46a Jornada de Actualización Técnica – 04/07/19 – Ciudad de Formosa

¿Qué hacer cuando la resistencia de las probetas de hormigón es baja?

Recomendaciones para identificar las posibles causas y adoptar medidas de acción pertinentes

Dr. Mg. Ing. Carlos A. Milanesi

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¿Para qué moldeamos probetas de hormigón en obra?

Planteo del problema

Posible reclamo por baja resistencia!

� En obra → f´c (efectiva)

� En laboratorio → f´c (potencial)(23 ± 2 °C, HR > 95 %)

→ Oportunidad para desenconfrar, aplicar pre o postensado, etc.

→ Seguimiento de la calidad

→ Aceptación/rechazo del hormigón suministrado

Si el curado es en:

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Planteo del problema (cont.)

� ¿Es importante tratar los reclamos por baja resistencia?

R: Sí

o Calidad (Certificación ISO 9001)

o Comercial (Fidelización del cliente)

o Económico/Financiero (puede llevar la empresa a la quiebra!)

Razones vinculadas a:

� ¿Es posible EVITAR este tipo de reclamos?

(léase: …EVITAR que los resultados de ensayo se ubiquen por debajo de los límites especificados)

R: No (razones de índole probabilística)

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Objetivos de esta presentación

� Identificar las posibles causas que afectan los resultados de ensayo

� Adoptar medidas de acción correctivas/preventivas

• Analizar los factores que afectan la resistencia del hormigón suministrado y en los resultados de ensayo

• Evaluar el orden de magnitud de cada factor

• Establecer un procedimiento ordenado para analizar la información disponible

En esta presentación se asume que:

� Hormigones elaborados a escala industrial

� Hormigones de clase inferior a H-50

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¿Cuándo la resistencia del hormigón es “baja”?

… cuando el hormigón evaluado no cumple los criterios de conformidad que fija el reglamento o norma de aplicación:

f´cm3 < f´c + k1

f´c – k2

ó

0,85 f´c

Donde:

f´cm3: Resistencia media móvil de tres ensayos consecutivos

f´ci: Valor de la resistencia individual de un ensayo

K1 y k2: Constantes que dependen del reglamento o norma de aplicación

f´ci <

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¿Cuántos criterios de conformidad existen?

Resistencia (MPa) media móvil de tres

ensayos consecutivos, f´cm3 Resistencia individual, f´ci (MPa)

≥ f´c + kk = 2,5 (para hormigones clase ≤ H-17)

k = 3,0 (para hormigones clase ≥ H-21)

≥ f´c + kk = 4,5 (para hormigones clase ≤ H-17)

k = 5,0 (para hormigones clase ≥ H-21)

≥ f´c + k1 ≥ f´c - k2

k 1 = 0 (para Modo 1 ) k 2 = 3,5 (para Modo 1 )

k 1 = 5 (para Modo 2 ) k 2 = 0 (para Modo 2 )

Defectuosos

(%)

5

5

CIRSOC 201-2005 10

Criterios de aceptación/rechazoReglamento o

norma de

aplicación

IRAM 1666 ≥ 0,85 f´c

CIRSOC 201-82 ≥ 0,85 f´c

Ejemplo:• Reglamento de aplicación: CIRSOC 201-2005• Clase de hormigón a suministrar: H-30• La planta de hormigón elaborado opera en modo 2

Criterios de conformidad de la resistencia:

1) f´cm3 ≥ f´c + 5 = 30 + 5 = 35 MPa

2) f´ci ≥ 30 MPa

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Riesgos del productor de hormigón (curvas OC)

100

Probabilidad de aceptación

(%)

10 %

% de defectuosos según CIRSOC 201-2005

Proporción de no conformes (%)

0

50

Criterio “ideal”

Curva OC “real”(surge de la aplicación de los criterios de conformidad)

Riesgo del productor

Riesgo del consumidor

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Factores que influyen en la resistencia a compresión del hormigón

agua/cemento

% de aire, vacíos de compactación

Resistencia del cemento

Edad y temperatura

Condiciones de ensayo

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Factores que afectan la resistencia del hormigón suministrado y su valoración

La Regla de las tres “M”:

• Materiales

� Medición (pesadas)� Mezclado� Transporte� Condiciones ambiente

• Máquinas(variables vinculadas al “proceso”)

• Métodos (de “ensayo”)

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0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 20 40 60

Porosidad (%)

Res

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Hierro

Acero inoxidable

Yeso París

Alúmina sinterizada

Circona

Influencia de la porosidad en la resistencia

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¿Cómo lucen los poros del hormigón?

