Final correlación diámetro_extracción

ABRIL - JUNIO 2004 REVISTA ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA NO. 54 • 17

CORRELACIÓN ENTRE EL DIÁMETRO DE EXTRACCIÓN Y LAS CARACTERÍSTICAS... • W.J. CARRILLO LEÓN Y G. GONZÁLEZ PEÑUELA CIVIL

Correlación entre el diámetro deextracción y las características delconcreto en la auscultación estructuralWilmer Julián Carrillo León* y Giovanni González Peñuela**

En este artículo se muestran y se discuten losresultados de una investigación experimentalque se realizó con el fin de obtener correlacio-nes entre el diámetro de extracción que seutiliza en los ensayos destructivos dentro deuna etapa de auscultación estructural y doscaracterísticas fundamentales del concreto(resistencia a la compresión, f’c, y tamañomáximo nominal del agregado, TMN). Elanálisis de estos resultados permitió la elabora-ción de gráficas que muestran el marcadocomportamiento no lineal que tiene laresistencia de los núcleos de concreto cuandose extraen con diferentes diámetros. Estecomportamiento se presenta debido a lascondiciones de frontera (anisotropía yheterogeneidad) inducidas a las partículas queconforman la mezcla de concreto dentro de unrecipiente particular (cilindro, columna, viga,etc.). La anterior observación tiene comoconsecuencia obtener resultados que noreflejan las características reales del concreto,indispensables en la evaluación de lavulnerabilidad de una edificación. Las gráficasobtenidas proveen un factor de corrección quepuede emplear el ingeniero estructural, cuandoutiliza un diámetro de extracción en el rangode 45 a 83 mm, para un concreto particular.

INTRODUCCIÓN

En los trabajos de auscultación es-tructural que hoy se hacen en Co-lombia, no se tienen claros algunosconceptos acerca de la correlaciónque existe entre el diámetro de losnúcleos de extracción, el tamañomáximo del agregado y la resisten-cia a la compre-sión del concretoen ensayos des-tructivos. Esto sedebe a las pocasinvest igacioneshechas sobre eltema, a causa dela diversidad delos materiales yequipos utiliza-dos, el complejocomportamientode las partículasque componen elconcreto y otrosparámetros cuyoefecto aún se desconoce. Es muy no-toria la importancia que tienen losanteriores aspectos en la confia-bilidad de los resultados alcanzadosmediante un estudio de vulnerabili-dad estructural, por encima de tenerel mejor método para modelar yevaluar el comportamiento de es-tructuras de concreto reforzado.

Por tanto, resulta fundamentaldesarrollar una metodología confia-ble para la realización de un análisis

de vulnerabilidad sísmica. A escalamundial existen varios métodos yguías, tales como los contenidos enlos documentos Fema 178 [1], Fema356 [2] y ATC-40 [3]. Sin embargo,es vital resaltar la gran incidencia quetiene la fase de auscultación estruc-tural en este tipo de estudios, ya que,

aunque el proce-dimiento de aná-lisis sea muy de-tallado yestricto, los re-sultados obteni-dos dependen di-rectamente de laconfiabilidad delos datos sumi-nistrados en el le-vantamiento es-tructural.

Apoyados enlas incertidum-bres menciona-das anteriormen-te, se realizó una

investigación en el campo de la vul-nerabilidad sísmica de estructuras deconcreto reforzado, la cual compren-de la evaluación y obtención de co-rrelaciones entre el diámetro de losnúcleos de extracción de ensayosdestructivos, el tamaño máximo delagregado y la resistencia del concre-to, con el fin de llevar a cabo eficien-temente la etapa de auscultación es-tructural y disminuir el traumatismocuando se desean evaluar las carac-

CIVIL

* Ingeniero civil de la UniversidadMilitar Nueva Granada. Magíster eningeniería civil (estructuras y sísmica)de la Universidad de los Andes.Docente e investigador del Centro deInvestigaciones de la Facultad deIngeniería de la Universidad MilitarNueva Granada. Contrato Colciencias-BID. [email protected]** Ingeniero civil de la Universidad deLa Salle. Estudiante de especializaciónen estructuras de la EscuelaColombiana de Ingeniería. Docente dela Facultad de Ingeniería de laUniversidad Militar Nueva Granada.Director de la investigació[email protected]

En los trabajos de auscultaciónestructural que hoy se hacen enColombia, no se tienen claros

algunos conceptos acerca de lacorrelación que existe entre el

diámetro de los núcleos deextracción, el tamaño máximo

del agregado y la resistencia a lacompresión del concreto en

ensayos destructivos.

