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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

ENSAYOS DEL CEMENTO

DOCENTE:

Max Steven Huaynalaya Rashuamán

INTEGRANTES: CAPCHA BULEJE, Jhon Percy

(20184003B)

GOMEZ LEON, Gianpiero Manuel

(20184011E)

HUAMAN NATIVIDAD, Cristhian F .

(20182007K)

SECCIÓN: G

Lima-Perú 16 de mayo del 2019

ÍNDICE INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 3 1. FUNDAMENTO TEÓRICO ........................................................................................................... 4 1.1. CEMENTO ........................................................................................................................... 4 1.1.1. Cemento Hidráulico..................................................................................................... 4 1.1.2. Principales Componentes del Cemento ...................................................................... 5 1.2. PASTA DE CEMENTO........................................................................................................... 5 1.3. MORTERO DE CEMENTO .................................................................................................... 6 2. ENSAYOS CON EL CEMENTO ..................................................................................................... 6 2.1. DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL ............................................................. 6 2.1.1. Normatividad............................................................................................................... 6 2.1.2. Campo de Aplicación ................................................................................................... 6 2.1.3. Equipos y Materiales ................................................................................................... 6 2.1.4. Procedimiento ............................................................................................................. 8 2.2. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO ................................................................ 10 2.2.1. Normatividad............................................................................................................. 10 2.2.2. Campo de Aplicación ................................................................................................. 10 2.2.3. Tiempo de fragua de una pasta de consistencia normal .......................................... 10 2.2.4. Equipos y Materiales ................................................................................................. 10 2.2.5. Procedimiento ........................................................................................................... 12 2.2.6. Cálculos y expresión de los resultados ...................................................................... 12 3. CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 13 4. RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 14

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INTRODUCCIÓN

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1. FUNDAMENTO TEÓRICO 1.1. CEMENTO El cemento es un material aglutinante que presenta propiedades de adherencia y cohesión, que permiten la unión de fragmentos minerales entre sí, formando un todo compacto. Su nombre se deriva de caementum, que en latín significa “argamasa”, y procede a su vez del verbo caedere (precipitar). Es considerado el conglomerante más importante en la actualidad. Hay dos tipos de cementos dependiendo de su origen: arcilloso, logrado a partir de arcilla y piedra caliza; y puzolánico, que contiene puzolana, un material alúmino silíceo. La mencionada puzolana puede provenir de volcanes o de un origen orgánico. En la construcción se ha generalizado la utilización de la palabra cemento para designar un tipo de aglutinante específico que es el cemento hidráulico, de origen puzolánico, debido a que es el más comúnmente utilizado.

1.1.1. Cemento Hidráulico El cemento hidráulico es la mezcla de materiales calcáreos y arcillosos u otros materiales que contienen sílice, alúmina u óxidos de hierro, procesados generalmente en hornos rotatorios a altas temperaturas y mezclados con yeso. La cocción de la mezcla se realiza a temperaturas entre 1.450 y 1.480 ºC, y la masa homogénea obtenida se denomina clinker, el cual, después de ser triturado finamente, se convierte en el componente básico para la fabricación del Cemento. Este material tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia del agua, presentándose un proceso de reacción química que se conoce como hidratación. Es mayormente empleado en la construcción, justamente por esa solidez que reviste como adherente y aglutinante.

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1.1.2. Principales Componentes del Cemento 

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Silicato Tricálcico (C3S)  Fase denominada “alita”.  Constituye del 50% al 70% del clinker.  Se hidrata y endurece rápidamente.  Responsable, en gran parte al inicio del fraguado y la resistencia temprana (a mayor % C3S mayor resistencia temprana).  Aporta resistencia a corto y largo plazo. Silicato Dicálcico (C2S)  Fase denominada “belita”.  Constituye del 15% al 30% del clinker.  Se hidrata y endurece lentamente.  Contribuye al incremento de la resistencia a edades mayores de 7 días. Aluminato Tricálcico (C3A)  Constituye aprox. del 5% al 10% del clinker.  Libera una gran cantidad de calor durante los primeros días de hidratación y endurecimiento.  Contribuye al desarrollo de las resistencias muy tempranas y al fraguado del cemento.  Vulnerable a la acción de los sulfatos; Cementos con bajo % (C3A) resisten a los suelos y aguas que contengan sulfatos. Ferroaluminato Tetracálcico (C4AF)  Constituye aprox. del 5% al 15% del clinker.  Se hidrata con rapidez, contribuye muy poco a la resistencia. Su formación reduce la temperatura de clinkerización. Sulfato de Calcio  Yeso: CaSO4.2H2O  Anhidrita: CaSO4  Se adiciona al cemento (aprox. 5%), durante su molienda, para controlar el fraguado:  controla la hidratación del (C3A).  Ayuda a controlar la contracción por secado y puede influenciar la resistencia.

