Instituto Tecnológico de Costa Rica Escuela de Ingeniería en Construcción Laboratorio de concreto CO-3404 Grupo 1
Informe 1. Consistencia normal de cemento hidráulico
Subgrupo 3 Adriana Diaz Bolaños 201037725 Joselin Bolaños Berrocal 201230411 Pablo Quesada Campos 201255974 Randall Valverde Molina 201256357
Profesor: Ing. Rommel Lezing Cuevas Kauffmann
Agosto 6, 2014 Semestre 02, 2014
1. RESUMEN La práctica a realizar es la prueba de consistencia normal indicada en la norma de ASTM, con el objetivo principal de analizar y razonar el comportamiento de los materiales “relación agua/cemento”, esto para elevar el factor de seguridad, eficiencia y uso óptimo, en la estructura de concreto hidráulico que utilice el cemento hidráulico como aglutinante. La prueba aplicada consiste en determinar la consistencia normal de la pasta de cemento hidráulico, la cual se utiliza principalmente para la determinación de la cantidad de agua que debe proporcionarse a determinado peso de cemento hidráulico. Primeramente se realiza el mezclado de los materiales (agua/cemento) utilizando una mezcladora por 30 segundos a velocidad baja. Posterior a esto se realiza un raspado de paredes del recipiente para evitar desperdicio de material en bordes, además de dar un reposo de 15 segundos a la misma. Finalmente se vuelve a mezclar en velocidad media por 60 segundos. Se forma una pelota con la mezcla obtenida y se lanza de mano a mano 12 veces, 6 veces por cada mano. Seguido a esto se coloca en el recipiente “cono truncado”; todo esto en un lapso de 30 segundos y se procede a realizar la prueba con la aguja de Vicat. Este lo penetra y se toma el primer dato, y al transcurrir 30 segundos se vuelve a realizar la toma de dato de la penetración. La medida obtenida en el paso anterior se compara con respecto al (10±1)mm estipulado como parámetro ideal de comparación para obtener las conclusiones respectivas, ya sea que el dato cumpla las especificaciones, o bien; existan factores como humedad relativa, temperatura y otros que hayan incidido en un resultado erróneo y fuera del rango.
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2. INTRODUCCIÓN En la actualidad una gran mayoría de construcciones poseen un denominador en común, el cual es que están directamente ligadas al uso del concreto hidráulico; por lo cual es de suma importancia conocer a detalle el tipo de “cemento hidráulico” que se esté utilizando al momento de realizar la mezcla, así como su consistencia normal y otras características propias dependiendo de las especificaciones técnicas y requerimientos en la construcción. El propósito principal de esta práctica es determinar en el laboratorio la consistencia normal de la pasta de cemento hidráulico y aplicar la norma ASTM C-187 de consistencia normal de la pasta de cemento hidráulico; esto para conocer la relación agua/cemento que debe proporcionarse para obtener las mejores condiciones de manejo y trabajabilidad de la misma. Además comprende el conocimiento del equipo a utilizar durante el laboratorio, procedimiento de la elaboración de la pasta, condiciones ambientales presentes, precisión y cálculos obtener para la consistencia normal. La Consistencia normal del cemento se refiere a la cantidad o proporción de agua que debe agregarse a determinada masa de cemento de tal forma que cree una pasta de cemento hidráulico en la cual se obtenga una penetración de (10±1)mm mediante el uso de la prueba de aguja de Vicat. Es decir la movilidad de la pasta fresca de cemento o su habilidad de fluir. La aguja de Vicat consiste en un marco que tiene una varilla móvil, con un peso de 300g, sujeto a un vástago el cual presenta distintas puntas con diferentes diámetros introduciéndose en la mezcla para realizar medidas de pruebas varias, las cuales son leídas en una placa graduada en milímetros; y que son tomadas a un tiempo posterior determinado por la norma. El procedimiento comprende una vez que se da el mezclado de materiales, la realización del colocado de la pasta en un cono truncado rígido que descansa sobre una placa de base cuadrada y realizar la prueba de penetración con la aguja de Vicat. Cabe resaltar que debe seguirse el procedimiento indicado correctamente para la fabricación de una mezcla homogénea permitiendo de esta manera que la reacción química ocurra completamente y los procesos químicos sean los adecuados. Además debe cumplirse con las condiciones ambientales especificadas en la norma, así como también con los tiempos de mezclado y de obtención de datos establecidos, esto para lograr resultados consistentes y de esta manera evitar posibles errores o alteraciones en la pasta .
