Estudio estadístico de resistencia de materiales de construcción Natalini, Mario B. - Acevedo, Mónica G. - Morel, Claudia A. Departamento de Estabilidad - Facultad de Ingeniería - UNNE. Av. Las Heras 727 - (3500) Resistencia - Chaco - Argentina. Teléfono/Fax: +54 (3722) 425064 E-mail: estabilidad@ing.unne.edu.ar ANTECEDENTES En la actualidad los métodos estadísticos, se hallan en pleno desarrollo y estudio en las diversas áreas de la investigación, dada su flexibilidad de aplicación a cualquier grupo de datos. Son una valiosa ayuda para determinar la precisión de las medidas teniendo en cuenta la evidente variabilidad y/o dispersión de las propiedades mecánicas de los materiales. En este ámbito es que se propuso hacer uso de esta ciencia para detectar la posibilidad de rescatar posible información de un grupo de datos de ensayos archivados en el Departamento de Estabilidad de la Facultad de Ingeniería de la UNNE. La fuente de datos fueron las planillas archivadas en biblioratos, donde consta la información los ensayos de resistencia a tracción, compresión y flexión de probetas de acero y hormigón efectuadas en el Laboratorio del Departamento de Estabilidad de la Facultad de Ingeniería de los años 1990 a 1999. En cuanto a la madera, se utilizaron los datos consignados en las fichas técnicas [16] pertenecientes al trabajo realizado por la Ingeniera María T. Zabala “Características de Maderas del Nordeste Argentino” del Proyecto “ Tecnología de materiales de Construcción” dirigido por el Ingeniero Mario B. Natalini. MATERIALES Y METODOS Las fuentes de datos utilizadas fueron los datos de ensayos de resistencia a tracción, compresión, flexión y corte de probetas de madera, hormigón y acero archivados, efectuados en el Laboratorio del Departamento de Estabilidad de la Facultad de Ingeniería desde los años 1989 a 1999. Las actividades de tareas de gabinete realizadas corresponden a los métodos y técnicas propios del estudio estadístico de muestras: Organización de los datos de los ensayos de resistencia; Análisis y Clasificación de los mismos; Conversión y almacenado de los mismos en una base de datos; Proceso de estadística descriptiva de los mismos; Estudio comparativo de muestras obteniendo conclusiones; Estudio de correlación entre las variables; Estudio de inferencia estadística. Software utilizado: Excel y SPSS. Los ensayos correspondientes al material acero, no se han tenido en cuenta, por su escasez en número, tanto para realizar estudios descriptivos como de inferencia. La elección de los métodos a aplicar, en el caso del hormigón, fueron escogidos teniendo en cuenta que se trataba de datos aleatorios de distinta procedencia, reconociéndose numerosas variables: distintas empresas, proporción de materiales constituyentes, materiales, humedad, tiempo y calidad de curado, distintos operarios. En cuanto al material madera, se procedió a efectuar estudios comparativos entre distintos tipos de madera. Dado que ya se poseían los valores de los principales estadísticos descriptivos de ensayos de cizallamiento, flexión, compresión paralela y perpendicular al grano, se hicieron pruebas de hipótesis con respecto a la igualdad de los valores de medias de estos valores. Durante todo el proceso de investigación se buscó aprovechar al máximo los conocimientos sobre procesos de análisis estadístico, para poder aplicarlos a la información disponible. DISCUSION DE RESULTADOS El objetivo general fue efectuar el análisis descriptivo de los valores de ensayos de resistencia. Siguiendo el orden dado por los objetivos particulares propuestos en el plan de trabajo, se puede expresar en primer término que en cuanto a la detección de errores sistemáticos o aleatorios, que nos lleven a pensar en una falla mecánica del instrumento medidor de la resistencia a compresión de las probetas [2], no se detectan con los ensayos estudiados y con el tipo de estudio