo de falla 0 para el caso en el que no sea
visible el mecanismo.
Tabla 4-2: Clasificación de fallas refrentado con neopreno
CLASIFICACIÓN DE FALLAS
Refrentado Concreto A Falla Concreto B Falla Concreto C Falla Concreto D Falla Concreto E Falla Concreto F Falla
Neopreno 1
4
3
3
5
3
3
Neopreno 2
5
3
3
4
3
3
Neopreno 3
5
3
2
5
5
2
Neopreno 4
5
3
3
5
5
4
Neopreno 5
5
3
5
5
SIN
FOTOGRAFÍA
4
Neopreno 6
5
5
5
5
4
3
Neopreno 7
5
3
3
4
3
3
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Resultados y análisis 31
La Tabla 4-2, corresponde al refrentado no adherido con almohadillas de neopreno.
Como puede verse hace falta la fotografía para la muestra 5 del concreto E de 6000 PSI,
en este sentido, no se tiene una cuenta esta muestra para el análisis de tipos de falla,
dando un total de 6 muestras con neopreno para este concreto.
Tabla 4-3: Clasificación de fallas refrentado pulido + neopreno
CLASIFICACIÓN DE FALLAS
Refrentado Concreto A Falla Concreto B Falla Concreto C Falla Concreto D Falla Concreto E Falla Concreto F Falla
Pulido +
Neopreno 1
5
5
SIN FOTOGRAFÍA
5
5
5
Pulido +
Neopreno 2
5
1
1
4
5
3
Pulido +
Neopreno 3
5
3
3
5
5
3
Pulido +
Neopreno 4
5
3
3
5
3
2
Pulido + Neopreno 5
5
1
3
5
3
2
Pulido + Neopreno 6
4
3
3
5
3
5
Pulido +
Neopreno 7
5
3
2
5
5
3
Nombre de la fuente: Elaboración propia
32 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
La Tabla 4-3, corresponde al refrentado pulido incluyéndole almohadillas de neopreno.
Para este caso, al igual que en el refrentado solo con neopreno, hace falta una fotografía
para el concreto B de 6000 PSI, al igual que en el caso anterior, no se tendrá en cuenta
está muestra en este análisis especifico.
Tabla 4-4: Clasificación de fallas capinado con azufre
CLASIFICACIÓN DE FALLAS
Refrentado Concreto A Falla Concreto B Falla Concreto C Falla Concreto D Falla Concreto E Falla Concreto F Falla
Capinado
con Azufre 1
5
0
5
3
4
3
Capinado
con Azufre 2
3
5
3
5
4
3
Capinado
con Azufre 3
0
4
2
0
3
5
Capinado
con Azufre 4
3
5
3
0
3
4
Capinado
con Azufre 5
0
2
3
0
3
5
Capinado con Azufre 6
5
5
5
0
5
5
Capinado con Azufre 7
NO SE
REALIZÓ
1
NO SE
REALIZÓ
0
5
5
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Resultados y análisis 33
Finalmente en la Tabla 4-4, puede verse la clasificación de fallas para capinado con
azufre, en este caso debe mencionarse que no se realizaron ensayos para las muestras
número 7 en el concreto A y B, esto ya que durante la preparación de las muestras se
perdieron estos cilindros.
Continuando con el análisis, es necesario definir los porcentajes de ocurrencia de cada
tipo de falla según el refrentado utilizado. Para esto debe tenerse en cuenta el número de
muestras evaluado y la cantidad de veces que se repite un mismo tipo de falla, generando
la Gráfica 4-1, Gráfica 4-2, Gráfica 4-3, Gráfica 4-4, Gráfica 4-5 y Gráfica 4-6,
correspondiente a cada concreto A, D, B, E, C y F respectivamente.
Gráfica 4-1 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto A
Nombre de la fuente: Elaboración propia
34 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Gráfica 4-2 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto D
Nombre de la fuente: Elaboración propia
La Gráfica 4-1 y Gráfica 4-2 correspondiente a los concretos de resistencia normales,
muestran un comportamiento similar, donde los cilindros pulidos no presentan fallas
visibles en ninguno de los casos, los refrentados con almohadillas de neopreno (no
adheridos) presentan mayormente fallas de tipo 5, correspondiente a la fractura de uno de
los bordes y tipo 4 con fractura diagonal atravesando completamente el cilindro.
Finalmente, el capinado con azufre presenta tipos de falla 3, con fisuras verticales, tipo 5
o no presenta fallas visibles. Lo más importante en estos dos casos es la homogeneidad
de resultados en las dos bachadas de concreto A y D, permitiendo ver una tendencia de
comportamiento similar en los dos casos.
Resultados y análisis 35
Gráfica 4-3 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto B
Nombre de la fuente: Elaboración propia
La Gráfica 4-3 correspondiente al Concreto B muestra un comportamiento muy variable,
sin posibilidad de identificar con claridad relaciones entre tipo de falla y refrentado
implementado. Únicamente en el caso de refrentados no adheridos, puede verse que la
falla tipo 3 es las más frecuente. Sin embargo, no es un resultado que pueda visualizarse
claramente en la Gráfica 4-4 con concreto D con resistencia similar.
