La resistencia a compresión indica la carga máxima por unidad de área que soporta una probeta antes de fallar. En el caso de una lechada de cemento, el ensayo permite verificar el comportamiento mecánico de la mezcla endurecida y comparar el resultado con la resistencia especificada en el proyecto.
Por lo general tanto para el preparado de una mezcla de resistencia o acabado se necesitan tres materiales como lo son: agregado, cemento y agua,. La homogeneidad de la mezcla es indispensable para alcanzar la dureza y la resistencia adecuada al trabajo o función para la que va a desempeñar.
Qué representa la resistencia a compresión
El valor especificado suele escribirse como f′c y normalmente se expresa en megapascales (MPa). Cuando un proyecto especifica, por ejemplo, f′c = 28 MPa a 28 días, no está diciendo que cada cilindro individual deba romper exactamente a 28 MPa.
La resistencia del concreto a los 28 días es el valor de referencia que suele utilizarse para comprobar si una mezcla alcanzó la resistencia a compresión especificada en planos y documentos del proyecto. La edad de 28 días se consolidó como una referencia práctica para especificar y comparar la resistencia del concreto.
Los 28 días no representan el final absoluto del endurecimiento ni significan que todos los concretos deban seguir una misma curva de porcentajes. Esto no implica que el concreto alcance su resistencia final en ese momento. La hidratación puede continuar y la resistencia puede aumentar después de 28 días, especialmente cuando la mezcla contiene materiales cementantes suplementarios o cuando el proyecto especifica edades de 56 o 90 días.
No existe una resistencia universal para losas, vigas, columnas, zapatas o pavimentos. Debe alcanzar la resistencia especificada para ese proyecto, evaluada conforme al criterio de aceptación aplicable.
Unidades y cálculo de la resistencia
El cálculo es sencillo. Técnicamente, la unidad correcta es kgf/cm², porque expresa kilogramo-fuerza por unidad de área. En obra suele abreviarse como kg/cm², aunque esa escritura confunde masa con fuerza.
La resistencia a compresión se calcula dividiendo la carga máxima soportada por la probeta entre el área de la sección sobre la que se aplica la carga:
Resistencia a compresión = carga máxima / área de la sección transversal
Para una probeta cilíndrica, el área de la sección transversal se obtiene a partir del diámetro:
A = π × d² / 4
Por tanto, para una probeta cilíndrica:
f′c = P / (π × d² / 4)
En esta expresión, f′c es la resistencia a compresión, P es la carga máxima aplicada al momento de la rotura y d es el diámetro de la probeta.
La siguiente tabla convierte valores de resistencia entre MPa, kgf/cm² y psi.
| Unidad | Conversión aproximada |
|---|---|
| 1 MPa | 10,197 kgf/cm² |
| 1 kgf/cm² | 0,0981 MPa |
| 1 MPa | 145,038 psi |
| 1 psi | 0,006895 MPa |
Tipos de probetas y selección de la geometría
La letra G indica la utilización de probeta cilíndrica para diferenciarla de la obsoleta probeta cúbica de 200 mm de arista que se identificaba por la letra H.
Algunos países trabajan principalmente con cilindros y otros con cubos. La forma, el tamaño, la preparación de las caras, el confinamiento y el método de ensayo influyen en el valor obtenido. Confundir ambos grupos lleva a diagnósticos equivocados.
ASTM C39/C39M se aplica al ensayo a compresión de probetas cilíndricas y núcleos perforados. ISO 1920-4 y BS EN 12390-3 forman parte de referencias internacionales utilizadas para ensayar concreto endurecido.
ASTM C31 especifica cilindros de 6” x 12” o 4” x 8” pulgadas, pero permite variaciones dependiendo de las necesidades del proyecto. El requisito principal es que el diámetro del cilindro sea al menos tres veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso.
Si se necesita tomar una muestra de concreto colocado, en lugar de moldear probetas con concreto fresco, debe aplicarse ASTM C42, referente a la obtención y ensayo de núcleos perforados y vigas aserradas de concreto.
Normas y alcance del ensayo
ASTM C39 es el método de ensayo estándar para determinar la resistencia a compresión de probetas cilíndricas de concreto. La norma establece procedimientos para someter probetas cilíndricas a fuerzas axiales de compresión hasta que se produzca la falla.
ASTM C39 ha sido durante más de 80 años un método estándar de la industria para ensayar la resistencia a compresión de probetas cilíndricas de concreto.
Los resultados de ASTM C39 se utilizan como base para verificar el cumplimiento de las especificaciones del concreto y para el control de calidad, incluidos aspectos como la dosificación, el mezclado y las operaciones de colocación.
