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TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION. Análisis del yeso

ENSAYOS DE YESO EN LABORATORIO I.

INTRODUCCIÓN

En el campo de la ingeniería es de suma importancia conocer los diferentes materiales de construcción ya que se utilizaran una variedad de diferentes materiales para cada obra. Por ello se necesita conocer que tipo materiales son adecuados para una determinada obra. Unos de los materiales de construcción más importantes son los aglomerantes. Uno de los más frecuentes en construcción son los diferentes tipos de yesos. El yeso puede ser usado para diversos fines, los cuales pueden ser para enlucidos tanto en primeras capas o en acabados dependiendo esto del tipo de yeso que se use. Por ejemplo Si se usara un yeso negro en enlucidos este se aplicaría en las primeras capas no vistas. Otros tipos de yesos se emplean para los tabiques y palcas de prefabricados y mesclado con vermiculitas o incluso con perlitas, para elementos aislantes. Otros tipos de yeso como lo es el yeso-mármol que también es conocido como cemento Keene puede ser usado como cemento de juntas en la colocación de placas de yeso para revestimientos ya que este yeso no se expande ni comprime ante la presencia de cambios de temperatura.

o o o o o o

II. OBJETIVOS: En el presente ensayo se determinara la molturación o grado de finura del yeso ensayado. Determinar el peso unitario suelto o peso volumétrico. Determinar el peso específico del yeso ensayado. Determinar la relación agua/yeso con la cual se realizara un amasado de una porción de yeso. Conocer como fragua el yeso. Determinar la resistencia a la tracción que tiene el yeso así como la resistencia a compresión que presenta al someterse a diversas cargas.

Ing° José Lezama Leiva

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III.

MARCO TEÓRICO:

YESO El yeso es un producto preparado a partir de una piedra natural denominada aljez (sulfato de calcio dihidrato: CaSO4· 2H2O), mediante deshidratación, al que puede añadirse en fábrica determinadas adiciones de otras sustancias químicas para modificar sus características de fraguado, resistencia, adherencia, retención de agua y densidad, que una vez amasado con agua, puede ser utilizado directamente. También, se emplea para la elaboración de materiales prefabricados. El yeso, como producto industrial, es sulfato de calcio hemihidrato (CaSO4·½H2O), también llamado vulgarmente "yeso cocido". Se comercializa molido, en forma de polvo. Una variedad de yeso, denominada alabastro, se utiliza profusamente, por su facilidad de tallado, para elaborar pequeñas vasijas, estatuillas y otros utensilios.

ELABORACIÓN DEL YESO En estado natural el aljez, piedra de yeso o yeso crudo, contiene 79,07% de sulfato de calcio anhidro y 20,93% de agua y es considerado una roca sedimentaria, incolora o blanca en estado puro, sin embargo, generalmente presenta impurezas que le confieren variadas coloraciones, entre las que encontramos la arcilla, óxido de hierro, sílice, caliza, etc. En la naturaleza se encuentra la anhidrita o karstenita, sulfato cálcico, CaSO4, presentando una estructura compacta y sacaroidea, que absorbe rápidamente el agua, ocasionando un incremento en su volumen hasta de 30% o 50%, siendo el peso específico 2,9 y su dureza es de 2 en la escala de Mohs. También se puede encontrar en estado natural la basanita, sulfato cálcico semihidrato, CaSO4·½H2O, aunque raramente, por ser más inestable.

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Proceso: El yeso natural, o sulfato cálcico bihidrato CaSO4·2H2O, está compuesto por sulfato de calcio con dos moléculas de agua de hidratación. Si se aumenta la temperatura hasta lograr el desprendimiento total de agua, fuertemente combinada, se obtienen durante el proceso diferentes yesos empleados en construcción, los que de acuerdo con las temperaturas crecientes de deshidratación pueden ser: o

Temperatura ordinaria: piedra de yeso, o sulfato de calcio bihidrato: CaSO4· 2H2O.

o

107 °C: formación de sulfato de calcio hemihidrato: CaSO4·½H2O.

o

107 - 200 °C: desecación del hemihidrato, con fraguado más rápido que el anterior: yeso comercial para estuco.

