Final correlación diámetro_extracción

ABRIL - JUNIO 2004 REVISTA ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA NO. 54 • 17
CORRELACIÓN ENTRE EL DIÁMETRO DE EXTRACCIÓN Y LAS CARACTERÍSTICAS... • W.J. CARRILLO LEÓN Y G. GONZÁLEZ PEÑUELA CIVIL
Correlación entre el diámetro de
extracción y las características del
concreto en la auscultación estructural
Wilmer Julián Carrillo León*
y Giovanni González Peñuela**
En este artículo se muestran y se discuten los
resultados de una investigación experimental
que se realizó con el fin de obtener correlacio-
nes entre el diámetro de extracción que se
utiliza en los ensayos destructivos dentro de
una etapa de auscultación estructural y dos
características fundamentales del concreto
(resistencia a la compresión, f’c, y tamaño
máximo nominal del agregado, TMN). El
análisis de estos resultados permitió la elabora-
ción de gráficas que muestran el marcado
comportamiento no lineal que tiene la
resistencia de los núcleos de concreto cuando
se extraen con diferentes diámetros. Este
comportamiento se presenta debido a las
condiciones de frontera (anisotropía y
heterogeneidad) inducidas a las partículas que
conforman la mezcla de concreto dentro de un
recipiente particular (cilindro, columna, viga,
etc.). La anterior observación tiene como
consecuencia obtener resultados que no
reflejan las características reales del concreto,
indispensables en la evaluación de la
vulnerabilidad de una edificación. Las gráficas
obtenidas proveen un factor de corrección que
puede emplear el ingeniero estructural, cuando
utiliza un diámetro de extracción en el rango
de 45 a 83 mm, para un concreto particular.
INTRODUCCIÓN
En los trabajos de auscultación es-
tructural que hoy se hacen en Co-
lombia, no se tienen claros algunos
conceptos acerca de la correlación
que existe entre el diámetro de los
núcleos de extracción, el tamaño
máximo del agregado y la resisten-
cia a la compre-
sión del concreto
en ensayos des-
tructivos. Esto se
debe a las pocas
investigaciones
hechas sobre el
tema, a causa de
la diversidad de
los materiales y
equipos utiliza-
dos, el complejo
comportamiento
de las partículas
que componen el
concreto y otros
parámetros cuyo
efecto aún se desconoce. Es muy no-
toria la importancia que tienen los
anteriores aspectos en la confia-
bilidad de los resultados alcanzados
mediante un estudio de vulnerabili-
dad estructural, por encima de tener
el mejor método para modelar y
evaluar el comportamiento de es-
tructuras de concreto reforzado.
Por tanto, resulta fundamental
desarrollar una metodología confia-
ble para la realización de un análisis
de vulnerabilidad sísmica. A escala
mundial existen varios métodos y
guías, tales como los contenidos en
los documentos Fema 178 [1], Fema
356 [2] y ATC-40 [3]. Sin embargo,
es vital resaltar la gran incidencia que
tiene la fase de auscultación estruc-
tural en este tipo de estudios, ya que,
aunque el proce-
dimiento de aná-
lisis sea muy de-
tallado y
estricto, los re-
sultados obteni-
dos dependen di-
rectamente de la
confiabilidad de
los datos sumi-
nistrados en el le-
vantamiento es-
tructural.
Apoyados en
las incertidum-
bres menciona-
das anteriormen-
te, se realizó una
investigación en el campo de la vul-
nerabilidad sísmica de estructuras de
concreto reforzado, la cual compren-
de la evaluación y obtención de co-
rrelaciones entre el diámetro de los
núcleos de extracción de ensayos
destructivos, el tamaño máximo del
agregado y la resistencia del concre-
to, con el fin de llevar a cabo eficien-
temente la etapa de auscultación es-
tructural y disminuir el traumatismo
cuando se desean evaluar las carac-
CIVIL
* Ingeniero civil de la Universidad
Militar Nueva Granada. Magíster en
ingeniería civil (estructuras y sísmica)
de la Universidad de los Andes.
Docente e investigador del Centro de
Investigaciones de la Facultad de
Ingeniería de la Universidad Militar
Nueva Granada. Contrato Colciencias-
BID. wcarrillo@umng.edu.co
** Ingeniero civil de la Universidad de
La Salle. Estudiante de especialización
en estructuras de la Escuela
Colombiana de Ingeniería. Docente de
la Facultad de Ingeniería de la
Universidad Militar Nueva Granada.
