Una mirada actualizada al análisis de la norma chilena de testigos NCh 1117/1 y NCh 1117/2

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La actual normativa que rige la extracción y ensayos de testigos de hormigón, adoptada de forma oficial el año 2001, fue sujeta a un riguroso análisis poco después de su aparición. En el siguiente artículo, se destacan aspectos relevantes de dicho análisis y se actualizan algunos puntos respecto a la toma de muestras de estos elementos.

Texto: Arturo Holmgren G.
Edición periodística: Felipe Kraljevich M.

Declarada como norma oficial de la República el 27 de junio de 2001, la norma chilena NCh 1117/1, referida a la extracción y ensayos de testigos de hormigón endurecido, normalizó los procesos para extraer y preparar los testigos de hormigón para ensayos, incluyendo el análisis de los valores obtenidos de estos mediante la norma NCh 1117/2, referida a la evaluación de los resultados de resistencia mecánica.

En ese sentido, “una de las razones por la cuales se hace necesaria la extracción y ensayo de testigos es que se tiene presente que existen situaciones que pueden permitir, eventualmente, que los resultados de las muestras de hormigón fresco no representen fidedignamente su resistencia potencial”, explicó Arturo Holmgren, ingeniero civil de la Pontificia Universidad Católica de Chile, con casi 4 décadas de experiencia en desarrollo y soporte técnico en la industria del cemento, hormigón y agregados.

El experto agregó que, antes de decidir la extracción de testigos, se deben tener en cuenta las recomendaciones que se indican en la norma NCh1998: la comprobación de la validez del ensayo de las muestras de hormigón fresco, identificación e inspección visual de la zona de la estructura de hormigón representada por la muestra (dejando constancia de eventuales errores en la colocación del material), realización de ensayos por métodos no destructivos y, finalmente, extraer y ensayar los testigos de hormigón endurecido, sólo si corresponde.

Dentro de los otros puntos a destacar de la NCh 1117/1, está lo que el profesional destaca como una mejor definición del concepto de “lote homogéneo de hormigón”, “indicando que es aquel que tiene el mismo grado de resistencia, fracción defectuosa y tamaño máximo del árido grueso”. Asimismo, subrayó que también se debe considerar en la extracción de testigos el mismo asentamiento de cono y condiciones de dosificación. “Lo anterior está basado en los conceptos de ACI 318, que indica que un lote a ser evaluado sólo debe considerar probetas de hormigones que representen a una misma dosificación”.

Análisis de la resistencia de los testigos

“Una vez que se evidencia la necesidad de extraer y ensayar testigos, se hace necesario establecer las condiciones para ello”, puntualizó Holmgren.

En este punto, si bien la norma chilena sobre testigos establece una serie de elementos que se deben chequear antes de llevar a cabo estos procedimientos, el ingeniero explicó que, además, la NCh1998 indica un criterio claro y definido del lugar desde el que se extraen los testigos cuando las muestras individuales no cumplen con los requisitos de resistencia. Sin embargo, esto no ocurre para el caso en que la media móvil de tres muestras consecutivas no cumpla el nivel exigido.

“Si reconocemos que cuando existe un promedio insuficiente de resistencias de tres muestras consecutivas -dijo el ingeniero- todas las amasadas en ellas involucradas, muestreadas o no, tienen un grado de incertidumbre en cuanto a su resistencia, entonces se sugiere identificar todas las zonas hormigonadas, incluyendo aquellas representadas por la primera y última muestra de las tres consideradas en dicha media móvil. De esta forma, se debería comenzar por auscultar aquella zona representada por la muestra más baja de las tres”.

Asimismo, el experto subrayó que si se requiere un análisis más detallado, “se debieran incluir las siguientes zonas que estén representadas por las demás muestras hasta, en caso de estimarse imprescindible, continuar con aquellas no muestreadas”. Para estas últimas, Holmgren dijo que se pueden estudiar con ensayos no destructivos, “con previa relación de resultados esclerometría/testigos de las zonas anteriores”.

Condiciones y cuidados para la extracción de testigos

Dentro de las condiciones establecidas, lo primero es asegurar que el hormigón tenga una resistencia cilíndrica de, al menos, 8 MPa, para así evitar el deterioro del testigo durante el proceso de extracción, preparación o ensayo. O bien, comentó el ingeniero civil, “que tenga una edad mínima de 14 días bajo condiciones de curado normalizadas”. También, subrayó que el respeto por estas condiciones es esencial ya que “cualquier daño que pueda afectar el resultado del testigo será difícil de identificar una vez realizado el ensayo”.

