Informe Mezcla De Mortero-mtci+-2.docx

ENSAYO MORTERO LABORATORIO DE MATERIALES

GABRIELA PORTILLA BUSTOS ISABELLA SUÁREZ VALLEJO JUAN CAMILO LOPEZ NOVOA DANIEL DÍAZ CÁCERES

ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 21 DE MARZO DEL 2019

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TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ...........................................................................................................................5 OBJETIVOS ....................................................................................................................................6 MARCO TEÓRICO.........................................................................................................................7 TIPOS DE MORTERO ..........................................................................................................7 PROPIEDADES .....................................................................................................................7 METODOLOGÍAEXPERIMENTAL………………...…………………………………..…….12 RESULTADOS………………………………..…………………………..………………..….17 ANÁLISIS DE RESULTADOS……………………………………………………………..…19 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………….…………...…………………..…20 REFERENCIAS .............................................................................................................................21

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Porcentajes de fluidez según consistencia del mortero………………….…………………8 Tabla 2. Rango de fluidez según el tipo de mortero……..……………………………..................... 8 Tabla 3. Resistencia mínima de compresión según el tipo mortero........................................................................................................................................ 11 Tabla 4. Fechas de ensayos a compresión para muestrass de la mezcla de mortero………………………………………………………………………….……………………….... 16

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.Mesa de flujo y molde para determinar fluidez de la mezcla…….………….…………………………………………………………………….………..……..…9 Figura2.Diametroinicial y final………………………………………..……………..……………….…10 Figura 3. Unificación de materiales en recipiente de mezclado...................................................13 Figura 4. Mezcla de agua y cemento a velocidad baja……………………………………………....14 Figura 5. Adición de la arena a la mezcla……………………………………………………............14 Figura 6. Cubos de mortero en piscina de curado…………………………………………………...15

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INTRODUCCIÓN

El mortero como material comúnmente usado en la ingeniería, cumple de manera óptima diversas funciones en el adecuado funcionamiento de diversos tipos de edificaciones. Debido a que este material presenta la capacidad de variar sus propiedades físicas y mecánicas, es de vital importancia para el diseñador y para el operario conocer la adecuada proporción de cada uno de sus componentes, éstos con el fin caracterizar de la mejor manera la mezcla. Principalmente el mortero se compone de cemento, agua y agregado fino, la variación de las cantidades de dichos elementos determina propiedades específicas como la fluidez, la trabajabilidad, retención de agua y contenido de agua entre otras. La fluidez corresponde al grado de plasticidad de la pasta de mortero, depende de la cantidad de agua y la gradación del agregado fino, en este informe se describirán las dos metodologías usadas en el laboratorio, sabiendo como determinar la trabajabilidad de una mezcla de mortero y verificar si su resistencia a la compresión a los 28 días cumple con el valor que se estableció para el diseño de mezcla. En cuanto a la resistencia a la compresión, se describirá el proceso de mezclado y los resultados obtenidos al fallar cada uno de los cubos de mortero a edades establecidas siguiendo los parámetros de los entes reguladores. Se debe tener en cuenta las especificaciones establecidas por las normas NTC 111-13 y NTC 578410, en las cuales se encuentra el manejo de la masa de flujo y la determinación de fluidez establecido en el SI respectivamente.

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OBJETIVOS

Objetivo General: 

Diseñar mezcla de mortero que cumpla con los requerimientos de mortero tipo H según la NSR-10 determinando el valor de la fluidez y la resistencia a compresión a edades de 3,10 y 14 días, teniendo en cuenta que este debe cumplir parámetros físicos y mecánicos en su estado fresco y en estado endurecido.

Objetivos Específicos:   

Describir el método de determinación de las proporciones adecuadas de arena agua y cemento para efectuar la mezcla para un mortero tipo H. Determinar el valor de fluidez de la mezcla con el fin de corregir o aceptar la relación agua/material cementante para el mortero en proceso. Hallar la resistencia a la compresión del mortero a los 28 días extrapolando la tendencia de los resultados para edades de 3, 10 y 14 días, comparar con los requerimientos de la norma NSR-10 y concluir sobre la aceptación o no de la mezcla realizada.

