UNIVERSIDAD CATLICA SEDES SAPIENTIAE INGENIERA CIVIL

1. INTRODUCCIN

abemos que el cemento es uno de los componentes ms activos en el concreto y generalmente es el elemento que posee el mayor costo unitario. Asimismo, cabe resaltar que en el mercado peruano existen gran variedad de cementos para ser empleados por el usuario, los cuales, presentan adecuados niveles de resistencia y durabilidad en las obras. El Cemento Portland, uno de los componentes bsicos para la elaboracin del concreto, debe su nombre a Joseph Aspdin quien fue un albail ingls quin en 1824 obtuvo la patente para este producto. Debido a ello, la totalidad de los cementos que se producen en el Per son cementos Portland en variedad de tipos cumpliendo con los requisitos de la norma ASTM C-150 o con los de cementos combinados segn la norma ASTM C-595.

Por lo tanto, en el siguiente informe analizaremos las propiedades fsicas y mecnicas del cemento Portland Tipo I evaluadas en el laboratorio de Materiales para la construccin logrando de esta forma afianzar los conocimientos impartidos durante el desarrollo del curso.

1. GENERALIDADES

1. Objetivo de estudio

Determinar la resistencia mecnica y las propiedades fsicas del mortero y la pasta de cemento siguiendo procedimientos normalizados.

Aplicar procedimientos de ensayos estandarizados a fin de determinar las propiedades fsicas de los cementos y morteros para su uso en el concreto.

Complementar los conceptos desarrollados en la clase con los diversos ensayos que se desarrollan en el Laboratorio de Ensayo de Materiales UNI y reforzar nuestros conocimientos en nuestra rama de estudio.

2. Equipos de laboratorio

a. Mezcladora elctricaPermite un correcto mezclado de los componentes de la pasta o del mortero de cemento. Consta de la mezcladora, una paleta de mezclado y un recipiente de mezcla de acero inoxidable de 5 litros de capacidad. Presenta 3 velocidades: 1 es la velocidad lenta, 2 es la velocidad rpida y la velocidad 3.

FIGURA 1: Mezcladora elctrica y sus partes

b. Equipo de compresinEs utilizado para ensayos de compresin de morteros de tamaos estandarizados, tiene una caja metlica donde se almacena el motor, accionadores y todo el equipo mecnico de la compresora, un marco anclado al techo de la caja que sujeta el tornillo de ajuste para las probetas y un mbolo metlico que parte de la caja y es el encargado de comprimir las muestras. Tambin, cuenta con un panel de control para modular la velocidad de carga a aplicarse sobre la muestra.

FIGURA 2: Equipo de compresin

c. Meza de fluidezUtilizada para la fluidez, nos da un valor representativo de la fluidez en funcin a la extensin de una masa de mortero a travs de una serie de golpes producidas por subidas y cada de la mesa; para ello, cuenta con una manivela y un gatillo. Tambin, est acompaada de un anillo metlico de una altura aproximada de 50mm y de un dimetro mayor y menor de 4 y 3 respectivamente.FIGURA 3: Meza de fluidez y sus partesd. HornoUsados para secar y/o calentar muestras de morteros y agregados. La temperatura que regularmente se transmite en su interior es de 1105C.

FIGURA 4: Horno

e. Aparato de VicatEste ensayo se utiliza para determinar la cantidad de agua requerida para producir pasta de cemento de una consistencia estndar; la consistencia estndar se consigue cuando el embolo de 10mm del equipo Vicat penetra la pasta de cemento a una profundidad pre determinada bajo cada libre. Se prepara una nueva muestra y se ensaya con un innecesario (needless) inicio y final de acuerdo con el procedimiento detallado en la norma a seguir.

FIGURA 5: Equipo de VICAT

3. Equipo de proteccin personal (EPP)

a. Botas.

b. Casco.

c. Chaleco.