1.2. PASTA DE CEMENTO Mezcla de un aglomerante (cemento) y una cantidad de agua en condiciones óptimas, también llamada lechada de cemento.

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1.3. MORTERO DE CEMENTO Mezcla de un aglomerante (cemento), agua y arena en condiciones óptimas.

2. ENSAYOS CON EL CEMENTO 2.1. DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL 2.1.1. Normatividad Este ensayo se realiza con la N.T.P. 334.074, esta Norma Técnica Peruana establece el procedimiento para determinar la consistencia normal en cementos hidráulicos, tiene como referencia la norma técnica ASTM D 1193:1999E1.

2.1.2. Campo de Aplicación Esta Norma Técnica Peruana se aplica en la determinación de la cantidad de agua requerida, para preparar pastas de cemento hidráulico para ensayos.

2.1.3. Equipos y Materiales 

TAMIZ Es un utensilio que consiste en una malla de filamentos, se usa para separar las partes finas de las gruesas del cemento, el tamiz evita que los grumos pasen.



PROBETA La probeta es un instrumento volumétrico que consiste en un cilindro graduado de vidrio borosilicatado que permite contener líquidos y sirve para medir volúmenes de forma exacta.

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

MIXER Instrumento que sirve para realizar el mezclado de los materiales, este consta de tres niveles de velocidad.



BALANZA ELECTRÓNICA Las balanzas electrónicas son balanzas caracterizadas porque realizan el pesaje mediante procedimientos que implican sensores.



MOLDE VICAT Es un molde con forma de pirámide truncada en la cual se colocará la pasta de cemento. 7



AGUJA VICAT Instrumento que cuenta con un tornillo que se puede ajustar, una punta que penetrará en la pasta de cemento y una regla que indicara cuanto es la penetración.

2.1.4. Procedimiento  En primer lugar, se tamizará el cemento con el que trabajemos mediante el tamiz hasta conseguir una cantidad mayor a 650 g.

Fuente propia

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 Una vez tamizado, de todo el cemento que estará ubicado en un recipiente se pesarán 650 g. con la balanza y se separará esta cantidad en un recipiente aparte.

Fuente propia  En paralelo, con el uso de la probeta, se medirá una cierta cantidad de agua para realizar las distintas pruebas de consistencia normal.

Fuente propia  Se verterá en el recipiente del mixer, los 650 g de cemento y la cantidad de agua requerida para que se cumpla con la normatividad del ensayo, es decir, para que la penetración medida con el aparato Vicat tenga un valor de 10 ± 1 mm.  Primero se mezclará con la velocidad 1 por 30 segundos, después se procederá a despegar la mezcla un poco y se volverá a mezclar esta vez con la velocidad 2 por 60 segundos.  Terminada la mezcla, esta se arrojará 6 veces de una mano a otra manteniéndolas separadas alrededor de 15 cm. como para producir una masa lo más esférica posible, que pueda ser insertada en el molde Vicat con el menor manipuleo posible.  Una vez colocado en el molde Vicat, se hará el enrasado y se colocará el molde Vicat debajo de la aguja Vicat, de tal manera que la punta se coloque exactamente en la parte superior del molde.  Se soltará la aguja mediante el desajuste del tornillo, pasados 30 segundos, se hará la lectura de la penetración, si esta es de 10 ± 1 mm, se aceptará la cantidad de agua.

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Fuente propia  Como vemos en la muestra, el aparato indica una penetración de aproximadamente 10 mm, por lo que el usar 181 ml de agua estará permitido en la mezcla.

2.2. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO 2.2.1. Normatividad Este ensayo se realizará con la N.T.P. 334.006, esta Norma Técnica Peruana establece el procedimiento para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico mediante la aguja de Vicat. Se consideran dos métodos; el Método A es el de referencia, el Método de ensayo usando el aparato Vicat operando manualmente, mientras el que el Método B permite el uso de una máquina de Vicat automática la cual ha demostrado, de acuerdo a la calificación de esta Norma Técnica Peruana un comportamiento adecuado.

2.2.2. Campo de Aplicación Esta Norma Técnica Peruana se aplica para determinar el tiempo de fragua inicial y final del cemento hidráulico mediante la aguja Vicat.