o

200 - 300 °C: yeso con ligero residuo de agua, de fraguado lentísimo y de gran resistencia.

o

300 - 400 °C: yeso de fraguado aparentemente rápido, pero de muy baja resistencia

o

500 - 700 °C: yeso Anhidro o extra cocido, de fraguado lentísimo o nulo: yeso muerto.

o

750 - 800 °C: empieza a formarse el yeso hidráulico.

o

800 - 1000 °C: yeso hidráulico normal, o de pavimento.

o

1000 - 1400 °C: yeso hidráulico con mayor proporción de cal libre y fraguado más rápido. USOS o Es utilizado profusamente en construcción como pasta para guarnecidos, enlucidos y revoques; como pasta de agarre y de juntas. También es utilizado para obtener estucados y en la preparación de superficies de soporte para la pintura artística al fresco. o Prefabricado, como paneles de yeso (Dry Wall o Sheet rock) para tabiques, y escayolados para techos.

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o Se usa como aislante térmico, pues el yeso es mal conductor del calor y la electricidad. o Para confeccionar moldes de dentaduras, en Odontología. Para usos quirúrgicos en forma de férula para inmovilizar un hueso y facilitar la regeneración ósea en una fractura. o En los moldes utilizados para preparación y reproducción de esculturas.. o En la fabricación de cemento. TIPOS DE YESO EN CONSTRUCCIÓN Los yesos de construcción se pueden clasificar en: Yesos artesanales, tradicionales o multi-fases El yeso negro es el producto que contiene más impurezas, de grano grueso, color gris, y con el que se da una primera capa de enlucido. o El yeso blanco con pocas impurezas, de grano fino, color blanco, que se usa principalmente para el enlucido más exterior, de acabado. o El yeso rojo, muy apreciado en restauración, que presenta ese color rojizo debido a las impurezas de otros minerales. o

Yesos industriales o de horno mecánico o Yeso de construcción (bifase) o Grueso o Fino o Escayola, que es un yeso de más calidad y grano más fino, con pureza mayor del 90%. Yesos con aditivos o o o o o o o o o

Yeso controlado de construcción Grueso Fino Yesos finos especiales Yeso controlado aligerado Yeso de alta dureza superficial Yeso de proyección mecánica Yeso aligerado de proyección mecánica Yesos-cola y adhesivos.

-FINURA DEL MOLIDO:

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Como hemos comentado anteriormente, el yeso, una vez deshidratado debe ser molido para su utilización. La finura de molido influye en gran parte en las propiedades que adquiere el yeso al volverlo a hidratar. La posibilidad de uso del yeso para la construcción reside en que al amasarlo con agua, reacciona formando una pasta que endurece constituyendo un conjunto monolítico. Se comprende fácilmente que, cuanto mayor sea el grado de finura del yeso, más completa será la reacción y, consecuentemente, la calidad del producto obtenido. La velocidad de fraguado es proporcional al grado de disolución, con lo que podemos afirmar que el yeso morirá antes (fraguado rápido). Este último factor limitará el tiempo del trabajador. Si el yeso muere pronto es apropiado para enlucidos ( lucidos), o bien para acabados rápidos. SOLUBILIDAD: El yeso es poco soluble en agua dulce ( 10 gramos por litro a temperatura ambiente). Sin embargo, en presencia de sales su grado de solubilidad se incrementa notablemente. Desgraciadamente, la salinidad siempre aparece al contacto con el exterior. Por eso es recomendable el uso del yeso preferiblemente al interior, a menos que se pueda impermeabilizar mediante algún procedimiento. La solubilidad aumentará también por factores como la finura. PESO ESPECÍFICO DEL YESO Se define como la relación del peso del yeso (partículas solidas) referido al vacio, al peso de un volumen igual de agua destilada libres de gas. Ambos valores tomados a una determinada temperatura para determinar el peso especifico del yeso de procede dela siguiente manera: o Se pesa 50grs de yeso con aproximación de 0.5grs o Se llena una fiola de 500cm^3 de capacidad con alcohol luego se pesa con aproximación de 0.5grs. o Después se toma la fiola vacía y se deposita en ella los 50 gramos de muestra de yeso luego se le añade alcohol hasta cubrir toda la muestra de yeso, luego se elimina todos los vacios inherentes y se le agrega mas alcohol a la fiola hasta completar los 500cm^3 y se vuelve ha pesar. 𝑝. 𝑒 =

