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Ensayo de Rotura de Probetas de Concreto

Prueba de la Rotura

Ensayo de Rotura de Probetas de Concreto: El ensayo de compresión de probetas de concreto, se basa en someter una muestra cilíndrica de dimensiones estandarizadas a cambios en el volumen debido a cargas que la someten a deformarse para hallar cada una de las propiedades mecánicas que éste pueda tener, como; los tipos de resistencias, el módulo de elasticidad y el coeficiente de poisson.

Esta prueba se basa en la norma técnica colombiana NTC 4025 y la NSR-10, con el propósito de estimar la capacidad del material que se va a implementar a futuro o que está implementado. El ensayo debe hacerse de forma ideal pero las muestras también deben estar preparadas bajo esa premisa, ya que las teorías en las cuales se basa asumen que el material es un medio continuo y las ecuaciones obtenidas son ecuaciones constitutivas bajo esa premisa.

Índice

    Ensayo de Rotura de Probetas de Concreto

    Los ensayos de cilindros de concreto buscan determinar la resistencia a la compresión de elementos estructurales. Esta resistencia de compresión está constituida por los distintos esfuerzos que se presentan en el entorno de trabajo del material; Esfuerzo de fluencia, esfuerzo de rotura, etc. Y también, las características de deformación lo que en conjunto con el esfuerzo se obtiene la capacidad del material para oponerse a las deformaciones o también módulo de elasticidad. Obviamente, hay otras cosas que se pueden medir del ensayo, como lo es la resiliencia del mismo y el coeficiente de poisson.

    Los resultados del ensayo se utilizan para fines de control de calidad, aceptación del concreto, para programar las operaciones de construcción, tales como remoción de cimbras o para evaluar los efectos del curado y/o ensayos de investigación.

    Las pruebas de rotura son la forma tradicional y establecida de probar la resistencia a la compresión del hormigón utilizando un enfoque destructivo triturando cilindros o cubos de hormigón y midiendo la presión hasta que se rompe.

    Rotura de Probetas: Teóricamente

    El comportamiento de los cilindros cumple la teoría de elasticidad que básicamente nos dice que un cuerpo cuando está sometido a un esfuerzo presenta deformaciones y si ese esfuerzo es retirado, entonces la deformación se recupera. Dicho lo anterior, se evidencia que todo cuerpo tiene una capacidad elástica o por mucho que soporte deformaciones excesivas o no. Ese comportamiento se observa en los resultados del ensayo, ya que en éste se obtuvo valores de carga y alargamiento para cada carga.

    No obstante, el ensayo es posible que presente incertidumbre por la sencilla razón de que la teoría elástica está basada en la mecánica del medio continuo. La teoría del medio continuo utiliza un modelo matemático que asume unas condiciones de frontera, así como las ecuaciones diferenciales, lo que indica que las fórmulas derivadas son aplicables a los materiales siempre y cuando cumplas esas condiciones.
    Una de las condiciones principales es que el volumen de control o el objeto en estudio es un medio continuo; resaltando que un medio continuo es un objeto que en su estructura está totalmente definida y de forma continua, sin porosidad o espacios entre ellos.

    El concreto es poco poroso, pero comparado con la teoría resulta siendo un material muy poroso; lo que significa que posiblemente haya variación en los resultados. Es por eso que hoy en día existen los organismos de control que emiten un concepto, unas especificaciones y recomendaciones de cómo se debe realizar el ensayo y la respectiva preparación de las muestras.

    Rotura de Probetas de Concreto: Ensayo de Rotura de Probetas de Concreto
    Rotura de Probetas de Concreto

    En este método, las muestras de prueba se moldean y curan en el lugar de trabajo o en un laboratorio de pruebas. Cuando se colocan en el sitio, las muestras se colocan lo más cerca posible de la estructura para replicar las mismas condiciones de curado. Esto también se conoce como especímenes curados en el campo. En los laboratorios de pruebas, las muestras se curan en condiciones controladas, por ejemplo, en tanques de agua que se mantienen a una temperatura constante, lo que también se conoce como curado estándar.

    Después de un cierto tiempo de curado, se realizan pruebas de rotura a las muestras. Cada muestra se coloca en una máquina de prueba de compresión y se aplica presión desde arriba y desde abajo hasta que la muestra se rompe. Una vez que la muestra no resiste la presión, la resistencia a la compresión se calcula dividiendo la carga de falla por el área de la sección transversal que resiste la carga.

    Los resultados de estas pruebas se utilizan para validar la resistencia del hormigón en una amplia gama de decisiones. Esto podría ser cuándo pasar al siguiente paso del proyecto de construcción o como documentación y validación de la resistencia de 28 días.