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3. MARCO CONCEPTUAL 3.1 Generalidades sobre el cemento Es importante tomar en cuente que este ensayo se realiza con pasta de cemento hidráulico y que no se considera concreto hidráulico por la falta de agregados, ya que es común que se confundan estos dos conceptos, el de concreto y cemento. Para una mayor comprensión y desarrollo del ensayo, aclararemos los conceptos con la siguiente cita: “El cemento es un polvo químico seco que, cuando se mezcla con agua, reacciona lentamente para formar un nuevo compuesto duro y consistente; el concreto es una mezcla que debe contener por lo menos cemento, agua y agregados de diversos diámetros. El cemento y el agua forman una pasta que mantienen juntos los agregados cuando el primero endurece. ” e.g, (CPMB; NRMCACR, 1983). Entre los cementos hidráulicos más utilizados tenemos el cemento tipo portland. Par describir mejor el proceso de fabricación tenemos la siguiente cita: “El proceso de fabricación del cemento consiste en moler finamente la materia prima, mezclando minuciosamente en ciertas proporciones y calcinando en un horno rotatoria una temperatura de aproximadamente 1450ºC, donde el material se sintetiza y se funde parcialmente, formando bolas conocidas como Clinker. El Clinker se enfría y se tritura hasta obtener un polvo fino, después se adiciona un poco de yeso, y el producto resultante es el cemento portland comercial que tanto se usa en todo el mundo”. e.g, (Neville, 1995)
3.2 Tipos de cemento portland Principalmente existen 5 tipos diferentes de cemento hidráulico, los cuales se detallan a continuación: 1 •Tipo I: es de uso general en construcción, o sea cuando no se requieren cualidades especiales en el mismo. •Tipo II: también se le considera de uso general, aunque al ser modificado es una mejor opción cuando se hace necesario un calor de hidratación algo menor o una moderada resistencia al ataque de sulfatos. •Tipo III: es de fraguado rápido y posee un alto calor de hidratación, por lo que es el adecuado cuando se requiera una alta resistencia a temprana edad. •Tipo IV: es e l cemento ideal cuando se hace necesario un bajo calor de hidratación. •Tipo V: se utiliza cuando se requiere alta resistencia al ataque de sulfatos.
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_______________________________________________________ 1
Material del curso de Concreto. Cuevas R
3.3 Consistencia normal
La norma American Standard for Testing Materials (ASTM) C 187, establece que la consistencia normal se determina mediante equipo de laboratorio, utilizando el aparato de
Vicat, cuando al colocar la pasta de cemento en el equipo, la penetración del vástago (300 g) sea de (10±1) mm, en 30 s. En ese punto, el porcentaje de agua es el adecuado para que el cemento alcance una fluidez óptima y una plasticidad ideal. El porcentaje de agua puede variar en un rango de 26% al 32%, con respecto al peso del cemento. El siguiente diagrama de flujo fue hecho con base en la materia del curso de laboratorio de concreto, Cuevas R.
Consistencia Normal del Cemento Hidráulico Se define como la cantidad de agua necesaria para que la pasta de cemento alcance una fluidez óptima y una plasticidad
Condiciones ambientales del ensayo
Temperatura del aire: entre 20 y 27,5°C
Temperatura del agua de mezclado: 23±1,7°C
Se obtiene por medio del aparato de Vicat
Cuando la pasta alcanza una penetración 10±1
mm, en 30 s Humedad relativa: mayor a 50%
Figura 1: Diagrama de flujo de la Consistencia Normal del Cemento Hidráulico.