realizado. Tampoco podemos afirmar algo con respecto a errores aleatorios dado que no se posee conocimiento del proceder, en el momento de la toma de probetas por parte de las empresas [13] Se han detectado errores en la toma de datos de las resistencias de ensayo, consistentes en: No se consigna en las planillas de registro la fecha de moldeo de las mismas. Dato de fundamental importancia para la correcta valoración de la resistencia del hormigón. Esto tiene su causa en la falta de información brindada por las empresas que solicitan los ensayos. Se mezclan así probetas de 7 y 28 días en un mismo ensayo, lo cual no se ajusta a lo recomendado por las normas vigentes [4] La resistencia del hormigón depende entre otros factores, de la edad del mismo. Tampoco se efectúa el procedimiento especificado por las normas consistente en tomar la media de dos ensayos, como valor individual, para proceder al análisis de la resistencia, y con ellos poder construir el histograma y la curva normal de Gauss. El valor 30 nos asegura que la distribución que tengan las medias de los ensayos se asemeje a una distribución del tipo normal [6,11,1] Se ha diseñado un instrumento como estrategia para evitar el error de toma de datos mencionado anteriormente, consistente en una planilla automatizada creada para ser utilizada por los laboratoristas del Departamento de Estabilidad de la Facultad de Ingeniería, para consignar los datos de los ensayos de resistencia del hormigón, a fin de evitar que se cometan errores de cálculo[10,8] Además se sugiere exigir a las empresas solicitantes el brindar el dato de la fecha de moldeo de las probetas que se desean ensayar. No registrar conjuntamente datos de ensayos de probetas de 7 días de edad con probetas de 28 días de edad, colocando dichos valores en forma separada. Establecer la obligatoriedad del llenado de cada ítem correspondiente a las planillas de registro de datos, evitando de esta manera el inconveniente planteado. Se tomaron las medias de cada grupo de muestras de resistencia a la compresión del hormigón de todos los años, y con ellas se confeccionó un histograma y se calcularon los principales estadísticos de tendencia central y de dispersión. El primer indicador que nos señala la presencia de una distribución normal fue la escasa o mínima diferencia entre la media, la mediana y la moda de los datos. También se puede observar el coeficiente de asimetría que posee un valor de 0,07; que nos indica que la distribución es simétrica, condición fundamental de una distribución normal. El gráfico del histograma también nos da visualmente, la forma de una distribución normal, que se muestra a continuación: Se aplicó entonces, la prueba Kolmogorov-Sirmov, método no paramétrico que se utiliza para probar la medida de la bondad de ajuste de una distribución de frecuencia observada y otra de frecuencia teórica. Se la utilizó para comprobar la normalidad de la distribución de estas medias. El valor obtenido, mayor a 0,05, indica que la distribución observada corresponde a la distribución teórica. Los procedimientos que se efectúen asumiendo la normalidad de la distribución pueden utilizarse para analizar los datos. Otro gráfico que nos confirma la normalidad de los datos es el gráfico Q-Q, los valores observados de un variable numérica simple se grafican contra los valores esperados si la muestra fuera de una distribución normal. Gráfico Q-Q.Prueba de normalidad. Medias de años 1991 a 1999 3 2 Normalidad esperada 1 0 -1 -2 -3 10 20 30 40 50 60 Valores Observados De esta manera no quedan dudas acerca de la normalidad de la distribución de frecuencias de las medias de los resultados de ensayos a compresión de las probetas de hormigón a lo largo de estos diez años. Es interesante saber que aún con todas las variables implicadas o que incluían estos datos, la distribución de los mismos tiende a la normalidad. Se procedió a