36 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Gráfica 4-4 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto E
Nombre de la fuente: Elaboración propia
En este sentido, la Gráfica 4-3 y Gráfica 4-4 correspondientes a concretos de resistencia
media, no presentan un comportamiento claramente igual, a pesar de que pueden
encontrarse ciertas similitudes.
Resultados y análisis 37
Gráfica 4-5 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto C
Nombre de la fuente: Elaboración propia
La Gráfica 4-5 correspondiente al Concreto C de alta resistencia, muestra que el tipo de
falla más frecuente en todos los refrentados fue el tipo 3, sin embargo al igual que en el
caso anterior, no se evidencia claramente un comportamiento similar con la Gráfica 4-6 del
concreto F también considerado de alta resistencia.
38 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Gráfica 4-6 Porcentajes de tipo de falla según refrentado para Concreto F
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Finalmente, puede decirse los concretos de resistencia normal presentan fallas
controladas, ya que se evidencia el mismo comportamiento en los dos grupos ensayados,
y a medida que aumenta la resistencia se pierde control con respecto al mecanismo de
falla presente.
Como complemento de este análisis, se presenta la Gráfica 4-7, la cual corresponde a
la unificación de todos los concretos, dejando únicamente como variable el tipo de
refrentado implementado y si tener en cuenta la resistencia del concreto.
Resultados y análisis 39
Gráfica 4-7 Porcentajes de tipo de falla según refrentado sin tener en cuenta la resistencia
del concreto
Nombre de la fuente: Elaboración propia
De manera general, puede decirse que en el refrentado pulido, los tipos de fallas más
presentados son el tipo 4 con un 40% y la falla no visible en un 41% sin presentar fallas de
tipo 1 ni 6. El de almohadillas de neopreno, las fallas más presentadas fueron de tipo 3 y
tipo 5 con 41% y 39% respectivamente, sin presentar fallas de tipo 1, ni 6 y siempre siendo
visible. Continuando con el pulido + neopreno, al igual que en el caso anterior las fallas
más representativas son de tipo 5 y tipo 3 con 47% y 34% respectivamente, y presentando
siempre fallas visibles, en este caso no se evidenciaron fallas de tipo 6. Finalmente, en el
caso de capinado con azufre, los porcentajes presentados son muy parejos entre sí,
presentando mayor frecuencia en tipo 5 con 35%, tipo 3 con 28% y fallas no visibles en un
20%. El único tipo de falla no presentado fue el tipo 6.
40 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Posterior al análisis de tipo de falla, se procede con el cálculo de la resistencia máxima
a compresión para cada uno de los grupos de concreto evaluado con los cuatro diferentes
tipos de refrentado. A continuación, se presentan los resultados de resistencia máxima de
todos los cilindros evaluados.
Tabla 4-5: Resistencia máxima a compresión – Concreto A
Nombre de la fuente: Elaboración propia
La Tabla 4-5 muestra las resistencias máximas obtenidas en el concreto A, el promedio
es aproximadamente 4100 PSI, siendo esta considerada como una resistencia normal en
esta investigación. Las 4 observaciones marcadas con amarillo, fueron retiradas del
Resultados y análisis 41
análisis según la ASTM E178-16a (ASTM E178-16a, 2018), esto será explicado
posteriormente.
La Tabla 4-6 muestra las resistencias máximas obtenidas en las muestras del concreto
B, dando un promedio de aproximadamente 6500 PSI, considerado como una resistencia
media para la investigación. En este caso, solo se dejó de considerar uno de los resultados
de refrentado pulido.
Tabla 4-6: Resistencia máxima a compresión – Concreto B
Nombre de la fuente: Elaboración propia
En la Tabla 4-7 pueden verse las residencias máximas obtenidas en el concreto C, el
promedio de estas es de aproximadamente 9000 PSI considerándolo como alta resistencia
42 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
en la investigación. Para este concreto, al igual que en el anterior, se retiró uno de los
resultados del refrentado pulido, pero adicionalmente se retiraron 4 datos del capinado con
azufre.
Tabla 4-7: Resistencia máxima a compresión – Concreto C
Nombre de la fuente: Elaboración propia
La Tabla 4-8 corresponde a las resistencias máximas obtenidas en el concreto D, dando
un promedio de 4300 PSI aproximadamente y siendo considerada, al igual que el concreto
Resultados y análisis 43
A como resistencia normal. En este caso no fue necesario descartar ninguno de los datos
obtenidos.
Tabla 4-8: Resistencia máxima a compresión – Concreto D
Nombre de la fuente: Elaboración propia
La Tabla 4-9 muestra las resistencias del concreto E con un promedio aproximado de
7400 PSI que junto con el Concreto B es considerado como una resistencia media. Al igual
44 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
que en el concreto anterior, no fue necesario descartar ninguno de los resultados
obtenidos.
Tabla 4-9: Resistencia máxima a compresión – Concreto E
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Finalmente, la Tabla 4-10 presenta los resultados de resistencia máxima a compresión
de los cilindros del concreto F, obteniendo una resistencia promedio aproximada de 9000
Resultados y análisis 45
PSI, siendo considerado junto con el concreto C como alta resistencia. En este caso, para
los análisis siguientes fue necesario descartar uno de los resultados del refrentado pulido
+ neopreno.