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4. OBJETIVOS 4.1. Objetivo General 4.1.1. Realiza una serie de pruebas para determinar la consistencia normal del cemento hidráulico de acuerdo a las normas ASTM C187 Y ASTM C305.
4.2. Objetivos Específicos 4.2.1. Conocer en que radica la consistencia normal de la pasta de concreto hidráulico y estudiar un método para calcularla en el laboratorio.
4.2.2. Identificar los factores que pueden afectar e interferir con los resultados del ensayo, con respecto a la norma ASTM C305 y ASTM C187.
4.2.3. Determinar el porcentaje de agua necesario en la pasta de cemento hidráulico para lograr una consistencia normal según la norma ASTM C187.
5. MÉTODOS 5.1. Preparación de la pasta de cemento, según la Norma ASTM C-305 5.1.1. Pesar 650 g de la muestra cemento UG-RTCR. 5.1.2. Establecer la cantidad de agua para la mezcla, esta debe responder a un porcentaje entre 26 y un 32% en relación al peso del cemento. 5.1.3. Colocar el agua establecida en la olla, agregar el cemento cuidadosamente y dejar reposar por 30 segundos. 5.1.4. Colocar la olla y la paleta en la mezcladora mecánica y mezclar durante 30 segundos a una velocidad de 140±5 rpm. 5.1.5. Dejar reposar la mezcla durante 15 segundos, mientras se raspa los laterales de la olla y se reintegra al total de la mezcla. 5.1.6. Se mezcla por 1 minuto a una velocidad de 285± 10 rpm
5.2. Moldeo Prueba Espécimen, según la Norma ASTM C-187 5.2.1. Formar rápidamente con guantes una pelota con la pasta de cemento hidráulico preparado. 5.2.2. Seguidamente tirar 6 veces a ambos lados la pelota entre las manos con un recorrido aproximado de 150 mm para lograr producir una masa casi esférica. 5.2.3. Colocar la esfera en el extremo de mayor diámetro del anillo cónico e impulsarla hacia su interior hasta abarcar todo su volumen.
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5.2.4. Retirar el exceso de la pasta en el extremo de mayor diámetro del anillo con un único movimiento de la mano y colocar el anillo en la placa de base H. 5.2.5. Eliminar el sobrante de cemento en el extremo más pequeño del anillo con una espátula y alizar la superficie sin comprimirla.
5.3. Determinación de la consistencia 5.3.1. Colocar el anillo con la placa H en el aparato de Vicat 5.3.2. Localizar el extremo de la aguja de Vicat en contacto leve con la superficie de la pasta. 5.3.3. Tomar la lectura inicial, la cual corresponderá a penetración inicial. 5.3.4. Liberar la aguja y después de 30 segundos volver a tomar lectura de la penetración, que corresponderá a lectura final. 5.3.5. Repetir todo el procedimiento anterior 3 veces, variando el % de agua en el intervalo de 26 a 32%. Nota: El intervalo de tiempo entre el finalizado del mezclado hasta la liberación de la aguja no debe ser mayor a 30 segundos.
6. CÁLCULOS 6.1. Porcentaje de agua
= 28.46%
6.2. Penetración 7
6.3. Interpolación del % de agua para penetración de 10mm 8.0mm
26.14%
12.0mm
27.38%
10.0mm
26.76%
7. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO REQUERIDO 7.1. Aparato de Vicat: Debe seguir la norma ASTM C187. Este aparato contiene una aguja móvil unida a un vástago con un peso de 300 g y tiene una escala graduada en milímetros.
7.2. Anillo cónico truncado de hule: Según la normativa, la base debe tener un diámetro interno de 70mm, la parte superior un diámetro de 60 mm y una altura de 40 mm. El material debe ser no corrosivo y no absorbente.