Macroporos

Microporos

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Influencia de la porosidad en la resistencia (cont.)

A mayor a/c → Mayor porosidad → Menor resistencia !!!

(Porosidad)

Fuente: ACI 211.1-91, "Standard practice for selecting proportions for normal,

heavyweight, and mass concrete", Manual of Concrete Practice, 2015

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Factores que contribuyen a incrementar la porosidad del hormigón

Los principales factores son:

• Mayor relación a/c

• Mayor % de aire incorporado (natural o intencional)

• Mayor cantidad de vacíos de compactación

• Menor grado de hidratación

� Condiciones de curado (tiempo y temperatura)

� Menor resistencia del cemento (reactividad)

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Influencia de la resistencia del cemento

Según Burgoa, la resistencia a compresión del hormigón puede expresarse como:

Fuente: Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA), “Dosificación racional de mezclas de hormigón: Método ICPA”, www.icpa.org.ar

f´c: Resistencia del hormigón a 28 días (MPa)

Rcto: Resistencia del cemento a 28 días (MPa)

k1, k2: Constantes empíricas

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Influencia de la resistencia del cemento (cont.)

La uniformidad del cemento contribuye a la calidad del hormigón…

Cemento CPF40 G (Olavarría)

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40

50

0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

Res

iste

nci

a a

28

día

s (M

Pa)

Agua/cemento

2 % de aire "naturalmente" incorporado

6 % de aire "intencionalmente" incorporado

Fuente: ACI 211.1-91, "Standard practice for selecting proportions for normal,

heavyweight, and mass concrete", Manual of Concrete Practice, 2015

Influencia del aire incorporado

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Influencia combinada de la relación agua/cemento, aire y resistencia del cemento

Donde:

f´c: Resistencia a compresión del hormigón (MPa)

k1, k2, k3: Constantes empíricas

w/c: Relación agua/cemento

a: Contenido de aire incorporado (%)

Rcto: Resistencia a compresión del cemento (MPa)

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Influencia de la temperatura en la resistencia a compresión del hormigón

(*) Kosmatka S. et al, Diseño y control de mezclas de concreto, Portland Cement Assoc., Skokie, Illinois, EE.UU., 2004 (tomado de Verbeck y Helmuth 1968).

A mayor temperatura, mayor demanda de agua!

A mayor temperatura, menor resistencia a 28 días!

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La pasta cumple, principalmente, dos funciones:

• Estado fresco → Lubricación (calidad y cantidad de pasta)

• Estado endurecido → Resistencia e impermeabilidad

Función de la pasta cementícea

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Influencia de la granulometría de los agregados

La granulometría de los agregados influye en la demanda de agua de la mezcla.

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Forma

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Factores que modifican la a/c del hormigón

Incremento en la a/c

Menor contenido de cemento Cambios en la

dosificaciónErrores en las pesadas (calibración de celdas)

Mayor contenido de agua

Mayor reactividad del cemento (APN, flow)

Cambios en el agregado fino

Mayor contenido de polvo

Mayor finura

Menor eficiencia del aditivo

Mayor temperatura ambiente

Cambios en el agregado grueso

Mayor contenido de polvo

Muy baja resistencia aldesgaste (Los Ángeles)

Cambios en la granulometría

Menor TMAG

Mayor pasa tamiz N° 4

Cambios en la forma de las partículas

Mayor lajocidad, mayor elongación

Mayor distancia de transporte

Demoras en la descarga

Incremento en los tiempos

Cambios en la proporción del hormigón

Mayor contenido de arena

Menor dosis de aditivo

Mayor contenido de agua

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Factores que modifican el contenido de aire incorporado en el hormigón

Incremento del % de aire

Incremento en la dosis del aditivo

Cambios en la interacción cemento-aditivo

Cambios en la composición química del cemento

Cambios en la composición del aditivo

Menor temperatura del hormigón

Incorporación de aire por el agregado fino

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Influencia de la calidad de los materiales componentes del hormigón (resumen)