Tabla 4-10: Resistencia máxima a compresión – Concreto F
Nombre de la fuente: Elaboración propia
46 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
De manera general, pueden agruparse los diferentes concretos en Tabla 4-11, donde
se muestran los promedios y las agrupaciones definidas, después de realizados los
descartes que serán comentados posteriormente. Como puede verse, el concreto A y D,
son considerados como resistencia normal, el concreto B y E como resistencia media y
finalmente el concreto C y F como alta resistencia, estas agrupaciones serán utilizadas a
lo largo de toda la investigación.
Tabla 4-11: Promedio por tipo de refrentado para cada grupo
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Resultados y análisis 47
La Tabla 4-11 permite la elaboración de la Gráfica 4-8 en la cual se aprecian los
resultados para las diferentes agrupaciones de concreto. Dentro de cada grupo, la primera
columna muestra la media de las resistencias máximas para las muestras pulidas,
seguidas de las muestras con almohadillas de neopreno, la mezcla entre
pulido/almohadillas, y finalmente el capinado con azufre. De manera directa, puede verse
como la variabilidad en los concretos A y D (4000 psi) es muy baja, dando prácticamente
el mismo resultado en los 4 tipos de refrentado; sin embargo, a medida que aumenta la
resistencia, las diferencias en los valores de resistencia también aumentan para la misma
clase de concreto.
De manera general, no puede apreciarse una relación directa con respecto a si uno de
los métodos de refrentado aumenta o disminuye las resistencias obtenidas; sin embargo,
en la mayoría de los casos el capinado con azufre generó los resultados más bajos, esto
debido entre otras cosas, a que este método depende directamente de la experiencia de
la persona que lo ejecuta, además de presentar inconvenientes y alteraciones según las
condiciones ambientales en el momento de su realización. Igualmente, puede verse como
el concreto pulido se ubica en el promedio de todos los resultados en la mayoría de los
casos.
Gráfica 4-8 Resistencia máxima promedio para cada grupo de concreto
Nombre de la fuente: Elaboración propia
48 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Adicionalmente, la Gráfica 4-8 también muestra mediante barras de error, la variabilidad
de cada uno de los datos, mostrando la diferencia entre el valor máximo y el mínimo (rango)
para cada uno de los grupos evaluados, debe tenerse en cuenta que estas barras no
consideran los datos atipados descartados.
Profundizando en la variabilidad de los datos, se procede a hacer un análisis de gráficas
de valores individuales en Minitab para cada uno de los concretos, para estas se tendrán
en cuenta todos los valores obtenidos, incluso los datos descartados ya que estos afectan
las conclusiones con respecto al método que más variabilidad presenta. Este tipo de
gráficas permiten visualizar un punto por cada valor real observado en los grupos, lo que
permite evidenciar valores atípicos y dispersiones en la distribución, este análisis es
recomendado para grupos con pocos datos como es el caso, ya que se presentan máximo
7 valores por cada tipo de refrentado (Minitab Inc, 2019d). En este sentido la Gráfica 4-9
muestra los datos para cada tipo de refrentado en el concreto A y D, correspondientes a
concretos de resistencias normales. En el capinado con azufre, puede verse como en el
primer caso se presenta un rango de 11.1 Mpa, sin embargo, este es generado por dos
datos inferiores que pueden ser causado por fallas en el ensayo o las muestras, los demás
valores se encuentran agrupados en la parte alta con una dispersión relativamente baja,
mientras que, en el segundo caso, en el concreto D, el rango no es tan grande siendo
únicamente de 2.1 y presentando una agrupación de varios datos cercanos a la mediana,
con dispersiones relativamente bajas. Para el neopreno, en los dos casos se ven rangos
de 3.0 Mpa y 3.2 Mpa respectivamente, presentando dispersiones medias. El caso del
refrentado mediante pulido del concreto puede verse como para el concreto A representa
los valores más altos y de menor dispersión, dando un rango de 1.6 Mpa. En el caso del
concreto B se presenta una dispersión relativamente baja con 2.3 Mpa de rango.
Finalmente, en pulido + neopreno pueden verse una dispersión baja en el concreto A y una
dispersión mediana en el concreto D, con rangos entre valores máximos y mínimos de 1.5
Mpa y 3.0 Mpa respectivamente.
De manera general puede decirse que los concretos de resistencias normales
evaluados, el método de refrentado que generó menores dispersiones con rangos más
pequeños entre valores máximos y mínimos obtenidos fue el pulido, seguido del pulido +
neopreno, neopreno y finalmente el capinado con azufre, con los mayores rangos de
Resultados y análisis 49
dispersión. Con respecto al método que presentó los mayores o menores valores, no se
presenta de manera evidente con la cantidad de datos evaluada.
Gráfica 4-9: Gráfica de valores individuales concreto A y D
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
La Gráfica 4-10 muestra los datos del concreto B y E correspondientes a las resistencias
medias. Inicialmente, puede verse como los valores de los rangos aumenta con respecto
a los concretos de resistencia normal, generando mayor dispersión en los resultados
obtenidos. El refrentado con azufre, presenta rangos de 10.6 Mpa y 6.0 Mpa, considerados
como dispersiones medias, el neopreno presenta los valores más bajos con 6.9 Mpa y 5.4
Mpa. El pulido para el caso del concreto B presenta datos con rango de 21.2, en los cuales
hay dos valores atípicos, el mayor y el menos de estos, el primero puede ser causado por
condiciones específicas de la muestra ya sea el tamaño de agregados o distribución de
agregados en la mezcla, y el segundo caso se debe a errores en el ensayo o el cilindro.