    Ventajas de las pruebas de rotura

    La rotura de probetas es uno de los métodos más utilizados para estimar la resistencia a la compresión. Es aceptado internacionalmente y ha sido estandarizado en casi todos los países.

    Las pruebas de rotura o pruebas de resistencia son procedimientos utilizados en diversas industrias y campos para evaluar la capacidad de un material o estructura para soportar fuerzas y cargas. Algunas de las ventajas de realizar pruebas de rotura incluyen:

    1. Evaluación de la resistencia estructural: Las pruebas de rotura permiten determinar la resistencia máxima de un material o estructura antes de que falle. Esto es fundamental en la ingeniería civil, la industria de la construcción y la fabricación de componentes para garantizar la seguridad y la calidad de los productos.
    2. Diseño y desarrollo de materiales: Ayudan en la investigación y desarrollo de nuevos materiales, lo que puede llevar a la creación de productos más resistentes y duraderos.
    3. Calidad del control de la producción: Las pruebas de rotura se utilizan en la fabricación para verificar la calidad de los productos y garantizar que cumplan con los estándares y especificaciones requeridos.
    4. Identificación de defectos: Estas pruebas pueden revelar defectos, grietas o imperfecciones en un material o estructura, lo que es crucial para la detección temprana de problemas y la prevención de fallos catastróficos.
    5. Validación de diseños: Las pruebas de rotura permiten verificar si un diseño o prototipo cumple con los requisitos de resistencia y seguridad antes de la producción a gran escala.
    6. Investigación forense: En caso de accidentes o fallos estructurales, las pruebas de rotura pueden ayudar a determinar las causas subyacentes y responsabilidades.
    7. Optimización de costos: Al comprender mejor las características de resistencia de un material o estructura, se pueden tomar decisiones más informadas sobre el uso de materiales y la optimización de diseños, lo que puede llevar a ahorros de costos a largo plazo.
    8. Cumplimiento de normativas y estándares: Las pruebas de rotura son esenciales para garantizar que los productos y estructuras cumplan con las regulaciones y normativas de seguridad establecidas por las autoridades locales o internacionales

    Limitaciones de las pruebas de rotura

    ¿Las pruebas de rotura representan con precisión la resistencia real de una estructura?

    Una de las principales limitaciones de los ensayos de rotura es la diferencia de masa entre las muestras y la estructura. Esta diferencia de masa es importante porque afecta el calor emitido durante el proceso de hidratación del cemento. Y la cantidad de calor emitido afecta la velocidad de desarrollo de la fuerza.

    La hidratación del cemento , el proceso donde el concreto se solidifica y desarrolla resistencia, es una reacción exotérmica, lo que significa que cuando ocurre la reacción, se emite calor. La cantidad de calor emitido varía según cuántos componentes reaccionen al mismo tiempo. Por ejemplo, una estructura grande tendrá una masa elevada y, en consecuencia, habrá muchos componentes reaccionando entre sí al mismo tiempo. Cada una de estas reacciones emitirá algo de calor y, cuando se combinan, la emisión total de calor será muy alta. En cambio, si hay menos masa, habrá menos componentes reaccionando y, por tanto, menos emisión de calor.

    Equipos para el ensayo de Rotura de Probetas de Concreto

    El equipo básico lo constituye una prensa hidráulica de precisión y accesorios para centrar y aplicar la carga axialmente. Los ensayos de rotura en probetas de concreto requieren una configuración especializada. El núcleo de este sistema es una prensa hidráulica de alta precisión, complementada con accesorios esenciales para alinear y aplicar la carga de manera axial.

    Prensas hidráulicas para Rotura de Probetas de Concreto

    Son máquinas de precisión diseñadas específicamente para ensayos de materiales a compresión, dotadas de Un bastidor rígido, pisones, platos de carga, bomba y manifold hidráulico, así como instrumental.

    Estas son máquinas especializadas, diseñadas meticulosamente para realizar ensayos de compresión en diversos materiales. Cada una está equipada con un bastidor robusto y resistente, pisones adaptativos, platos de carga sofisticados, una bomba eficiente y un sistema de manifold hidráulico. Además, cuentan con instrumentación avanzada para garantizar resultados exactos y confiables.

    Una prensa hidráulica para la rotura de probetas de concreto es un equipo esencial en los laboratorios de ingeniería civil. Estas máquinas aplican una carga controlada y precisa a las probetas de concreto para determinar su resistencia máxima. Las prensas hidráulicas varían en tamaño y capacidad, pero todas funcionan bajo el mismo principio básico de usar un fluido a presión para generar una fuerza constante y medida. La elección de una prensa adecuada depende del tamaño de las probetas y de los requisitos específicos del ensayo. Estas máquinas son fundamentales para garantizar que los ensayos de rotura se realicen de manera consistente y confiable

    Otros equipos necesarios

    Además se requieren flexómetros para verificar la planicidad y paralelismo de las caras de las probetas, y esferas de acero para centrar la probeta entre los platos de carga.