1. FUNDAMENTO TERICO

1. CementoEl cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Hasta este punto la molienda entre estas rocas es llamada clinker, esta se convierte en cemento cuando se le agrega yeso, este le da la propiedad a esta mezcla para que pueda fraguar y endurecerse. Mezclado con agregados ptreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plstica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia ptrea, denominada hormign (en Espaa, parte de Suramrica y el Caribe hispano) o concreto (en Mxico y parte de Suramrica). Su uso est muy generalizado en construccin e ingeniera civil.

2. Cemento PortlandEl cemento Portland es un conglomerante o cemento hidrulico que cuando se mezcla con ridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas tiene la propiedad de conformar una masa ptrea resistente y duradera denominada hormign. Es el ms usual en la construccin y es utilizado como aglomerante para la preparacin del hormign (llamado concreto en Hispanoamrica). Como cemento hidrulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar qumicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.

3. Cemento tipo Ia. Especificaciones Tcnicas Norma tcnica: ASTM C-150 y Norma Tcnica Peruana 334.009. Presentacin: bolsas de 42.5 Kg./granel.b. Caractersticas Producto obtenido de la molienda conjunta de clinker y yeso. Ofrece un fraguado controlado. Por su buen desarrollo de resistencias a la compresin a temprana edad, es usado en concretos de muchas aplicaciones. Es verstil para muchos usos. Su comportamiento es ampliamente conocido por el sector de construccin civil.c. Usos y Aplicaciones Para construcciones en general y de gran envergadura cuando no se requiera caractersticas especiales o no se especifique otro tipo de cemento. El acelerado desarrollo de sus resistencias iniciales permite un menor tiempo de desencofrado. Pre-fabricados de hormign. Fabricacin de bloques, tubos para acueducto y alcantarillado, terrazos, adoquines. Mortero para asentado de ladrillos, tarrajeos, enchapes de maylicas y otros materiales.

4. Cemento de albaileraEs el cemento que se obtiene por la molienda conjunta de clinker portland, piedra calcrea, sulfato de calcio (yeso) y aditivos qumicos. La propiedad ms importante del cemento de albailera es la capacidad de retencin de agua, y al elevarse su valor la plasticidad se mantiene durante un perodo ms prolongado, se reduce la segregacin, se incrementa la productividad de elevacin de mampostera y se reduce la posibilidad del quemado o deshidratacin del cemento. La retencin de agua es igual al 70 %. El aire incorporado es el responsable de conferirle plasticidad a las mezclas (a mayor contenido de aire, mayor plasticidad) y es cercano al 19 %. La resistencia mecnica depende del contenido de aire y de la cantidad y calidad del clnker. Esta resistencia mecnica vara segn normas entre 2,5 a 7 MPa a los 7 das de fraguado y de 4,5 a 8 a los 28 das.

5. PastaEs el resultado de un aglomerante como el cemento en combinacin con el agua.

6. MorteroSe denomina mortero a toda materia plstica obtenida por mezcla de uno o varios conglomerantes, arena, agua y posibles aditivos (de estos ltimos puede carecer).

7. FraguadoEl fraguado es el proceso de endurecimiento y prdida de plasticidad del hormign (o mortero de cemento), producido por la desecacin y recristalizacin de los hidrxidos metlicos procedentes de la reaccin qumica del agua de amasado con los xidos metlicos presentes en el clnker que compone el cemento.

8. Propiedades del mortero en estado plsticoLa trabajabilidad es la propiedad ms importante en el estado plstico de un mortero. Se puede definir como la facilidad que permite el mortero al aplicarse sobre las superficies a recubrir o sobre las unidades de mampostera. Es el resultado de la interaccin de las partculas que forman los agregados y depende directamente de la cantidad de lubricante (agua) presente en la mezcla. Se puede cuantificar en trminos de plasticidad y fluidez de la mezcla por pruebas de laboratorio. El ajuste final del grado de trabajabilidad, puede ser regulado por el albail en la obra controlando la cantidad de agua que se agrega a la mezcla. Esta caracterstica es muy importante para lograr con los morteros de mampostera una diversidad de acabados. La cohesin del mortero, es decir, la capacidad de mantener sus partculas unidas entre s, est directamente ligada a la trabajabilidad de mortero, si el mortero tiene buena cohesin permite buena trabajabilidad.