ABRIL - JUNIO 200418 • REVISTA ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA No. 54

CIVIL CORRELACIÓN ENTRE EL DIÁMETRO DE EXTRACCIÓN Y LAS CARACTERÍSTICAS... • W.J. CARRILLO LEÓN Y G. GONZÁLEZ PEÑUELA

terísticas de una edificación. Así, en esta etapa se conse-guirá la información confiable necesaria para llevar acabo eficientemente el análisis de vulnerabilidad de unaestructura, en la que se deben tener en cuenta las carac-terísticas reales de los materiales utilizados.

VULNERABILIDAD ESTRUCTURAL

Para realizar un estudio de vulnerabilidad sísmicaconfiable y que plasme realmente las características pro-pias de la edificación, se deben tener claramente adop-tadas y validadas las técnicas deayuda que se utilizarán para de-terminar y evaluar el compor-tamiento de una estructura deconcreto reforzado ante unevento sísmico. Estas ayu-das, que a la vez son impres-cindibles a la hora de reali-zar el estudio, son eldiámetro apropiado paraefectuar los ensayos destruc-tivos, teniendo en cuenta eltamaño máximo del agrega-do y la resistencia a la com-presión del concreto.

Por ejemplo, cuan-do se lleva a cabo enel campo de la inge-niería estructuraluna modelación ma-temática aplicando lateoría continua de los ma-teriales, se asumen unas pro-piedades para el concreto en cadauno de los elementos que compo-nen el sistema estructural. Si las pro- pieda-des asumidas concuerdan con la calidad real de losmateriales, los resultados de la modelación se acercanaún más al comportamiento real. Pero si, por el contra-rio, estas propiedades no reflejan las características pro-pias de los mismos, se habrá perdido todo el trabajodetallado y tecnológico de la modelación, lo que lleva aobtener cuantificaciones estructurales alejadas de la rea-lidad. La tarea de la auscultación estructural consiste enobtener las características propias de los materiales queconforman los elementos de un sistema estructural, yasí, realizar una modelación lo más aproximada posiblea la realidad. Es clara, entonces, la importancia de efec-tuar una auscultación clara, sencilla y confiable de loselementos estructurales.

Teniendo en cuenta lo anterior, en la evaluación dela vulnerabilidad sísmica de estructuras de concreto re-forzado hay una gran incertidumbre acerca del diáme-tro adecuado que se debe utilizar para determinar la re-sistencia a la compresión de núcleos extraídos deestructuras existentes. En Colombia, los diámetros deextracción de núcleos que emplean típicamente los in-genieros estructurales en la etapa de auscultación estruc-tural son de 2,5”, 3” y 3,5”. Sin embargo, no existe unargumento técnico o científico para sustentar la utiliza-ción de estos diámetros. Lo que preocupó a este grupo

investigador fue la gran incer-tidumbre que hay en este as-pecto.

Es claro que en el campo dela ingeniería civil se manejannumerosos parámetros con unporcentaje de incertidumbrealto, la mayoría de los cuales sejustifican con investigacionesprofundas sobre el tema, sien-

do los ensayos de laboratoriola herramienta fundamentalpara verificar estos resulta-dos. Es por lo anterior quenace la necesidad de realizaruna investigación acerca del

diámetro apropiado para efec-tuar la extracción de núcleos, consi-

derando el tamaño máximo del agrega-do y la resistencia a la compresión del

concreto. La norma INV E–418 [4] relacionaeste aspecto, pero sólo teniendo en cuenta que la

toma de núcleos se hace sobre pavimento rígido, lo cualdifiere bastante del comportamiento de elementos es-tructurales de una edificación. Esta norma, al igual quela ASTM C 42 M [5], especifica que el diámetro míni-mo debe estar entre 3,75” y 4”, y que además se debentomar en cuenta el tamaño máximo del agregado y larelación de esbeltez (longitud/diámetro). Sin embargo,no hay un procedimiento claro y justificado que se debaseguir para la extracción de núcleos en elementos deestructuras de concreto reforzado (vigas, columnas,muros, etc.).

Los ingenieros estructurales son conscientes de lagran importancia que tienen los resultados de ausculta-ción y la incidencia del mismo en un análisis cuantitati-vo de vulnerabilidad. Llama la atención la ausencia deestudios confiables acerca de este tema de vulnerabili-dad estructural, lo cual origina especulación sobre los



diámetros de extracción de núcleosde estructuras de concreto reforza-do. En esta investigación se preten-de tener una medida apropiada deldiámetro del núcleo, que sea repre-sentativo de la estructura y ademásque no incida sobre la resistencia yductilidad de la misma, como lo pue-de tener un diámetro excesivamen-te grande.