Director de la investigación.
giogon@umng.edu.co
En los trabajos de auscultación
estructural que hoy se hacen en
Colombia, no se tienen claros
algunos conceptos acerca de la
correlación que existe entre el
diámetro de los núcleos de
extracción, el tamaño máximo
del agregado y la resistencia a la
compresión del concreto en
ensayos destructivos.

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CIVIL CORRELACIÓN ENTRE EL DIÁMETRO DE EXTRACCIÓN Y LAS CARACTERÍSTICAS... • W.J. CARRILLO LEÓN Y G. GONZÁLEZ PEÑUELA
terísticas de una edificación. Así, en esta etapa se conse-
guirá la información confiable necesaria para llevar a
cabo eficientemente el análisis de vulnerabilidad de una
estructura, en la que se deben tener en cuenta las carac-
terísticas reales de los materiales utilizados.
VULNERABILIDAD ESTRUCTURAL
Para realizar un estudio de vulnerabilidad sísmica
confiable y que plasme realmente las características pro-
pias de la edificación, se deben tener claramente adop-
tadas y validadas las técnicas de
ayuda que se utilizarán para de-
terminar y evaluar el compor-
tamiento de una estructura de
concreto reforzado ante un
evento sísmico. Estas ayu-
das, que a la vez son impres-
cindibles a la hora de reali-
zar el estudio, son el
diámetro apropiado para
efectuar los ensayos destruc-
tivos, teniendo en cuenta el
tamaño máximo del agrega-
do y la resistencia a la com-
presión del concreto.
Por ejemplo, cuan-
do se lleva a cabo en
el campo de la inge-
niería estructural
una modelación ma-
temática aplicando la
teoría continua de los ma-
teriales, se asumen unas pro-
piedades para el concreto en cada
uno de los elementos que compo-
nen el sistema estructural. Si las pro- pieda-
des asumidas concuerdan con la calidad real de los
materiales, los resultados de la modelación se acercan
aún más al comportamiento real. Pero si, por el contra-
rio, estas propiedades no reflejan las características pro-
pias de los mismos, se habrá perdido todo el trabajo
detallado y tecnológico de la modelación, lo que lleva a
obtener cuantificaciones estructurales alejadas de la rea-
lidad. La tarea de la auscultación estructural consiste en
obtener las características propias de los materiales que
conforman los elementos de un sistema estructural, y
así, realizar una modelación lo más aproximada posible
a la realidad. Es clara, entonces, la importancia de efec-
tuar una auscultación clara, sencilla y confiable de los
elementos estructurales.
Teniendo en cuenta lo anterior, en la evaluación de
la vulnerabilidad sísmica de estructuras de concreto re-
forzado hay una gran incertidumbre acerca del diáme-
tro adecuado que se debe utilizar para determinar la re-
sistencia a la compresión de núcleos extraídos de
estructuras existentes. En Colombia, los diámetros de
extracción de núcleos que emplean típicamente los in-
genieros estructurales en la etapa de auscultación estruc-
tural son de 2,5”, 3” y 3,5”. Sin embargo, no existe un
argumento técnico o científico para sustentar la utiliza-
ción de estos diámetros. Lo que preocupó a este grupo
investigador fue la gran incer-
tidumbre que hay en este as-
pecto.
Es claro que en el campo de
la ingeniería civil se manejan
numerosos parámetros con un
porcentaje de incertidumbre
alto, la mayoría de los cuales se
justifican con investigaciones
profundas sobre el tema, sien-
do los ensayos de laboratorio
la herramienta fundamental
para verificar estos resulta-
dos. Es por lo anterior que
nace la necesidad de realizar
una investigación acerca del
diámetro apropiado para efec-
tuar la extracción de núcleos, consi-
derando el tamaño máximo del agrega-
do y la resistencia a la compresión del
concreto. La norma INV E–418 [4] relaciona
este aspecto, pero sólo teniendo en cuenta que la
toma de núcleos se hace sobre pavimento rígido, lo cual
difiere bastante del comportamiento de elementos es-
tructurales de una edificación. Esta norma, al igual que
la ASTM C 42 M [5], especifica que el diámetro míni-
mo debe estar entre 3,75” y 4”, y que además se deben
tomar en cuenta el tamaño máximo del agregado y la
relación de esbeltez (longitud/diámetro). Sin embargo,
no hay un procedimiento claro y justificado que se deba
seguir para la extracción de núcleos en elementos de
estructuras de concreto reforzado (vigas, columnas,
muros, etc.).