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MARCO TEÓRICO

El mortero es considerado la mezcla entre cemento, agua, aditivos químicos, materiales de cementación suplementarios y agregado fino utilizados principalmente como pega de ladrillo, acabados lisos de muros y paredes. Para los morteros de pega se debe tener una buena plasticidad, retención de agua para desarrollar una buena hidratación y así certificar alta adherencia. 1. Tipos de Morteros Los morteros se clasifican según sus propiedades como resistencia a la compresión, porcentaje de fluidez, retención mínima de agua y proporciones tales como cantidad de cemento portland, arena, cemento para mampostería y cal hidratada, según la norma NSR-10 Titulo D se encuentran cinco tipos de mortero, H, M, S y N esto. Mortero Tipo H: Este tipo de morteros presenta una resistencia a la compresión a los 28 días de 22.5 MPa, con un porcentaje de retención de agua igual al 75% y rango de fluidez de 115 al 125%, es utilizado para estructuras que requieran mampostería de alta resistencia. Mortero Tipo M: Presentan alta durabilidad y resistencia con un f ’c=17.5 MPa, se usa en estructuras que se encuentran en contacto con aguas negras como tuberías también en pozos, muros y aceras, se recomienda para el sometimiento de cargas de compresión y cargas laterales. Igual que el mortero tipo H se utiliza para mampostería de alta resistencia. Mortero Tipo S: Este tipo de mortero desarrolla alta adherencia y trabajabilidad, por esta propiedad se recomienda utilizar en arreas donde se requiera gran adherencia por ejemplo cerámicos, baldosas, bloques de ladrillo, reduciendo fenómenos de figuración por su retención mínima de agua. Mortero Tipo N: Utilizado para acabados arquitectónicos, acabados lisos de muros , columnas, sistemas industrializados entre otros, presenta beneficios en su resistencia, alta trabajabilidad y economía del producto. Su resistencia se ve afectada por su preparación, mano de obra utilizada y elementos de mampostería.

2. Propiedades 2.1 Consistencia: La consistencia es una propiedad de los morteros en estado fresco que depende de la cantidad de agua añadida a la mezcla de mortero, importante en morteros de relleno. Los valores obtenidos de consistencia son útil para saber el grado de manejabilidad que tendrá el mortero. Presenta tres tipos de consistencia según los valores de diámetro obtenidos en la mesa de flujo: fluido, plástico y seco.

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Tabla 1: Porcentajes de fluidez según consistencia del mortero

Tabla 1. Tabla 2: Rango de fluidez según el tipo de mortero.

Tabla 2. 2.2 Velocidad de tiempos de fraguado: En mortero los tiempos de fraguado se encuentran establecidos en rangos de 2-24 horas, esto puede variar según la mezcla, temperatura y humedad a la que se encuentre expuesto. 2.3 Retención de Agua: capacidad de mantener su humedad, se recomienda para uniones de mampostería absorbentes y no modificar la manejabilidad de la mezcla.

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2.4 Fluidez: La fluidez determina la calidad del mortero de acuerdo con lo que se relaciona la resistencia a compresión, los rangos de fluidez varían de acuerdo al tipo de mortero que se esté trabajando valores que se muestran en la tabla 1. 2.4.1

Medición de Fluidez: Para medir el grado de manejabilidad de la mezcla de mortero se desarrolla el ensayo de fluidez según especificaciones de las normas NTC111-13 y NTC5784-10, para esto se utiliza una mesa de flujo de plataforma circular donde se encuentran marcados 4 diámetros y un molde cónico truncado donde se introduce la mezcla de mortero. Luego de incluida la mezcla en el molde se coloca en el centro de la mesa de flujo, se levanta el molde dejando solo el mortero sobre la mesa, inmediatamente después de retirarlo se deja caer la mesa 25 veces a una altura de13mm, este último paso debe realizarse en un tiempo de 15 segundos. Por último se toman mediciones de los 4 diámetros extendidos sobre la mesa y se procede hacer el cálculo de fluidez.

Figura 1.Mesa de flujo y molde para determinar fluidez de la mezcla.

Figura 2.Diametro inicial y final.

2.5 Resistencia a la compresión: Es propia del estado endurecido del mortero y se desarrolla por la hidratación del cemento en la mezcla, en la mayoría de las aplicaciones

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de mortero este debe proporcionar altos niveles de resistencia ya sea como mortero de pega o soportar cargas altas. De igual forma que la consistencia la cantidad de agua influye en su resistencia, a mayor contenido de agua su resistencia disminuirá.

2.5.1

Medición de Resistencia a la Compresión: Se determina en base a las normas NTC 220-12 y NTC 3512-12, utilizando cubos de 50 mm de lado, por su facilidad al realizar este ensayo de resistencia se emplea como criterio de selección, para el tipo de mortero. Al tener la mezcla de mortero se procede al llenado de moldes aceitados con mortero, se llenan con dos capas de 23mm cada una compactadas con 32 golpes. Luego se llevan a cámara húmeda donde después de 24 horas serán desmoldados, listos para empezar el curado y comenzar ensayos de compresión a 3, 7,14 y 28 días, posteriormente se analizan los datos obtenidos comparando los con los criterios según la norma NSR-10 ilustrados en la Tabla 3.