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

Procedimiento estadístico

Desde el punto de vista estadístico,la clasificación de los grupos para laevaluación del diámetro del núcleode extracción en ensayos destruc-tivos, teniendo en cuenta el tamañomáximo del agregado y la resisten-cia a la compresión del concreto, estábien definida, lo que permite deter-minar un criterio para etiquetar cadamuestra como perteneciente a algu-no de los grupos a partir de los valo-res de una serie limitada de paráme-tros, en este caso el tamaño máximodel agregado, la resistencia del con-creto y el diámetro del núcleo de per-foración [6].

Análisis estadísticode resultados deresistencia

Uno de los paráme-tros más empleadospara determinar lacalidad de un concre-to es su resistencia ala compresión a laedad de 28 días, si-guiendo métodosnormalizados en cuanto a dimensio-nes, formas de muestreo, compacta-ción, curado y ensayo. Este pará-metro de diseño es el más aceptadoporque ha demostrado una buenacorrelación con otras propiedadesmecánicas. No obstante, el concre-to presenta variaciones en su calidad,

que pueden llegar a ser importantes,por lo que se requiere establecer suscaracterísticas por medio de méto-dos de muestreo y control de cali-dad [7].

Sabiendo que losresultados de resis-tencia del concretoestán afectados pornumerosas fuentesde variación, ademásde que, desde el pun-to de vista práctico,es absolutamenteimposible garantizarque cada espécimende ensayo (elabora-do de una mismamezcla) arroje exac-tamente el mismovalor de resistencia, es lógico pensarque los resultados giren alrededor deun valor medio y dentro de un ran-go de valores [7]. Por tal razón, lasNormas Colombianas de Diseño yConstrucción Sismo Resistente(NSR-98) [8] definen una prueba deresistencia como “el resultado delpromedio de resistencia de dos cilin-

dros tomados de unamisma mezcla y ensa-yados a los 28 días”.

Descripción de lamuestra

La muestra utilizó lastres variables siguien-tes, teniendo encuenta el objetivo ge-neral de la investiga-ción:

1. Diámetro de losnúcleos de extracción. Los diámetrosque se utilizaron en la investigaciónfueron 2” (50,8 mm), 2,5” (63,5 mm)y 3,5” (88,9 mm), con base en losusados en la práctica de la ausculta-ción estructural. Sin embargo, lasbrocas tienen un diámetro efectivo(diámetro interno), sobre el que real-

mente se toma la resistencia a la com-presión de los núcleos. Para la bro-ca de 2” (50,8 mm) el diámetro in-terno es 45,0 mm, para la broca de

2,5” (63,5 mm) es59,0 mm, y para labroca de 3,5” (88,9mm) es 83,0 mm.

2. Tamaño Máxi-mo Nominal delagregado en el con-creto (TMN). Laescogencia de losTMN del concretose basó en las carac-terísticas de los con-cretos utilizados enla construcción deedificaciones típicasde concreto en Co-

lombia. En esta investigación se con-sideraron TMN de 1/2” (12,7 mm),3/4” (19,1 mm) y 1” (25,4 mm).

3. Resistencia a la compresióndel concreto, (f’c). Debido a que enlos estudios de vulnerabilidad reali-zados cotidianamente se pueden en-contrar elementos estructurales conresistencias a la compresión muybajas, así como otros con resisten-cias muy altas, se intentó cubrir lagama de resistencias más utilizadasen estructuras antiguas y recientes.Por lo anterior, se usaron las tresresistencias siguientes: 18 MPa, 24MPa y 35 MPa.

De acuerdo con las tres variablesanteriores, se diseñaron nueve mez-clas de concreto teniendo en cuentalas recomendaciones de la referen-cia [7]. En total, se elaboraron 162cilindros de concreto para extraer losnúcleos y para determinar la resis-tencia a la compresión del cilindroestándar.

Equipos y suministros utilizados

Para la elaboración de las mezclas deconcreto se utilizaron cuatro dife-rentes tipos de agregados pétreos:

En esta investigación sepretende tener una medidaapropiada del diámetro del

núcleo, que searepresentativo de la

estructura y además que noincida sobre la

resistencia y ductilidad dela misma...