Los ingenieros estructurales son conscientes de la
gran importancia que tienen los resultados de ausculta-
ción y la incidencia del mismo en un análisis cuantitati-
vo de vulnerabilidad. Llama la atención la ausencia de
estudios confiables acerca de este tema de vulnerabili-
dad estructural, lo cual origina especulación sobre los

diámetros de extracción de núcleos
de estructuras de concreto reforza-
do. En esta investigación se preten-
de tener una medida apropiada del
diámetro del núcleo, que sea repre-
sentativo de la estructura y además
que no incida sobre la resistencia y
ductilidad de la misma, como lo pue-
de tener un diámetro excesivamen-
te grande.
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
Procedimiento estadístico
Desde el punto de vista estadístico,
la clasificación de los grupos para la
evaluación del diámetro del núcleo
de extracción en ensayos destruc-
tivos, teniendo en cuenta el tamaño
máximo del agregado y la resisten-
cia a la compresión del concreto, está
bien definida, lo que permite deter-
minar un criterio para etiquetar cada
muestra como perteneciente a algu-
no de los grupos a partir de los valo-
res de una serie limitada de paráme-
tros, en este caso el tamaño máximo
del agregado, la resistencia del con-
creto y el diámetro del núcleo de per-
foración [6].
Análisis estadístico
de resultados de
resistencia
Uno de los paráme-
tros más empleados
para determinar la
calidad de un concre-
to es su resistencia a
la compresión a la
edad de 28 días, si-
guiendo métodos
normalizados en cuanto a dimensio-
nes, formas de muestreo, compacta-
ción, curado y ensayo. Este pará-
metro de diseño es el más aceptado
porque ha demostrado una buena
correlación con otras propiedades
mecánicas. No obstante, el concre-
to presenta variaciones en su calidad,
que pueden llegar a ser importantes,
por lo que se requiere establecer sus
características por medio de méto-
dos de muestreo y control de cali-
dad [7].
Sabiendo que los
resultados de resis-
tencia del concreto
están afectados por
numerosas fuentes
de variación, además
de que, desde el pun-
to de vista práctico,
es absolutamente
imposible garantizar
que cada espécimen
de ensayo (elabora-
do de una misma
mezcla) arroje exac-
tamente el mismo
valor de resistencia, es lógico pensar
que los resultados giren alrededor de
un valor medio y dentro de un ran-
go de valores [7]. Por tal razón, las
Normas Colombianas de Diseño y
Construcción Sismo Resistente
(NSR-98) [8] definen una prueba de
resistencia como “el resultado del
promedio de resistencia de dos cilin-
dros tomados de una
misma mezcla y ensa-
yados a los 28 días”.
Descripción de la
muestra
La muestra utilizó las
tres variables siguien-
tes, teniendo en
cuenta el objetivo ge-
neral de la investiga-
ción:
1. Diámetro de los
núcleos de extracción. Los diámetros
que se utilizaron en la investigación
fueron 2” (50,8 mm), 2,5” (63,5 mm)
y 3,5” (88,9 mm), con base en los
usados en la práctica de la ausculta-
ción estructural. Sin embargo, las
brocas tienen un diámetro efectivo
(diámetro interno), sobre el que real-
mente se toma la resistencia a la com-
presión de los núcleos. Para la bro-
ca de 2” (50,8 mm) el diámetro in-
terno es 45,0 mm, para la broca de
2,5” (63,5 mm) es
59,0 mm, y para la
broca de 3,5” (88,9
mm) es 83,0 mm.
2. Tamaño Máxi-
mo Nominal del
agregado en el con-
creto (TMN). La
escogencia de los
TMN del concreto
se basó en las carac-
terísticas de los con-
cretos utilizados en
la construcción de
edificaciones típicas
de concreto en Co-
lombia. En esta investigación se con-
sideraron TMN de 1/2” (12,7 mm),
3/4” (19,1 mm) y 1” (25,4 mm).
3. Resistencia a la compresión
del concreto, (f’c). Debido a que en
los estudios de vulnerabilidad reali-
zados cotidianamente se pueden en-
contrar elementos estructurales con
resistencias a la compresión muy
bajas, así como otros con resisten-
cias muy altas, se intentó cubrir la
gama de resistencias más utilizadas
en estructuras antiguas y recientes.
Por lo anterior, se usaron las tres
resistencias siguientes: 18 MPa, 24
MPa y 35 MPa.
De acuerdo con las tres variables
anteriores, se diseñaron nueve mez-
clas de concreto teniendo en cuenta
las recomendaciones de la referen-
cia [7]. En total, se elaboraron 162
cilindros de concreto para extraer los
núcleos y para determinar la resis-
tencia a la compresión del cilindro
estándar.