La norma establece una serie de parámetros para la extracción de los testigos. Por ejemplo, que la distancia entre estos debe ser, como mínimo, dos veces su diámetro, a fin de evitar el daño tanto en la estructura como en los mismos testigos.

Asimismo, establece que en el caso que la extracción se haga de forma horizontal, los testigos se deben ubicar en el tercio central del elemento que se quiere analizar y a una distancia superior a los 30 centímetros de bordes y juntas de hormigonado. En el caso de una extracción vertical, dijo Holmgren, estos deben estar separados en más de 60 cm entre ellos, de los bordes y de las juntas.

“Ocasionalmente -agregó- por dificultades de extracción, no se respeta lo anterior, siendo una situación común la extracción vertical en elementos como sobrecimientos, donde el proceso es muy simple, pero debilita al hormigón de contorno, pudiendo producir fisuras en el mismo testigo o en el que se extraerá a continuación. Los resultados insuficientes de dichos testigos no deben ser considerados como calidad rechazable del hormigón”, subrayó.

Otro de los aspectos relevantes que destaca la norma, es la exigencia de la redacción de un informe en el que se detallen características visibles prominentes del elemento del que se extrae el testigo (porosidades, fisuras, nidos de piedra) como también, la presencia o no de anormalidades durante su proceso de extracción y transporte. En ese punto, el ingeniero puntualizó que la norma dice que se debe marcar de forma indeleble cada testigo en su manto, para poder identificarlo en cualquier momento.

Otro elemento importante es la inspección visual previo a la preparación del testigo para su ensayo. Esto, a fin de verificar la existencia de fisuras, grietas, nidos de piedra, inclusión de elementos ajenos al hormigón u otros, ya que la presencia de este tipo de anomalías puede desvirtuar completamente los resultados que se obtengan de los ensayos.

Ensayo de densidad y estimación de resistencia de los testigos

La norma, asimismo, subraya la realización del ensayo de densidad del hormigón, “puesto que tiene directa relación con la resistencia mecánica”, explicó el ingeniero y añadió que “para el cálculo de la densidad, se debe tener presente la corrección por la posible presencia de elementos extraños al hormigón, como fierros, tubos y otros”.

“La magnitud de la disminución de resistencia por efecto de no lograr una total compactación y, por ende, la máxima densidad, se puede observar en la información de Neville (1989), quien estima que una disminución de un 5% en la densidad provoca una pérdida de un 30% en la resistencia a 28 días del hormigón y una disminución de un 2% en la densidad deriva en una pérdida de, al menos, un 10% en la resistencia referida”, comentó.

Por este motivo, subrayó el ingeniero, es de suma importancia “considerar este efecto en la resistencia de testigos extraídos para cuando se desea evaluar la resistencia potencial del hormigón elaborado pues, generalmente, la compactación que se efectúa en los elementos de una estructura puede ser muy distinta de aquella que se realiza en una probeta de hormigón confeccionada en forma estandarizada”.

Sobre el rectificado o refrentado y sus implicancias en el manejo de testigos

A juicio del profesional, elementos como armaduras, tubos, bolones desplazadores u otros, deben evitarse, ya sea en el momento de la extracción o en el de la preparación para un ensayo mediante el aserrado de las caras, “resguardando mantener la esbeltez requerida”, subrayó.

Si esto no fuese posible, un especialista -dice Holmgren- debe evaluar si se ensaya el testigo o no. Si se ensaya, se debe dejar constancia de ello en el informe de laboratorio. “Lo que no se permite, bajo ningún punto de vista, es la existencia de armadura en posición paralela, o inclinada, a la dirección de carga”. Asimismo, la presencia de armaduras en los testigos puede provocar importantes desvíos de resultados, comentó el ingeniero.

Otro punto que destaca de la norma de testigos es el corte de extremos y posterior rectificado o refrentado. Para ello, explicó, se debe utilizar una sierra disco de banco, lo que elimina la posibilidad de usar equipos manuales con discos abrasivos. De esta forma, explicó, “se evita la incertidumbre de si la verificación de planeidad es efectuada de forma correcta, sobre todo si la exigencia de resaltes de 1 mm es bastante complicada e incierta para los normales procedimientos y recursos de la mayoría de los laboratorios”.