Lo que deja un rango pequeño con los resultados restantes. En el concreto E, el refrentado
pulido presenta un rango bajo de 5.8 Mpa. El pulido + neopreno, presenta dispersiones
medias con rangos de 7.3 Mpa y 6.1 Mpa.
De manera general, el método que presentó los rangos más bajos fue el Neopreno,
seguido del pulido más neopreno y capinado con azufre, finalmente se presentan las
mayores dispersiones en el pulido. Debe tenerse en cuenta, que este último rango se
encuentra afectado por dos valores atípicos, siendo uno muy alto y el otro muy bajo con
11.1 3.2
2.1
2.3
3.0
3.0
1.6 1.5
50 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
respecto a los demás datos. Nuevamente, no es posible identificar claramente cuál es el
método que genera los resultados mayores o menores.
Gráfica 4-10: Gráfica de valores individuales concreto B y E
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
La Gráfica 4-11 muestra los datos de los concretos C y F de altas resistencia, en el
capinado con azufre, pueden verse rangos altos de 33 Mpa para concreto C y de 7.6 Mpa
en el concreto F. En el primero de los casos debe identificarse que el rango es aumentado
por un valor atípico muy bajo. Continuando con el neopreno, se identifican dispersiones
con rangos bajos de 3.7 Mpa y 5.1 Mpa. En el pulido se presentan rangos de 13 Mpa y 5.0
Mpa considerados como rangos medios y finalmente en el pulido más neopreno se
identifica un rango muy bajo en el concreto C de 2.7 Mpa y uno muy alto en el concreto F
de 20.8 Mpa, este último es generado por un valor atípico muy bajo.
10.6 6.9
21.2
7.3 6.0 5.4
5.8 6.1
Resultados y análisis 51
Gráfica 4-11: Gráfica de valores individuales concreto C y F
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Como conclusión general puede verse como a medida que aumenta la resistencia del
concreto evaluado, la dispersión y magnitud de los rangos aumenta, comenzando con un
promedio aproximado de 3.5 Mpa en concretos normales a rangos de aproximadamente
8.5 Mpa en concretos de resistencia media y finalmente en concretos de alta resistencia
con rangos de aproximadamente 11 Mpa, teniendo en cuenta todos los datos atípicos
observados. Esto también puede apreciarse de manera ilustrativa en la Gráfica 4-12,
donde se agrupan todos los datos sin tener en cuenta el tipo de refrentado utilizado y
dejando como variable únicamente el grupo de concreto. Para las resistencias normales
los rangos son de 12.5 Mpa en el concreto A y de 3.8 Mpa en el concreto D, seguido de
21.2 Mpa y 8.8 Mpa en el concreto B y E respectivamente, considerados como resistencias
medias. Finalmente, los concreto de alta resistencia muestran rangos de 39.8 en el
concreto C y de 21.7 en el concreto F. Esto confirma que al aumentar la resistencia la
magnitud de del rango entre valores máximos y mínimos aumenta.
7.6
5.1 5.0
33.0
13.0
3.7 2.7
20.8
52 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Gráfica 4-12: Gráfica de valores individuales - Concretos A, B, C, D, E y F
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Adicionalmente, puede decirse que los métodos que presentaron menores rangos
corresponden al refrentado de neopreno, seguido del pulido y del pulido + neopreno con
dispersiones similares. Finalmente se ubica el método de capinado con azufre con los
rangos de mayor valor. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que este análisis considera
los valores atípicos y adicionalmente tiene en cuenta únicamente los rangos de los valores
independientes, esto no es un análisis completo de cómo se comporta la variabilidad y la
manera en que el tipo de refrentado la afecta.
En este sentido y para tener más seguridad con respecto al comportamiento de la
variabilidad, se procede a realizar un análisis de varianza ANOVA. Para que este tenga
validez, deben cumplirse diferentes condiciones, como se explicó en la metodología, la
primera de ellas es que los datos deben comportarse con una distribución normal y la
segunda es que las varianzas de cada agrupación deben ser iguales.
21.2
21.7
39.8
12.5
8.8
3.8
Resultados y análisis 53
Para realizar pruebas de normalidad, se utiliza el programa Minitab 2018, el cual tiene
la esta función en estadísticas básicas. Este análisis está relacionado con el valor p, el
cual, si es menor que su nivel de significancia de 0.05, los datos no siguen una distribución
normal. En el caso opuesto, para que la distribución se considere como normal deben
analizarse los datos experimentales con respecto a la línea de normalización, en este caso
marcada en color rojo.
La primera prueba de normalidad se realiza en el concreto A y se muestra en la Gráfica
4-13, como se mencionó anteriormente, puede verse que el valor p es superior a 0.05 y en
este sentido observando la cercanía de todos los valores a la línea de normalización, puede
considerarse que los datos experimentales presentan un comportamiento normal. Existe
un dato con una resistencia menor a 27 Mpa que no se adapta muy bien al comportamiento,
sin embargo, debe tenerse en cuenta el comportamiento general de la población.