Uno de los parámetrosmás empleados para

determinar la calidad deun concreto es su

resistencia a lacompresión a la edad de

28 días...



grava de TMN 1/2”, grava de TMN3/4”, grava de TMN 1,0” y arena(50% natural y 50% triturada). Se uti-lizó cemento Tipo I (Río Claro), de-bido a que es el empleado comúnmen-te en la construcción de estructurasde concreto reforzado. Para la ex-tracción de núcleos de concreto seutilizó el taladro Hilti DD-100 y tresbrocas Hilti de diámetro exterior de2”, 2,5” y 3,5”.

Procedimiento de laboratorio

Después de haber establecido lasvariables que intervienen para obte-ner los resultados de la investigación,se procedió a realizar las diferentesmezclas de concreto. No se mues-tran aquí los resultados detallados delas mismas debido a que lo priorita-rio era analizar los resultados obte-nidos de laboratorio, para alcanzarlas correlaciones entre el diámetrode perforación, el tamaño máximodel agregado y la resistencia del con-creto. Cabe anotar que para la reali-zación de las mezclas de concreto secumplieron todas las Normas Téc-nicas Colombianas para la caracte-rización de agregados, elaboracióny control de calidad de mezclas deconcreto y ensayos de resistencia,

como se especifica en las referencias[9 – 17].

Para la obtención de los resulta-dos se realizó el ensayo de la resis-tencia a la compresión de los cilin-dros estándar de cada una de lasmezclas de concreto (figura 1(a)). Acontinuación se extrajeron los nú-cleos de concreto para cada uno delos diámetros de perforación selec-cionados (figura 1(b) y 1(c)), efec-tuándose el corte de los mismos conla relación de esbeltez apropiada(longitud/diámetro = 2) para noefectuar correcciones por esbeltez(figura 1(d)). Por último, se obtuvola resistencia a la compresión de cadauno de éstos (figura 1(e)). Este pro-cedimiento se realizó para cada unade las mezclas en un mismo día (28días de edad). En la figura 1 se ilus-tra el procedimiento utilizado.

Como se indicó anteriormente,al comenzar con el cálculo de losparámetros se procedió a realizar unanálisis estadístico, teniendo encuenta la distribución de cada unode los resultados de resistencia de lasmuestras y el resultado final de lamezcla (promedio aritmético). Parala aceptación o rechazo de los resul-tados se consideraron los rangos declasificación de los resultados (exce-

lente, bueno, aceptable y malo) esti-pulados en el análisis estadístico deresultados de resistencia dados en lareferencia [7].

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Después de obtener y clasificar losresultados necesarios para el desarro-llo de la investigación, se continuócon la elaboración de gráficosilustrativos para mostrar las diferen-cias de resistencia para cada una delas variables. Todas las gráficas quese elaboraron tienen en las abscisasel diámetro del núcleo de perfora-ción en mm y en las ordenadas larelación f’c

(R) / f’c

(L), donde f’c

(R) es

la resistencia a la compresión delconcreto a los 28 días de un cilindroestándar de 152,4 mm de diámetroy 304,8 mm de altura (resistenciareal) y f’c

(L) es la resistencia a la com-

presión de un núcleo de concretocon un determinado diámetro deperforación (resistencia obtenida enel laboratorio).

Se elaboraron tres gráficas preli-minares, tomando en cuenta el TMNde cada uno de los agregados utiliza-dos. Una gráfica para f’c = 18 MPa,una para f’c = 24 MPa y una paraf’c = 35 MPa. Estas gráficas tienen

(a) (b) (c) (d) (e)Figura 1. (a) Ensayo de resistencia a la compresión de cilindro estándar, (b) Extracción de núcleos de concreto, (c) Núcleos

extraídos de concreto, (d) Corte de los núcleos de concreto, (e) Ensayo de resistencia a la compresión de un núcleo deconcreto.



una gran similitud y siguen un mismo comportamien-to, por lo que se tomó el promedio de las tres con el finde obtener una gráfica para todas las resistencias utiliza-das (figura 2(a)). Lo anterior con el fin de ofrecer al in-geniero estructural una sola gráfica que dependa única-mente del TMN del agregado y no de la resistencia delconcreto, ya que no es posible conocer dicha resisten-cia con una simple inspección.

La figura 2(a) indica que todos los TMN siguen unamisma tendencia y tienen baja dispersión. Por tanto,se obtuvo una sola gráfica que no dependiera del TMNdel agregado ni de la resistencia del concreto (figura2(b)). De esta manera será muy prácti-co realizar las correcciones a partir deun determinado diámetro de perfora-ción.

