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1
Propiedades del Hormigón “in situ”
Roberto TorrentMaterials Advanced Services SRLBuenos Aires, [email protected]
Webinar “Propiedades del Hormigón Fresco y Endurecido”, Abril 2020
2
Objetivos
Recordar la distinción entre las propiedades del hormigón en laboratorio e “in situ”
Discutir la necesidad, utilidad y limitaciones de las pruebas “in situ”, tanto destructivas (núcleos) como no destructivos
Describir y mostrar los ensayos no destructivos máscomunes
2
3
Tabla de Contenidos
1. Labcreto vs Realcreto
2. Razones para realizar investigaciones “in situ”
3. Extracción y ensayo de núcleos
4. Métodos de ensayos no destructivos
Martillo de rebote Ultrasonido Madurez Permeabilidad al Aire Recubrimiento
5. Conclusiones
6. Referencias
4
Labcreto vs. Realcreto
Producción
Despacho
MuestreoColocación &Compactación
Preparación de la probetaCurado ?
Curado Humedo
Ensayo a 28d. Cilindro
Madurez natural
Extracción testigos
Ensayo de Testigos@ ?? días
3
5
Razones para realizar investigaciones “in situ”
Básicamente, hay tres razones por las que interesaría investigar “in situ” la calidad del hormigón:
1. Bajas resistencias de las probetas normalizadas2. Problemas de comportamiento del hormigón
(fraguado o endurecimiento anormal, fisuras, abrasióntemprana, ampollamientos, etc.)
3. Reactivación de una estructura abandonada o cambiode uso de una existente (mayores solicitaciones)
4. Signos de daños (descascaramientos, fisuras, erosión, etc.) o eventos inesperados (fuego, explosión, etc.)
Principal interés de los productores de RMX
6
Ensayos de Núcleos
Aunque destructivo, ensayar testigos es el mejor procedimientopara concoer la Resistencia Real en terreno. Las interpretaciónde los resultados no siempre es fácil.Los métodos indirectos (END) sólo puede dar una indicación aproximada de la resistencia del hormigón “in situ”. La precisión de la estimación se puede aumentar con una calibración adecuada:
f’c
Nú
cle
os
END
4
7
Análisis del Ensayo de Núcleos/ DiagnósticoLos núcleos también pueden ser extraídos para otros propósitosque conocer la resistencia “in situ”, especialmente para diagnosticar fallas.
Un ensayo que puede ser aplicado directamente a los núcleos es la succión capilar y absorción de agua (porosidad). La succióncapilar es una medida de la “penetrabilidad” del “recubrimiento”.Los testigos a veces son usados para analizar el hormigónmediante:
Análisis químico (estimar el contenido de cemento)Observación microscópica (óptica y SEM), MIP distribución de tamaños de los porosOtras técnicas más complejas (e.g. detección RAS )
8
Extracción de Núcleos
5
9
Ensayo de Núcleos para Resistencia: Tips1. Evitar presencia de acero (puede reducir la
resistencia en 20%) – usar detector de barras de acero
2. En elementos altos, la resistencia de los testigoscerca de la parte baja es mayor
3. Testigos extraídos verticalmente son 8% másresistentes que los horizontales
4. Testigos de L/D=1 (pequeños/económicos y sin factor de corrección)
5. Tenga cuidado con los testigos con muchos vacíos (falta de compactación), en particular, no se deben aceptar ensayar núcleos con más de un 5% de exceso de vacíos
10
Ejemplo: RMX ‚ Exportación a Gibraltar
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
2.10 2.15 2.20 2.25 2.30 2.35 2.40 2.45
Core Density (Mg/m3)
BS
Cu
be
Str
en
gth
(M
Pa
)
Densidad de los núcleos (Mg/m3)
Res
iste
ncia
a c
ompr
esió
n (M
Pa)
f’cmin = 0.85 * 35 - 4
Medir la densidad de los núcleos!!!
