EL PROBLEMA DE LA FLEXIÓN EN LOS HORMIGONES

El proceso de construcción de los pavimentos rígidos inicia en la producción del hormigón, y es ahí mismo en donde empieza el problema. La mayoría de metodologías desarrolladas en el mundo para diseñar mezclas se basan en análisis estadísticos, tablas y ecuaciones que están en función de la resistencia a compresión del hormigón, y no de la flexión. Uno de los métodos más usados en el mundo, es el desarrollado por el comité ACI 211.1, el cual sirve para el diseño de mezclas de hormigón de peso normal. Esta metodología usa como parámetro principal el valor de la resistencia a la compresión y su respectivo valor mayorado f´cr con los cuales se puede estimar la relación agua/cemento, factor indispensable para calcular la cantidad de cemento en la mezcla. El Comité ACI 211.1, el cual ha desarrollado una de las metodologías de mayor uso y difusión en el mundo para el diseño de las mezclas. La Tabla 4-1 corresponde a una adaptación de dicho documento y en la cual se establece una relación entre la

resistencia característica requerida y la relación agua/cemento recomendado para esa resistencia.

Tabla 4-1: Dependencia entre la relación agua-material cementante y la resistencia a compresión del concreto (Kostmatka

et al. 2004)

Algunos investigadores han realizado ensayos para determinar la relación entre la resistencia a la flexión vs el factor agua-cemento, tal como se muestra en la Figura 4-2; sin embargo, la mayoría de autores recomiendan realizar ensayos con los materiales propios de cada lugar, puesto que cada tipo de material le confiere características particulares al hormigón, variando en muchas veces, sustancialmente.

Figura 4-2: Efecto de la relación agua-cemento en la resistencia a la compresión y a la tensión por flexión (Nilson 1999)

La Figura 4-2 muestra la influencia decisiva de la relación agua-cemento en la resistencia a la compresión del concreto. Su influencia sobre la resistencia a la tensión, medida a través de la resistencia nominal a flexión o módulo de rotura, es pronunciada pero mucho menor que su efecto sobre la resistencia a la compresión. Esto parece ser así porque, además de la relación de vacíos, la resistencia a la tensión depende en gran medida de la resistencia de adherencia entre el agregado grueso y el mortero de cemento (es decir, la pasta de cemento más los agregados finos). De acuerdo con ensayos realizados en la Universidad de Cornell, la resistencia de adherencia se ve relativamente poco afectada por la relación agua-cemento (Nilson 1999) .

A sabiendas de que la resistencia a flexión es un parámetro que se usa casi exclusivamente en la ingeniería de pavimentos, la cantidad de investigaciones que habrá como fuente de información, será ínfima en relación con las que hay para el caso de la compresión. Por tal motivo, la mayoría de quienes proporcionan mezclas de hormigón, usan la resistencia a la compresión como variable de diseño.

Como en todo proceso de ingeniería, los diseñadores usan para sus cálculos, valores correspondientes a propiedades de los materiales que en la

realidad pueden o no cumplir con las especificaciones establecidas en el diseño. En el caso de los productores de hormigón, la mayoría de empresas proveedoras de hormigón premezclado y constructores que lo fabrican en sus propias plantas, basan su control de calidad exclusivamente en resistencias a compresión. Esto ha motivado a que muchas instituciones o clientes se hayan acostumbrado a solicitar a sus proveedores y contratistas, hormigones para pavimento que cumplan resistencias a compresión en lugar de flexión.

A pesar de que, con cierto nivel de experiencia y empirismo, se puede conseguir la flexión requerida en el diseño, es muy probable que suceda cualquiera de las dos cosas siguientes:

 Los hormigones cumplen con la resistencia a la compresión requerida por el cliente, pero no cumplen la resistencia a la flexión con la que se realizaron los cálculos, provocando que el pavimento fracase antes de terminar su vida útil. Se conocen de algunos casos en los cuales el pavimento ha fracasado a pesar de haber cumplido las resistencias de compresión requeridas, ocasionando serios conflictos legales entre los contratantes y contratistas.

 Los hormigones se fabrican con mezclas muy ricas en cemento, para cubrir cualquier deficiencia ocurrida por desconocimiento real del comportamiento a la flexión del hormigón. Esto a su vez puede generar dos problemas: a) Hormigones de alto costo de producción; y, b) Hormigones muy sensibles al agrietamiento por la excesiva cantidad de cemento presente en la mezcla.

En cuanto al control de calidad efectuado en obra, los ensayos de flexión son altamente sensibles y pueden alterarse en el transcurso desde la confección de los testigos hasta la prueba de rotura. Las vigas son muy pesadas y pueden ser dañadas y sufrir alteraciones durante las etapas de transporte, almacenamiento, manipuleo o curado. Cantidades relativamente pequeñas de pérdida de humedad superficial, pueden inducir esfuerzos de tensión en las fibras extremas y la formación de micro-fisuras que provocan una reducción importante de la resistencia a flexión. Las muestras deben ser

curadas siguiendo estrictamente las recomendaciones establecidas en las normas y mantener esta condición hasta el fecha y hora en la que serán ensayadas. El cumplimiento de estos requisitos resulta difícil de cumplir lo cual ocasiona con frecuencia valores del módulo de rotura bajos y poco confiables. Un período de secado corto puede producir una caída brusca de la resistencia a la flexión. (National Ready Mixed Concrete Association 2000).

Muchas instituciones públicas encargadas del control y la administración de sistemas viales en los Estados Unidos, han utilizado la resistencia a la flexión como mecanismo de control de calidad en la construcción de pavimentos de hormigón, pero ahora están cambiando hacia la resistencia a la compresión o a los conceptos de madurez para el aseguramiento de la calidad.

La Asociación Nacional de Productores de Hormigón Premezclado (NRMCA) y la Asociación Americana de Pavimentos de Concreto (ACPA) consideran que los ensayos de resistencia a la compresión son los que mayor aceptación tienen para evaluar la calidad del hormigón y mejor resultados ofrecen en cuanto a confiabilidad, facilidad y costo. Los constructores y quienes están encargados de llevar a cabo el control de calidad, están más familiarizados con el ensayo de probetas cilíndricas y las prefieren. Según las recomendaciones de estas instituciones, la flexión debería ser utilizada en el diseño, pero la aceptación y control de calidad del hormigón debe hacerse con ensayos tradicionales de pruebas cilíndricas (Neville 2011)

En los pavimentos rígidos, donde la resistencia a la flexión es el criterio más importante en el diseño, la relación entre la compresión y la flexión puede determinarse mediante el ensayo por lotes de prueba y estableciendo la correlación entre los dos, permitiendo así una estimación bastante precisa de la fuerza de flexión del concreto en función de los ensayos de compresión (National Ready Mixed Concrete Association 2000).