Con base en los resultados obtenidosen la gráfica de la figura 2(b), se determi-na que existen unos diámetros de núcleosque reflejan las características de resisten-cia reales del concreto. Preliminarmen-te se puede decir que los diámetros delos núcleos aceptables están en el rangode 56 mm a 63 mm. Sin embargo, estosdiámetros tienen una dispersión (aunquemuy baja) con la resistencia real del con-creto, por lo que se hizo una aproxima-ción a la gráfica de la figura 2(b) para pro-porcionar las ecuaciones que se debenaplicar cuando se utilizan diferentes diá-metros de perforación. La aproximaciónse muestra en la gráfica de la figura 3,

en la cual existen tres rangos diferentes para la correc-ción de resistencia en función del diámetro de extrac-ción.

A continuación se muestran las ecuaciones de co-rrección en cada uno de los tres rangos de diámetros denúcleos:

Para 45 mm < Dnúcleo

< 56 mm

7136,2D0301,0c'f

c'fnúcleo

)L(

)R( (1)

(a) (b)Figura 2. (a) Correlación de resistencia teniendo en cuenta el TMN del agregado y el diámetro de núcleos extraídos, (b)

Correlación de resistencia promedio teniendo en cuenta el diámetro de núcleos extraídos.

f'c(R)

= –0,0301 D

núcleo + 2,7136

f'c(L)

f'c(R)

= 1,0300

f'c(L)

f'c(R)

= 0,0143 D

núcleo + 0,1300

f'c(L)

Figura 3. Gráfica de correlación de resistencia promedio.



Para 56 mm Dnúcleo

63 mm

0300,1c'f

c'f

)L(

)R( (2)

Para 63 mm < Dnúcleo

< 83 mm

1300,0D0143,0c'f

c'fnúcleo

)L(

)R( (3)

donde:f’c

(R) = resistencia a la compresión del concreto a los

28 días de un cilindro estándar de 152,4 mmde diámetro y 304,8 mm de altura (resistenciareal) [MPa].

f’c(L)

= resistencia a la compresión a los 28 días de unnúcleo de concreto con un determinado diá-metro de perforación (resistencia obtenida enel laboratorio) [MPa].

Dnúcleo

= diámetro del núcleo extraído de concreto [mm].

Como se puede apreciar, la investigación se delimitóen un rango de diámetros de núcleos de 45 mm a 83mm, los cuales son los más utilizados en la práctica dela auscultación de estructuras de concreto reforzado. Sinembargo, es claro que el rango de 56 mm a 63 mm es elque presenta mayor similitud respecto a los resultadosde resistencia obtenidos con el cilindro estándar. Es de-cir, si se extrae un núcleo de estas dimensiones se debeaplicar un factor de corrección a la resistencia obtenidade laboratorio de 1,03, para obtener la resistencia real alos 28 días. De igual manera, se debe aplicar un factorde corrección para los rangos de diámetros de 45 mm a56 mm y de 63 mm a 83 mm, teniendo en cuenta queestos resultados presentan una variación mucho mayoren la resistencia de los núcleos respecto al cilindroestándar.

Cuando se tienen diámetros de núcleos muy peque-ños (45 mm < D

núcleo < 56 mm), se obtienen diferen-

cias de resistencia hasta de 36,1%, posiblemente origi-nadas por la poca homogeneidad de la mezcla dentro deun núcleo tan pequeño; es decir, se estaría determinan-do la resistencia a la compresión de algunos pero no detodos los materiales que forman parte de la mezcla, comola pasta de cemento, la arena o la grava. Esta diferenciade resistencia (36,1%) se obtiene para el núcleo de 45mm de diámetro, mientras que para núcleos de 56 mmla diferencia de resistencia es de 3%. Por tanto, la tasade disminución de resistencia es de 3%/mm de diáme-tro, que se reduce a partir de 56 mm. Algo similar ocu-rre con el rango 63 mm < D

núcleo < 83 mm, en el cual se

obtienen resistencias distintas de las reales. Las diferen-

cias oscilan entre 3% para diámetros de núcleos de 63mm y diferencias de 31,6% para diámetros de 83 mm.Por consiguiente, la tasa de disminución de resistenciaes de 1,43%/mm de diámetro, que se aumenta a partirde 63 mm.

