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LABORATORIO #3 CONSISTENCIA NORMAL ASENTAMIENTO Y MÉTODOS DE ENSAYO PARA SU DETERMINACION

BAYRON FARID AGUILAR RIAÑO 201521833

OSCAR JAVIER GUTIÉRREZ-JUNCO (IC, Esp, MSc, PhD)

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAN DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL TUNJA 2019

CONSISTENCIA NORMAL ASENTAMIENTO Y MÉTODOS DE ENSAYO PARA SU DETERMINACION

INTRODUCCIÓN El cemento como agente conglomerante, necesita del agua para formar la reacción química que permita la hidratación y el desarrollo de sus propiedades tan importantes en la ingeniería: la formación de una roca artificial altamente resistente. [5] Se llama fraguado al tiempo en que una mezcla de cemento-agua tarda en pasar de su estado plástico a un estado de endurecimiento. Él ingeniero francés Vicat, realizó abundantes estudios a mezclas de caliza y algunos conglomerantes con el fin de determinar un método que permitiera comparar el tiempo transcurrido con la consistencia que iba alcanzado una mezcla determinada, de allí nace el mundialmente utilizado aparato de Vicat cuyo principal uso radica en la determinación del estado de consistencia normal de una mezcla así como el tiempo en que esta dura en fraguar, pero como para ello se debe esperar una gran cantidad de tiempo, se estandarizaron unas penetraciones en un tiempo determinado, para determinar cómo iban fraguando las mezclas y así poder compararlas entre sí[6]. Aunque existen muchos métodos, durante el desarrollo de esta práctica se toma dicho aparato para medir las propiedades anteriormente descritas. Los procesos expuestos a continuación fueron tomados de la norma de las NTC y aplicados a un mortero elaborado durante la práctica con el fin de estimar su evolución en el cambio de estado, conocer los resultados generales ya que varían muy poco de un mortero a otro y cumplir así con la práctica académica. La importancia en las estimaciones de la consistencia normal y el fraguado radica en que los cementos se elaboran con materiales distintos químicamente entre sí, aunque nace del mismo concepto cada material varía su composición de acuerdo a la empresa fabricadora en el caso del producto, la fuente natural de donde vengan sus componentes, las condiciones químicas del agua, etc. Por ello se decide mantener constante la proporción cemento-agua para lograr una manejabilidad deseada en la mezcla, de aquí nace la base conceptual de la consistencia normal y el tiempo de fraguado, tema fundamental de este informe.

CONSISTENCIA NORMAL Se usa para producir una pasta normal, es decir el contenido de agua que el cemento necesita para adquirir una `consistencia normal', es decir, una consistencia estandarizada. La consistencia se mide por medio del aparato de Vicat, utilizando un émbolo de 10 mm de diámetro, enseguida se coloca el émbolo en contacto con la superficie superior de la pasta y se suelta. Por la acción del propio peso del émbolo, éste penetra en la pasta, y la profundidad de penetración depende de la consistencia de la pasta. La pasta se considera de consistencia normal cuando la sonda penetra 10 ± 1 milímetro a los 30 segundos de haber sido soltada, según la norma INVIAS 2007. El contenido de agua de la pasta estándar se expresa como porcentaje en peso de cemento seco, y el valor normal varía entre 26 y 33 %, es decir entre 130 y 165 ml para 500 gramos de cemento FRAGUADO Es el proceso de endurecimiento y pérdida de plasticidad del hormigón (o mortero de cemento), producido por la desecación y recristalización de los hidróxidos metálicos —procedentes de la reacción química del agua de amasado— con los óxidos metálicos presentes en el clínker que compone el cemento (WIKIPEDIA, 2014). Aunque durante el fraguado la pasta adquiere alguna resistencia, para efectos prácticos es conveniente distinguir el fraguado del endurecimiento, pues este último se refiere al aumento de la resistencia de una pasta de cemento fraguada. Figura 1. Aparato de Vicat usado en la consistencia normal. Fuente: propia CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO, TIEMPO DE FRAGUADO, FRAGUADO INICIAL Y MEZCLA MECÁNICA El fraguado es causado por una hidratación selectiva de los componentes principales. El C3A puro al entrar en contacto con el agua presenta una reacción muy violenta y lleva a un inmediato endurecimiento, esto produce un aspecto desfavorable en el cemento debido a que las mezclas endurecerían a muy corto plazo y no podrían ser transportadas y colocadas sino con muchos problemas. Para prevenir esto, al Clinker se le agrega yeso (CaSO4.2H2O); el C3A y el yeso reaccionan para formar un compuesto inestable e insoluble llamado sulfoaluminato de calcio (3CaO.AL2O3.3CaSO4.31H2O). Posteriormente, los silicatos empiezan a hidratarse y comienza por consiguiente a fraguar formando una pasta de consistencia semisólida (fraguado inicial), luego el sulfoaluminato se descompone lentamente dejando libre al C3A que se hidrata conjuntamente con el C4AF dándole a la pasta una consistencia sólida produciendo de esta forma el fraguado final [4] Existen muchos ensayos para la determinación del tiempo de fraguado, como el de las agujas de GILLMORE o el Aparato de Vicat, siendo el segundo el más utilizado y el que se describirá durante este informe. FALSO FRAGUADO Consiste en una rigidez prematura y anormal del cemento, que se presenta dentro de los primeros minutos después de haberlo mezclado con agua. El falso fraguado se pone en evidencia por una gran pérdida de plasticidad, sin generar mucho calor después de haberse realizado la mezcla. Cuando esta pasta endurecida se remezcla sin adicionar agua, su plasticidad se recupera y fragua normalmente sin pérdida de resistencia. El falso fraguado es motivado generalmente por deshidratación del yeso cuando se mezcla