𝑝. 𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 ∗ 𝐴 𝐴+𝐵−𝐶

DONDE: A = Peso de la muestra de yeso Ing° José Lezama Leiva

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B = Peso de la fiola llena de alcohol hasta 500cmˆ3 C = Peso de la fiola con el yeso y completado con alcohol hasta 500cmˆ3 RELACIÓN AGUA YESO 1 Mol/gr. de hemidrato reacciona con 1½ mol de agua para obtener 1 Mol/gr. dihidratado más calor. Expresado esto en peso molecular: 145.15 gr. de hemidrato necesitan 27.02 grs. de agua para formar 172.17 grs dihidratado. Así se puede calcular que para 100 grs de yeso se necesitan 18.61 grs de agua. Esa cantidad de agua es la que reacciona; si se agrega más agua queda incorporada pero no reacciona. Con esta cantidad de agua (relación ideal) no se podría espatular porque quedaría muy espesa; por eso se agrega más agua. Una mezcla con más agua es más fluida pero más débil por lo tanto hay que controlar cuidadosamente la cantidad de agua para mantener sus cualidades. Por conveniencia el agua se mide volumétricamente; no se pesa. Una relación agua polvo de 0.5 indica que por cada 100 gr de polvo se usan 50 ml de agua. Para una relación 0.5 y 80 gr. de yeso se necesitan 40 ml agua . 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝑫−𝑬 𝑹𝒆𝒍𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝒚𝒆𝒔𝒐 𝑭−𝑫 DONDE: D = peso del deposito con agua añadida E = peso del deposito vacío. F = peso del depósito con agua y yeso añadido FRAGUADO MECANISMO: El mecanismo se explica mediante 2 teorías:  Teoría Gelica de Michaelis (no lo explica bien): trata al yeso como un sistema coloidal. El dihidrato existiría inicialmente como fase dispersa de un gel coloidal, a partir del cual crecen los cristales de dihidratos. Lo único que explica esto es la expansión de fraguado del yeso.  Teoría cristalina de Le Chatelier: al ponerse en contacto el hemidrato con el agua, se transforma en una sustancia muy poco soluble (lo que le permite endurecer), empieza a haber una solución sobresaturada que es inestable y precipitada, convirtiéndose en una solución saturada que es estable. Esto sigue sucediendo, los núcleos se entrecruzan (crecen en forma centrífuga), empiezan a aumentar de volumen (por la irregularidad de los cristales que dejan intersticios) y crecen en forma ramificada, lo que le da resistencia y rigidez al yeso.

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TIEMPO DE FRAGUADO: Tiempo transcurrido desde la mezcla hasta que se endurece la masa.  Tiempo de fraguado inicial: período entre la iniciación de la mezcla y la desaparición del brillo. Determina el tiempo que el yeso puede ser mezclado y vaciado (período de trabajo).  Tiempo de fraguado final: tiempo comprendido desde el inicio de la mezcla hasta el endurecimiento total de la masa. MÉTODO PARA MEDICIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO: Existen 2 métodos de penetración:  Método de Gillmore: se ocupan 2 agujas, una fina y liviana y otra gruesa y pesada. Cuando la primera no logra penetrar en la superficie del yeso se dice que es el tiempo de fraguado inicial; cuando la gruesa no logra penetrar, se habla de tiempo final.  Método de Vicat: se ocupa solo una aguja; cuando no atraviesa todo el espesor, se encuentra en el fraguado inicial del yeso. CONTROL DEL TIEMPO DE FRAGUADO: cualquier método que regule la formación de los núcleos de cristalización es efectivo para controlar el tiempo de fraguado. RESISTENCIA COMPRESIVA: Puede ser húmeda o seca. La húmeda se refiere a inmediatamente cuando se tiene el fraguado final, es la mitad de la compresiva seca; para una mufla, a la resistencia seca se llega a los 7 días. RESISTENCIA A LA ABRASIÓN: En general es baja. El que tiene resistencia aceptable es el velmix. Existen barnices endurecedores. RESISTENCIA TRACCIONAL: Hay una húmeda y otra seca. La húmeda es la mitad de la seca.