6
11
Ensayo de Testigos: Exceso de Poros
Exceso de Poros (%)
0
0.5
1.5
3.0
[Concrete Society, 1976]
12
1
1.02
1.04
1.06
1.08
1.1
1.12
1.14
1.16
1 1.25 1.5 1.75 2
Re
sis
ten
cia
Re
lati
va
Relación Altura / Diámetro
Efecto de la esbeltez sobre la Resistencia ASTM C42 / IRAM 1551
7
13
Ensayos No Destructivos para la Resistencia
Hay numerosos END (ESD) desarrollados para estimar la resistencia del hormigón “in situ”:
1. Esclerómetro (ASTM C805/IRAM 1694)2. Módulo E dinámico: resonancia (IRAM 1693)
3. Velocidad de Pulso Ultrasónico (IRAM 1683)4. Resistencia a la Penetración (ASTM C803)5. Ensayo de Pullout (ASTM C900)6. Ensayo Break-off (ASTM C1150)7. Luisoni & Somenson (1974)
Más utilizados
[Malhotra, 1976; Mindess & Young, 1981; ACI 228.1R, 1995; ACI 228.2R, 1998; Malhotra & Carino, 2004]
TC 249 (2019)
Non-destructive in situ strength assessment of concrete - State-of-the-art report
of the RILEM Technical Committee 249-ISC; Edited by Denys Breysse, Jean-Paul
Balayssac (en preparación)
14
Ensayos No Destructivos para la ResistenciaEND pueden usarse para una rápida, extensiva y económica evaluación general de la calidad del hormigónen una estructura y así ayudar a decidir dónde extraertestigos:
Baja
BajaAlta
Alta
Media
Alta
8
15
Esclerómetro (IRAM 1694)Desarrollado en Suiza en 1948 por Schmidt, es el másampliamente utilizado (a veces abusado) END para el hormigón, debido a su simplicidad y bajo precio.
Deformación Plástica
16
9
17
Resistencia Estimada por la magnitud del Rebote
Cylin
der
Str
en
gth
(M
Pa)
18
Rebote vs ResistenciaBajo ciertas circunstancias favorables, existe una correlación entre Rebote y Resistencia.
Co
mp
ressiv
e S
tren
gth
(M
Pa)
7
14
21
28
35
42
49
56
Nota:Esta correlación no es única y debe establecerse caso a caso !!!!!.
Rebote
Res
iste
ncia
a C
ompr
esió
n (M
Pa)
10
19
Martillo de Rebote: Tips
Factores que pueden afectar significativamente las lecturas del rebote (aparte de la calidad del hormigón):
1.Rugosidad de la superficie bajo ensayo2.Contenido de humedad del hormigón3.Rigidez del elemento ensayado (en ensayos de
laboratorio sobre probetas, se las debe fijar en la prensa de ensayo)
4.Edad (Carbonación) del elemento5.Dirección del impacto ( )6.Temperaturas de congelamiento
El Martillo es útil para verificar la uniformidad del hormigón o comparar elementos confeccionados con hormigones similares
20
Ed = K n² L² δv = velocidad de la onda (m/s)Ed = Módulo E dinámico (N/m²= kg/m s²)δ = Densidad del hormigón (kg/m3)n = Frecuencia de Resonancia (1/s)L = Longitud de la probeta (m)K = constante de configuración
Módulo E dinámico: Método de Resonancia IRAM 1693
ActuadorSensor
Probeta
Sujeción
El Ed de este método es muy útil para detectar deterioros enprobetas sometidas p.ej. a congelación o ataque por SO4
2-
Es END, pero no de campo
11
21
Método Ultrasónico en sus albores……
Homenaje a la Inga. Eugenia
Valiente, quien me acompañó y guió
en mis primeros pasos en el uso de
Ultrasonido «in situ», allá por
1970……
22
Ed = Módulo E (N/m²= kg/m s²)δ = Densidad del hormigón (kg/m3
μ = Coeficiente de Poisson
Ed = V² δ (1+ μ)(1-2 μ)(1 – μ)
Ed = 0.90 V² δ (para μ= 0.20)
V = L / t
V = Velocidad de ultrasonido (m/s)L = Longitud de la probeta (m)t = Tiempo de pasaje (s)
Módulo E dinámico: Método Ultrasónico IRAM 1683
Haz focalizado; no tan bueno para monitoreardeterioros
12
23
Módulo E: estático vs dinámico
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Deformación Específica (‰)
Te
ns
ión
/ R
es
iste
nc
ia (
%)
Es
Ed
Es ≈ 0.83 Ed
Útil para control de calidad, luego de correlacionar Ed con Es
24
Velodidad del Pulso Ultrasónico
13
25
Velocidad del Pulso Ultrasónico
V = L / t
V = Velocidad del pulso (m/s)L = Longitud recorrida (m)t = Tiempo ocupado (s)
El Método Directo es el más confiable, porque L puede ser medido certeramente
L
26
14
27
Velocidad del Pulso UltrasónicoBajo ciertas circunstancias favorables, existe una correlación entre la Velocidad del Pulso Ultrasónico y Resistencia.