Tabla 3: Resistencia mínima de compresión según el tipo mortero

Tabla 3. 2.6 Durabilidad: Hace referencia a la resistencia ante agentes externos como lo es la abrasión, temperatura, corrosión y filtraciones de agua. La durabilidad está relacionada con la resistencia a la compresión ya que si la mezcla presenta una buena resistencia a la vez indica buena durabilidad. 2.7 Adherencia: Es la capacidad de que tiene al responder a la resistencia de morteros y piezas para soportar cargas, en morteros de mampostería una buena adherencia es la propiedad más importante, la adherencia se determina mediante el ensayo de resistencia a la tracción.

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METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DISEÑO DEL MORTERO TIPO H Para mortero tipo H encontramos que sus propiedades son: 𝑉 = 𝑉un 𝑐 + 𝑉𝑎 + 𝑉𝐴 𝑓′𝑐 = 22 𝑀𝑝𝑎 

𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑒𝑧 = 115 − 125%

Tenemos de una ecuación empírica para resistencia a 28 días 𝑹𝟐𝟖 =

18000 𝐴 , 𝑥= , 𝑥 20 𝐶

𝑹𝟐𝟖 = 𝑓𝑐′ ∗ 𝐹. 𝑆 (𝑒𝑛 𝑝𝑠𝑖) , 𝑭. 𝑺 = 1.2

(𝑹𝟐𝟖 ) 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑎 𝑙𝑜𝑠 28 𝑑í𝑎𝑠 (𝑭. 𝑺) 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝒙=

ln(18000) − ln(𝑅28 ) ln(18000) − ln(3214.2857 ∗ 1.2) = = 0.51 ln(20) ln(20)

Sabemos que: 𝒂 = 𝒏𝒄 (𝒂) 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 (𝒄) 𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐴 = 𝐾(0.26𝑐 + 0.12 ∗ 𝑛𝑐) (1) 𝐾 = 0.81 Donde: (𝐴) 𝐴𝑔𝑢𝑎

𝒏=

𝑐

𝐴 1 ∗ −0.26 𝑐 𝐾

0.12

𝑎

𝑽=𝜌 +𝜌 𝑐

𝑠𝑠𝑠

;𝑛 =

𝐴

1 −0.26 0.81

0.51∗

0.12

𝑐

𝑛𝑐

+ 𝜌 ;𝑽 = 𝜌 + 𝜌 𝐴

𝑐

𝑠𝑠𝑠

+

= 3.12 (2)

𝐾(0.26𝑐+0.12∗𝑛𝑐) 𝜌𝐴

(3)

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Sabiendo que: 𝝆𝒄 = 2890

𝑘𝑔 𝑚3

Suponiendo para la aren un estado saturado y superficialmente seco inicial 𝝆𝒔𝒔𝒔 = 2520

𝑘𝑔 𝑚3

(𝝆𝒊 ) 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 "𝑖" (𝝆𝒔𝒔𝒔 ) 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑦 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜 

Volumen para 6 cubos de 50 mm de arista asumiendo un 30% de desperdicio: 𝑽 = ((6 ∗ 0.053 ) ∗ 1.3)) = 1.2675 𝑥 10−3 𝑚3 (4)

Igualando las ecuaciones de volumen (3) y (4) y despejando “c” 1.2675 𝑥 10−3 𝑚3 =

𝑐 3.12𝑐 0.81(0.26𝑐 + 0.12 ∗ 3.12𝑐) + + 2890 2520 1000 𝒄 = 0.464 𝑘𝑔 = 464 𝑔𝑟

Reemplazando c y n de (2) para hallar la cantidad de arena en gramos 𝒂 = 𝑛𝑐 = 3.12 ∗ 464 = 1450 𝑔𝑟 Reemplazando en (1) para hallar la cantidad de agua en gramos 𝑨 = 𝐾(0.26𝑐 + 0.12 ∗ 𝑛𝑐) = 0.81(0.26 ∗ 464 + 0.12 ∗ 238) = 238 𝑔𝑟 Corrección de arena y agua por humedad Arena: 100 + 𝐻𝑎 𝑎𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 𝑎 ( ) ; 𝐻𝑎 = 0 ; ℎ𝑎 = 2.5 100 + ℎ𝑎 100 𝑎𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 1450 ∗ ( ) = 1415𝑔𝑟 100 + 2.5

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Agua: 𝐻𝑎 − ℎ𝑎 𝐴𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 𝐴 − 𝑎 ( ) ; 𝐻𝑎 = 0 ; ℎ𝑎 = 2.5 100 + ℎ𝑎 0 − 2.5 𝐴𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 238 − 1450 ( ) = 274𝑔𝑟 100 + 2.5 Resumiendo las cantidades de material calculados para el desarrollo de la mezcla: CEMENTO= 464 gr ; AGUA= 274 gr; ARENA=1415 gr

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DESARROLLO DE MEZCLADO Y ENSAYO

Luego de calcular la relación arena, agua y material cementante:  Se tamiza la arena con el tamiz N 4.  Se vierten los agregados en estado seco en el recipiente de mezclado.