Equipos y suministros utilizados
Para la elaboración de las mezclas de
concreto se utilizaron cuatro dife-
rentes tipos de agregados pétreos:
En esta investigación se
pretende tener una medida
apropiada del diámetro del
núcleo, que sea
representativo de la
estructura y además que no
incida sobre la
resistencia y ductilidad de
la misma...
Uno de los parámetros
más empleados para
determinar la calidad de
un concreto es su
resistencia a la
compresión a la edad de
28 días...

grava de TMN 1/2”, grava de TMN
3/4”, grava de TMN 1,0” y arena
(50% natural y 50% triturada). Se uti-
lizó cemento Tipo I (Río Claro), de-
bido a que es el empleado comúnmen-
te en la construcción de estructuras
de concreto reforzado. Para la ex-
tracción de núcleos de concreto se
utilizó el taladro Hilti DD-100 y tres
brocas Hilti de diámetro exterior de
2”, 2,5” y 3,5”.
Procedimiento de laboratorio
Después de haber establecido las
variables que intervienen para obte-
ner los resultados de la investigación,
se procedió a realizar las diferentes
mezclas de concreto. No se mues-
tran aquí los resultados detallados de
las mismas debido a que lo priorita-
rio era analizar los resultados obte-
nidos de laboratorio, para alcanzar
las correlaciones entre el diámetro
de perforación, el tamaño máximo
del agregado y la resistencia del con-
creto. Cabe anotar que para la reali-
zación de las mezclas de concreto se
cumplieron todas las Normas Téc-
nicas Colombianas para la caracte-
rización de agregados, elaboración
y control de calidad de mezclas de
concreto y ensayos de resistencia,
como se especifica en las referencias
[9 – 17].
Para la obtención de los resulta-
dos se realizó el ensayo de la resis-
tencia a la compresión de los cilin-
dros estándar de cada una de las
mezclas de concreto (figura 1(a)). A
continuación se extrajeron los nú-
cleos de concreto para cada uno de
los diámetros de perforación selec-
cionados (figura 1(b) y 1(c)), efec-
tuándose el corte de los mismos con
la relación de esbeltez apropiada
(longitud/diámetro = 2) para no
efectuar correcciones por esbeltez
(figura 1(d)). Por último, se obtuvo
la resistencia a la compresión de cada
uno de éstos (figura 1(e)). Este pro-
cedimiento se realizó para cada una
de las mezclas en un mismo día (28
días de edad). En la figura 1 se ilus-
tra el procedimiento utilizado.
Como se indicó anteriormente,
al comenzar con el cálculo de los
parámetros se procedió a realizar un
análisis estadístico, teniendo en
cuenta la distribución de cada uno
de los resultados de resistencia de las
muestras y el resultado final de la
mezcla (promedio aritmético). Para
la aceptación o rechazo de los resul-
tados se consideraron los rangos de
clasificación de los resultados (exce-
lente, bueno, aceptable y malo) esti-
pulados en el análisis estadístico de
resultados de resistencia dados en la
referencia [7].
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Después de obtener y clasificar los
resultados necesarios para el desarro-
llo de la investigación, se continuó
con la elaboración de gráficos
ilustrativos para mostrar las diferen-
cias de resistencia para cada una de
las variables. Todas las gráficas que
se elaboraron tienen en las abscisas
el diámetro del núcleo de perfora-
ción en mm y en las ordenadas la
relación f’c(R)
/ f’c(L)
, donde f’c(R)
es
la resistencia a la compresión del
concreto a los 28 días de un cilindro
estándar de 152,4 mm de diámetro
y 304,8 mm de altura (resistencia
real) y f’c(L)
es la resistencia a la com-
presión de un núcleo de concreto
con un determinado diámetro de
perforación (resistencia obtenida en
el laboratorio).
Se elaboraron tres gráficas preli-
minares, tomando en cuenta el TMN
de cada uno de los agregados utiliza-
dos. Una gráfica para f’c = 18 MPa,
una para f’c = 24 MPa y una para
f’c = 35 MPa. Estas gráficas tienen
(a) (b) (c) (d) (e)
Figura 1. (a) Ensayo de resistencia a la compresión de cilindro estándar, (b) Extracción de núcleos de concreto, (c) Núcleos
extraídos de concreto, (d) Corte de los núcleos de concreto, (e) Ensayo de resistencia a la compresión de un núcleo de
concreto.

