Criterios de aceptación de calidad del concreto basado en pruebas rápidas de permeabilidad de

ión cloruro

Concrete International Mayo 2010Por Casimir J. Bognacki, Marco Pirozzi, Joseph Marsano y William C Baumann

Las especificaciones basadas en el funcionamiento están llegando a ser cada vez más y más comunes para los proyectos de infraestructura. La Asociación Nacional de Concreto Premezclado (NRCA) está comprometida en desarrollar una especificación estándar para la industria con base a una iniciativa P2P (Prescripción de especificaciones para el desarrollo). Es importante, el contar con pruebas de aceptación que correlacionen el comportamiento con la durabilidad. Por ejemplo, la norma ASTM “Ensayo estándar para resistencia a la compresión de especímenes de concreto.”, es un ensaye adecuado para la medición de la resistencia a la compresión pero no puede ser considerado como un indicador de la durabilidad del concreto.

Algunos profesionales del concreto creen que el ensayo de Permeabilidad Rápida de Cloruro (RCP) – AASHTO T 277-07 ó ASTM C1202 – 07, ambos titulados “Método estándar para la determinación de la capacidad del concreto de resistir la penetración del ión cloruro”, es un método válido para estimar la permeabilidad del concreto de ión cloruro y, por lo tanto, su última durabilidad con respecto a la corrosión del acero de refuerzo y a la delaminación del concreto. Muchos en la industria, sin embargo, son escépticos de su validez pues no es una prueba directa, a diferencia de la acumulación del ión, que lo es. Otros sienten que la prueba del RCP es demasiado variable para ser una prueba de aceptación de calidad. Desafortunadamente, debido a este discusión en curso, muchos han elegido no hacer ninguna prueba para la permeabilidad del concreto. La autoridad portuaria de Nueva York y New Jersey (PANYNJ) es una agencia biestatal que construye, funciona, y mantiene una gama de importantes proyectos de la infraestructura, de puentes y túneles así como las instalaciones del aeropuerto en el área metropolitana de New York City, además de reconstruir el sitio del extinto World Trade Center. PANYNJ tiene experiencia con una variedad de aplicaciones del concreto y ha estado utilizando las especificaciones basadas en el funcionamiento durante más de una década. Cada aplicación tiene sus propios criterios de funcionamiento, que pueden incluir resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, adherencia, o permeabilidad.

La introducción de la prueba del RCP al inicio de los 90 y el éxito de los resultados de laboratorio y de los proyectos experimentales llevaron a una adopción total del método por PANYNJ en 1998. El análisis realizado por el personal de PANYNJ en los resultados de la prueba del RCP de los concretos que

había contratado ilustra que las preocupaciones por la prueba del RCP están exageradas y que la calidad y la durabilidad del concreto utilizado en la infraestructura pueden ser mejoradas especificando la prueba del RCP como medida de aceptación de calidad cuando se determine correcto.

Comparación con la acumulación del cloruro

Una causa importante de los problemas de durabilidad para el concreto en las áreas que utilizan agentes de descongelación base cloruro están situadas en un ambiente de agua salina provienen la intrusión del cloruro en el concreto. Los cloruros proporcionan los electrólitos necesarios en el concreto para que el refuerzo de acero inicie la corrosión, causando productos de la oxidación que se expanden y destruyen el concreto circundante. Un método aceptado para evaluar la permeabilidad del concreto es el de la acumulación del cloruro (AASHTO T259).

En esta prueba, una solución del cloruro sódico (NaCl) al 3 % se mantiene acumulada continuamente sobre la superficie de una pieza de concreto. En las fechas de prueba especificadas, se perforan unas muestras del espécimen de concreto y el cloruro es determinado a varias profundidades. PANYNJ realizó un estudio que correlacionó los valores de acumulación de cloruro con los valores de la prueba del RCP. Cuatro especímenes, uno con ceniza volante, uno con el cemento de escoria, uno con el humo de sílice y ceniza volante, y una de sólo cemento – testigo- fueron preparados y curados por aproximadamente 4 meses, de acuerdo con ASTM C31. Cada espécimen fue puesto en contacto con una solución de NaCl por 1 año. La prueba del RCP fue realizada en los cuatro especímenes antes de la acumulación. Las proporciones de la mezcla y los valores del RCP se dan en la tabla 1. Después de 1 año, corazones de un diámetro de 3 pulgadas (75 mm), fueron tomados del espécimen con un sobre corte de 0.04 pulgadas. (1 milímetro) adicional para producir muestras de concreto pulverizadas para análisis de cloruro. Un sobre corte de 0.16 pulgadas. (4 milímetros) adicionales fue desechado de cada muestra debido a las irregularidades en los perfiles superficiales de las muestras. Las muestras restantes entonces fueron analizadas para determinar el contenido de cloruros usando el método del ácido acético (AASTHO T 260). Como se pueden considerar en la fig. 1, después de 1 año de acumulación, los especímenes de los cuales tenían un valor de la prueba del RCP menor de 1000 coulombs tenían poco a ningun cloruro presente en una profundidad de 0.39 pulgadas. (10 milímetros), indicando un concreto con permeabilidad baja a los iones del cloruro.