con Clinker demasiado caliente. Para evitar lo anterior, en la práctica normal se enfría el Clinker antes de la molienda [7]

PROCEDIMIENTO CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO Se ha de iniciar por garantizar la temperatura adecuada del lugar, la cual debe estar entre 20 y 27.5ºC, La temperatura del agua debe estar en 23 ±1.7ºC. Se debe mezclar 65º g de cemento con una cantidad determinada de agua, de acuerdo al proceso de mezcla mecánica [4] CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO, TIEMPO DE FRAGUADO, FRAGUADO INICIAL Y MEZCLA MECÁNICA - Se toma la pasta formada y se moldea esféricamente con las manos cubiertas por guantes. Se lanza 6 veces de una mano a otra a una distancia aproximada de 6’’ (pulgadas). -Con la muestra en la mano se llena el molde por la base mayor, el exceso de pasta se retira con un solo movimiento de la palma de la mano. Se coloca la placa sobre la base mayor, se voltea el conjunto y se retira el exceso de la base menor con un palustre, de manera que este haga un ángulo pequeño con la superficie de la pasta. - Se lleva el molde unto con la placa al aparato de Vicat, centrándolo debajo del vástago hasta que el extremo del embolo apenas toque la superficie de la pasta. Se lee la posición inicial y se suelta el vástago al mismo tiempo que se activa el cronómetro por 30 segundos, tiempo después del cual se realiza la lectura final. - La consistencia normal se logra cuando el embolo penetra 10±1 mm en los 30 segundos. Si dicho valor no se obtiene en el primer tanteo se deberá repetir la operación variando la cantidad de agua hasta obtenerla. - Se calcula cantidad de agua en porcentaje de peso de cemento, requerida para obtener la penetración de consistencia normal[3], [4] TIEMPO DE FRAGUADO, APARATO DE VICAT -Se ha de iniciar por garantizar la temperatura adecuada del lugar, la cual debe estar entre 20 y 27.5ºC, así como una humedad relativa no menor al 50%. La temperatura del agua debe estar en 23 ±1.7ºC. - Se toman 500g de cemento y se mezclan con el porcentaje de agua visto anteriormente para la consistencia normal - En caso de que se haya acabado de realizar el ensayo de consistencia normal, se podrá utilizar la misma pasta.

-Rápidamente se le debe dar forma esférica a la pasta y tirarla de una mano a otra, 6 veces a una distancia aproximada de 15 cm. Se toma el molde se llena con la pasta por la base mayor. - Se coloca la placa sobre la base mayor, se voltea el conjunto y se retira el exceso de la base menor con un palustre, de manera que este haga un ángulo pequeño con la superficie de la pasta. - Finalizado el moldeado se debe llenar todo el sistema al cuarto húmedo por 30 minutos, que debe estar a 23ºC y una humedad relativa no menor al 90%. A partir de allí sólo se sacará la muestra para determinar el tiempo de fraguado. - Se deberá extraer la muestra periódicamente para llevarla al aparato de Vicat y determinar la penetración de la aguja de 1mm de diámetro en 30 segundos. Se deberán hacer las mediciones cada 15 minutos (o 10 para cementos Tipo 3) hasta que se obtenga una penetración de 25 mm o menos en los 30 segundos. - Se lee la posición inicial y se suelta el vástago al mismo tiempo que se activa el cronómetro por 30 segundos, tiempo después del cual se realiza la lectura final, las penetraciones deben estar separadas por lo menos 6mm entre sí y 10mm del borde interior del molde.[3]

