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• Neil Jeremias Sulca Taipe

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FACULTAD DE INGENIERÍA

ENSAYOS DE LABORATORIO Curso: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO I Bloque: FC-PRE7CIV05T1M Profesor: LAOS LAURA, Xavier Antonio

Integrantes: CARBONELLI ZANABRIA, Veto IZAGUIRRE SOLORZANO, Nolberto Pedro ORTEGA SEGURA, Charles Luvel SOLAR PACHAS, Rosa Milagros SULCA TAIPE, Jeremías

(1420851) (1421049) (1321361) (1611199) (1421249)

Lima, Perú 2016

CONTENIDO INTRODUCCIÓN...........................................................................................................4 CAPITULO I...................................................................................................................5 LABORATORIO N° 01: PESO ESPECÍFICO DEL CEMENTO HIDRAÚLICO. .5 1.1 Objetivo...................................................................................................................5 1.2 Definición................................................................................................................5 1.3 Resultado.................................................................................................................5

1.4 Recomendaciones y observaciones..........................................................................6 1.5 Conclusión...............................................................................................................6 1.6 Interpretación y aplicaciones...................................................................................6 CAPITULO II..................................................................................................................7 LABORATORIO N°2: FLUIDEZ DE CEMENTO HIDRÁULICO..........................7 2.1.

Objetivo..................................................................................................................7

2.2. Definición...............................................................................................................7 2.3. Resultados...............................................................................................................7 2.4. Observaciones y recomendaciones.........................................................................8 2.5. Conclusión..............................................................................................................8 2.6. Interpretación y aplicaciones..................................................................................8 CAPITULO III................................................................................................................9 LABORATORIO N°3: CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO...................9 3.1. Objetivo..................................................................................................................9 3.2 Definición................................................................................................................9 3.3 Resultados................................................................................................................9 3.4 Observaciones y recomendaciones..........................................................................9 3.5 Conclusiones..........................................................................................................10 .....................................................................................................................................10 3.6 Interpretación y aplicaciones.................................................................................10 CAPITULO IV...............................................................................................................11 LABORATORIO N°4: COMPRESIÓN DE MORTEROS DE CEMENTO...........11 4.1 Objetivos................................................................................................................11 4.2 Definición..............................................................................................................11 4.3 Resultados..............................................................................................................11 4.4 Observaciones y recomendaciones........................................................................11 4.5 Conclusión ...........................................................................................................12 4.6 Interpretación y aplicaciones.................................................................................12 CAPITULO V................................................................................................................13 LABORATORIO N°5: TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO....................13 5.1 Objetivo.................................................................................................................13 5.2 Definición..............................................................................................................13 5.3 Resultados..............................................................................................................13 5.4 Observaciones y recomendaciones........................................................................14 5.5 Conclusiones..........................................................................................................14 5.6 Interpretación y aplicaciones.................................................................................14 ANEXOS........................................................................................................................16

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................25

INTRODUCCIÓN En este informe se presentarán cinco ensayos relacionados con el cemento hidráulico, estos ensayos son los siguientes: Peso Específico del Cemento (según ASTM C 188), Fluidez de Cemento Hidráulico (según ASTM C 230), Consistencia Normal del Cemento (según ASTM C 187), Compresión de Morteros de Cemento Hidráulico (según ASTM C 109) y Tiempo de Fraguado del Cemento Hidráulico (según ASTM C 191). En los cuales, se mencionará los materiales y equipos utilizados en el laboratorio, entre ellos tenemos al frasco de Le Chatelier, el aparato de Vicat, la mesa de flujo, moldes para cubos, etc. Asimismo, se presentarán los procedimientos para la determinación de cada ensayo según las normas mencionadas en las líneas anteriores. Una vez realizado los ensayos se procederá a realizar los cálculos necesarios, éstos mismos se expondrán en cuadros según sea el caso. Éstos cuadros nos ayudarán a comparar los datos obtenidos en el laboratorio con los datos referenciales, con los cuales se realizará una interpretación de datos. Además, mostraremos algunas recomendaciones para la efectividad del proceso de realización de cada ensayo. Igualmente, listaremos algunas de las aplicaciones de éstos ensayos en casos relacionados a la ingeniería civil. Por último, mostraremos la conclusión y los anexos, incluyendo algunas fichas técnicas de los materiales y equipos utilizados, como también las tablas donde se mostrarán los resultados de los diferentes ensayos, de la misma forma se incluirán fotos e imágenes en el proceso de cada ensayo, dónde se muestra el trabajo grupal e individual.