una gran similitud y siguen un mismo comportamien-
to, por lo que se tomó el promedio de las tres con el fin
de obtener una gráfica para todas las resistencias utiliza-
das (figura 2(a)). Lo anterior con el fin de ofrecer al in-
geniero estructural una sola gráfica que dependa única-
mente del TMN del agregado y no de la resistencia del
concreto, ya que no es posible conocer dicha resisten-
cia con una simple inspección.
La figura 2(a) indica que todos los TMN siguen una
misma tendencia y tienen baja dispersión. Por tanto,
se obtuvo una sola gráfica que no dependiera del TMN
del agregado ni de la resistencia del concreto (figura
2(b)). De esta manera será muy prácti-
co realizar las correcciones a partir de
un determinado diámetro de perfora-
ción.
Con base en los resultados obtenidos
en la gráfica de la figura 2(b), se determi-
na que existen unos diámetros de núcleos
que reflejan las características de resisten-
cia reales del concreto. Preliminarmen-
te se puede decir que los diámetros de
los núcleos aceptables están en el rango
de 56 mm a 63 mm. Sin embargo, estos
diámetros tienen una dispersión (aunque
muy baja) con la resistencia real del con-
creto, por lo que se hizo una aproxima-
ción a la gráfica de la figura 2(b) para pro-
porcionar las ecuaciones que se deben
aplicar cuando se utilizan diferentes diá-
metros de perforación. La aproximación
se muestra en la gráfica de la figura 3,
en la cual existen tres rangos diferentes para la correc-
ción de resistencia en función del diámetro de extrac-
ción.
A continuación se muestran las ecuaciones de co-
rrección en cada uno de los tres rangos de diámetros de
núcleos:
Para 45 mm < Dnúcleo
< 56 mm
7136,2D0301,0
c'f
c'f
núcleo
)L(
)R(
 (1)
(a) (b)
Figura 2. (a) Correlación de resistencia teniendo en cuenta el TMN del agregado y el diámetro de núcleos extraídos, (b)
Correlación de resistencia promedio teniendo en cuenta el diámetro de núcleos extraídos.
f'c(R)
= –0,0301 Dnúcleo
+ 2,7136
f'c(L)
f'c(R)
= 1,0300
f'c(L)
f'c(R)
= 0,0143 Dnúcleo
+ 0,1300
f'c(L)
Figura 3. Gráfica de correlación de resistencia promedio.

Para 56 mm  Dnúcleo
 63 mm
0300,1
c'f
c'f
)L(
)R(
 (2)
Para 63 mm < Dnúcleo
< 83 mm
1300,0D0143,0
c'f
c'f
núcleo
)L(
)R(
 (3)
donde:
f’c(R)
= resistencia a la compresión del concreto a los
28 días de un cilindro estándar de 152,4 mm
de diámetro y 304,8 mm de altura (resistencia
real) [MPa].
f’c(L)
= resistencia a la compresión a los 28 días de un
núcleo de concreto con un determinado diá-
metro de perforación (resistencia obtenida en
el laboratorio) [MPa].
Dnúcleo
= diámetro del núcleo extraído de concreto [mm].
Como se puede apreciar, la investigación se delimitó
en un rango de diámetros de núcleos de 45 mm a 83
mm, los cuales son los más utilizados en la práctica de
la auscultación de estructuras de concreto reforzado. Sin
embargo, es claro que el rango de 56 mm a 63 mm es el
que presenta mayor similitud respecto a los resultados
de resistencia obtenidos con el cilindro estándar. Es de-
cir, si se extrae un núcleo de estas dimensiones se debe
aplicar un factor de corrección a la resistencia obtenida
de laboratorio de 1,03, para obtener la resistencia real a
los 28 días. De igual manera, se debe aplicar un factor
de corrección para los rangos de diámetros de 45 mm a
56 mm y de 63 mm a 83 mm, teniendo en cuenta que
estos resultados presentan una variación mucho mayor
en la resistencia de los núcleos respecto al cilindro
estándar.
Cuando se tienen diámetros de núcleos muy peque-
ños (45 mm < Dnúcleo
< 56 mm), se obtienen diferen-
cias de resistencia hasta de 36,1%, posiblemente origi-
nadas por la poca homogeneidad de la mezcla dentro de
un núcleo tan pequeño; es decir, se estaría determinan-
do la resistencia a la compresión de algunos pero no de
todos los materiales que forman parte de la mezcla, como
la pasta de cemento, la arena o la grava. Esta diferencia
de resistencia (36,1%) se obtiene para el núcleo de 45
mm de diámetro, mientras que para núcleos de 56 mm
la diferencia de resistencia es de 3%. Por tanto, la tasa
de disminución de resistencia es de 3%/mm de diáme-
tro, que se reduce a partir de 56 mm. Algo similar ocu-
rre con el rango 63 mm < Dnúcleo
< 83 mm, en el cual se
obtienen resistencias distintas de las reales. Las diferen-
cias oscilan entre 3% para diámetros de núcleos de 63
mm y diferencias de 31,6% para diámetros de 83 mm.