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IV.

ENSAYOS DE YESO EN LABORATORIO: Yeso en estudio yeso de procedencia Chiclayana.

1. Molturacion o grado de finura: Se realiza este ensayo para determinar el tipo de yeso que se ensaya y se lo realiza mediante el proceso de tamizado utilizando los tamices ASTM: N°16, N°60 y N°100 DATOS.: Peso papel: 5 gr Peso yeso + papel: 105 gr Peso yeso: 100 gr Peso sin yeso Peso con yeso Peso yeso % de yeso Tamiz N°16 396.5 gr 397.5 gr 1 gr 1% Tamiz N°60 318.5 gr 357.5 gr 39 gr 39 % Tamiz N°100 306.0 gr 360.5 gr 54.5 gr 54.5 % Pasa 5.5 gr 5.5 gr 5.5 % El yeso ensayado tiene un grado de finura un poco bajo, lo cual nos indica que este yeso no es muy recomendable para usos constructivos. 2. Peso volumétrico: Este ensayo consiste en buscar un recipiente de volumen conocido para llenarlo de yeso dejándolo caer desde una altura aproximada de 40 cm, para hallar su peso volumétrico. DATOS: Peso recipiente vacio: 2040 gr Volumen del recipiente: 649.62 cm3 Ensayo N° 1 Peso recipiente vacio 2040 gr Volumen del recipiente 649.32 cm3 Recipiente + yeso 2613 gr Peso volumetrico 0.882 gr/cm3 Promedio

N° 2 2040 gr 649.32 cm3 2629 gr 0.907 gr/cm3 0.883 gr/cm3

N°3 2040 gr 649.32 cm3 2598 gr 0.859 gr/cm3

Podemos notar que el yeso presenta un peso volumétrico dentro de las normas establecidas que son de 0.850 a 0.950 gr/cm3

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3. Peso especifico Para determinar el peso especifico del yeso utilizaremos la siguiente formula: P.e =

𝐴∗𝜕(𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙) 𝐴+𝐵−𝐶

DONDE: A: peso de la muestra de yeso B: peso de la fiola llena con alcohol C: peso de la fiola con yeso y alcohol hasta los 500 ml 𝜕(𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 ) : peso especifico del alcohol: 0.874 gr/cm3

Ensayo A B C 𝜕(𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙) Peso especifico Promedio

N° 1 79 gr 615 gr 670 gr 0.874 gr/cm3 2.877 gr/cm3

N° 2 75 gr 615 gr 665 gr 0.874 gr/cm3 2.622 gr/cm3 2.780 gr/cm3

N° 3 78 gr 615 gr 669 gr 0.874 gr/cm3 2.841 gr/cm3

Por su alto peso especifico podemos decir que se tarat de un yeso hemihidratado α 4. Relación agua/yeso Este experimento lo realizamos para encontrar exactamente la cantidad de agua q nececita un yeso para lograr un fraguado perfecto, y para hallar dicha relación utilizamos la siguiente formula:

𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐷−𝐸

=

𝑦𝑒𝑠𝑜 𝐹−𝐷 DONDE: D: peso del depósito con agua añadida E: peso del depósito vacio F: peso del deposito con agua y yeso añadido

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N° 1

N° 2

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D E F Relación agua/yeso Promedio