De forma… A través de…

Directa Resistencia del cemento Resistencia a compresión

Agua para pasta de consistencia normal

Flow del mortero IRAM 1622

Agua No afecta - -

Directa Aire incorporado % de aire incorporado (IRAM 1663)

Indirecta Demanda de agua % de reducción de agua (IRAM 1663)

Módulo de finura

Material que pasa tamiz 75 µm

Material que pasa tamiz 75 µm

Tamaño máximo

Material que pasa tamiz N° 4

Índice de lajocidad/elongación

Desgaste Los Ángeles

Directa Resistencia del agregado Desgaste Los Ángeles

Afecta la resistencia del hormigón…Parámetros a controlarMaterial

Indirecta

Indirecta Demanda de agua

Demanda de aguaAgregado grueso

Agregado fino

Cemento

Aditivos

Indirecta Demanda de agua

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Incidencia de los principales factores que afectan la resistencia del hormigón elaborado en planta

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1 1 0 00

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30

40

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Humedad delagregado fino

Resistenciadel cemento

Ensayo Humedad delagregado

grueso

Cantidad deagua

agregada

Cantidad decemento

Cantidad deagregado fino

Módulo definura del

agregado fino

Inci

den

cia

en la

var

iaci

ón

to

tal (

%)

Factor de variación

Fuente: Torrent R., Di Pace, G., “Variación en la calidad del hormigón: Incidencia

cuantificada de diferentes causas", Memorias, Reunión Técnica AATH, Concordia, 1977

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Importancia del método de ensayo

• Según la NRMCA (*), la realización inadecuada de los métodos de

ensayo (moldeo, curado y ensayo de probetas) ES LA CAUSA N° 1 que conduce a la obtención de resultados bajos de resistencia en el hormigón!

(*) NRMCA, “Low concrete cylinder strength", Concrete In Practice, CIP 9, 2000

• ¿Qué dice el CIRSOC 201-82?: Revise los procedimientos…

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¿Qué etapas involucra el “ensayo”?

• Muestreo (IRAM 1541)

• Moldeo, curado y transporte de probetas (IRAM 1524)

• Ensayo de resistencia a compresión (IRAM 1546)

• Informe de resultados (errores de cálculo, etc.)

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Las normas americanas (ASTM C31 y CSA A23.2-3C , equivalentes a la IRAM 1524) exigen que los técnicos sean “certificados”.

Programas de certificación de técnicos

Programas de certificación del ACI:

• Concrete Field Testing Technician-Grade I

• Concrete Strength Testing Technician

• Concrete Laboratory Testing Technician-Level I

• Concrete Laboratory Testing Technician-Level II

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Programas de certificación de técnicos

Cursos de capacitación de la AAHE:

a) Cursos de Hormigón Elaborado en Laboratorio y Obra (C.H.E.L.O.) :

• Nivel I

• Nivel II

• Nivel III

b) Curso Profesional en la Entrega del Concreto (PEC)

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El encabezado debe realizarse con mortero de cemento, azufre o pads de neopreno (No como se

indica en estas figuras!).

El “secreto” consiste en seguir estrictamente los procedimientos que

indican las normas.

Varilla de compactación???

Moldes normalizados???

¿Cuál es el “secreto” para no cometer errores en el ensayo?

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Aspectos a observar en los procedimientos de ensayo

• Muestreo (aleatorio, representativo, homogeneidad)

• Moldeo

o Asentamiento ≤ 5,0 cm (compactación por vibración)o Asentamiento > 5,0 cm (compactación por varilleo)

• Enrasado (ojo con la exudación!)

• Identificación (NO alterar la superficie superior de la probeta)

• Curado inicial

• 15 °C ≤ Temperatura ambiente ≤ 27 °C (clases < H-40)• 20 °C ≤ Temperatura ambiente ≤ 26 °C (clases ≥ H-40)

• Transporte

• Curado final (23 ± 2 °C, en cámara húmeda o pileta)

• Ensayo

• Informe final

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Qué debería contener el informe de laboratorioEs recomendable que el informe de laboratorio contenga los siguientes ítems:

• Identificación de la obra

• Identificación del pastón de hormigón (designación, número de remito, localización de la planta, etc.)