El método completo establece especificaciones sobre la preparación, el curado, la identificación, la aplicación de carga y el cálculo de los resultados.
En un control correctamente planificado, el resultado comienza mucho antes de colocar la probeta en la prensa. ASTM C39 advierte que el resultado depende, entre otros factores, del tamaño y forma de la probeta, el muestreo, el moldeo, la edad, la temperatura y la humedad de curado.
Preparación y conservación de las probetas
Una probeta de concreto es una muestra cilíndrica que se moldea, se fabrica y se cura a partir de concreto fresco en obra.
Las condiciones de conservación recomendadas para las probetas son un curado húmedo controlado de 20±2°C y una humedad relativa igual o superior al 95%.
El curado controla la humedad y la temperatura para favorecer la hidratación y limitar el secado prematuro. Debe iniciarse tan pronto como la superficie pueda protegerse sin dañarla y mantenerse durante el periodo exigido por la especificación.
Un resultado bajo en probetas curadas en obra, acompañado de resultados satisfactorios en probetas con curado estándar, puede señalar problemas de protección o curado del elemento.
ASTM C39 también establece requisitos específicos para la identificación de las probetas, con el fin de mantener la trazabilidad durante todo el proceso.
Aplicación de la carga y rotura
Durante el ensayo de compresión, los técnicos deben controlar la carga a una velocidad constante. Por este motivo, cada vez más laboratorios utilizan máquinas automáticas de ensayo para ejecutar ASTM C39.
La prensa de compresión aplica una carga axial creciente hasta que la probeta falla. La carga máxima registrada se utiliza en la fórmula de resistencia a compresión, junto con el área de la sección transversal de la probeta.
Las máquinas automáticas facilitan el ensayo, pero no sustituyen los requisitos de identificación y trazabilidad de las muestras. Las máquinas conectadas pueden calcular la resistencia a compresión y transferir automáticamente los datos a un sistema LIMS, un sistema de control de calidad u otro programa.
La rotura debe registrarse junto con la identificación de la muestra, la edad, las dimensiones, las condiciones de curado, la carga máxima y el resultado calculado.
Edad de ensayo
| Edad | Uso habitual | Observación |
|---|---|---|
| 1 a 3 días | Control de resistencia inicial en mezclas especiales o decisiones tempranas. | Es muy sensible a la temperatura y al tipo de cemento. |
| 7 días | Control intermedio del desarrollo de resistencia. | La conocida regla de “70 % a los 7 días” puede servir como referencia informal para ciertas mezclas convencionales, pero no es un porcentaje universal exigido por ASTM o ACI. |
| 28 días | Edad de referencia para especificar y comparar la resistencia. | La resistencia puede seguir aumentando después de esta edad. |
| 56 o 90 días | Evaluación de mezclas o proyectos que especifican edades posteriores. | Puede ser especialmente relevante cuando existen materiales cementantes suplementarios. |
La resistencia no aumenta según un porcentaje fijo que sirva para todas las mezclas. La velocidad de desarrollo cambia con el cemento, las adiciones minerales, los aditivos, la temperatura y el curado.
Multiplicar el resultado de 7 días por un coeficiente genérico puede producir una estimación engañosa. ASTM C1074 regula la estimación de resistencia mediante el método de madurez.
Las probetas curadas en obra y el método de madurez correctamente calibrado pueden aportar información para retirar formaletas, aplicar postensado, abrir un pavimento o terminar la protección contra frío.
Sí puede ser posible, pero la decisión no debe basarse únicamente en el número de días.
Factores que modifican el resultado
Una cantidad excesiva de agua deja más poros en la pasta endurecida y suele reducir la resistencia y la durabilidad. Sin embargo, disminuir agua sin ajustar la trabajabilidad puede impedir una colocación y consolidación correctas.
Los cementos de alta resistencia inicial, las puzolanas, la escoria, las cenizas, el humo de sílice y otros materiales modifican la velocidad de desarrollo.
La temperatura afecta la velocidad de hidratación. El frío puede retrasar el desarrollo temprano y el congelamiento prematuro puede causar daño.
Errores de pesaje, humedad no corregida en los agregados, tiempo excesivo de mezclado o transporte, segregación, adición de agua en obra y consolidación deficiente cambian la resistencia obtenida.
El aire incorporado puede ser necesario para determinadas exposiciones, pero su contenido debe controlarse.
Comprar o preparar concreto únicamente por una proporción volumétrica como 1:2:3 no garantiza un valor de f′c.