Figura 3. Unificación de materiales en recipiente de mezclado Fuente propia

 

Luego se vierte el agua en el recipiente de mezclado. Se agrega la cantidad establecida de cemento y la cantidad calculada de agua

Figura 4. Mezcla de agua y cemento a velocidad baja Tomado ”Prácticas de laboratorio de materiales para obras de ingeniería civil, Capítulo 5”

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

Durante 30 segundos consecutivos, se mezcla el material cementante a velocidad baja y constante.

Figura 5. Adición de la arena a la mezcla Tomado ”Prácticas de laboratorio de materiales para obras de ingeniería civil, Capítulo 5”

 

    



Continuando con el mezclado, se detiene la mezcladora y se opta por cambiarla a velocidad rápida, ésta se usa de manera constante por 30 segundos. Durante los siguientes 90 segundos, se opta por agrupar la mezcla en el fondo del recipiente, los 75 segundos restantes, es necesario tapar el recipiente con el material cementante. Se destapa el recipiente y se mezcla nuevamente por 60 segundos a velocidad rápida Para determinar la fluidez de la mezcla, se coloca la muestra de mortero en el recipiente en 2 tiempos, cada capa va acompañada con 20 golpes de compactación. Se registra el diámetro de la muestra de mortero para luego calcular el porcentaje de fluidez. Se lleva la muestra a la mezcladora y se homogeniza la misma por 15 segundos. Se vierte la mezcla en los recipientes que tienen forma cúbica en dos tiempos, cada uno de estos acompañados de 32 golpes debidamente direccionados con el fin de compactar la mezcla y reducir el aire atrapado. Para el proceso de óptimo curado, las muestras se almacenan en la piscina de curado por un lapso de tiempo de 20 a 72 horas a una temperatura de 23 ± 2°C

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Figura 6. Cubos de mortero en piscina de curado Fuente propia



Para hallar la resistencia a la compresión, las muestras se fallan a tres edades distintas 3,7 (10 días para éste caso puntual) y 14 días, teniendo en cuenta que para cada edad se deben fallar 2 muestras de mortero.

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RESULTADOS

Determinación de la fluidez: DIÁMETROS FINALES (mm) 221 219 214 228

Diámetro de la base del molde 100 mm Promedio de los diámetros finales: 220,5 mm 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 − 𝐷𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 %𝐹 = ∗ 100 𝐷𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 220.5 − 100 %𝐹 = ∗ 100 100 %𝐹 = 120.5%

Resistencia a compresión: Fecha de fabricación de los cubos de mortero: 20/2/2019 Tabla 4:

DÍA

FECHA DE FALLO

3

23/02/2019

7

27/02/2019

14

6/03/2019

DIMENSIONES (mm x mm)

ÁREA (mm2)

48x48,5 48x48,5 50,45x49,525 50,9x49,51 50,6x50

2328 2328 2484,663 2520,059 2530

CARGA ESFUERZO (kg) (MPa) 1376 1328 2376 2395 3816

5,796 5,596 9,381 9,321 14,796

PROMEDIO ESFUERZO 5,696 9,351 14,690

% 27,601 26,648 44,671 44,387 70,459

50,5x50,3 2540,15 3776 14,583 69,442 Tabla 4. Fechas de ensayos a compresión para las muestras de la mezcla de mortero

% PROM. 27,125 44,529 69,951

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RESISTENCIA ADQUIRIDA A TREVÉS DEL TIEMPO ESFUERZO A COMPRESION (MPa)

20 y = 5.7825ln(x) - 1.0427 R² = 0.9729

18 16 14 12

10 8 6 4 2 0 0

5

10

DIAS

15

20

25

30

Gráfica 1.Resistencia adquirida a través del tiempo

Ajuste de los datos de resistencia adquirida: 𝑅(𝑇) = 5.7825 ln(𝑇) − 1.0427; 𝑇 𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑠 Valor de la resistencia para los 28 días: 𝑹(𝟐𝟖) = 𝟓. 𝟕𝟖𝟐𝟓 𝐥𝐧(𝟐𝟖) − 𝟏. 𝟎𝟒𝟐𝟕 = 𝟏𝟖. 𝟐𝟑 𝐌𝐏𝐚