Gráfica 4-13: Prueba de normalidad concreto A
Nombre de la fuente: Elaboración propia
A continuación, la Gráfica 4-14 muestra la prueba de normalidad realizada al concreto
B, el valor p es superior al intervalo de confianza y los datos tiene un comportamiento
adecuado para considerar la normalidad.
54 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Gráfica 4-14: Prueba de normalidad concreto B
Nombre de la fuente: Elaboración propia
En la Gráfica 4-15, puede verse que el valor p, para la prueba de normalidad de concreto
C, también es superior a 0.05 y los datos se encuentran cercanos a la línea de
normalización.
Gráfica 4-15: Prueba de normalidad concreto C
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Al igual que en los casos anteriores, los datos experimentales del concreto D presentan
un comportamiento normal, como se muestra en la Gráfica 4-16, ya que su valor p es
superior a 0.05 y los valores se adaptan bien a la línea de normalización.
Resultados y análisis 55
Gráfica 4-16: Prueba de normalidad concreto D
Nombre de la fuente: Elaboración propia
El concreto también presenta datos con un comportamiento normal y se muestra en la
Gráfica 4-17, su valor p es superior al intervalo de confianza y lo datos tienen un
comportamiento adecuado.
Gráfica 4-17: Prueba de normalidad concreto E
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Finalmente, la prueba de normalidad realizada en el concreto F, también confirma que
los datos presentan un comportamiento normal, al igual que en todos los concreto
evaluados.
56 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Gráfica 4-18: Prueba de normalidad concreto F
Nombre de la fuente: Elaboración propia
Como puede verse, el análisis es realizado en los 6 grupos de concretos, confirmando
en todos los casos el mismo resultado, esto se confirma adicionalmente en estudios
desarrollados por Cook, Parnes, Akers, Barringer, & Brown, en los cuales se analizaron
diferentes resultados de ensayos de compresión axial en concretos y se demostró que
todos estos presentan un comportamiento que se puede describir mediante una
distribución normal. (Cook, Parnes, Akers, Barringer, & Brown, 2002)
La segunda condición para realizar el análisis de varianza ANOVA, es la igualdad de
varianzas entre los grupos que se van a comparar. Para esto nuevamente se utiliza el
programa Minitab 18, con la función de prueba de Igualdad de Varianzas.
Para el caso del concreto A, se presentan los datos de la Tabla 4-12, donde inicialmente
se ven los intervalos de confianza para cada tipo de refrentado, obtenidos mediante el
método de Bonferroni de 95% desarrollado para desviaciones estándar. En este concreto,
es importante resaltar que para el caso de capinado con azufre, después de descartar los
valores atípicos, solo se cuenta con dos datos, por lo que no es posible obtener el intervalo
de confianza, para los demás casos que cuentan con 7 valores, se obtienen normalmente.
Adicionalmente, en la parte inferior de la tabla, pueden verse el valor p obtenido mediante
dos métodos diferentes, las comparaciones múltiples y el método de Levene, los cuales
hacen parte del programa implementado, puede verse que los dos valores son mayores al
Resultados y análisis 57
nivel de significancia 0.05, por lo que se considera que las varianzas de los grupos son
iguales.
Tabla 4-12: Prueba de igualdad de varianza concreto A
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
La Tabla 4-13, muestra los datos de la prueba de igualdad de varianzas para los grupos
del concreto B, en este caso puede verse que el número mínimo de valores fue para el
concreto pulido con 6 datos, mientras que el resto tiene 7. Al igual que en el caso anterior
el valor p en los dos casos es superior al nivel de significancia de 0.05, considerando las
varianzas como iguales.
La Tabla 4-14 corresponde a la prueba de igualdad de varianzas de concreto C, puede
verse que el capinado con azufre solo presenta dos observaciones, esto después de
descartar los valores atípicos. Los demás métodos no presentan alteraciones
considerables. El valor p dado por el método de Levene es de 0.373 superior a 0.05, lo
cual permite asumir igualdad de varianzas.
58 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Tabla 4-13: Prueba de igualdad de varianza concreto B
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
Tabla 4-14: Prueba de igualdad de varianza concreto C
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
Los datos de la prueba de igualdad de varianzas del concreto D se presentan en la
Tabla 4-15, el número de observaciones en todos los métodos fue de 7, y se observan
valores p superiores a 0.05 al igual que en los casos anteriores.
Resultados y análisis 59
Tabla 4-15: Prueba de igualdad de varianza concreto D
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
La Tabla 4-16, presenta los datos de prueba de igualdad de varianzas para el concreto
E, al igual que en el anterior, la cantidad de observaciones para cada refrentado fue de 7
y se consideran varianzas iguales ya que los valores p son superiores al nivel se
significancia.
Tabla 4-16: Prueba de igualdad de varianza concreto E
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
60 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Finalmente, la Tabla 4-17 muestra los valores de la prueba para el concreto F, al igual
que en todos los grupos de concreto el valor p en los métodos presentados fue superior a
0.05 correspondiente al nivel de significancia, y permite considerar igualdad de varianzas.