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 33 MÉTODO PARA DETERMINAR LA FINURA DEL CEMENTO HIDRÁULICO POR MEDIO DEL APARTAMENTO BLAINE DE PERMEABILIDAD AL AIRE. Este Método Consiste En que por medio del aparato m Blaine de permeabilidad al aire Consiste en Hacer Que Pase Cierta Cantidad de aire un Través De Una Capa de cemento de porosidad definida. En donde se determina la velocidad del flujo del aire a través de la capa, el número y el tamaño de los poros en la mencionada capa [1] MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DEL CEMENTO HIDRÁULICO NTC 221. [2] Está norma establece el método de ensayo para determinar la densidad del cemento hidráulico. Su principal utilidad está relacionada con el diseño y control de las mezclas de concreto. - La densidad del cemento hidráulico se define como la masa del volumen unitario de sólidos. -Los valores establecidos en unidades SI se consideran como normativos. En esta norma no se incluyen otras unidades de medida. NTC.118. MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO HIDRÁULICO MEDIANTE EL APARATO DE VICAT [3] Estos métodos de ensayo determinan el tiempo de fraguado del cemento hidráulico por medio de la aguja de Vicat. Se suministran dos métodos de ensayo; el método A es el método

de ensayo de referencia que utiliza el aparato de Vicat normal operado manualmente, mientras que el método B permite la utilización de una máquina de Vicat automática que tiene, según los requisitos de calificación de este método, un desempeño aceptable demostrado. NTC 110. METODO PARA DETERMINAR LA CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO HIDRÁULICO [4] Esta norma establece el método de ensayo para determinar la consistencia normal del cemento hidráulico Consistencia normal: Grado de plasticidad de una pasta de cemento hidráulico que sea apropiada para la prueba respectiva, medida por el método estipulado

RESULTADOS

NTC 33 Blaine: V1=5.24 V2=5.64 V3=3.75

Le Chátelier: M=64 Vi=0,5cm³ Vf=22,1 cm³

NTC 118. APARATO DE VICAT T(m) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225

PENETRACION (mm) 40 40 40 40 40 40 40 39 38,5 38,5 37 35 33 28 25

Tabla 1: datos de penetración respecto al tiempo Fuente: Elaboración propia

NTC 110. CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO-AGUJA DE GILLMORE RELACION AGUA PENTRACION CEMENTO (mm) 0,2 0 0,3 10,5 0,4 20 Tabla 2: penetración con respecto a la relación de agua/cemento Fuente: elaboración propia

CALCULOS

BLAINE: 𝑺=

𝑺=

𝑺𝒑 ∗ √𝑵𝒑 ∗ √𝑻 √𝑻𝒑 ∗ √𝑵 𝟏. 𝟕𝟖𝟎 ∗ 𝟏𝟕, 𝟗𝟖 ∗ √𝟓. 𝟏𝟎 = 𝟑. 𝟒𝟗𝟓𝟗𝒄𝒎𝟐 /𝒈 𝟒. 𝟖𝟕𝟔 ∗ 𝟒. 𝟐𝟒

Le Chátelier: 𝝆=

𝑴𝒄𝒆𝒎𝒆𝒕𝒐 𝑽𝒅𝒆𝒔𝒑𝒍𝒂𝒛𝒂𝒅𝒐

𝝆=

𝟔𝟒𝒈 = 𝟐. 𝟗𝟔𝟐 𝟐𝟐. 𝟏 − 𝟎. 𝟓

CONCLUSIONES -El fraguado es pérdida de elasticidad que sufre la pasta de cemento luego de haber sido hidratada, existiendo algunos factores que determinan el tiempo en que fraguaría una muestra de cemento -Finura del cemento, cuanto mayor sea la finura, menor será el tiempo de fraguado - Agua, a menor cantidad corresponde un fraguado más corto. - Humedad ambiente, a menor humedad menor tiempo de fraguado

BIBLIOGRAFIA [1]http://www.academia.edu/8736624/NORMA_T%C3%89CNICA_COLOMBIANA_NT C_33 [2] https://docplayer.es/69849509-Norma-tecnica-colombiana-221.html [3] https://tienda.icontec.org/wp-content/uploads/pdfs/NTC118.pdf [4] https://tienda.icontec.org/wp-content/uploads/pdfs/NTC110.pdf [5]https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464947174/conti do/63_aglomerantes_y_conglomerantes.html [6] http://cementonatural.com/cemento-natural-prompt/historia/ [7] Materiales de Construcción Vol. 12 nº 107 Julio, agosto, septiembre de 1962