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ANÁLISIS DE RESULTADOS

La variable que nos aprueba el diseño del concreto es la fluidez, para esto se usa la mesa de flujo. Para determinar la fluidez en este caso la fluidez del concreto tipo H encontramos valores entre 115 a 125 %. Para la mezcla realizada, la fluidez obtenida es de 120.5% valor incluido en el rango descrito, de tal manera se acepta el diseño de la mezcla. Para encontrar el esfuerzo siendo este la relación indirecta entre la fuerza y el área se opta por realizar el siguiente procedimiento, esfuerzo dado en MPa (N/𝑚𝑚2 ). Los datos otorgados por la maquina donde se fallan los cubos de mortero son la carga máxima soportada por cada una de las muestras, valor dado en kg es multiplicado por el valor de la gravedad (9,81m/s2) para obtenerla fuerza de carga en N (Newton) y la dividimos por el área de la cara del cubo en la cual es sometida la carga de la máquina. Así se obtiene el esfuerzo a compresión de los cubos de mortero. Como solo se hicieron ensayos para 3,10 y 14 días necesitamos saber el valor para los 28 días sería el máximo esfuerzo para el cual es diseñada la mezcla, sabiendo que la resistencia adquirida a través de los días es de forma logarítmica. Entonces, podemos hacer un ajuste para obtener una ecuación que nos dé un valor para la resistencia adquirida a lo largo de los días. En este caso la ecuación que se obtiene es: (𝑇) = 5.7825 ln(𝑇) − 1.0427; 𝑇 𝑒𝑛 𝑑í𝑎𝑠 Valor de la resistencia para los 28 días: 𝑅(28) = 5.7825 ln(28) − 1.0427 = 18.23 MPa Para un mortero tipo H el valor mínimo esperado para la resistencia para los 28 días es de 22 MPa y el valor que obtenemos en la ecuación es de 18.23 MPa

Donde encontramos una diferencia de

|18.23−22| 22

∗ 100 = 17% por debajo del valor esperado.

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES    

Se obtuvo que el valor de la fluidez fue de 120,5% lo cual se encuentra en el rango establecido, aceptando la trabajabilidad de la mezcla. La fluidez determina la calidad del mortero, ya que los morteros de baja fluidez presentan una estrecha relación con la resistencia a la compresión en la mampostería, por lo tanto, se puede decir que este no es el caso, se concluye que se obtuvieron buenos resultados. Para la resistencia del mortero elaborado encontramos que el valor obtenido con la extrapolación de los datos de ensayo es un 17% menor a la esperada para un mortero tipo H. Se analizó que pesar de que la resistencia a la compresión es un criterio importante en el tipo de mortero, es necesario tener en cuenta parámetros como la adherencia de mortero a las unidades de mampostería, la trabajabilidad y la retención de agua.

RECOMENDACIONES 



Para un criterio riguroso de aceptación es de suma importancia disminuir los posibles factores que afecten la resistencia final del mortero, teniendo en cuenta desde materiales, proporciones, mezclado, curado y ensayo de las muestras con el fin de alcanzar los valores estipulados para el mismo en las normas. Es necesario traer claro los conceptos de la práctica, esto para que esta sea rápida y eficiente para todas las personas en el laboratorio, al momento de desarrollarla hacer un análisis con obras de civiles que podrían o no usarse este tipo de procesos, que tan bueno fue y si es la forma correcta de hacerse, con el objetivo de reducir cada vez más el porcentaje de error y repetir varias veces el proceso

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LISTA DE REFERENCIAS Lopez, Chauca Rodrigo. (2015).SlideShare :Determinacion de la fluidez consistencia normal.Recuperado de https://es.slideshare.net/rchaucal/determinacion-de-la-fluidez-depastas-de-mortero-y-concistencia-normal-de-la-pasta-del-cemento Mairon, Javier.(2013).Propiedades del Mortero.Recuperado https://prezi.com/vfkj2epscbxb/propiedades-del-mortero/

de

Chairez, Luis.Academia: Propiedades de los Morteros. https://www.academia.edu/22146762/Propiedades_de_los_Morteros

de

Recuperado

Rodríguez, Cesar del Olmo. Los Morteros,Control de Calidad. Instituto Eduardo Torroja. Recuperado de D:/1.%20MIS%20DOCUMENTOS/Descargas/1117-1655-1-PB.pdf

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