Sabemos hasta ahora que dependiendo del agregado contenido dentro de la tierra es la base para mezclarla con el cemento y posteriormente con el agua. La cantidad de cemento que deba mezclarse a la tierra con que se vayan a fabricar materiales de tierra-cemento, depende de la proporción de arena contenida en dicha tierra.
Existe una costumbre de que la mezcla se haga toda junta, es decir a la tierra se le agrega por encima el cemento y luego el agua batiendo los tres elementos a la vez.
Criterios de aceptación e interpretación
Un ensayo de resistencia para aceptación se obtiene a partir del promedio de varias probetas de una misma muestra, según el tamaño de los cilindros y la norma aplicable.
Los criterios dependen del reglamento adoptado. Como referencia, ACI 318 establece criterios estadísticos para evaluar los resultados de resistencia del concreto.
La edición de ACI adoptada legalmente puede variar entre países, municipios y contratos.
Cuando un proyecto especifica un valor de resistencia, la comparación debe realizarse con el criterio de aceptación aplicable y no con una cifra aislada interpretada fuera de contexto.
Un resultado bajo merece investigación antes de decidir una reparación, refuerzo o demolición.
Un martillo de rebote u otro ensayo no destructivo puede apoyar una investigación, pero no sustituye automáticamente los cilindros ni determina por sí solo la aceptación estructural.
No. Una resistencia suficiente no garantiza por sí sola baja permeabilidad, recubrimiento adecuado, control de fisuras, protección frente a agentes agresivos ni buena ejecución.
Programa de ensayos y recursos de laboratorio
Los tipos de muestra pueden incluir probetas cilíndricas, cúbicas y prismáticas de hormigón y mortero; testigos extraídos de estructuras; paneles de shotcrete; muestras pulverizadas para análisis químico y elementos estructurales in situ.
| Aspecto | Información |
|---|---|
| Parámetros analizados | Resistencia a compresión, tracción, módulo de elasticidad, absorción de energía, contenido de fibras, permeabilidad, cloruros, resistividad eléctrica, corrosión, carbonatación, desgaste, retracción y cambios volumétricos. |
| Volumen mínimo requerido | 3 probetas por ensayo mecánico; 2-3 testigos para ensayos destructivos; paneles de shotcrete según ensayo; 50 g de muestra para análisis químicos. |
| Tiempo máximo de entrega | 35 días. |
| Tiempo máximo de muestreo y análisis | Entre 2 y 28 días según tipo de ensayo. |
| Personal responsable | Jefe Operaciones, Jefe Laboratorio, Laboratoristas. |
| Objetivo del ensayo | Evaluar propiedades mecánicas, físicas, químicas y de durabilidad del hormigón y mortero endurecido. |
Los métodos de análisis pueden incluir aplicación de carga mecánica controlada, medición de deformaciones, ensayos de permeabilidad por presión hidráulica o flujo de aire, análisis químico por titulación o electrodo selectivo, ensayos de abrasión mecánica, medición de retracción, inspección visual y métodos no destructivos.
El equipamiento utilizado puede incluir prensa de compresión, máquina de flexión y tracción, extensómetros, equipo de impacto, equipo de permeabilidad, celda RCPT, equipo Torrent, Wenner, media celda, pacómetro, martillo Schmidt, máquina Bohme y equipos de laboratorio químico.
Las aplicaciones comunes comprenden control de calidad en obra, diseño estructural, evaluación de durabilidad, diagnóstico de patologías, inspección de estructuras, obras hidráulicas, pavimentos, túneles y minería.
Los resultados dependen de las condiciones de curado, la extracción y la representatividad de la muestra.
Dosificación preliminar y control de materiales
Después de definir la resistencia y el volumen requerido, una hoja de cálculo puede ayudar a ordenar las cantidades preliminares de cemento, arena, grava y agua.
La hoja de dosificación de concreto en Excel o Numbers de Ingeniería Real funciona como recurso de apoyo para esa estimación.
En lo referente a la densidad del cemento y demás granulados, tomando en cuenta las pruebas de los científicos, esta puede ser de hasta 1,2 kilogramos por litro de agua.
El resultado: 0.023 m3/m2 la cantidad de mortero que necesitamos por cada metro cuadrado de muro.
Seguridad durante la preparación y el ensayo
Seguridad: el concreto fresco y las mezclas cementantes son cáusticos. Utilice guantes impermeables, botas, ropa de protección y protección ocular.
La identificación, el moldeo, el curado, el transporte y la aplicación de carga deben ejecutarse de manera controlada para evitar resultados que reflejen errores de procedimiento en lugar del comportamiento real de la mezcla.