Nota:Esta correlación no es única y debe establecerse caso a caso !!!!!.
0 14 28 42 56 70
Cube Compressive Strength (MPa)
Vel
ocid
ad d
e U
ltras
onid
on(m
/s)
Resistencia a Compresión (MPa)
28
Ensayo de Ultrasonido: Usos
El ensayo de Ultrasonido es utilizado para:1.Verificar la uniformidad del hormigón2.Comparar la calidad del hormigón de elementos
confeccionados bajo condiciones similares3.Detectar discontinuidades (e.g. áreas de pobre
compactación, oquedades o grietas) 4.Estimación de resistencia o Módulo E (si está
calibrado)5.Evaluación del deterioro (fuego, congelamiento, ataque
químico)6.Monitoreo del endurecimiento (Desarrollo de
Resistencia)
15
29
Ensayo de Ultrasonido: Tips
Factores que pueden afectar significativamente la velocidad del ultrasonido (aparte de la calidad del hormigón):
1.Contacto Superficie-Transductores (rugosidad)2.Contenido de humedad del hormigón3.Presencia de barras de acero4.Edad del elemento5.Longitud recorrida por la onda6.Temperaturas extremas (intemperie, rango 5-30°C)
30
Investigación en INTI con END (Revisitada)Se prepararon hormigones con 3 relaciones a/c, con elmismo mortero pero distintos agregados gruesos, queaseguraran distintos tipos de falla:
• Canto Rodado (CR), a/c = 0.50, 0.65 y 0.80
• Piedra Partida (PP), mismas a/c
• Arcilla expandida (AE), a/c = 0.60, 0.67 y 0.71
Se moldearon cilindros de 15x30 cm (para f’c y Ee) y viguetas de 15x15x60 cm (para END). La mitad de lasprobetas se curaron bajo agua y la otra mitad a la intemperie, estados en que se ensayaron a 7, 28, 60 y 90d.
Se aplicaron, entre otros:
• Esclerómetro de rebote (R)
• Pulso ultrasónico (V)
[Guerrero et al, 1977]
16
31
0
5
10
15
20
25
30
35
40
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
f'c
(MP
a)
Velocidad Ultrasonido (km/s)
CR
PP
AE
Relación f’c vs R y vs V (curadas bajo agua)
Todas las edades
0
5
10
15
20
25
30
35
40
10 15 20 25 30 35
f'c
(MP
a)
Rebote (-)
CR
PP
AE
Regresión
32
0
5
10
15
20
25
30
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
f'c
(MP
a)
Velocidad Ultrasonido (km/s)
CR
PP
AE
Relación f’c vs R y vs V (curadas intemperie)
Todas las edades
0
5
10
15
20
25
30
35
40
10 15 20 25 30 35 40
f'c
(MP
a)
Rebote (-)
CR
PP
AE
Regresión Agua
La estimación in situ de f’c por medición de R, aún calibrado con ensayos sobre probetas de laboratorio curadas húmedas es optimista
17
33
Relación f’c vs R y vs V (todos los curados)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
f'c
(MP
a)
Velocidad Ultrasonido (km/s)
CR
PP
AE
0
5
10
15
20
25
30
35
40
10 15 20 25 30 35 40
f'c
(MP
a)
Rebote (-)
CR
PP
AE Todas las edades
34
10
15
20
25
30
35
40
45
50
10 20 30 40 50
Ee
(GP
a)
Ed (GPa)
CR
PP
AE
Y = X
Relación Ee vs V y vs Ed
Todas las edades
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
Ee
(MP
a)
Velocidad Ultrasonido (km/s)
CR
PP
AE