buscar que tipo de correlación describiría de mejor manera las medias de los valores de los datos, obteniéndose el siguiente gráfico: Observado Medias de años 1991 a 1999 Lineal 60 Logarítmica Inversa 50 Quadratica Cúbica 40 Valores de resistencia Compuesta Potencial 30 S Crecimiento 20 Exponencial 10 Logistica 0 20 40 60 80 100 Secuencia Del gráfico y de los valores que se obtuvieron en al cuadro que se muestra claramente podemos afirmar que las medias no responden a ningún tipo de correlación definida. Lo único que puede afirmarse es que tienen una tendencia descendente en el tiempo, lo que indicaría un descenso en la calidad del material en cuanto al valor de su resistencia a la compresión. Se han hecho pruebas de hipótesis sobre las medias de los valores de resistencia de los ensayos sobres muestras de madera Se compararon las medias de los valores que mostraban la posibilidad de ser aplicables a este método. Los resultados hallados se encuentran enumerados en las conclusiones. CONCLUSIONES A través de esta investigación se ha podido llegar a las siguientes conclusiones: ♦ La distribución de las medias de las resistencias a la compresión de las muestras de hormigón ensayadas en el Laboratorio de Estabilidad de la Facultad de Ingeniería de la UNNE es normal, conclusión obtenida a partir de 92 muestras. ♦ Se puede afirmar que la tendencia de estos datos a lo largo del tiempo no presenta un modelo definido, pero sí una directriz descendente. Lo que equivale a decir que los valores de la resistencia del hormigón a lo largo de estos diez años, presentan una disminución en su valor. ♦ De las comparaciones hechas entre las distintas especies de madera, se puede decir en primera medida, que el Quebracho blanco presenta valores superiores de resistencia, a la compresión paralela al grano, que el Quebracho colorado. Y a la inversa, el Quebracho colorado presenta valores superiores de resistencia, a la tracción paralela al grano, que el Quebracho blanco. ♦ En segunda instancia se ha verificado la igualdad de los valores de resistencia media a la compresión perpendicular al grano, y del módulo de elasticidad media a la flexión estática de las maderas Lapacho negro y Guatambú saiyu. ♦ Comparando las medias de la resistencia media al cizallamiento de las maderas Guayaibí y Guatambú saiyu, resultaron iguales en valor. ♦ Del mismo modo las resistencias medias a la tracción paralela al grano del Lapacho negro y el Guayaibí, también resultaron iguales al efectuar el proceso de comparación a través de las herramientas estadísticas utilizadas. ♦ Efectuado el análisis de varianza entre las especies Lapacho negro, Guatambú saiyu y Guayaibí, de sus resistencias medias al cizallamiento, se puede afirmar que estos valores son iguales en las tres especies. BIBLIOGRAFIA 1. CIRSOC 201 Tomo 1 “ Proyecto, cálculo y ejecución de Hormigón Armado y Pretensado” Julio 1982 2. Kazmier L. y Mata A. D., 2º ED, 1993 “Estadística aplicada a la administración y a la economía” Ed. Mac Graw Hill 3. Miller I. R., Freund J. E. y Johnson R., 4º ED 1992 “ Probabilidad y estadística para ingenieros” 4. Indelicato F., RILEM Vol. 26 Nº 159 Materials and Structures Research and Testing “ A statistical method for the assessment of concrete strength through micro cores”. 5. Dixon John R., 1970 “ Diseño en Ingeniería, Inventiva, Análisis y toma de decisiones” Ed. Limusa 6. Bignoli Arturo J, 1986 “ Introducción al cálculo de la confiabilidad de las estructuras civiles” Ed. El Ateneo 7. Schuëller Gerhart I., 1996 “ Stochastic Structural Mechanics. Developments and Prospects” Academia Nacional de Ingeniería. 8. Jiménez Juan Castañeda, 1995 “ Métodos de Investigación “ Tomos I y II Ed. Mac Graw Hill 9. Mendenhall W. y Sincich T. 4º ed. 1997 “ Probabilidad y Estadística para Ingeniería y Ciencias” Ed. Prentice Hall. 10. Ya-Lun Chou 2º ed. 1977 “ Análisis estadístico” Ed. Interamericana.