CAPITULO I LABORATORIO N° 01: PESO ESPECÍFICO DEL CEMENTO HIDRAÚLICO 1.1 Objetivo Determinar la densidad del cemento hidráulico a partir de los datos obtenidos en el ensayo de laboratorio y realizar la comparación con el rango establecido por el material.

1.2 Definición Consiste en la determinación del peso específico del cemento mediante el equipo llamado Le Chatelier, el cual tiene la función de calcular el volumen desplazado de la gasolina cuando se le agrega el cemento. La utilización de la gasolina fue porque esta no reacciona con el agua por ende facilita el reposo del cemento. Otros líquidos que se pueden utilizar son, por ejemplo, la naftalina y el Kerosene, aunque este último en la actualidad no se comercializa debido a que está prohibido su venta. 1.3 Resultado Tabla 1.1 Resultado Peso Específico del Cemento

TABLA PARA LA DETERMINACIÓN DEL ESPECÍFICO DE CEMENTO TIPO MS Peso de cemento utilizado (gr)

64

Volumen inicial en el Le Chatelier (ml)

0

Volumen final en el Le Chatelier (ml)

21.45

Temperatura ambiente (°C)

22

Peso específico del cemento (gr/cm3)

2.984

Valor tomado de la ficha técnica (gr/cm3)

3.05

Error relativo porcentual (%)

2.16

Fuente: Datos para iniciar el ensayo (Carbonelli, 2016)

1.4 Recomendaciones y observaciones 5

 La variación del peso específico del cemento tipo MS y el peso específico referencial que se encuentra en la Ficha Técnica N°1-Anexos, se dieron por errores tal como no contar con el baño de María. En el ensayo realizado solo se tomó una medida al frasco de Le Chatelier cuando en realidad se debió seguir los pasos indicados en la norma ASTM C188 donde se indica que se debe realizar las cantidades de medidas necesarias para obtener un valor constante en cada puesta al baño de María.  Otros de los errores cometidos fue la de desperdiciar una pequeña cantidad de cemento el cual redujo la cantidad inicial de cemento indica en la norma ASTM C188. Este error redujo el peso específico del cemento puesto que se compenso la cantidad de pérdida queriendo llegar a los 64 gr. Sin embargo, se aumentó a más de 64 gr y matemáticamente solo consideramos los 64 gr e inconscientemente obviamos el volumen que generaba ese exceso de cemento agregado. 1.5 Conclusión El peso específico determinado fue de 2.98 gr/cm 3 el cual tienes un error de 2.1% respecto al valor referencial que es de 3.05 gr/cm3 de acuerdo a la Ficha Técnica N°1, este error fue cometido por no acatar las normas de ASTM C188 y por errores humanos, sin embargo, el error cometido mínimo, por ende, es casi despreciable, destacando así la efectividad del ensayo para determinar el peso específico de cualquier tipo de cemento, importante en el control de calidad de proyectos de construcción. 1.6 Interpretación y aplicación ρc =2,98 g/cm 3 , el cual nos indica que el

El presente ensayo nos da como resultado

cemento tipo MS INKA a comparación de otros tipos de cemento (Tipo I) tienes menor resistencia, pero la ventaja de este tipo de cemento modificado es que es anti-salitre. La aplicación más importante de este ensayo es en situaciones de compra de cemento en donde se necesita comprobar la veracidad del tipo de cemento pedido y cuestionar dicha propiedad. CAPITULO II LABORATORIO N°2: FLUIDEZ DE CEMENTO HIDRÁULICO 6

2.1.

Objetivo El objetivo de este ensayo fue determinar la fluidez del mortero de cemento hidráulico utilizando la mesa de flujo.

2.2.

Definición Este ensayo de fluidez trata sobre la determinación de agua necesaria para la homogenización del cemento con la arena. El equipo en el que se realiza dicho ensayo es en la mesa de flujo, en el que se pone la pasta de mortero y dan 25 golpes en 30 segundos, luego se determina el radio de la pasta en diferentes ejes, para la cuantificación de la fluidez, es decir para determinar el valor de la fluidez se toma el promedio de los diámetros medidos y se relaciona con el diámetro de la mesa de flujo.

2.3.