Con el fin de explicar el comportamiento obtenidoen la figura 3, se plantea una analogía para esferas detamaño uniforme con un diámetro d, embebidas en unrecipiente cilíndrico de diámetro D, teniendo en cuentalas recomendaciones de la referencia [18]. La correla-ción se determina para conocer la distribución de la frac-ción del material granular grueso a lo largo del radio, ,en una posición, r, de la pared del recipiente (figuras 4 y5). El modelo es representado por las siguientesecuaciones:

*rbobb e*)ra(J)1( , para D/d 2,02 (4)

donde:

d/D

15,345,7a , para 2,02 D/d 13,0 (5)

d/D

25,1145,7a , para D/d 13,0 (6)

d/D

725,0315,0b (7)

d

r*r , para r/d 0 (8)

d/D

220.0365,0b (9)

Jo = es la función de Bessel de primer orden (orden 0).

Figura 4. Corte transversal de un núcleo extraído deconcreto.



Se graficaron curvas para d(TMN) = 12,7 mm, 19,1 mm y 25,4mm; D = 152,4 mm (diámetro delcilindro estándar) y r desde 0 mmhasta 76,2 mm (radio del cilindroestándar). Los resultados se muestranen la figura 5.

Comparando los resultados de lasgráficas de las figuras 3 y 5, es posi-ble determinar que existen aprecia-bles diferencias cuando se extraennúcleos de concreto de diversos diá-metros, en concretos con diferentesTMN. Esto se debe principalmentea la distribución de la fracción delmaterial granular grueso en un reci-piente cilíndrico. En general, ungran error que se puede presentar enla práctica de la auscultación estruc-tural se discute a continuación:

La práctica convencional de laingeniería estructural está basada enun resultado de resistencia a la com-presión del concreto (f’c) de un ci-lindro estándar de 152,4 mm de diá-metro, el cual tiene condiciones defrontera diferentes de las que tienenlos núcleos extraídos del concreto.Esto en razón de la distribución dela fracción del material granular grue-so que tiene un recipiente particulara lo largo de su sección transversal,como lo tiene también un cilindroestándar, un elemento estructural (vi-gas, columnas, muros, etc.) o un nú-cleo extraído de concreto (figura 6).

Por tanto, se pueden tener dife-rentes valores de fracciones del ma-terial granular grueso a lo largo deun recipiente o un elemento estruc-tural que se funde en una formaletay luego es desmoldado (procedi-miento de fabricación similar al deun cilindro estándar). Para obtenerla resistencia real del concreto basa-dos en un núcleo extraído, se nece-sita una longitud característica (diá-metro de perforación) para que lamuestra pueda considerarse un ma-terial continuo. Los diámetros de

Figura 5. Distribución de la fracción del material granular grueso a lo largo delradio del cilindro: (a) TMN = 12,7 mm, (b) TMN = 19,1 mm, (c) TMN = 25,4 mm.



perforación que no reflejan la resis-tencia real del concreto han cruza-do el límite para cumplir con estateoría, es decir, no se cumplen lascondiciones de frontera de la teoríacontinua. Lo anterior origina que seproduzcan las diferencias de los re-sultados de resistencia entre el cilin-dro estándar y los núcleos de con-creto de diferentes diámetros deperforación, debido a la distribuciónno homogénea de los materiales.

CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

Es muy importante tener en cuen-ta, dentro de la etapa de auscultaciónestructural de un estudio de vulne-rabilidad sísmica, las correlacionesque existen entre el tamaño máxi-

mo nominal del agregado (TMN),la resistencia del concreto y el diá-metro de los núcleos extraídos de ele-mentos estructurales (vigas, colum-nas, placas, muros, etc.). Lo anteriorse debe a las diferencias que se pre-sentan en los valores de resistencia ala compresión, entre los núcleos ex-traídos y la resistencia real del con-creto (medida a partir del cilindroestándar).

Según los resultados obtenidos enesta investigación, los parámetrosque más inciden en estos resultadosson el diámetro del núcleo de con-creto y el TMN del agregado. Ade-más, se encuentra que existen unosdiámetros de extracción que reflejande una mejor manera la resistenciareal del concreto, aun teniendo va-

lores de dispersión con los resulta-dos reales de resistencia. Estos diá-metros se encuentran en un rangode 56 mm y 63 mm, como se mues-tra en la figura 5. Los demás rangosde diámetros presentan una disper-sión apreciable en los resultados ydeben corregirse por medio de unaecuación que depende del diámetrodel núcleo del concreto, tal comose muestra en las ecuaciones 1, 2 y3. Con base en estos resultados selograron establecer los diámetrosadecuados del núcleo de extracciónteniendo en cuenta el TMN delagregado, tal como se muestra enla tabla 1.