Tabla 4-17: Prueba de igualdad de varianza concreto F
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
Como puede verse, la prueba de igualdad de varianzas fue realizada en los 6 concretos
A, B, C, D, E, y F, para los cuales en todos los casos se llegó a la conclusión de que todas
las varianzas son iguales. Esta confirmación, permite proceder a realizar el análisis de
varianza ANOVA, con el cual se busca evaluar la variabilidad de las medias y determinar
si estadísticamente el tipo de refrentado genera diferentes resultados en la resistencia
máxima a compresión de los diferentes concretos evaluados, o si, por el contrario, no
presentan ninguna diferencia significativa.
Como se mencionó antes, en este análisis se presentan las siguientes hipótesis:
Hipótesis nula: H0 = Todas las medias son iguales
Hipótesis Alterna: H1 = No todas las medias son iguales
El análisis, al igual que en los casos anteriores, se realizó a partir del valor p,
comparando dicho valor con el del nivel de significancia adoptado (0.05). Se presentan
entones dos posibles casos:
Resultados y análisis 61
Valor p ≤ α: Se concluye que al menos dos medías presentan diferencias
estadísticamente significativas
Valor p > α: Se concluye que las media no presentan diferencias
estadísticamente significativas
A continuación, en la Tabla 4-18 se muestra el análisis de varianza ANOVA realizado a
los 6 concretos evaluados, debe tenerse en cuenta que los concreto A y D son
considerados de resistencia normal, B y E de resistencia media y finalmente los concreto
C y F son de alta resistencia. En esta tabla, es observa el valor p encontrado en los 6
diferentes escenarios. La Tabla 4-19 muestra la recopilación de todos los valores p
obtenidos en cada uno de los concretos evaluados.
Tabla 4-18: Análisis de varianza ANOVA
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
62 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Tabla 4-19: Valor p análisis ANOVA
Nombre de la fuente: Elaboración propia
La Tabla 4-19, permite ver como para los dos casos de concretos de resistencias
normales (concretos A y D), el valor p fue mayor que el valor de significancia, lo que quiere
decir que los datos no presentan diferencias significativas en las medias de resistencia
máxima a compresión. En otras palabras, al variar el tipo de refrentado, las diferencias
obtenidas no son estadísticamente significativas.
Para los concretos B y E con resistencias medias, puede verse como en uno de los
casos el valor p es mayor a valor de significancia, pero en el otro caso no. En otras
palabras, al aumentar la resistencia comenzó también a aumentar la diferencia entre las
medias de los resultados.
Finalmente, en los concretos de mayor resistencia (C y F) el valor p fue muy cercano a
cero y por lo tanto inferior al valor de significancia, lo que permite concluir que las
diferencias entre las medias para los dos casos fueron estadísticamente significativas. Se
observa que el tipo de refrentado afectó directamente los resultados de resistencia a la
compresión axial de los cilindros evaluados.
Como complemento adicional del análisis de varianza ANOVA, existe también las
comparaciones Tukey las cuales permiten realizar agrupaciones de las medias de los
resultados según el nivel de confianza seleccionado, que para todos los casos del estudio
fue de 95%. Es importante resaltar, que este análisis confronta los métodos mediante
comparaciones de parejas, definiendo si cada una de las parejas evaluadas, presenta o
no, una diferencia estadísticamente significativa.
Resultados y análisis 63
Las comparaciones Tukey realizadas en el concreto A, se muestra en la Gráfica 4-19,
pueden verse los intervalos de confianza para cada una de las comparaciones de parejas,
neopreno / capinado, pulido + neopreno / capinado, pulido / capinado, pulido + neopreno /
neopreno, pulido / neopreno y pulido / pulido + neopreno, respectivamente. Si el intervalo
de cada comparación se cruza con la línea punteada, se concluye que las medias
correspondientes son estadísticamente iguales, mientras que, si el intervalo no cruza la
línea vertical punteada, se considera que las medias de los métodos presentan diferencias
estadísticamente significativas.
Gráfica 4-19: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto A
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
Gráfica 4-20: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto B
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
64 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
Gráfica 4-21: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto C
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
Gráfica 4-22: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto D
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
Resultados y análisis 65
Gráfica 4-23: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto E
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
Gráfica 4-24: Comparaciones en parejas Tukey – Concreto F
Nombre de la fuente: Elaboración propia (Minitab 18)
Como puede verse en la Gráfica 4-19 y la Gráfica 4-22, correspondientes a los
concretos de resistencia normal A y D respectivamente, cada uno de los intervalos cruza
la línea punteada, lo cual quiere decir que todas las medias de los métodos evaluadas son
estadísticamente iguales, sin presentar diferencias significativas. Esto quiere decir que
66 Influencia del tipo de refrentado en ensayos de compresión axial de cilindros de
concreto de alta resistencia
independiente del método de refrentado usado en estos concretos, el resultado de
resistencia a la compresión se considera igual estadísticamente.
La Gráfica 4-20 y la Gráfica 4-23 muestran el análisis Tukey para los concretos B y E
considerados como resistencias medias. En este caso, también puede verse como todos
los intervalos cruzan la línea punteada, considerando que las diferencias presentes en las
medias comparadas no son estadísticamente significativas.