235.7 gr 335.6 gr 507.9 gr 0.5798026698

235.7 gr 335.7 gr 519.4 gr 0.5443658138 0.5629404074

235.7 gr 335.6 gr 512.7 gr 0.5646527386

Según las especificaciones técnicas del yeso la relación existente entre el agua y el yeso si esta dentro de los limites permitidos 5. Fraguado Para este ensayo se elaboran galletas de yeso con la relación agua/yeso obtenida anteriormente, las galletas deben ser aproximadamente de 9 cm de diámetro y 1.5 cm de espesor. Se tomaran los tiempos de inicio de fraguado hasta fin de fragua Para 50 gr de agua ----- 88.819 gr de yeso Para agua/yeso = 0.56294 PRIMER ENSAYO: Diametro: 8.7 cm Espesor : 1.8 cm Tiempo de inicio: 02:43:07 Tiempo de fin : 11:03:25 SEGUNDO ENSAYO: Diametro: 8.9 cm Espesor : 1.9 cm Tiempo de inicio: 03:12:28 Tiempo de fin : 12:43:15 TERCER ENSAYO: Diametro: 8.7 cm Espesor : 1.8 cm Tiempo de inicio: 03:28:47 Tiempo de fin : 12:57:60 PROMEDIO DE TIEMPO DE INICIO Y TIEMPO DE FINAL: Tiempo de inicio: 03:07:28

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Tiempo de fin : 12:14:66 6.- Resistencia a compresión Nosotros queremos determinar si nuestro Yeso cumple con las especificaciones técnicas en lo referente a la resistencia a compresión. Procedimiento:    

Hallamos en Área de la superficie de contacto del espécimen de yeso. Colocamos la muestra en la máquina Universal de compresión y la sometemos a compresión hasta su fractura. Anotamos la Carga con la que se fracturó la muestra Hacemos los Cálculos respectivos

 Resultados:

𝐴𝑟𝑒𝑎 = 𝜋(2.54 𝑐𝑚)2 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 20.2682991639 𝑐𝑚2

𝑅𝑐 = MUESTRA 1 2 3

𝑝 Area

CARGA kg 90 90 95 Promedio

RESISTENCIA kg/cm2 4.4404 4.4404 4.6871 4.5226

7.- Resistencia a la Tracción por Flexión. DEFINICIÓN: Consiste en poner una probeta de forma prismática con medidas estándar (4x4x16 cm), en forma horizontal sostenida por dos apoyos, a la cual se le aplica una carga Puntual(P) en el centro de la cara superior. Donde= Carga Puntual= Luz entre apoyos (altura).a= Ancho de la muestra= Altura de la muestra.

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PROCEDIMIENTO: Para determinar esta propiedad se elaboraron 3 probetas de dimensiones estándar iguales a 4x4x16 cm. Las probetas fueron dispuestas en la Máquina Universal, situadas entre dos apoyos que se distanciaban entre sí una longitud de 12 cm. Se les aplicó luego una carga Puntual, la cual aumentaba progresivamente hasta el momento en que se produjera la ruptura de la misma. Se fue registrando, el tiempo de duración y las intensidades de la carga, cada 5 kg hasta el punto de ruptura. Las fallas, para cada muestra, se fueron también registrando. El valor más representativo del ensayo es obtenido hallando primero el promedio aritmético de todos los datos a flexo tracción obtenidos, si hubiese datos que se encuentran fuera de ±15% del promedio, serán desechados, para luego obtener nuevamente el promedio aritmético con los datos restantes RESULTADOS DEL ENSAYO: R

3PL 2ab 2

Muestra N°

Resistencia Carga (Kg.) a la Flexión (Kg/cm2)

1

30

0.439

2

15

0.220

3

25

0.366

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS: Los resultados indican que el yeso en estudio tiene una resistencia media a la Flexotracción, lo cual es típica de un yeso negro debido a las impurezas que presenta. No se descartó ninguna de las muestras, ya que sus resultados oscilan entre el ±15% del promedio final.

V.

CONCLUCIONES  El grado de finura del yeso ensayado esta dentro de los estándares establecidos  El Peso volumétrico del yeso determinado es 0.883 gr/cm3

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 El Peso especifico del yeso determinado es 2.780 gr/cm3  La relación agua/yeso determinada es de 0.5629404074  El promedio de tiempo de inicio y tiempo de final de fraguado: tiempo de inicio: 03:07:28 tiempo de fin : 12:14:66

VI.

BIBLIOGRAFIA:

   

Materiales de Construcción – Ing° José Lezama Leiva http://www.xtec.cat/~cgarci38/ceta/tecnologia/yeso.htm http://www.buenastareas.com/ensayos/Yeso/725548.html http://bvirtual.indecopi.gob.pe/wcircu/query.exe?cod_user

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