7.3. Mezclador mecánico: Con dos velocidades, una baja de 140±5 rpm y una velocidad media de 285±10 rpm.
7.4. Balanza digital: La balanza utilizada en la realización de este ensayo tiene una incertidumbre de ± 0,01g.
7.5. Probeta: De capacidad de 250ml con una incertidumbre de ± 0,1ml. 7.6. Paleta: Debe ser plano y tener un borde afilado con una longitud entre 100 y 150 mm.
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7.7. Cronómetro 7.8. Medidor de temperatura y humedad ambiental 8. MATERIALES 8.1. Cemento UG-RTCR 8.1.1. Minerales Hidráulicos + Yeso > 70% 8.1.2. Minerales Activos > 15% 8.1.3. Otros Minerales > 5%
8.2. Agua 9. RESULTADOS A continuación se presenta un cuadro que sintetiza los datos elaborados en el laboratorio junto a los resultados de los cálculos obtenidos a partir de los mismos para la determinación de consistencia del cemento de alto desempeño UG- RTCR.
CUADRO 1. Datos experimentales para la determinación de consistencias para pastas de cemento hidráulico UG-RTCR. N
AGUA (±1 ml)
UG-RTCR (±0.01 g)
AGUA %
LECT.INICIAL (±0.5 ml)
LECT.FINAL (±0.5 ml)
PENETRACION (±0.7 ml)
TEMP.AMB (± 0.1 C)
TEMP.AGUA (± 0.1 C)
1
170
650.41
26.14
18.0
26.0
8.0
23.0
21.0
2
158
650.20
24.30
18.5
20.5
2.0
23.0
21.3
3
178
650.12
27.38
19.5
31.5
12.0
22.7
21.4
4
185
650.03
28.46
19.0
36.0
17.0
22.8
21.6
El gráfico a continuación demuestra el comportamiento del cemento UG- RTCR y su consistencia, respecto al porcentaje de agua dosificado. Del mismo modo se determina cual es el % de agua requerido para tener como resultado una consistencia normal, es decir una penetración de 10±1mm.
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10
29
28.5
28
27.5
27 26,78
) % ( a u g A
y = -0,0045x2 + 0,3662x + 23,57 R² = 0,9989
26.5
26
25.5
25
24.5
24 0
2
4
6
8
10
12
14
16
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Penetración (mm)
Figura 2. Gráfico de la consistencia normal de la pasta de cemento hidráulico utilizando un ajuste de curva polinomica.
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12. RECOMENDACIONES
Evitar tener contacto con la mesa donde se diseña la mezcla para no ocasionar vibraciones cuando se mide la penetración del vástago porque puede causar errores en mayor o menor medida. Tomar en cuenta el buen uso de los equipos, como tener la cuchara y olla secas antes de empezar la prueba ya que esto puede afectar la humedad. Siempre verificar la fecha el cemento ya sea adquirida como de embalado para asegurarnos de una buen rendimiento de este Agregar cuidadosamente el cemento al agua para evitar pérdidas de material. Considerar que haber tenido un mayor número de pruebas ayuda tener un mejor análisis y comportamiento de la gráfica (%Agua vs Penetración) Generalmente se debe realizar la prueba en un espacio controlado donde se regule la humedad relativa, la temperatura del ambiente y la temperatura del agua que en este caso la humedad relativa no pudo medir debido a que no se tenía el instrumento. Realizar la prueba de la misma manera que se establece en las normas, como lo son: tiempos, equipo de trabajo etc.
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13. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Concrete Plant Manufacturers Bureau; National Ready Mixed Concrete Association Committee on Research, Engineering and Standards. 1983. PRODUCCION DE GRANDES VOLÚMENES DE CONCRETO. Primera edición. ASTM C187, A. S. (2013). Standard Test Method forAmount of Water Required for
Normal Consistency of Hydraulic Cement Paste. ASTM C305, A. S. (2013). Standard Practice for Mechanical Mixing of Hydraulic Cement
Pastes and Mortars of Plastic Consistency1. Neville, A. M. (1995). Tecnología del Concreto. México: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto. Cuevas, R. (2014), Material del curso de concreto. Cuevas, R. (2014), Material del curso de laboratorio de concreto.
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