Resultados Tabla 2.1 Resultado de Fluidez de Cemento Hidráulico

TABLA DE FLUIDEZ DEL MORTERO CON CEMENTO HIDRÁULICO Arena pasante entre la N°30 y N°50(gr)

687.5

Agua(ml)

255 ml

Cemento tipo 1 INKA (gr)

250

Medidas de los diámetros Medida 1 (mm)

20.7

Medida 2 (mm)

20.4

Medida 3 (mm)

20.4

Medida 4 (mm)

20.8

Promedio de medidas (mm)

20.575

Rango Admisible(mm)

20.828-21.844

Aprobación del diámetro con rango

Correcto

Fluidez (%)

102.51

Fuente: Datos para iniciar el ensayo (Solar, 2016)

2.4.

Observaciones y recomendaciones 7

 El complemento del cemento para realizar el mortero es la arena, pero en este ensayo se tuvo que tamizar el hormigón del pasante la malla #30 y retenida en la malla #50. Este material notoriamente presentaba un alto porcentaje de absorción, puesto que se tuvo que realizar 3 intentos para llegar al rango de diámetro admisible impuesta por la norma ASTM C230. Otro de los factores para realizar los 3 intentos fue el descuido de quien ejecuto el ensayo, ya que no utilizó los guantes necesarios para no absorber cierta cantidad de agua tal como se aclara en la norma de ASTM C-230. Por lo tanto, se recomienda tener en cuenta tener esas observaciones para la efectividad del ensayo. 2.5.

Conclusión El porcentaje de fluidez fue de 102.51% y con un diámetro promedio de 20.575 mm, datos que se encuentran en el rango admisible según la norma ASTM C230. Se aprendió a manejar la cantidad de agua necesaria respecto a la cantidad de arena y cemento necesaria para obtener un mortero más trabajable.

2.6.

Interpretación y aplicaciones El porcentaje de fluidez y diámetro promedio obtenido da a entender que el mortero es ligeramente trabajable puesto que no alcanza al porcentaje de rango requerido que es 110 ± 5 . Dado que el porcentaje de fluidez es aceptable, el mortero no producirá ningún problema, por ejemplo, de segregación en obras de construcción y tendrá un tiempo considerable para realizar cualquier tipo de trabajo de albañilería y fraguar. La importancia del porcentaje de fluidez también está relacionado a la colocación y capacidad que posee dicho material para retener el agua estando en contacto con superficies absorbentes tales como los tabiques u otros elementos constructivos.

8

CAPITULO III LABORATORIO N°3: CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO 3.1. Objetivo Determinar la cantidad de agua requerida para preparar pastas de cemento hidráulico de consistencia normal. 3.2 Definición En este ensayo se determina la cantidad de contenido de agua necesario para obtener un mortero de consistencia normal. El aparato principal utilizado para la determinación de la consistencia normal fue el aparato de Vicat, el cual debe penetrar, en el mortero, una profundidad de 10 ±1 mm durante 30 segundos. 3.3 Resultados Tabla 3.1 Resultado de Consistencia Normal del Cemento TABLA DE CONSISTENCIA DEL CEMENTO TIPO MS Cantidad de cemento (gr)

650

Cantidad de agua (gr)

174

Penetración (mm)

10

Tiempo (segundos)

30

Consistencia del cemento tipo MS (%)

26.77

Fuente: Datos para iniciar el ensayo (Solar, 2016)

3.4 Observaciones y recomendaciones  El número de intentos realizados para determinar la consistencia normal de la pasta de cemento fue de 5 intentos, esto se debió a que la cantidad de agua inicial dependió del tipo de cemento utilizado, en nuestro caso inicialmente utilizamos el cemento tipo MS el cual tiene alto calor de hidratación, por ende se reemplazó este por el tipo I en el cual la proporción de agua necesaria para la consistencia normal si estaba en el rango de 150 a 200 ml con lo que se deduce que este ensayo es generalmente para la evaluación del cemento convencional.  Otro de los errores cometidos fue la de la controlar el tiempo de penetración de la aguja de Vicat, así como calibrar la medición. Generalizando a parte del 9

tipo de cemento utilizado también se erró por las acciones manuales y ambientales. 3.5 Conclusiones La cantidad de agua necesaria para llegar a una consistencia normal del cemento fue de 174 ml obteniéndose el porcentaje de consistencia normal el cual dio un valor de 26.77%, con esto decimos que el valor obtenido se encuentra en el rango admisible, puesto que la penetración se cumplió tal como se establece en la norma ASTM C-187 y la AASHTO que es de