    Para una evaluación precisa, se requieren instrumentos adicionales. Flexómetros de alta precisión son indispensables para confirmar la planitud y el paralelismo de las superficies de las probetas. Asimismo, se utilizan esferas de acero para posicionar adecuadamente la probeta entre los platos de carga, asegurando una distribución uniforme de la presión durante el ensayo.

    Informe de Rotura de Probeta de Concreto

    Un informe de rotura de probeta de concreto detalla los resultados y análisis de las pruebas de resistencia realizadas en las muestras de concreto. Este documento es crucial para los ingenieros y constructores, ya que proporciona evidencia documentada de la calidad del concreto. Un informe típico incluirá información sobre la preparación de la muestra, el proceso de curado, las dimensiones exactas de la probeta, la edad del concreto en el momento de la prueba, y los detalles del equipo utilizado. Además, el informe presentará los resultados de la prueba, como la carga máxima soportada, y una interpretación de los tipos de fractura observados, proporcionando un análisis detallado de lo que estos resultados implican para la resistencia y la integridad del concreto.

    Tipos de Rotura de Probetas de Concreto

    Hay varios tipos de rotura que pueden ocurrir durante los ensayos de probetas de concreto, cada uno indicando diferentes características o problemas potenciales del material. Los tipos más comunes incluyen la rotura cónica, donde la probeta se rompe a lo largo de un plano inclinado; la rotura en forma de X, que indica una distribución uniforme de tensiones; y la rotura irregular, que puede señalar problemas en la composición o en el proceso de curado del concreto. Comprender estos diferentes tipos de roturas ayuda a los ingenieros a identificar problemas específicos y a tomar decisiones informadas para mejorar la calidad del concreto.

    Tipos de Fallas en Rotura de Probetas

    Los tipos de fallas en la rotura de probetas de concreto proporcionan información valiosa sobre la calidad del material y posibles problemas en la mezcla o el curado. Algunas fallas comunes incluyen fisuras debido a la retracción, porosidad excesiva, y agregados débiles o mal distribuidos. También pueden surgir problemas debido a errores en el procedimiento de ensayo, como una mala alineación de la probeta o una aplicación de carga incorrecta. Analizar el tipo de falla ayuda a identificar la causa raíz de los problemas del concreto y es crucial para tomar medidas correctivas y mejorar las prácticas de construcción y fabricación del concreto.

    Preguntas Frecuentes (FaQ)

    ¿Qué tipos de falla pueden ocurrir generalmente en esta prueba en los cilindros ensayados? ¿A qué se debe cada una de estas fallas?

    Imagen de las distintas formas de falla de un cilindro y su respectiva explicación de la forma de falla.

    Rotura de Probetas
    Tipos de falla en el Concreto

    La falla ideal de un cilindro es cuando se genera un plano de falla totalmente vertical. Este tipo de falla se da cuando el concreto tuvo un buen proceso de fabricación y vaciado en el molde. La falla por relación de esbeltez se da porque se presentan inercias diferentes a la establecida para los ensayos (la inercia depende de la altura y la base, ya que también cambia la esbeltez). Y hay otro tipo de fallas que se dan por cortante, ya que existe una combinación de esfuerzos teóricamente. Y otras fallas diferentes que se presentan por mala colocación de la mordaza, porque el espécimen no tiene sección homogénea y superficie también, etc.

    ¿Qué factores pueden afectar los resultados de esta práctica?

    Recordando lo que se había explicado en la teoría; los materiales presentan esfuerzos y deformaciones, pero las fórmulas fueron derivadas de la mecánica del medio continuo, eso significa que si los moldes con los materiales no se encuentran en las mejores condiciones se presentará una distorsión en los resultados. Por esa razón, se debe hacer un vaciado en molde muy bueno y proceso de curado constante para obtener las mejores características del material. La relación de esbeltez, si no se respeta, entonces los resultados van a tener mucha incertidumbre.

    ¿Qué razón tiene tomar la deformación y los esfuerzos correspondientes al 40 % de F’c?

    Sucede que teórico-experimentalmente, la curva esfuerzo Vs deformación del concreto muestra un comportamiento semi-elastico hasta ese punto, y por esa razón se toma la deformación y el esfuerzo proporcional hasta éste, con el fin de obtener el módulo de elasticidad aproximado.

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