• Fecha y hora de moldeo

• Localización del elemento estructural (viga, columna, etc.) y sector (planta) al que representan las probetas

• Método de curado:

o Inicial (temperaturas máxima y mínima)

o Final (cámara húmeda, pileta de curado)

• Tipo de moldes utilizados (material y tamaño)

• Propiedades del hormigón fresco (asentamiento, temperatura, PUV, aire, etc.)

• Fecha y hora de recepción de las probetas en laboratorio

• Masa, diámetro y altura de la probeta al momento del desmolde

• Carga máxima, resistencia a compresión y forma de rotura

• Nombre del técnico que moldea las probetas

• Nombre del responsable de la revisión del informe

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Efecto del curado inicial sobre la resistencia del hormigón (*)

(*) Obla K. et al., Effects of non-standard curing on strength of concrete, Concrete in

Focus, Winter 2005, NRMCA.

Hormigonado en tiempo caluroso

• Hormigón clase ≈ H-25 (w/c = 0,52) con CV (24 %)

• Temperatura de curado inicial (48 hs) ≈ 28 °C (curado húmedo)

22 % de reducción de la resistencia!

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d = (d1 + d2)/2

� a) Según la IRAM 1524, el diámetro del molde no debe diferir en más del 1 % del diámetro nominal (150 mm ± 1,5 mm, 100 mm ± 1,0 mm).

� b) Según ASTM C39, las probetas no deben ser ensayadas si cualquier diámetro difiere de otro en más del 2 % (ojo con los moldes plásticos!).

P: Suponga que el diámetro real de la probeta es igual a 148,5 mm . ¿Cuál sería el error que cometería si, en lugar del valor real, usara d = 150 mm ?R: ≈ -2 %

Medición del diámetro de las probetas (IRAM 1546)

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Según ASTM C39, las probetas no deben ser ensayadas si cualquier diámetro difiere de otro en más del 2 % (ojo con los moldes plásticos!).

Medición del diámetro de las probetas (cont.)

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R: Sí

� La norma canadiense CSA A23.2-3C lo exige. No existe ninguna mención

en las normas IRAM.

� Permite detectar errores groseros de compactación o contaminación.

¿Vale la pena medir el peso de las probetas?

P1 P2 < P1

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¿Qué fenómenos ocurren en la superficie de la probeta?

Acumulación de agua (exudación)

Probeta

Zona de alta relación a/c!(alta porosidad)

Evaporación del agua (secado)

Zona con bajo contenido de humedad: paralización de la hidratación del cemento!(alta porosidad)Probeta

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El curado del hormigón persigue básicamente, mantener en el hormigón la humedad y temperatura necesarias para permitir el desarrollo de la hidratación del cemento.

Losa de hormigón

Molde

Cara superior

Cara inferior

Influencia del curado en la porosidad del hormigón

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Identificación de las probetas

Incorrecto

Correcto

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¿Qué diríamos si fuéramos inspectores…?

Ejemplo de un transporte inadecuado de las probetas

Ejemplo de un curado “inicial” inadecuado de las probetas

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Formas de rotura (IRAM 1546)

5.2.2 “… se registra el valor de la carga máxima alcanzada, el tipo de rotura y, además, toda otra información relacionada con el aspecto del hormigón en la zona de rotura.” (No se indica cuál es

la forma “correcta” de rotura).

El informe de ensayo (ítem 7 g) debe incluir el tipo de rotura, cuando se aparte

de los tipos de rotura de la figura 2.

La forma de la rotura nos puede ayudar a identificar un problema en el ensayo!

Ojo con éstas!!!

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Ensayos de aptitud (INTI, 2016)

• Cantidad de participantes: 15 laboratorios• Hormigón: clase H-30

f´cmáx = 43,8 MPa

f´cmín = 38,2 MPa

f´cprom = 41,5 MPa

Reducción de resistencia → (41,5-38,2)/41,5 x 100 ≈ 8 %

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Tamaño Lugar de moldeo 2 probetas 3 probetas

Laboratorio 6,6 7,8

Obra 8,0 9,5

10 x 20 cm Laboratorio 9,0 10,6

2) Repetibilidad según ASTM C39/C39M-17a

Probetas Rango (1,2) máximo aceptable (%)