En esta misma línea, y citando el Concrete Society Technical Report N°11, el ingeniero comentó que “cuando se desea estimar la resistencia potencial del hormigón, se indica eliminar 50 mm de cada extremo del testigo para asegurar que el ensayo se realice con un hormigón representativo de su calidad potencial y no involucre defectos superficiales provenientes de la compactación y/o curado efectuado en obra, teniendo presente los requerimientos de esbeltez para el ensayo”.

Si bien la norma establece disposiciones para la calidad del refrentado que se debe lograr, a fin de lograr una superficie adecuada en los extremos de los testigos de hormigón, a juicio del ingeniero estas disposiciones, a veces, no son consideradas cuando se ejecuta esta labor. “Se ha podido observar cilindros y testigos refrentados tan sólo en una cabeza, o bien con espesores más allá de lo adecuado e incluso, mezclas segregadas de materiales heterogéneos y de calidad resistente insatisfactorias”, reveló.

En ese sentido, puntualizó que mientras el refrentado es una fuente de incertidumbre de resultados adecuados, el rectificado viene a ser el procedimiento más recomendado y “mejor será el traspaso de tensiones hacia el hormigón mientras menos elementos y materialidades interfieran entre la placa de la prensa y el testigo a ensayar, en especial, si se está realizando una evaluación de una situación muy delicada para todos los involucrados”. Asimismo, dijo que “esto se torna crítico cuando se han de ensayar hormigones de resistencias elevadas”.

Con ello, resaltó también la importancia de ensayar testigos extraídos de una misma zona, “con esbelteces lo más parecidas entre sí, teniendo en cuenta que deben estar en el rango indicado en la norma. De esta forma, se evita el aumento de la dispersión del lote por la propia dispersión que tienen siempre los factores de conversión, dado que estos siempre son representativos sólo de promedios empíricos”.

Para determinar la resistencia mecánica del hormigón a la edad de ensayo, el profesional declaró que los testigos tienen que estar conservados en condiciones lo más parecidas al ambiente que rodea a la estructura.

Es decir, si el hormigón de la estructura está seco en el ambiente, o con contacto ocasional con agua, “los testigos se deben mantener en el ambiente natural del laboratorio durante 7 días antes del ensayo, debiéndose ensayar en dicha condición (se establece la posibilidad de reducir este plazo bajo previa autorización del proyectista o especificador). Si el hormigón del elemento estructural va a estar sumergido en el agua, los testigos se deben sumergir durante 40 horas y ensayarse húmedos”, detalló Holmgren y agregó que “una vez ensayados, los testigos deben permanecer en el laboratorio por un plazo no inferior a 30 días, con el propósito de ser inspeccionados por los involucrados”.

Resistencia real y resistencia potencial

Según explica Arturo Holmgren, la actual norma de testigos explicita que el hormigón posee dos tipos de resistencias, la real y la potencial, y que ambas se deben considerar cuando se analizan los testigos. Respecto a la resistencia real, “ésta es necesaria y útil pata conocer las características resistentes del hormigón al momento de la extracción de los testigos y así determinar posibles nuevos usos de la estructura o evaluar la magnitud de daños ocasionados por sismos, incendios y otros”, explicó.

Sobre la resistencia potencial, el ingeniero subrayó que permite “estimar las potenciales características resistentes del hormigón” y, por lo mismo, subrayó que “la resistencia obtenida por testigos es la real del hormigón desde donde se extrajeron, por lo que para estimar la potencial del mismo, se han de aplicar factores de corrección como, por ejemplo, el que considera el exceso de poros”.

De igual modo, el ingeniero se refiere a la resistencia al hendimiento que aparece en la NCh1171 y, aunque “este ensayo ha sido utilizado en el pasado en nuestro país para el caso de pavimentos”, también destacó que la norma de testigos dice que “…la actual información disponible no permite recomendar un método para convertir resultados de resistencia de hendimiento, o compresión, a resistencias a tracción por flexión”, por lo que su análisis está concentrado sólo en el “ensayo a la compresión”.

Asimismo, aseveró que “la realidad ha demostrado que el ensayo a hendimiento no es adecuado ni satisfactorio para estimar resistencia a tracción por flexión, ni tampoco para aceptar o rechazar la calidad del hormigón debido a su alta variabilidad y dependencia de las condiciones de ensayo”.