La rententividad es la capacidad del mortero de mantenerse hmedo es definida por el grado de retencin de agua del mortero. Es esencialmente importante cuando se aplica el mortero sobre superficies o unidades de mampostera altamente absorbentes, que despojan al mortero de la humedad necesaria para ser trabajable. Ante la absorcin de la superficie se produce adems un efecto deshidratador en el mortero que puede afectar su proceso de fraguado cuando se utiliza un cemento hidrulico. La retencin de agua y la influencia de las condiciones del clima deben ser tomadas en cuenta cuando se disean morteros. Durante el verano, el mortero debe tener 28 mucha retencin de agua para evitar el fenmeno de la evaporacin. En el invierno, una poca retencin de agua es recomendada, ya que esto facilita que el agua se consuma antes de que se congele.

9. Propiedades del mortero en estado endurecidoEn el estado endurecido la propiedad ms importante de un mortero de mampostera es su capacidad de adherencia, que se define como la capacidad de pegarse a la superficie de trabajo. Otra propiedad deseable de los morteros de mampostera es la durabilidad, que es la capacidad del mortero de resistir el envejecimiento, los cambios de clima y los efectos nocivos de la intemperie durante su vida til. La resistencia a tensin y a compresin son tambin propiedades deseables del mortero. Una buena resistencia a tensin del mortero evita la aparicin de grietas. Una razonable velocidad de fraguado acompaado de una aceptable resistencia a compresin son factores que permiten que una construccin logre avanzar sin retrasos.

1. ENSAYOS

1. Preparacin de la pasta y mortero de consistencia plstica1.1. Equipos y herramientas: Batidora Paleta Recipiente de mezcla de 5 litros de cap. Recipiente para muestra de 750gr. a 1500gr. De cap. Esptula Balanza Probetas graduadas Plancha triangular Cucharones de metal Compactador

1.2. Procedimiento del ensayo Para iniciar el ensayo nos debemos de cerciorar que los materiales deben de encontrarse a temperatura ambiente a excepcin del agua, la cual debe de estar a 23C 1.7C. Se realizaron 2 preparaciones: pasta y mortero. Para la preparacin de la pasta es necesario que todos los equipos estn en estado hmedo para que no reduzcan la humedad de la mezcla. Luego, se procede a preparar la mezcladora, se coloca el recipiente de mezcla y la paleta en la posicin de mezclado. Seguidamente, se procede a verter agua (xxgr), despus cemento y se deja reposar por 30 segundos. Se procede a mezclar por 30segundos a velocidad lenta, se detiene la mezcladora se junta toda la mezcla con la esptula por 15 segundos para poder mezclarlo durante 60 segundos. Pero, si al final se observa que se necesita agregar agua en nuestra mezcla, entonces se proceder a aadir la cantidad suficiente y se terminar mezclando por 20 segundos ms. Para la preparacin del mortero se alistan los materiales como se hicieron con la pasta. Se procede a verter agua (xxgr), se agrega el cemento y se procede a mezclar por 30segundos agregndose poco a poco la arena; se detiene la mezcla procede a mezclar por 30segundos la velocidad rpida. Luego, se detiene la mezcla por 90 segundo, se junta la mezcla durante 15 segundos. Finalmente, se mezcla durante 60 segundos. Pero, si al final se observa que se necesita agregar agua en nuestra mezcla, entonces se proceder a aadir la cantidad suficiente y se terminar mezclando por 20 segundos ms.2. Determinacin de la fluidez de pastas y de mortero 2.1. Equipos y herramientas: Bernier Cronmetro Anillo troncocnico de 2de altura, 3 de dimetro menor y 4de dimetro mayor Mesa de fluidez Plancha triangular Cucharones de metal Pisn pequeo