10 ±1 . Y para comprobarlo según las normas indicadas el

rango de porcentaje de consistencia normal esta entre 25% a 27 %, por ende, el resultado obtenido sí se encuentra en el rango establecido. Esto quiere decir que con 650g de cemento y con 174 ml de agua se alcanza una plasticidad ideal y una fluidez óptimas. El ensayo realizado fue un éxito por mismo indicado en las líneas anteriores. 3.6 Interpretación y aplicaciones Así como la determinación de porcentaje de fluidez, este ensayo tiene las mismas aplicaciones, pero con la diferencia de que se experimenta específicamente con el cemento puesto que el anterior tenía una relación con la arena. Un ejemplo donde es necesario tener una consistencia normal optima del cemento es cuando se vacía en estructuras tales como vigas y columnas, este último elemento estructural genera muchos problemas a la hora de vaciar el en concreto es ahí donde se necesita un concreto consistente capaz de evitar problemas como la segregación. Una de las aplicaciones más importantes es la determinación de la relación e agua y cemento, puesto que se evaluó estos mismos materiales.

CAPITULO IV

10

LABORATORIO N°4: COMPRESIÓN DE MORTEROS DE CEMENTO 4.1 Objetivos La determinación de resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico, usando cubos de 50.8mm de lado. 4.2 Definición Para la determinación del esfuerzo de compresión máximo de la pasta de mortero endurecido, se realizan 4 cubos de 5 cm de arista. El primer ensayo a compresión se realiza al tercer día de haber hecho la pasta de mortero y haberle curado, luego se hace al séptimo día, decimoquinto día y por último a los 28 días después del fraguado. En este caso realizó un día después del fraguado del mortero. 4.3 Resultados Tabla 4.1 Resultado de Compresión de Morteros de Cemento Hidráulico TABLA DE COMPRESIÓN DEL MORTERO Arena pasa entre la N°30 y N°50

687.5

Agua limpia (ml)

255

Cemento tipo 1 INKA (gr)

255

Volumen del cubo (cm3)

125

Peso del cubo(kg)

0.23

Fuerza de falla(kg-f)

2300

Días de curado

1

Esfuerzo máximo(kg/cm2)

39.61

Fuente: Datos para iniciar el ensayo (Solar, 2016)

4.4 Observaciones y recomendaciones  Según la norma ASTM C-109 se debe utilizar el mortero aplicado para la determinación del porcentaje de fluidez. En nuestra situación solo se hizo un cubo con dicho mortero el cual no fue curado según la norma indicada, puesto que esa norma indica que después de realizar el cubo de mortero estos deben ser inmediatamente llevados a la sala húmeda o al Baño de María para su respectivo curado, sabiendo que hay diferentes maneras de realizar el curado no se puedo realizar ninguno debido a la disponibilidad de tiempo y de los mismos materiales. 11

 El primer ensayo a compresión se realiza según la norma ASTM C-109 que establece de que se deben hacer ensayos a primero, segundo, tercero, séptimo, quinceavo y el veintiochoavo día. Pero solo hicimos un ensayo después de aproximadamente un día de haber realizado el cubo de mortero, donde obtuvimos 39.61 km/cm2 de resistencia de compresión. 4.5Conclusión En este ensayo se tuvo como resultado un esfuerzo a compresión de 39.61 kg/cm 2, con el cual podemos decir que tiene poca resistencia, y uno de los factores para dicha resistencia la mala compactación que se hizo al mortero, consecuentemente produjo la creación de poros, esta creación de poros redujo la densidad del cubo de mortero. Con este principio sabemos a menor densidad menor capacidad de resistencia, ésta es unas de las razones principales por la que a comparación de la Ficha Técnica N°2 – Anexos es muy baja. 4.6 Interpretación y aplicaciones Como se dijo anteriormente la fuerza de compresión del cubo evaluado fue de 39.61km/cm2 que a comparación con la Ficha técnica N° 2 en el cual se observa que la resistencia de compresión de dicho cemento es de 112kg/cm2 tiene una gran diferencia ya que el primero contiene cemento y arena y la segunda es específicamente del cemento. Una de las grandes aplicaciones de este ensayo se refleja en los muros portantes en donde se utilizan como juntas, ya que están involucrados con las cargas que son transmitidas al muro en general. También relaciona con un aglutinante muy importante que es el concreto. Material que se da de la mezcla de mortero y piedras o gravas.