Si bien la decisión de extraer o no testigos de hormigón está supeditada a casos de incumplimiento de las especificaciones de la norma NCh1998 en las muestras de hormigón fresco, el ingeniero puntualizó que, ya sea para aceptación o rechazo del hormigón de la zona bajo análisis, el resultado que vale es el que entregan los testigos, de tal manera que “el valor de la zona moldeada, que provocó la necesidad de extraer testigos, no debe seguir siendo considerado en la aplicación de los criterios de evaluación estadística de NCh1998”, explicó.

Asimismo, el profesional puntualizó que este valor “tampoco puede ser reemplazado por lo obtenido en los testigos, ya que un lote sometido a evaluación estadística no debe mezclar resultados de resistencia potencial y real”.

“Del mismo modo -aseveró- si, en particular, un proyecto establece que la recepción del hormigón será efectuada mediante los resultados de testigos, este deberá establecer la metodología de evaluación, la que deberá considerar que la resistencia de los testigos corresponde a resistencias reales, no potenciales, lo que conlleva a una mayor dispersión de resultados y, por ende, requerimiento de una dosificación de cemento superior a la que realmente se necesita desde el punto de vista estructural. Además, se debe considerar que la resistencia real siempre es menor que la potencial”.

¿Se deben aplicar correcciones por edad a los testigos de hormigón?

Según explicó Arturo Holmgren, “la acción de corregir por edad los resultados de los testigos ensayados a compresión, está basada en el conocimiento que se tiene sobre la evolución de la resistencia del cemento la cual, mientras exista humedad, se desarrollará durante meses, incluso años”. Esto, dijo el ingeniero se aprecia con mayor facilidad en cementos que incluyen puzolanas o escorias, los que “han demostrado evoluciones muy por encima de las que muestran aquellos que no las tienen, o las tienen en poca cantidad”.

“Sin embargo, la evolución de resistencia del hormigón colocado en obra, en general, evidencia poco, o nulo, desarrollo de resistencia posterior a los 28 días de edad. Básicamente, esto sucede por el bajo nivel de curado que se realiza, efectivamente, en las obras de hormigón”, puntualizó.

Adicionalmente, aclaró que “acorde a los criterios normalizados de aceptación y rechazo de las resistencias de los testigos (ACI 318), los resultados no deben modificarse por efectos de edad. Esto es porque dichos criterios ya tienen incorporado, y asumido, el hecho de que es normal que los testigos sean extraídos, y ensayados, a edades posteriores a la edad en que ha sido especificada la resistencia del proyecto”.

Conclusiones del análisis

Los resultados obtenidos se expresan en probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. “Posteriormente, el promedio, y cada resultado individual, se compara con la resistencia especificada, expresada en la probeta cilíndrica mencionada, y ponderada por 0,85 (constante para el del promedio de los testigos) y 0,75 (constante de evaluación para testigo individual) respectivamente, condición que se debe cumplir de forma simultánea”, añadió el ingeniero.

Estas constantes se adoptaron por la norma chilena ya que están establecidas en el código ACI318 y son las que permiten la comparación de forma directa, “ya que consideran todo lo relacionado con el proceso de extracción, diferencias de tamaño de probetas, curado diferente y el hecho que los testigos se extraen a edades superiores a la considerada en la especificación de resistencia. De esta forma, se puede comparar la resistencia real del hormigón representado en los testigos con aquella especificada para el proyecto por el calculista estructural”, explicó.

Además, Arturo Holmgren agregó que si se busca comparar la resistencia potencial (vale decir, la del hormigón elaborado) con la especificada, un especialista debe aplicar factores de corrección por densidad, madurez, presencia de elementos extraños al hormigón, contaminaciones con agentes desmoldantes y materiales de curado, entre otros. Para ello recomendó revisar “los antecedentes aportados por Concrete Society Technical Report N°11”.

A juicio del ingeniero, las normas chilenas NCh 1171/1 y NCh 1171/2 “son documentos con criterios e información técnica que permiten afirmar que se trata de una norma completa y que, a su vez, da a conocer antecedentes que evitan seguir adoptando como dogmas algunas consideraciones históricas en nuestro país”. En ese sentido, recomendó que antes de la extracción de testigos, es necesaria una etapa previa de evaluación inicial “que defina la real necesidad de extracción de éstos, sus criterios de preparación, ensayo y posterior evaluación de sus resultados”.

Finalmente, el profesional consideró que “entre las normas y métodos relativos a testigos, la norma chilena contiene aspectos que la hacen una de las que entrega una mayor cantidad de herramientas y conceptos y, por ende, la convierten en una verdadera herramienta útil para las conclusiones que se deban efectuar sobre los resultados que se obtengan de testigos de hormigón”.

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