Qué es la resistencia de diseño
La resistencia fc’ consiste en la resistencia que se escoge para el proyecto, resistencia que deberán tener las columnas, vigas y en general todos los elementos de nuestra estructura.
Esta es una resistencia mínima requerida en obra, basada en un análisis estadístico de dosificaciones que no conviene profundizar mucho acá ya que lo expliqué anteriormente en un vídeo pasado, en Concepto de resistencia característica del concreto.
Esta resistencia debe escogerse antes de comenzar la construcción, y debe establecerse al momento de diseñar el cálculo estructural. Luego esta resistencia de diseño debe alcanzarse mínimamente en obra.
¿Donde viene especificada?
Si yo soy el cliente final o el constructor, debo buscar la resistencia de diseño que se debe alcanzar en obra en los planos estructurales, generalmente muy cerca del carimbo de la primera lámina de los planos.
Esta resistencia está denotada la mayoría de las veces por un «fc'»» o «fc*», y tiene unidades de esfuerzo. Ya sea en [MPa] o en [Kg/cm2]. Muy raras veces en nuestro medio en [kip] (unidades inglesas).
Valores típicos de resistencia de diseño van desde los 20[MPa] hasta los 30 [MPa] (200 Kg/cm2 a 300 Kg/cm2). Sin embargo también pueden trabajarse con resistencias más altas en obras de gran tamaño.
Diferencia entre trabajo de gabinete y trabajo en obra
Cuando se trabaja en gabinete (en etapa de diseño) es muy fácil pensar en resistencias de diseño como valores que pueden escogerse como se escogen pantalones en el mercado.
Sin embargo al momento de diseñar debemos tomar en cuenta el control de calidad que tendrán al momento de prepar este hormigón en obra. Recordemos que la resistencia de diseño es una resistencia mínima que debe alcanzarse en obra.
Si la resistencia de diseño en papel es de 30[MPa] y en obra debido a los bajos controles de calidad se llega a un hormigón preparado en sitio de 20 [MPa] apenas, entonces la estructura será más débil de lo proyectado.
En contraste, si la resistencia alcanzada en obra es mucho mayor a la proyectada a nivel de planos estructurales, podemos dormir tranquilos en términos de la seguridad estructural, aunque probablemente estemos gastando más dinero que el mínimo necesario para satisfacer los requisitos del proyecto.
Cómo se alcanzan estas resistencias de diseño
Cuando el hormigón es preparado, hay muchas variables a tomar en cuenta. La finura de la grava, finura de la arena, limpieza de los agregados, cantidad de agua y resistencia del cemento.
Si el hormigón es preparado en obra, rara vez se alcanzan resistencias muy altas, especialmente para estructuras pequeñas donde ni siquiera se sacan probetas de muestra luego de los vaciados.
Por otro lado, si el hormigón es comprado desde una empresa de premezclado y venta de hormigón preparado, la resistencia que pidamos a la empresa está garantizada. Obviamente esta opción es algo más costosa que la primera por todos los controles de calidad y maquinaria utilizada.
Ponte en los zapatos del otro
El calculista
Cuando se comienza un diseño estructural, el calculista debe indagar sobre los métodos constructivos que se aplicarán en obra. Por tanto si hay la certeza de que el hormigón será comprado ya preparado, se pueden utilizar resistencias altas de concreto sin problemas.
Por otro lado, si el hormigón será preparado en obra, lo mejor es bajar lo más posible la resistencia de diseño para diseñar las secciones de los elementos estructurales.
El Arquitecto
Muchas veces la arquitectura condiciona las dimensiones de las columnas y vigas buscando que estas sean lo más esbeltas posible para no perjudicar el espacio de pasillos y ambientes. Sin embargo esto conlleva utilizar resistencias más altas de materiales, haciendo muchas veces más cara la estructura, y con altas probabilidades de grandes deformaciones. Esto último muchas veces no es tomado en cuenta por el arquitecto.
El arquitecto debe entonces estar en continua coordinación con el ingeniero calculista al momento del diseño del proyecto.
El cliente
El cliente siempre va a buscar lo bueno, bonito y barato. Por tanto preferirá en la mayoría de los casos un preparado del hormigón en obra si este resulta más barato, especialmente si la estructura es pequeña, de un par de pisos. En ese caso, la resistencia de diseño a escoger deberá ser lo más baja posible.