Por consiguiente, la tasa de disminución de resistencia
es de 1,43%/mm de diámetro, que se aumenta a partir
de 63 mm.
Con el fin de explicar el comportamiento obtenido
en la figura 3, se plantea una analogía para esferas de
tamaño uniforme con un diámetro d, embebidas en un
recipiente cilíndrico de diámetro D, teniendo en cuenta
las recomendaciones de la referencia [18]. La correla-
ción se determina para conocer la distribución de la frac-
ción del material granular grueso a lo largo del radio, ,
en una posición, r, de la pared del recipiente (figuras 4 y
5). El modelo es representado por las siguientes
ecuaciones:
*rb
obb e*)ra(J)1( 
 , para D/d  2,02 (4)
donde:
d/D
15,3
45,7a  , para 2,02  D/d  13,0 (5)
d/D
25,11
45,7a  , para D/d  13,0 (6)
d/D
725,0
315,0b  (7)
d
r
*r  , para r/d  0 (8)
d/D
220.0
365,0b  (9)
Jo
= es la función de Bessel de primer orden (orden 0).
Figura 4. Corte transversal de un núcleo extraído de
concreto.

Se graficaron curvas para d
(TMN) = 12,7 mm, 19,1 mm y 25,4
mm; D = 152,4 mm (diámetro del
cilindro estándar) y r desde 0 mm
hasta 76,2 mm (radio del cilindro
estándar). Los resultados se muestran
en la figura 5.
Comparando los resultados de las
gráficas de las figuras 3 y 5, es posi-
ble determinar que existen aprecia-
bles diferencias cuando se extraen
núcleos de concreto de diversos diá-
metros, en concretos con diferentes
TMN. Esto se debe principalmente
a la distribución de la fracción del
material granular grueso en un reci-
piente cilíndrico. En general, un
gran error que se puede presentar en
la práctica de la auscultación estruc-
tural se discute a continuación:
La práctica convencional de la
ingeniería estructural está basada en
un resultado de resistencia a la com-
presión del concreto (f’c) de un ci-
lindro estándar de 152,4 mm de diá-
metro, el cual tiene condiciones de
frontera diferentes de las que tienen
los núcleos extraídos del concreto.
Esto en razón de la distribución de
la fracción del material granular grue-
so que tiene un recipiente particular
a lo largo de su sección transversal,
como lo tiene también un cilindro
estándar, un elemento estructural (vi-
gas, columnas, muros, etc.) o un nú-
cleo extraído de concreto (figura 6).
Por tanto, se pueden tener dife-
rentes valores de fracciones del ma-
terial granular grueso a lo largo de
un recipiente o un elemento estruc-
tural que se funde en una formaleta
y luego es desmoldado (procedi-
miento de fabricación similar al de
un cilindro estándar). Para obtener
la resistencia real del concreto basa-
dos en un núcleo extraído, se nece-
sita una longitud característica (diá-
metro de perforación) para que la
muestra pueda considerarse un ma-
terial continuo. Los diámetros de
Figura 5. Distribución de la fracción del material granular grueso a lo largo del
radio del cilindro: (a) TMN = 12,7 mm, (b) TMN = 19,1 mm, (c) TMN = 25,4 mm.

perforación que no reflejan la resis-
tencia real del concreto han cruza-
do el límite para cumplir con esta
teoría, es decir, no se cumplen las
condiciones de frontera de la teoría
continua. Lo anterior origina que se
produzcan las diferencias de los re-
sultados de resistencia entre el cilin-
dro estándar y los núcleos de con-
creto de diferentes diámetros de
perforación, debido a la distribución
no homogénea de los materiales.
CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Es muy importante tener en cuen-
ta, dentro de la etapa de auscultación
estructural de un estudio de vulne-
rabilidad sísmica, las correlaciones
que existen entre el tamaño máxi-
mo nominal del agregado (TMN),
la resistencia del concreto y el diá-
metro de los núcleos extraídos de ele-
mentos estructurales (vigas, colum-
nas, placas, muros, etc.). Lo anterior
se debe a las diferencias que se pre-
sentan en los valores de resistencia a
la compresión, entre los núcleos ex-
traídos y la resistencia real del con-
creto (medida a partir del cilindro
estándar).