Tabla 1Diámetro del núcleo de extracciónen función del TMN del agregado

TMN del Diámetro del núcleoagregado según el TMN

del agregado

12,7 mm 4,4 – 5,0 TMN19,1 mm 2,9 – 3,3 TMN25,4 mm 2,2 – 2,5 TMN

Otro aspecto importante que hayque considerar en la extracción denúcleos de concreto en elementoscomo cilindros, vigas, columnas,placas o muros, son las condicionesparticulares de frontera que tienecada uno de estos recipientes. Esdecir, el resultado de resistencia delos núcleos extraídos dependesustancialmente de la ubicación (ho-mogeneidad) y la orientación(anisotropía) de la extracción delnúcleo. Esto en razón de la distribu-ción de la fracción del materialgranular grueso dentro de un reci-piente particular, tal como se ideali-zó en las figuras 5 y 6 para un ele-mento cilíndrico que contienepartículas esféricas de un determina-do diámetro. Este fenómeno inter-viene en los resultados debido a que

Figura 6. Distribución de la fracción del material granular grueso a lo largo delradio de un cilindro estándar.



en la parte central del recipiente exis-te una mejor distribución de las par-tículas gruesas y finas; esto significaque la homogeneización de la mezclaen esta parte del recipiente permiteobtener la resistencia real del con-creto. Algo muy diferente ocurre enlos extremos delcilindro, dondela distribución delas partículas noes uniforme, loque conduce aobtener resulta-dos de resistenciaque no concuer-dan con la reali-dad. Por tanto,cuando se extraeun núcleo de unelemento estructural, éste se debe ob-tener del centro del elemento parapoder captar la homogeneidad de lamezcla y, así, su resistencia real.

A partir de la importancia de losfenómenos de frontera (distribuciónde la fracción del material granulargrueso a lo largo del diámetro de unrecipiente y la anisotropía del mate-rial) nace la necesidad de imple-mentar nuevas investigaciones paraconocer más detalladamente estosfenómenos y poder responder algu-nas inquietudes sobre la afectaciónde la resistencia y el comportamien-to del material. Se deben investigarminuciosamente los fenómenos quese pueden originar a partir de: 1) laextracción de núcleos desde diferen-tes posiciones (orientación de la ex-tracción) de elementos tipo viga,columna, muro, placa, etc.; 2) el fe-nómeno de precompresión o pre-flexión de elementos, es decir, cuan-do están sometidos previamente auna carga axial o a un momentoflector; 3) la influencia del acero derefuerzo longitudinal y transversalen el elemento, y 4) la posición delnúcleo a partir de la forma de ex-

tracción para el ensayo de resisten-cia a la compresión.

Agradecimientos

Los autores manifiestan sus agrade-cimientos a la Universidad MilitarNueva Granada (Centro de Investi-

gaciones de la Fa-cultad de Ingenie-ría, Programa deIngeniería Civil) yal Instituto Co-lombiano para elDesarrollo de laCiencia y la Tec-nología Francis-co José de Caldas–Contrato Col-c i enc i a s -BID–(Programa Jóve-

nes Investigadores. Convenio 027),por su apoyo logístico y administra-tivo durante la investigación deno-minada “Vulnerabilidad sísmica deestructuras de concreto reforzado”(Proyecto ING 2003-003). Así mis-mo al doctor Watson Vargas, inves-tigador de la Facultad de Ingenieríade la Universidad Militar NuevaGranada, por su asesoría en la inves-tigación.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] F[1] F[1] F[1] F[1] Femaemaemaemaema, NEHRP Handbook for the SeismicEvaluation of Existing Buildings, publicación178, Washington, D.C., Federal EmergencyManagement Agency, USA, 1992.[2] F[2] F[2] F[2] F[2] Femaemaemaemaema, Prestandard and Commentary for theSeismic Rehabilitation of Buildings, publicación356, Washington, D.C., USA, Federal Emer-gency Management Agency, 2000.[3] Applied T[3] Applied T[3] Applied T[3] Applied T[3] Applied Technology Council - Aechnology Council - Aechnology Council - Aechnology Council - Aechnology Council - ATTTTTC 40C 40C 40C 40C 40.Seismic Evaluation and Retrofit of ConcreteBuildings, Vol. 1, State of California (U.S.), no-viembre de 1996.[4][4][4][4][4] InvíasInvíasInvíasInvíasInvías (Instituto Nacional de Vías), NormaINV E-418. Toma de núcleos y vigas en concre-tos endurecidos, Bogotá, D.C., Colombia.[5][5][5][5][5] ASTMASTMASTMASTMASTM, American Society for Testing andMaterials, Standard Test Method for Obtainingand Testing Drilled Cores and Sawed Beams ofConcrete. Designation: C 42/C 42M-99. UnitedStates, 1999.