Ed (GPa) = 0.9 10-9 V(m/s)² . δ (kg/m³)
CR: δ = 2.340 kg/m³
PP: δ = 2.430 kg/m³AE: δ = 1.750 kg/m³
18
35
Conclusiones investigación INTI
La correlación R vs f’c es muy buena para probetascuradas en agua (todos los agregados y edades), pero no para probetas curadas a la intemperie
El uso del esclerómetro in situ para estimar f’c es cuestionable, aún si se lo calibra en laboratorio con probetas curadas húmedas
La correlación V vs f’c es menos afectada por las condiciones de curado, pero es muy diferente entre agregados livianos y de peso normal
La correlación Ee vs V es excelente para todos los agregados, curados y edades; algo menos cuando se relaciona la Ed calculada con Ee
En ambos casos, el ensayo de ultrasonido es muy útilpara control de calidad del módulo E
36
Efecto de las bajas temperaturas sobre f’c
19
37
Concepto Básico de Madurez (°C.h): ∫ (T+10) . dt
Madurez
Concepto Básico de Madurez
38
°C.h
Estimación de Resistencia 7 d a 5°C
M = (T+10) * t M (°C.h); T (°C), t (h)
28 días a 20°C, M = 20.160 °C.h f’c = 100%
7 días a 20°C, M = 5.040 °C.h f’c = 75%
7 días a 5°C, M = 2.520 °C.h f’c = 53%
a 20°C
20
39
Monitoreo de Madurez en Obra
40
Otros métodos de ensayos No destructivos
1. Inspección Visual patrones de daños2. Métodos de onda-tensión integridad (delaminaciones)3. Métodos Nucleares densidad, radiografía4. Métodos Eléctricos y Magnéticos recubrimiento local
de armadurascorrosión
5. Métodos de Penetración durabilidad potencial6. Termografía Infrarroja delaminaciones, aislación7. Radar localización de acero, oquedades, etc.
Hay varios END desarrollados para otros propósitosaparte de la estimación de la resistencia del hormigón:
[ACI 228.2R, 1998]
21
41
Torrent PermeabilityTester (1995)Made in Switzerland
Permeabilidad al Aire: Método Torrent (Norma Suiza SIA 262/1-E)
PermeaTORR
(2008)Made in Argentina
PermeaTORR AC
(2016)Made in Argentina
[Torrent & Szychowski, 2016; 2017](Holcim, LEMIT…)
(Loma Negra, INTI, UTN Cba.)
(UTN Mza.)
150 P-TORRs300+ PublicacionesInterlaboratorio
42
Permeabilidad al Aire: Método Torrent
22
43
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0.001 0.01 0.1 1 10 100
kT (10-16 m²)
Torrent u. Ebensperger, 1993
Torrent u. Frenzer, 1995
Kubens et al, 2003
Imamoto et al, 2008
Velocidad de Carbonatación vs kT (Natural en lab)
Mayormente OPC; Imamoto et al (20°C, 60% RH); Torrent et al (20°C, 50% RH), Kubens er al (30°C, 40% RH). 3 kT Instruments involved: Prototipo, TPT y PermeaTORR
Velo
c.
Carb
on
at.
Kc
(mm
/a½
)
44
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000
Coeff. of Air-Permeability kT (10-16 m²)
Ca
rbo
na
tion
Ra
te K
c (m
m/y½
)
Bldg. UnderpassBridgeOverpassTokyoOsakaTochigiChibaSendai E Sendai WXC3XC4
Very Low Low Moderate High Very High Ultra High
CH
JP
PT
Velocidad de Carbonatación vs kT (“in situ”)
Velo
c.
Carb
on
at.