Finalmente, para los concretos de alta resistencia, la Gráfica 4-21 muestra el análisis
Tukey en el concreto C. En esta puede verse que algunas medias de los métodos
presentan diferencias significativas, neopreno / capinado, pulido + neopreno / capinado y
pulido / pulido + neopreno. Mientras que otras parejas pueden considerarse como
estadísticamente iguales, pulido / capinado, pulido / neopreno y pulido + neopreno /
neopreno (cruza la línea en el borde izquierdo). Adicionalmente la Gráfica 4-24,
correspondiente al análisis del concreto F de alta resistencia, muestra que las
comparaciones con el refrentado con azufre presentan diferencias con todos los demás
métodos, mientras que las comparaciones de las medias entre pulido + neopreno, pulido
y neopreno, se consideran estadísticamente similares.
De manera general, puede verse una relación directa entre el aumento de la resistencia
y la diferencia de las medias de los resultados de los ensayos de resistencia a compresión
axial. Para concretos de resistencias normales, se observan diferencias bajas con un valor
p alto para el análisis ANOVA y sin presentar diferencias en el análisis de comparaciones
Tukey, lo que permite considerar que los métodos no generan diferencias en los
resultados. Al aumentar la resistencia, en concretos medios, la variabilidad comienza a
aumentar, presentando valores p más bajos en el análisis ANOVA, pero sin presentar
diferencias considerables en el análisis de parejas Tukey. Finalmente, en los concretos de
alta resistencia, si se presentan valores p cercanos a cero en el análisis de varianza, lo
cual significa que la variabilidad de los resultados es muy alta, adicionalmente, se
presentan diferencias considerables en el análisis de parejas, por lo que puede concluirse
que las diferencias entre las medias de los métodos obtenidas son estadísticamente
significativas, concluyendo que el tipo de refrentado afecta de manera directa la
variabilidad de estos resultados.
5. Conclusiones y recomendaciones
5.1 Conclusiones
Inicialmente, es importante comentar la poca información que existe con respecto a la
influencia del refrentado en los resultados de compresión axial en cilindros de concreto, ya
que a pesar de que se consiguen artículos e investigaciones, estas están desactualizadas
y no enfatizan en la diferenciación con respecto a la resistencia del material. La normativa
actual contempla muchas posibilidades con diferentes variables, estableciendo
restricciones y consideraciones, pero específicamente hablando del medio local, no se
hace mayor diferenciación con respecto a la resistencia del concreto y su afectación. Esta
tesis, aporta directamente a la falta de conocimiento en dicho tema, permitiendo conocer
el comportamiento de la variabilidad de los resultados con variables de resistencia del
concreto y tipo de refrentado utilizado en el ensayo, además aporta en la innovación
proponiendo ideas nuevas y finalmente a la sostenibilidad en cuanto a la obtención
confiable de un parámetro de calidad del concreto, reduciendo costos en reparaciones o
posibles fallos en las estructuras.
Para lograr esto, fue necesario obtener y preparar las muestras de concreto, en este
punto se hace énfasis en la importancia que tiene el buen manejo del material, realizando
transportes adecuados y manteniendo los cilindros en cámaras de curado según las
normas correspondientes. Al tener 4 tipos de refrentado, es necesario tratar de manera
diferente los cilindros, pero intentando en todo momento mantener las mismas condiciones
generales, esto con el fin de no afectar los resultados con variables diferentes a las
planeadas. En este punto, es importante aclarar que en esta investigación no es necesario
ser estricto con respecto a la fabricación y diseño de mezcla de los cilindros ensayados,
ya que su objetivo es tener 6 grupos de concretos con resistencias diferentes, pudiendo
agruparlos entre concretos normales, concretos de resistencia media y concretos de alta
resistencia.
68 Título de la tesis o trabajo de investigación
Posterior a la preparación de los cilindros y refrentado de los mismos, se realizaron los
ensayos de compresión axial, debe tenerse en cuenta la disponibilidad de los equipos
durante el tiempo necesario según la cantidad de ensayos que pueden realizarse en una
jornada. Durante el desarrollo se falló un máximo de 60 cilindros por día, realizando todas
las mediciones y registros adecuados, por lo que se dispuso del 1 equipo de ensayos a
compresión axial durante toda la jornada.
Con respecto a la relación entre el tipo de falla y el refrentado implementado, se
encuentra una relación muy marcada en concretos de resistencia normal, presentando
fallas controladas en los dos casos evaluados (concreto A y D). Puede verse que el
refrentado pulido no genera fallas visibles, el refrentado con almohadillas de neopreno y
concreto + neopreno presentan con más frecuencia fallas de tipo 5 seguidas de fallas de
tipo 4, sin presentar ningún otro caso, y finalmente el capinado con azufre, presenta tres
tipos de falla con frecuencias similares, no visibles, tipo 3 y tipo 5. Estas relaciones en
concretos de resistencia media, no se identifican fácilmente, puede verse cierto
comportamiento en el caso pulido con mayor frecuencia en el tipo de falla 4, en los casos
con almohadillas de neopreno y pulido + neopreno, donde el tipo de falla más frecuenta es
el tipo 3 seguido del tipo 5 y en el capinado con azufre con fallas de tipo 5 seguidas de tipo
4. Finalmente, en concretos de alta resistencia, la falla más frecuente en todos los casos
de refrentado fue de tipo 3, haciendo excepción en el refrentado pulido donde la falla más
representativa fue de tipo 4.