2.2.3. Tiempo de fragua de una pasta de consistencia normal Para realizar este ensayo se utiliza la dosificación encontrada en la pasta de consistencia normal utilizando el aparato Vicat.  

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Fragua Perdida de plasticidad de una pasta de cemento, mortero o concreto. Tiempo de Fragua Inicial Se considera como óptima cuando la aguja penetre 25 mm de profundidad sobre la probeta elaborada. Tiempo de Fragua Final Se considera como óptima cuando la aguja no deje huella en la muestra (penetración cero).

2.2.4. Equipos y Materiales 

Aparato Vicat Equipo usado para los ensayos de consistencia normal y el tiempo de fraguado. 10

Figura 1: Medición de la penetración mediante la aguja Vicat (Fuente Propia) 

Cronómetro Puede ser utilizado un reloj manual o digital para el conteo con la respectiva penetración durante el ensayo.

Figura 2: Reloj manual (Fuente Internet) 

Molde del Aparato Vicat Es un molde con forma de pirámide truncada en la cual se colocará la pasta de cemento.

Figura 3: Molde del aparato Vicat (Fuente Propia) 11

2.2.5. Procedimiento 

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Se prepara la pasta de cemento de consistencia que consiste en mezclar 650 g de cemento más la cantidad de agua utilizada en la obtención de la pasta de la consistencia normal. Luego, se continúa con el llenado de la pasta en el molde del Aparato Vicat. Bajar la aguja hasta que su extremo tome contacto con la superficie de la pasta, usando el tornillo fijar la sonda en dicha posición. Colocar el indicador en la posición de “cero”. Soltar el vástago aflojando el tornillo. Medir la penetración de la aguja 30 segundos después soltar el vástago. Hacer una nueva medición cada 15 a 30 minutos y registrar los resultados obtenidos. El tiempo entre cada medición deberá ser mucho menor si la penetración de la aguja está en el rango de 20 a 30 mm, ello a fin de interpolar los valores requeridos para determinar el tiempo de fraguado inicial el cual se obtiene cuando la penetración es 25 mm. El ensayo finalizará cuando la penetración de la aguja no deje huella sobre la superficie de la muestra.

2.2.6. Cálculos y expresión de los resultados Se pasa a proceder a la realización de la tabla y grafica de la penetración con su respectivo tiempo a cronometrar. Tabla 1: Tiempo (min) con su respectiva penetración (mm) Tiempo (min) 40 70 90 110 135 140 160 180 190

Penetración (mm) 38 35 29 20 13 8 4 2 0

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TIEMPO DE FRAGUA 45 38

40

35

Penetración(mm)

35

R² = 0.9694

29

30

y = -0.2833x + 51.653

25

20

20 13

15

8

10

4

5

2

0

0 -5

0

20

40

60

80

100 120 Tiempo(min)

140

160

180

200

Gráfica 1: Penetración (mm) vs Tiempo (min) De la gráfica 1 se determina el tiempo de fraguado inicial y final que son: Tabla 2: Tiempo de fragua inicial y final Tiempo de Fragua Inicial

98 min

Tiempo de Fragua Final

190 min

3. CONCLUSIONES 

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A cemento se le considera como uno de los materiales más importantes en la construcción, gracias a sus características conglomerantes, siendo de ese modo capaz de unir partes de varios materiales y darles cohesión a partir de diversas modificaciones químicas en la masa. El uso de 181 ml de agua para el ensayo de consistencia normal cumple con la normatividad del ensayo, ya que resulta una penetración de 10 mm. Mediante la realización de distintas pruebas de consistencia normal, se concluye que la utilización de más agua hará que la aguja baje una distancia mucho mayor que lo permitido de forma instantánea, y que la utilización de menos agua hará que la mezcla sea más seca y sea difícil producir una masa esférica, además que la penetración tampoco cumplirá. Las pequeñísimas vibraciones del volumen de agua, que son casi insignificantes, es el único causante de que haga variar “exageradamente” los cálculos de las penetraciones de la sonda del Aparato Vicat. En el ensayo de la determinación del tiempo de fragua mediante el Aparato Vicat según la N.T.P. 334.006; ASTM C 191, el tiempo de fragua inicial y final fueron 98 min y 190 min respectivamente.

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4. RECOMENDACIONES 

Al trabajar en la elaboración de la pasta se debe tener todos los instrumentos, máquinas y aparatos a la mano, para preparar la apasta de cemento satisfactoriamente, cumpliendo con los tiempos que se menciona en la preparación del mismo.

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