[6][6][6][6][6] Montgomery y RungerMontgomery y RungerMontgomery y RungerMontgomery y RungerMontgomery y Runger,,,,, Probabilidad y es-tadística aplicadas a la ingeniería, Bogotá, D.C.,2001. [7][7][7][7][7] Sánchez de GuzmánSánchez de GuzmánSánchez de GuzmánSánchez de GuzmánSánchez de Guzmán, Diego, Tecnologíadel mortero y del concreto, 3a. ed., Bogotá,D.C., Bhandar Editores Ltda., 1996.[8] AIS[8] AIS[8] AIS[8] AIS[8] AIS, Asociación Colombiana de IngenieríaSísmica, “Normas Colombianas de Diseño yConstrucción Sismo Resistente, NSR-98 (Ley 400de 1997, Decreto 33 de 1998 y Decreto 34 de1999)”, Bogotá, Colombia, AIS. [9][9][9][9][9] IcontecIcontecIcontecIcontecIcontec (Instituto Colombiano de NormasTécnicas y Certificación), Norma NTC 673. En-sayo de resistencia a la compresión de cilindrosde concreto. Bogotá, D.C., Colombia.[10][10][10][10][10] IcontecIcontecIcontecIcontecIcontec (Instituto Colombiano de NormasTécnicas y Certificación), Norma NTC 77. Mé-todo para el análisis por tamizado de los agre-gados finos y gruesos. Bogotá, D.C., Colom-bia.[11] Icontec[11] Icontec[11] Icontec[11] Icontec[11] Icontec (Instituto Colombiano de NormasTécnicas y Certificación), Norma NTC 92. De-terminación de la masa unitaria y los vacíosentre partículas de agregados. Bogotá, D.C.,Colombia.[12][12][12][12][12] IcontecIcontecIcontecIcontecIcontec (Instituto Colombiano de NormasTécnicas y Certificación), Norma NTC 127. Mé-todo de ensayo para determinar las impurezasorgánicas en agregado fino para concreto. Bo-gotá, D.C., Colombia. [13][13][13][13][13] IcontecIcontecIcontecIcontecIcontec (Instituto Colombiano de NormasTécnicas y Certificación), Norma NTC 174. Es-pecificaciones de los agregados para concreto.Bogotá, D.C., Colombia. [14] [14] [14] [14] [14] IcontecIcontecIcontecIcontecIcontec (Instituto Colombiano de NormasTécnicas y Certificación), Norma NTC 176. Mé-todo de ensayo para determinar la densidad yla absorción del agregado grueso. Bogotá, D.C.,Colombia. [15] [15] [15] [15] [15] IcontecIcontecIcontecIcontecIcontec (Instituto Colombiano de NormasTécnicas y Certificación), Norma NTC 221. Mé-todo de ensayo para determinar la densidaddel cemento hidráulico. Bogotá, D.C., Colom-bia. [16] Icontec [16] Icontec [16] Icontec [16] Icontec [16] Icontec (Instituto Colombiano de NormasTécnicas y Certificación), Norma NTC 1776.Método de ensayo para determinar por secadoel contenido total de humedad de los agrega-dos. Bogotá, D.C., Colombia. [17][17][17][17][17] IcontecIcontecIcontecIcontecIcontec (Instituto Colombiano de NormasTécnicas y Certificación), Norma NTC 237. Mé-todo de ensayo para determinar la densidad yla absorción del agregado fino. Bogotá, D.C.,Colombia.[18][18][18][18][18] Debas, Debas, Debas, Debas, Debas, S. y Rumpe, y Rumpe, y Rumpe, y Rumpe, y Rumpe, H.,. ,. ,. ,. , “On therandomness of beds packed with spheres or irre-gular shaped particles”. Journal, Karlsruhe, Ale-mania, Institut fur Mechaninishe Verfah-rentechnik Hochschule, septiembre de 1965

Cuando se extrae un núcleo deun elemento estructural, se debeobtener del centro del elemento

para poder captar lahomogeneidad de la mezcla y,

así, su resistencia real.

Engineering

Final correlación diámetro_extracción