2.2. Procedimiento del ensayo Para iniciar el ensayo se prepara la meza de fluidez y el anillo metlico humedeciendo las superficies que estarn en contacto con la masa de fluidez. Se contina con la preparacin de la pasta de cemento, descrito de la forma en el punto 2.1. Con ayuda de la cuchara metlica se colca la pasta dentro del anillo, este proceso se da en dos capas debidamente compactada con el pisn 20 veces cada capa. En la segunda capa se llena el anillo hasta sobre pasar la altura del mismo. Alisar la superficie superior de la pasta con la plancha triangular. Retirar suave y verticalmente el anillo de la mesa dejando as la pasta desmoldada en el centro. Con ayuda del cronmetro se proceden a dar giro a la manivela de la meza de fluidez con 25 golpes en 15 segundos. Por ltimo se hacen las mediciones con el Bernier a los 4 dimetros sealados en el disco.

2.3. Clculos, resultados y grficas: Expresin de resultados

Donde:-Dp=dimetro promedio de las cuatro mediciones realizadas-Di=dimetro inicial de pasta o dimetro interior mximo de anillo (10.16cm).

Clculos y resultadosSabemos que:D1=23.8 cmD2=23.3 cmD3=23.2 cmD4=23.2 cm

Cuadro:LABORATORIO ENSAYO DE MATERIALES

DETERMINACION DE FLUIDEZ DE PASTA DE MORTERO

DiDpDiFluidez %

23.823.410.16130.215

23.3

23.2

23.2

3. Determinacin de la consistencia normal (NTP 334.074)3.1. Equipos y herramientas: Aparato Vicat Cronmetro Probetas graduables Mesa de flujo Moldes Placas de vidrio Plancha triangular Balanza

3.2. Procedimiento del ensayo Primero se debe de tener en cuenta las condiciones ambientales en las que se encuentran nuestros materiales y herramientas. La preparacin de la pasta se realiz segn el punto 1.2. luego, se prosigue con el llenado de la pasta en el molde del aparato Vicat. Este ensayo de fraguado permanecer 30minutos en la cmara hmeda luego de la preparacin para dar paso al ensayo de penetracin con aguja Vicat. Para la determinacin del principio de fraguado fue necesario bajar la aguja hasta que su extremo tome contacto con la superficie de la pasta logrando fijar la sonda de posicin por medio del tornillo; luego, se hace coincidir l posicin del ndice con el cero superior, soltando el vstago y aflojando el tronillo. La primera lectura se dio despus de 30 segundos continuando las mediciones en un intervalo aproximado de 30minutos. Para la determinacin del fin de fraguado, fue necesario alcanzar una penetracin de 4mm para poder sacar el espcimen de ensayo del aparato. Se continu con las penetraciones hasta no dejar huellas sobre la superficie de la muestra.

3.3. Clculos, resultados y grficas: Cuadro:LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES

ENSAYO DE DETERMINACION DE TIEMPO DE FRAGUADO

N DE MEDICIONESHORATIEMPO TRANSCURRIDOLECTURA (mm)

111:130 min0.00

211:2916min40.00

311:4516min39.50

412:1732min39.50

512:4427min38.50

613:0016min38.50

713:055min37.00

813:105min32.00

913:3020min11.00

1013:4425min0.00

Grfico

4. Determinacin de la resistencia a la compresin (NTO 334.051) 2.1. Equipos y herramientas: Balanzas y pesas Probetas graduadas Cmara hmeda Moldes de 6 compartimientos de 5 x 5 cm Mezcladora Mesa de flujo Mquina de compresin Materiales: arena Ottawa y cemento

2.2. Procedimiento del ensayo Se pesaron 500kg de cemento y 1375 kg de arena La relacin agua-cemento: a/c=0.485 para cementos Portlnad Se prepar un mortero de consistencia normal de acuerdo a lo descrito en el aparatado 1.2. Se verti el mortero en la mezcladora durante 15 segundos en velocidad baja. Se aplic un agente desmoldantes sobre las superficies de los moldes Se coloc el mortero en tres capas aproximadamente a 1/3 de altura compactada c/u a 32 golpes en 10 segundos. Para determinar la resistencia a la compresin se aplic carga sobre la superficie de seccin cuadrada de 50mm de lado entre las placas de apoyo. La carga se debi de incrementar entre 0.1KN y 0.2KN por segundo. Asimismo el ensayo se realiz dentro de los rangos de tiempos admisibles que se indican:-Para una edad de 24h: 1/2 hora-Para una edad de 3d: 1 hora-Para una edad de 7d: 3 horas-Para una edad de 28d: 12horas