1) Rango: Diferencia entre los valores máximo y mínimo, respecto del promedio

(f´c max - f´c min )/f´c prom * 100

15 x 30 cm

Repetibilidad (según ASTM C39)

CIRSOC 201-2005

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Cómo valorar la calidad de los procedimientos de laboratorio (muestreo, moldeo y ensayo) (*)

Rm10f´c28-1 f´c28-2 f´cm28 (MPa) (%) (MPa)

1 35,1 37,7 36,4 2,6 7,12 35,9 35,5 35,7 0,4 1,13 36,4 35,4 35,9 1,0 2,84 36,1 34,3 35,2 1,8 5,05 36,4 35,2 35,8 1,2 3,56 36,2 36,5 36,3 0,4 1,17 35,2 36,5 35,8 1,2 3,48 36,2 35,8 36,0 0,4 1,09 35,1 36,8 35,9 1,7 4,710 37,1 35,3 36,2 1,7 4,7 1,211 36,3 34,2 35,2 2,1 6,0 1,212 36,2 35,1 35,6 1,1 3,2 1,3

Rango (R)ResistenciaEnsayo

39 33,0 37,8 35,4 4,8 13,5 3,140 38,7 40,9 39,8 2,2 5,5 3,241 35,2 37,1 36,1 1,9 5,4 3,042 39,0 33,1 36,1 5,9 16,3 3,043 36,0 40,4 38,2 4,4 11,5 2,844 33,8 32,4 33,1 1,3 4,0 2,945 35,4 34,9 35,2 0,5 1,5 2,946 34,1 32,6 33,4 1,5 4,5 2,947 31,7 36,2 33,9 4,5 13,1 2,948 36,1 36,1 36,1 0,0 0,1 2,749 34,3 33,5 33,9 0,8 2,2 2,350 37,8 38,1 38,0 0,3 0,8 2,1

R (MPa) = f´cmáx - f´cmín = 37,7 – 35,1 = 2,6 MPa

R (%) = R/f´cprom = 2,6/36,4 = 7,1 %

Supera el 15 %! (según CIRSOC 201-2005)

(*) ACI Committee 214, “Guide for evaluation of strength test results of concrete (ACI 214 R-11)”,

ACI MCP 2011, 16 pp.

Media móvil de 10

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Errores de ensayo: ¿qué tan grande pueden ser?

Si consideramos que actúan, de manera simultánea, los tres factores cuantificados precedentemente:

• Error por no medir el diámetro (Φreal < Φnominal): -2%

• Error de calibración de la prensa: -8%

• Reducción por curado inicial inadecuado: -22%

• Error total = 0,98 x 0,92 x 0,78 ≈ 0,70 (reducción del 30 %!)

Con este resultado se incumpliría el criterio aplicado a los resultados individuales:

f´ci < 0,85 f´c

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Consideraciones finales¿Qué hacer cuando la resistencia de las probetas de hormigón es baja?

� Enfocar el problema de manera holística (regla de las “tres M”)

� Verificar si los resultados son “bajos” (incumplen los criterios de conformidad)?

� Si los resultados son bajos, recurrir al informe de laboratorio:

o ¿Los resultados son confiables? ¿Se han respetado las normas de ensayo?

o ¿La dispersión de los datos individuales supera la tolerancia admitida?

o ¿Los modos de rotura son atípicos?

� Si los resultados son confiables, evaluar el lote sujeto a sospecha mediante la extracción de testigos (complementar con END?)

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Consideraciones finales (cont.)

� Indagar posibles causas de la reducción resistente (incremento en la a/c o en el aire incorporado, etc.) para tomar AC/AP:

o Revisar los ensayos de control del hormigón (asentamiento, PUV, temperatura, contenido de aire, evolución de la resistencia de 7 a 28 días)

o Revisar los controles de calidad de los agregados (granulometría, polvo, etc.)

o Revisar los protocolos de calidad del cemento y aditivos

� Analizar junto con el estructuralista alternativas disponibles (coeficiente de seguridad, realizar pruebas de carga, refuerzos, etc.).

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Muchas gracias!!

Dr. Mg. Ing. Carlos A. MilanesiDefensa 113, Piso 6Ciudad Autónoma de Buenos AiresCementos Avellaneda S. A.Cel.: +54 9 11 6722-2445cam@cavellaneda.com.ar

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