Según los resultados obtenidos en
esta investigación, los parámetros
que más inciden en estos resultados
son el diámetro del núcleo de con-
creto y el TMN del agregado. Ade-
más, se encuentra que existen unos
diámetros de extracción que reflejan
de una mejor manera la resistencia
real del concreto, aun teniendo va-
lores de dispersión con los resulta-
dos reales de resistencia. Estos diá-
metros se encuentran en un rango
de 56 mm y 63 mm, como se mues-
tra en la figura 5. Los demás rangos
de diámetros presentan una disper-
sión apreciable en los resultados y
deben corregirse por medio de una
ecuación que depende del diámetro
del núcleo del concreto, tal como
se muestra en las ecuaciones 1, 2 y
3. Con base en estos resultados se
lograron establecer los diámetros
adecuados del núcleo de extracción
teniendo en cuenta el TMN del
agregado, tal como se muestra en
la tabla 1.
Tabla 1
Diámetro del núcleo de extracción
en función del TMN del agregado
TMN del Diámetro del núcleo
agregado según el TMN
del agregado
12,7 mm 4,4 – 5,0 TMN
19,1 mm 2,9 – 3,3 TMN
25,4 mm 2,2 – 2,5 TMN
Otro aspecto importante que hay
que considerar en la extracción de
núcleos de concreto en elementos
como cilindros, vigas, columnas,
placas o muros, son las condiciones
particulares de frontera que tiene
cada uno de estos recipientes. Es
decir, el resultado de resistencia de
los núcleos extraídos depende
sustancialmente de la ubicación (ho-
mogeneidad) y la orientación
(anisotropía) de la extracción del
núcleo. Esto en razón de la distribu-
ción de la fracción del material
granular grueso dentro de un reci-
piente particular, tal como se ideali-
zó en las figuras 5 y 6 para un ele-
mento cilíndrico que contiene
partículas esféricas de un determina-
do diámetro. Este fenómeno inter-
viene en los resultados debido a que
Figura 6. Distribución de la fracción del material granular grueso a lo largo del
radio de un cilindro estándar.

en la parte central del recipiente exis-
te una mejor distribución de las par-
tículas gruesas y finas; esto significa
que la homogeneización de la mezcla
en esta parte del recipiente permite
obtener la resistencia real del con-
creto. Algo muy diferente ocurre en
los extremos del
cilindro, donde
la distribución de
las partículas no
es uniforme, lo
que conduce a
obtener resulta-
dos de resistencia
que no concuer-
dan con la reali-
dad. Por tanto,
cuando se extrae
un núcleo de un
elemento estructural, éste se debe ob-
tener del centro del elemento para
poder captar la homogeneidad de la
mezcla y, así, su resistencia real.
A partir de la importancia de los
fenómenos de frontera (distribución
de la fracción del material granular
grueso a lo largo del diámetro de un
recipiente y la anisotropía del mate-
rial) nace la necesidad de imple-
mentar nuevas investigaciones para
conocer más detalladamente estos
fenómenos y poder responder algu-
nas inquietudes sobre la afectación
de la resistencia y el comportamien-
to del material. Se deben investigar
minuciosamente los fenómenos que
se pueden originar a partir de: 1) la
extracción de núcleos desde diferen-
tes posiciones (orientación de la ex-
tracción) de elementos tipo viga,
columna, muro, placa, etc.; 2) el fe-
nómeno de precompresión o pre-
flexión de elementos, es decir, cuan-
do están sometidos previamente a
una carga axial o a un momento
flector; 3) la influencia del acero de
refuerzo longitudinal y transversal
en el elemento, y 4) la posición del
núcleo a partir de la forma de ex-
tracción para el ensayo de resisten-
cia a la compresión.
Agradecimientos
Los autores manifiestan sus agrade-
cimientos a la Universidad Militar
Nueva Granada (Centro de Investi-
gaciones de la Fa-
cultad de Ingenie-
ría, Programa de
Ingeniería Civil) y
al Instituto Co-
lombiano para el
Desarrollo de la
Ciencia y la Tec-
nología Francis-
co José de Caldas
–Contrato Col-
ciencias-BID–
(Programa Jóve-
nes Investigadores. Convenio 027),
por su apoyo logístico y administra-
tivo durante la investigación deno-
minada “Vulnerabilidad sísmica de
estructuras de concreto reforzado”
(Proyecto ING 2003-003). Así mis-
mo al doctor Watson Vargas, inves-
tigador de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad Militar Nueva
Granada, por su asesoría en la inves-
tigación.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] F[1] F[1] F[1] F[1] Femaemaemaemaema, NEHRP Handbook for the Seismic
Evaluation of Existing Buildings, publicación
178, Washington, D.C., Federal Emergency
Management Agency, USA, 1992.