Kc
(mm
/a½
)
Coef. de Permeabilidad al Aire kT (10-16 m²)
Métodos para estimar vida útil en base a kT y espesor d del recubrimieto en estructuras nuevas y antiguas: [Torrent & Fernández Luco; 2014; Neves et al, 2019]
23
45
Equipo Permeabilímetro Torrent
Factores que pueden afectar las lecturas (aparte de la calidaddel hormigón):
1.Contenido de humedad del hormigón Humidímetro ND2. Irregularidades grandes de la superficie del hormigón3.Grietas
El instrumento se utiliza para verificar la durabilidadpotencial del hormigón de una estructura, tanto como para detectar hormigón de baja calidad debido a su composición, colocación, compactación, curado, exposición, microagrietamiento, etc.Una nueva aplicación en Suiza es para evitar el desprendimiento explosivo del recubrimiento duranteincendios
46
Medidor Recubrimiento: Principio Eddy-Current
hormigón
Barra de
acero
Campo magnéticoBobinas
Corrientes parásitas
La perturbación del campo magnético, causado por las corrientes parásitas es mayor cuanto mayor el Ø de la barra y menor el espesor de recubrimiento d
d
24
47
Precisión en la estimación de la profundidad del recubrimiento
01020
3040506070
8090
100
A B C D E
Instrument
% o
f S
uc
ce
ss
Shallow Cover (< 40 mm)
All Covers
Éxito = barra detectada + recubrimiento evaluado dentro de ± 10 % del valor real Posición aproximada
y diámetro conocido
[Fernández Luco, 2005; Torrent & Fernández Luco, 2007]
48
Conclusiones
Los ensayos “in situ” son muy importantes para evaluar la calidad real del hormigón en una estructura, la que usualmente es menor que la de las probetas moldeadas
Se los debe usar con criterio ingenieril, aprovechando sus ventajas y respetando sus limitaciones
Se prevé que, en el futuro, se desarrollarán más y mejoresmétodos END
De esta forma, los caros y dañinos ensayos de testigosserán gradualmente reemplazados por evaluaciones ND
Para evaluar la durabilidad, que tanto depende de la calidad (resistencia a la penetración) y espesor del “recubrimiento”, en el futuro se incorporarán en las normas END para medir estas propiedades directamente sobre el producto final: la estructura terminada
25
49
1. Neville, A., “Core Tests: Easy to Perform, Not Easy to Interpret”, Concr. Intern., v. 23, n.11, Nov. 2001, pp. 56-65.
2. Concrete Society, “Concrete core testing for strength”, Technical Report No. 11, Wexham Springs, 1976, 44p.
3. Malhotra V.M., “Testing hardened concrete: non-destructive methods”, ACI Monograph No. 9, 1976, 188 p.
4. Mindess S. and Young J.F., “Concrete”, Prentice-Hall, Inc., 1981, pp. 440-448
5. “In-Place Methods to Estimate Concrete Strength”, ACI 228.1R-95, 41 p.
6. “Non-destructive Test Methods for Evaluation of Concrete in Structures”, ACI 228.2R-98, 62 p.
7. Malhotra V.M. and Carino, N.J., “Nondestructive testing of concrete”, 2nd. Ed., ASTM Intern., 2004.
8. Guerrero, L., Scarpino, L., Torrent, R. y Valiente, E., "Evaluación de la resistencia del hormigón mediante ensayos no-destructivos", 3a. Reunión Técnica de la AATH, Concordia, Noviembre 1977
9. Torrent, R. y Szychowski, J., " Medición no destructiva de la permeabilidad al aire: evolución e innovación", Revista Hormigón N° 54, Octubre 2016.
10. Torrent, R. and Szychowski, J., "Innovation in Air-Permeability NDT: Concept and Performance", XIV DBMC, Ghent, 29-31 May 2017, Proceedings, paper DBMC-p313.
11. Fernández Luco L., “Comparative test – Part II - Comparative test of ‘Covermeters’”, Mater. & Struct. V38, October 2005, 907-911.
12. Torrent R. and Fernández Luco L. (Eds.), “Non-Destructive Evaluation of the Penetrability and Thickness of the Concrete Cover”, RILEM Report 40, 2007, 223 p.
Referencias
50
13. Torrent, R. and Fernández Luco, L., "Service Life Assessment of Concrete Structures based on Site Testing", DBMC 2014 Conference, São Paulo, Brazil, 1-5 September, 2014
14. Neves, R., Torrent, R. and Imamoto, K., "Residual service life of carbonated structures based on site non-destructive tests", Cem. & Concr. Res., v109 (2018) 10–18.
15. RILEM TC249-ISC (2019). “Non destructive in situ strength assessment of concrete”, RILEM Recommendation, Mater. & Struct., 52:71, 21 p.
16. Luisoni, C. and Somenson, H. (1974). “Nondestructive test for determining compressive strength”. ACI J., v7, n3.
17. Di Maio, A. and Rocco, C. (1992). “Evaluation of concrete quality. Lateral pressure test”. Non Destructive Testing 92, C. Hallai & P. Kulcsar Eds., 495-499.
Referencias