CAPITULO V 12

LABORATORIO N°5: TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO 5.1 Objetivo Tiene por objetivo señalar el método para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico, mediante el aparato de Vicat. 5.2 Definición El ensayo del tiempo de fraguado consiste en determinar el intervalo de tiempo en el que la pasta de cemento pasa de un estado plástico a un comienzo de estado sólido, esto quiere decir en determinar el tiempo de fraguado inicial. Así como el ensayo de consistencia, este ensayo también se determina con el aparato de Vicat, el cual consiste en determinar en controlar la diminución de la penetración de la aguja de Vicat en el molde con mortero acorde al tiempo. Este control nos permite realizar un gráfico de Profundidad de penetración vs Tiempo de fraguado y determinar el tiempo de fraguado inicial que sería aproximadamente a 25 mm de penetración. 5.3 Resultados Tabla 5.1 Resultado de Tiempo de Fraguado del Cemento Hidráulico TABLA DEL TIEMPO DE FRAGUADO Tiempo

Lectura (mm)

Tiempo

Lectura (mm)

09:00

40

11:15

31

09:15

40

11:20

25

09:30

40

11:27

23

09:45

40

11:33

20

10:05

39

11:43

4

10:15

38

11:50

3

10:30

36

12:00

1

11:05

35

12:05

0

Tiempo de fragua inicial (25 mm) 13

2 hrs y 20 min

Tiempo de fragua Final

3 hrs y 05 min

Fuente: Datos para iniciar el ensayo (Solar, 2016)

5.4 Observaciones y recomendaciones  En comparación del tiempo de fraguado experimental con el referencial coinciden (véase Ficha Técnica N°2 - Anexos), esto quiere decir que el ensayo no tuve ningún inconveniente, aunque cabe resaltar que el tiempo de fraguado no fue debidamente controlado. Otras de las observaciones es que según la norma ASTM C-191 indica que después de cada desplazamiento de la aguja se debe hacer un respectivo curado, ya sea en el cuarto húmedo o en El Baño de María.  Otra forma de determinar el tiempo de fraguado es graficando la curva de penetración versus tiempo donde se traza una recta horizontal a la curva pasando por los 25 mm de penetración, en consecuencia se traza otra recta vertical en el punto de intersección con la recta horizontal la intersección de la recta vertical con el eje tiempo determina el tiempo de fraguado, cabe resaltar que esta otra forma no se encuentra en las especificaciones de la norma ASTM C-191 puesta que

esta

se

rige

a

un

límite

de

penetración.

5.5 Conclusiones El tiempo de fraguado determinando fue de 2 horas y 20 minutos, lo cual indica que para este tiempo el cemento cambia de estado plástico a el estado sólido. Este ensayo se acata a la norma ASTM C-191 en todas las situaciones, principalmente a una determinada situación ambiental, que lo hace un caso ideal y esa misma una desventaja en el área de la ingeniería civil dado que dicha área generalmente no se adecuada

a

esa

situación.

5.6 Interpretación y aplicaciones Este resultado obtenido es ideal, con esto quiere decir que son para situaciones normales. Pero en casos de la ingeniería, el tiempo de fraguado no es un caso ideal, es decir, en el ambiente en el que el cemento va a fraguar es diferente al del laboratorio. Por ejemplo, hay casos en donde las temperaturas son tan bajas que el tiempo de trabajo es de mucho más tiempo de lo determinado en el laboratorio, contrario a ello en climas cálidos, el tiempo de fraguado disminuye. Pero lo 14

destacable de ese ensayo es que se puede hacer este mismo adecuándose a la situación.

Gráfica N°1: Gráfica de penetración vs tiempo de fraguado

Fuente: Datos para iniciar el ensayo (Solar, 2016)

15

ANEXOS

16

Ficha técnica N°1: Certificado de calidad cemento portland tipo 1

Ficha técnica N°2: Certificado de calidad cemento portland tipo MS

17

18

Foto 01:

El

frasco

Le

Chatelier con contenido de gasolina

Foto

02:

Mezclando el mortero a mano utilizando guantes de protección

19

Foto

03:

Midiendo la cantidad de agua en la probeta para hacer el mortero.

Foto 05:

Pesando el recipiente con la muestra de cemento para el ensayo de densidad especifica del cemento. 20

Foto 04: Midiendo la cantidad de gasolina para realizar el ensayo de Le Chatelier.

Foto 06:

Cortando la cantidad sobrante de la pasta mortero con la espátula. Foto 07: Materiales de ensayo. 21

Foto 09: El recipiente con la cantidad de cemento.

Foto 08: viendo el ejemplo realizado por el personal de laboratorio.

22

Foto 10: El molde para realizar la prueba de consistencia del cemento.

Foto 11:

Vertiendo el cemento en el frasco Le Chatelier.

23

Foto 12:

Realizando la prueba de Vicat. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS -

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