La acumulación del cloruro y la prueba del RCP proporcionan los resultados para la mayoría de las mezclas en un marco de tiempo similar; sin embargo, la prueba del RCP proporciona resultados confiables en tan sólo 28 días para las mezclas

que contienen el humo de sílice, obteniendo ahorros significativos de tiempo sobre la prueba de acumulación de cloruros.

Hay también un método acelerado para la prueba del RCP, desarrollado por el Consejo de Investigación del transporte de Virginia, que puede ser utilizado en cualquier tipo de concreto: después de 7 días de curado húmedo (según ASTM C31 a 73°F [23°C]), los especímenes se curan en un baño de agua caliente (100°F [38°C]) por 21 días. PANYNJ ha encontrado que este método acelerado aproxima la madurez de los especímenes de concreto con cenizas volantes tipo F a 125 días y de especímenes con cemento de escoria a 200 días. De vez en cuando, PANYNJ utiliza este método acelerado.

Variabilidad de los ensayos en campo

Las dosificaciones de las mezclas para los proyectos donde la prueba del RCP fue utilizado como un ensaye de aceptación de calidad, se muestran en la Tabla no. 2. La tabla 3(a) resume los resultados producidos en campo de la prueba RCP, cerca de 500, para las mezclas dadas en la Tabla no. 2. Fueron analizados diseños de mezclas con cemento de escoria, fly ash, y humo de sílice. El promedio, la desviación estándar, y el coeficiente de variación entre los ensayes y entre las diferentes bachadas, fueron calculados para los ensayes RCP y los de resistencia a la compresión. Debe ser observado que un resultado de la prueba del RCP es el promedio de dos pruebas realizadas en la misma muestra, al igual que un resultado de la prueba de resistencia a la compresión. El resumen de los resultados se presenta en los cuadros 3 (a) y (b).

La declaración de la precisión de ASTM C1202-07 es el principal argumento en contra del uso de esta prueba para la aceptación de calidad. Indica que el “solo se ha encontrado un coeficiente de variación del operador de los resultados del 12.3%,” pero los datos de PANYNJ muestran una variación de la prueba cerca de 4.05%. Cabe remarcar que esta declaración de la precisión ha seguido siendo igual a lo largo de 12 años, incluso aunque el aumento de la exactitud del equipo de prueba ha mejorado, según lo indicado por resultados de la prueba de PANYNJ.

El método de prueba es sensible a los cambios en las mezclas - PANYNJ muestra un resultado promedio del coeficiente de variación de 29.3%. Esta variación no debe ser un impedimento a usar esta prueba, sin embargo, con tal que la especificación basada en el funcionamiento tome en cuenta esta sensibilidad y variabilidad de la prueba aumentando el límite superior en los criterios de aceptación o permitiendo un porcentaje más alto del concreto con resultados de la prueba del RCP más arriba del especificado. El cuadro 4 ilustra los estándares del ACI para el control de calidad del concreto. Usando esta carta y la aplicación de ella a los datos de PANYNJ presentados en los cuadros 3 (a) y (b) se puede hacer una comparación entre los resultados de la prueba del RCP y los datos de la resistencia a la compresión. Si los estándares de la comparación dados en el cuadro 4 se utilizan para los datos del RCP y de la resistencia a la compresión, puede ser visto que las variaciones para las pruebas de la resistencia a la compresión y el RCP son excelentes y buenas, respectivamente. Porque la

variabilidad de la prueba es una indicación del error del muestreo y de la prueba, estos resultados indican que hay más variabilidad en la prueba del RCP, pero no hasta el punto de que esta prueba no se podría utilizar para la aceptación de calidad del concreto. El coeficiente de variación total es 16.8% para los resultados de la resistencia a la compresión y 29.3% para la prueba del RCP. Ambos son considerados pobres por el estándar dado en el cuadro 4. Esto indicaría que la variabilidad en la producción de estas 11 mezclas concretas era alta, y el control de calidad en las plantas de producción de concreto debe ser mejorado. La prueba del RCP es más sensible a esta variabilidad de procesamiento por lotes , clásico en casi cualquier planta de producción de concreto. Los datos en los cuadros 3 (a) y (b) indican que las variaciones de la prueba son pequeñas cuando están comparadas al coeficiente de variación total.