2.3. Clculos, resultados y grficas:

Cuadros

Mujeres:

MUESTRASECCIN (cm)FUERZA (KN)FUERZA (

160.446163.17

254.925600.28

363.846509.87

Se observa dispersin en el material, ello es debido al compactado o chuceado.La fuerza promedio que se puede aplicar al mortero en este caso:

Hombres:MUESTRASECCIN (cm)FUERZA (KN)FUERZA (

160.386157.05

264.266552.70

360.946214.15

La fuerza promedio que se puede aplicar al mortero en este caso:

1. Conclusiones

Podemos concluir que para:1. Preparacin de la pasta y mortero de consistencia plstica La pasta es la preparacin simple de un conglomerante: cemento tipo I, con agua. Su consistencia plstica se observ al echar o verter ms agua. As mismo fue necesario detallar. El mortero surge de la mezcla de dos conglomerantes con agua. Su consistencia plstica se observ con la manejabilidad de la masa, esto se debe a la proporcin de agua que se le vierte en el mortero (1:2.75)

2. Determinacin de la fluidez de pastas de mortero Por nuestro resultado que obtuvimos la fluidez fue de 130.215%, lo cual nos indic que no se encuentra en un rango requerido (110 5%), debido, quizs por el mal desarrollo de la prctica al realizar los procedimientos. Si el porcentaje de fluidez estuviera en el rango se podra decir que el aguado de la mezcla es el correcto, por lo tanto ser trabajable para el albail, sin que se frage o seque tan rpido o muy lento.

3. Determinacin de la consistencia normal (NTP 334.074) Este ensayo nos permiti observar el tiempo de fraguado segn nuestra grfica, la misma que representaba los milmetros de penetracin por la aguja en nuestra pasta, notndose un intervalo de fraguado controlado. Asimismo, notamos que el tiempo de inicio de fraguado fue menor a los 45 minutos establecidos por la norma; por otro lado, el tiempo final de fraguado puede ser mayor a los 375 minutos, lo cual reafirma lo establecido por la norma. Hasta los 25 mm llego a su determin su principio de fraguado.

4. Determinacin de la resistencia a la compresin (NTO 334.051) Es necesario tomar los datos necesarios para poder hallar la resistencia que soportar el mortero por cm^2. El fraguado que se realiza al mortero debe tener las medidas necesarias para que llegue a la resistencia requerida

1. Recomendaciones

Podemos recomendar que para:

1. Preparacin de la pasta y mortero de consistencia plstica Seguir detalladamente los procedimientos en la obtencin de nuestra pasta y mortero. Si no se siguen correctamente los procedimientos, el ensayo no satisfacer las normas establecidas y por ende no sern aplicables en el campo o en obra. La proporcin de arena-cemento para la mezcla del mortero (1:2.75), la cual se trabaj con 500g de cemento y 1375g de arena.

2. Determinacin de la fluidez de pastas de mortero La manipulacin correcta de los instrumentos.

3. Determinacin de la consistencia normal (NTP 334.074) La manipulacin correcta del Vicat y la elaboracin correcta de la pasta.

4. Determinacin de la resistencia a la compresin (NTO 334.051) Se deben conocer las propiedades del mortero si se va a construir para conocer cunto resistir antes de que falle.

1. BibliografaDeterminacin de la propiedades fsicas y mecnicas del cemento y mortero. Laboratorio N1 de ensayo de Materiales. Universidad Nacional de Ingeniera. Lima, Per.

TORRE CASTILLO, AnaIngeniero Civil2014

1. Anexos fotogrficos

Anexo 1: muestra los tipos de arenas

Anexo 2: muestra la manipulacin de la mesa de fluidez

Anexo 3: manipulacin del aparato Vicat

Nexo 4: manipulacin de la resistencia de las muestras