[2] F[2] F[2] F[2] F[2] Femaemaemaemaema, Prestandard and Commentary for the
Seismic Rehabilitation of Buildings, publicación
356, Washington, D.C., USA, Federal Emer-
gency Management Agency, 2000.
[3] Applied T[3] Applied T[3] Applied T[3] Applied T[3] Applied Technology Council - Aechnology Council - Aechnology Council - Aechnology Council - Aechnology Council - ATTTTTC 40C 40C 40C 40C 40.
Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete
Buildings, Vol. 1, State of California (U.S.), no-
viembre de 1996.
[4][4][4][4][4] InvíasInvíasInvíasInvíasInvías (Instituto Nacional de Vías), Norma
INV E-418. Toma de núcleos y vigas en concre-
tos endurecidos, Bogotá, D.C., Colombia.
[5][5][5][5][5] ASTMASTMASTMASTMASTM, American Society for Testing and
Materials, Standard Test Method for Obtaining
and Testing Drilled Cores and Sawed Beams of
Concrete. Designation: C 42/C 42M-99. United
States, 1999.
[6][6][6][6][6] Montgomery y RungerMontgomery y RungerMontgomery y RungerMontgomery y RungerMontgomery y Runger,,,,, Probabilidad y es-
tadística aplicadas a la ingeniería, Bogotá, D.C.,
2001.
[7][7][7][7][7] Sánchez de GuzmánSánchez de GuzmánSánchez de GuzmánSánchez de GuzmánSánchez de Guzmán, Diego, Tecnología
del mortero y del concreto, 3a. ed., Bogotá,
D.C., Bhandar Editores Ltda., 1996.
[8] AIS[8] AIS[8] AIS[8] AIS[8] AIS, Asociación Colombiana de Ingeniería
Sísmica, “Normas Colombianas de Diseño y
Construcción Sismo Resistente, NSR-98 (Ley 400
de 1997, Decreto 33 de 1998 y Decreto 34 de
1999)”, Bogotá, Colombia, AIS.
[9][9][9][9][9] IcontecIcontecIcontecIcontecIcontec (Instituto Colombiano de Normas
Técnicas y Certificación), Norma NTC 673. En-
sayo de resistencia a la compresión de cilindros
de concreto. Bogotá, D.C., Colombia.
Técnicas y Certificación), Norma NTC 77. Mé-
todo para el análisis por tamizado de los agre-
gados finos y gruesos. Bogotá, D.C., Colom-
bia.
[11] Icontec[11] Icontec[11] Icontec[11] Icontec[11] Icontec (Instituto Colombiano de Normas
Técnicas y Certificación), Norma NTC 92. De-
terminación de la masa unitaria y los vacíos
entre partículas de agregados. Bogotá, D.C.,
Colombia.
todo de ensayo para determinar las impurezas
orgánicas en agregado fino para concreto. Bo-
gotá, D.C., Colombia.
Técnicas y Certificación), Norma NTC 174. Es-
pecificaciones de los agregados para concreto.
Bogotá, D.C., Colombia.
todo de ensayo para determinar la densidad y
la absorción del agregado grueso. Bogotá, D.C.,
Colombia.
todo de ensayo para determinar la densidad
del cemento hidráulico. Bogotá, D.C., Colom-
bia.
[16] Icontec[16] Icontec[16] Icontec[16] Icontec[16] Icontec (Instituto Colombiano de Normas
Técnicas y Certificación), Norma NTC 1776.
Método de ensayo para determinar por secado
el contenido total de humedad de los agrega-
dos. Bogotá, D.C., Colombia.
todo de ensayo para determinar la densidad y
la absorción del agregado fino. Bogotá, D.C.,
Colombia.
[18][18][18][18][18] Debas,Debas,Debas,Debas,Debas, S. y Rumpe,y Rumpe,y Rumpe,y Rumpe,y Rumpe, H.,.,.,.,., “On the
randomness of beds packed with spheres or irre-
gular shaped particles”. Journal, Karlsruhe, Ale-
mania, Institut fur Mechaninishe Verfah-
rentechnik Hochschule, septiembre de 1965
Cuando se extrae un núcleo de
un elemento estructural, se debe
obtener del centro del elemento
para poder captar la
homogeneidad de la mezcla y,
así, su resistencia real.

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