De manera general puede verse directamente como con el aumento de la resistencia
se comienza a perder control con respecto al tipo de falla presente, dando resultados con
mayor variabilidad y sin un comportamiento que permita identificar fácilmente
comparaciones en los casos evaluados. Adicionalmente la Gráfica 4-7 muestra la
tendencia del tipo de falla sin tener en cuenta la resistencia del concreto evaluado,
permitiendo ver que el refrentado pulido presenta en su mayoría, un tipo de falla 4 y fallas
no visibles, el refrentado con almohadillas de neopreno y pulido + neopreno presentan un
comportamiento similar, con mayor frecuencia en tipo 5 y 3, las fallas de tipo 3 están
relacionadas con la reacomodación del neopreno durante el ensayo, fallando en los bordes
laterales del cilindro, la falla de tipo 3 está relacionada con la explosividad, ya que la
almohadilla de neopreno absorbe energía hasta el momento de la falla y al liberarla genera
una fuerza que causaba fisuras verticales a los largo del cilindro explosivamente. Y
finalmente el capinado con azufre, que presenta una variabilidad mayor con respecto a los
Conclusiones y recomendaciones 69
tipos de falla presentes, esto tiene relación con la complejidad que tiene el procedimiento
de capinado, presentado un error humano considerable al momento de aplicarlo con
respecto a cambios de temperatura que causan choques térmicos en el material,
almacenamiento de las muestras después de capinados y espesores variables de la
superficie. Al tener tantas variables que afectan el refrentado, tampoco existe una relación
directa con el tipo de falla que se presenta.
Al analizar los resultados de resistencia a compresión axial, se identifica que los estos
son más variables en concreto de mayores resistencias, ya que los concretos normales
presentan diferencias máximas de 1 Mpa, los concretos de resistencia media presentan
entre 2 Mpa y 3 Mpa y finalmente los concretos de alta resistencia, presentan diferencias
de hasta 7 Mpa entre promedios.
Para dar más fuerza a esta afirmación, se realiza el análisis estadístico ANOVA, en el
cual se concluye que el tipo de refrentado no influye de manera significativa en los
promedios de los resultados de compresión axial en concretos de resistencia normal. En
concretos de resistencia medía, comienza a afectar y finalmente en concretos de alta
resistencia, el tipo de refrentado causa diferencias significativas en los promedios de los
resultados del ensayo. De manera general puede decirse que el tipo de refrentado no
afecta los resultados de compresión axial en concretos de resistencia normal, pero en
concretos de alta resistencia, afecta directamente los resultados. Esta afectación debe
tenerse en cuenta en el momento de decidir aplicar uno de los métodos, ya sea pulido del
concreto, aplicación de almohadillas de neopreno o capinado con azufre o mezclas entre
ellas. Esta conclusión es respaldada con las comparaciones de parejas Tukey, donde en
concretos normales se cruzan los intervalos, pero en concretos de alta resistencia se
generan hasta 3 parejas con resultados estadísticamente diferentes.
Realizando comparaciones puntuales, teniendo en cuenta todos los valores sin realizar
los descartes según la norma ASTM E178-16a, los resultados muestran que de manera
general el neopreno presenta los menores rangos de dispersión, seguido de pulido y pulido
+ neopreno. El capinado con azufre, presenta los rangos más grandes entre valores
máximos y mínimos. Adicionalmente la Gráfica 4-12, muestra que, a mayor resistencia,
mayores rangos sin tener en cuenta el tipo de refrentado implementado. Con respecto a
cuál de los tipos de refrentado tiende a aumentar o disminuir los resultados de resistencia
70 Título de la tesis o trabajo de investigación
a compresión, no puede llegarse a una conclusión precisa ya que el comportamiento en
todos los casos fue diferente.
Finalmente, se enfatiza en la importancia de realizar un análisis estadístico robusto,
para el cual, entre más muestras se tengan, mejores resultados se obtienen. En este
sentido, para este estudio se realizaron 180 ensayos de resistencia, para 6 tipos de
concretos con 4 tipos de refrentado, lo cual permitía tener 7 muestras tratadas de la misma
manera con un mismo tipo de refrentado, permitiendo realizar diferentes análisis de
pruebas de normalidad y varianza.
5.2 Recomendaciones
Esta investigación se realiza con un total de 180 muestras de concretos de diferentes
características, agrupándolos en A, B, C, D, E y F según la mezcla o bachada a la que
corresponden, cada grupo cuenta con 28 muestras, las cuales se ensayan con 4 tipos de
refrentado diferentes permitiendo un máximo de 7 muestras por variable de refrentado.
Para realizar los ensayos en las fechas adecuadas, fue necesario contar con el equipo de
ensayos de compresión axial con disponibilidad completa durante 4 días. Dando un total
de pruebas máximo de 60 muestras por día. Para estudios posteriores, puede plantearse
aumentar la cantidad de muestras en un mismo tipo de concreto, esto permitiría realizar
análisis más específicos de su comportamiento sin tener en cuenta la resistencia.
Adicionalmente, se recomienda ampliar el estudio a núcleos de concreto, ya que estos
podrían presentar un comportamiento diferente. Finalmente, otra manera de continuar esta
investigación es incluir la variable de tamaño de cilindros, permitiendo conocer si el tamaño
también tiene una influencia diferente con respecto al tipo de refrentado implementado.
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