En contraste, si la estructura es grande, contratar una empresa de premezclado de hormigón es más recomendable, incluso en términos económicos porque se ahorra en mano de obra, en tiempo de avance y en maquinaria, aunque se gaste más dinero en el servicio de premezclado.
En este último caso, hay libertad de escoger resistencias de diseño a nivel proyecto para luego plasmarlo en obra.
¿Más es mejor?
Se acostumbra pensar que más es mejor, y que si escogemos una resistencia de diseño más alta para nuestra construcción, será mejor.
Sin embargo esto no es del todo correcto, porque mientras más alta sea la resistencia de diseño escogida para nuestro proyecto, más caro será el hormigón que debamos vertir en obra, y no solo eso, sino que si lo preparamos en sitio, su resistencia será mucho mas difícil de alcanzar, por los aspectos mencionados arriba.
Por otro lado, resistencias más altas logran secciones de columnas y vigas más esbeltas. Sin embargo esto conlleva a mayores deformaciones. Estas deformaciones pueden ser críticas en ciertos sectores de la estructura, y se debe hacer un análisis muy minucioso a nivel del cálculo estructural a medida que se utilizan resistencias más altas de materiales.
Además de ser más grandes las deformaciones, otra consecuencia directa de esto la mayor susceptibilidad a pandeo de algunos elementos, especialmente si estos son de sección muy pequeña, haciendo que se necesite más acero en la sección mientras más esbelta sea la pieza.
El precio
Hace años la diferencia entre un concreto preparado en obra y uno comprado ya preparado en planta era mucho más grande. Esta diferencia de precios hoy en día se está haciendo cada vez más pequeña
En mi país a la fecha de publicado este artículo, un metro cúbico de hormigón preparado en obra alcanza valores típicos de 640 Bs (92.5 $us) para resistencias de 20MPa.
Por otro lado, un hormigón ya preparado en planta incrementa su precio en al rededor de 6% simplemente para la misma resistencia de 20MPa.
Si se deseara incrementar la resistencia del hormigón a 25MPa por ejemplo, un hormigón preparado en planta costará al rededor de 15% más que un hormigón preparado en sitio.
Los datos de precios con los que se pudo hacer esta comparativa porcentual de costos fueron proporcionados amablemente por la empresa PREFORTE.
Resistencia característica o de diseño no es lo mismo que resistencia media
Muchas veces pensamos que si en obra, entre todas resistencias de las probetas de muestra promediadas alcanzamos la resistencia de diseño, estamos dentro del rango seguro de resistencias de nuestros elementos estructurales, sin embargo esto no es asi. Debido a que la resistencia de diseño es una resistencia digamos «mínima», y por lo menos el 95% de todas las probetas ensayadas deberían superar este valor.
En conclusión
Si somos diseñadores o calculistas, debemos escoger resistencias de diseño bajas que se puedan alcanzar en obra de manera sencilla.
Si somos clientes de una construcción, probablemente debamos tender a comprar concreto con resistencias bajas de diseño, porque es más económico. Si bien las secciones de elementos y en especial de columnas resultan más robustas a partir de esta decisión, esto garantiza una menor probabilidad de falla por pandeo.
Si somos constructores, una menor resistencia de diseño (digamos de 20MPa) nos permite preparar el hormigón en obra bajo una dosificación clásica 1:2:3. Sin embargo si en planos encontramos resistencias de diseño de 25MPa o superior ya será más complicado preparar este concreto en obra y será mejor mandarlo a preparar con una empresa de premezclado.
Debate y discusión
En noviembre de 2022 tuvimos una tertulia en directo en Youtube discutiendo este tema, y tal vez te interese verla, si tienes el tiempo disponible
autor: Marcelo Pardo
Saludos ing. Es un honor entrar y nutrirme de conocimientos, en cuanto a este tema es súper importante y más que en la mayorías de los casos el hormigón se prepara en obra, algunos colados de gran volumen se compra premezclado, utilizando concreto de bajas resistencias se garantiza la estructura y poder conseguir la resistencia plasmada inicialmente, y para el calculista le haría el trabajo más suave si se puede decir pues los elementos no serían Tan esbeltos. Un saludo nuevamente ing.