Especificaciones de PANYNJ y pagos de contratos

Para proyectos de PANYNJ donde la prueba del RCP se utiliza para la aceptación de calidad, el contratista debe someter las proporciones de la mezcla apoyadas por datos del prueba de laboratorio con un valor del RCP de menos de 1000 para las mezclas sin un inhibidor de corrosión y menos de 1500 para las mezclas con el nitrito del calcio usado como inhibidor de corrosión, a cierta edad especificada. Los criterios de aceptación de especificaciones de PANYNJ estipulan que un porcentaje dentro del límite (PWL) de el 90% para todos los lotes de prueba esté debajo de un valor del RCP de 1500 sin un inhibidor de corrosión o 2000 con un inhibidor de corrosión, a cierta edad.

Para las mezclas de concreto con cenizas volantes o con cemento de escoria, la prueba del RCP se realiza a 120 días; para las mezclas de concreto con humo de

silice, la prueba del RCP se realiza a 28 días. Las especificaciones incluyen reducciones de pagos cuando el concreto tiene altos valores de RCP y compensaciones adicionales a los pagos cuando los valores del RCP se sitúen debajo del número especificado.

Para obtener prima adicional, el concreto debe también estar dentro de lo especificado para la resistencia a la compresión, aire y contenido de agua. Las reducciones del pago se hacen para lotes que tengan un PWL menor al 90%, mientras que las primas son pagadas para los diseños de mezcla con un PWL más alto el de 95%.

Estos criterios de aceptación consideran la variabilidad más alta en resultados de la prueba del RCP en comparación con los datos de la resistencia a la compresión (ASTM C39). El PWL para la resistencia a la compresión es el 95% para una cierta f’c. Se realizo un análisis para determinar el porcentaje del concreto que recibió reducciones de pago, el pago completo, o el pago de la prima basado en la especificación de PANYNJ para los datos del RCP. Del concreto que fue colocado, el aproximadamente 11% no cumplieron con las especificaciones de PANYNJ dando lugar a pagos reducidos, (entre 1 y el 50% del precio unitario del concreto). Por lo tanto, el 89% del concreto suministrado donde la prueba del RCP el criterio de aceptación de calidad recibieron su pago completo y/o una prima adicional por calidad. De este 89%, el 35% excedieron los requisitos mínimos en la especificación de funcionamiento, permitiendo que el contratista califique para una prima entre 1 y el 6% del precio unitario del concreto.

Efecto de las puzolanas

La prueba del RCP también proporciona una indicación en cuanto a la presencia de puzolanas y puede detectar cambios en el mezclado de las materias primas. En nuestra experiencia una mezcla que contiene unicamente cemento portland no puede producir un valor de RCP menor a 1000. PANYNJ tiene un proyecto que requiere la substitución de 30% de ceniza volante por cemento pero los resultados de las pruebas realizadas han creado severos cuestionamientos al respecto. Un análisis de los resultados muestran que los resultados de la resistencia a la compresión cumplen con las especificaciones pero los resultados de la prueba RCP repetidamente fallaban.

Después de una investigación para determinar la causa de valores altos de RCP, confirman que las mezclas de concreto solicitadas con ceniza volante que tenían altos valores de RCP nunca fueron mezcladas con ceniza volante, confirmándose con los tickets de salida de las plantas dosificadoras.

Una vez que las cenizas volantes fueron agregadas, los resultados del RCP cayeron dramáticamente a los valores que eran congruentes con datos históricos. El cuadro 5 compara los resultados de la prueba del trabajo antes y después de la presencia de las cenizas volantes. Es de remarcar que los resultados de la prueba de resistencia a la compresión no proporcionaron ningún indicio de que las cenizas volantes no fueron incorporadas en el concreto entregado al proyecto.

Conclusión

Si la prueba esta hecho correctamente, especificar la prueba del RCP como criterio de aceptación en una especificación basada en el funcionamiento es técnicamente apropiado. La variabilidad de las pruebas del RCP es mayor que la variabilidad de las pruebas de ASTM C39, pero cuando se especifican los límites apropiados, la variabilidad no representa problema alguno. El análisis de los pagos a los futuros proveedores prueba que, con una especificación bien detallada, se puede obtener un concreto de alta calidad y durabilidad, y los contratistas deberían de ser recompensados por proporcionar calidad y castigar o desalentar a aquellos proveedores de suministrar un concreto deficiente. Para una infraestructura del concreto más sostenible, necesitamos definir y confirmar mejor las características del concreto requeridas para ampliar su vida de servicio. Esto significa ir más allá de las pruebas estándar realizadas típicamente.

Bibliografia

1.- Obla, K. H. And Lobo, CL, “Acceptance Criteria for Durability Tests” Concrete International, V. 25, No. 5, May 2007, pp 43 – 48.

2.- ACI Committee 214, “Evaluation of Strength Test Results of Concrete (ACI 241R-02)”, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2002, 20 pp.