Modulo Hormigon SCRI

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES

MDULO DE HORMIGN

AUTORA:

Ing. SANDRA PINZN GALVIS

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INTRODUCCIN

Durante el curso del presente siglo, el concreto se ha convertido en el material de

construccin ms ampliamente utilizado en todo el mundo, debido a su extraordinaria

versatilidad en cuanto a forma, funcin y economa, ya que la tecnologa desarrollada a

su alrededor hace posible su competencia no slo con las construcciones de piedra y

madera, sino tambin con las de hierro.

Por tal motivo, las propiedades y caractersticas del concreto se estudiarn en el presente

mdulo a fin de determinar el diseo de la mezcla adecuado para las condiciones

especificadas en un proyecto dado.

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CONTENIDO

INTRODUCCIN OBJETIVO TERMINAL Y OBJETIVOS ESPECFICOS PRUEBA INICIAL RESPUESTAS DE LA PRUEBA INICIAL

SECCIN A GENERALIDADES

Definicin Composicin y definicin de trminos Caractersticas y funciones de los componentes Conceptos bsicos Clasificacin general del concreto Autoevaluacin de la Seccin A Respuestas de la autoevaluacin de la Seccin A

SECCIN B CEMENTO PORTLAND

Definicin Tipos de cemento Fabricacin del cemento portland Composicin qumica Propiedades fsicas y mecnicas Ensayos sobre el cemento puro Peso especfico (densidad) Superficie especfica (finura) Ensayos que se hacen sobre la pasta Agua para pasta normal Expansin al autoclave Fraguado Mtodo de Vicat

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Mtodo de Gillmore Calor de hidratacin Ensayos sobre el mortero Ensayo de tensin Ensayo de comprensin Clasificacin del cemento portland Almacenamiento del cemento Autoevaluacin de la Seccin B Respuestas de la autoevaluacin de la Seccin B

SECCIN C AGUA Y AGREGADOS

AGUA Definicin Agua de mezclado Agua de curado

AGREGADO Definicin Clasificacin de los agregados Propiedades fsicas Autoevaluacin de la Seccin C Respuestas de la autoevaluacin de la Seccin C

SECCIN D DETERMINACIN DE LAS CANTIDADES DE MATERIAL PARA UNA MEZCLA DE HORMIGN

Generalidades Seleccin del asentamiento Seleccin del tamao mximo de agregado Estimacin del contenido de aire Estimacin del contenido de agua Determinacin de la resistencia de diseo Ajuste por humedad de los agregados Seleccin de la relacin agua-cemento Clculo del contenido de cemento

Primer mtodo Segundo mtodo Curado del hormign Aditivos Plastificantes Acelerantes Retardadores Productos que producen expansin Repelentes al agua

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Autoevaluacin de la Seccin D Respuestas de la autoevaluacin de la Seccin D

SECCIN E VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL HORMIGN CONTROL DE CALIDAD DE LOS RIDOS CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO Generalidades Organizacin del control de calidad del concreto en la obra Especificacin de resistencia vs especificacin de control El mtodo de chuleo Las variaciones del concreto que deben aceptarse Evaluacin prctica de resultados de pruebas de concreto

PRUEBA FINAL RESPUESTA DE LA PRUEBA FINAL

ANEXO A CUADROS COMPLEMENTARIOS ANEXO B NORMAS ICONTEC

FUENTES DE INFORMACIN

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OBJETIVOS DEL MDULO

OBJETIVO TERMINAL

El alumno estar en capacidad de determinar el diseo de mezcla adecuado para las condiciones especificadas en un proyecto dado.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Para lograr el objetivo terminal, usted deber cumplir los siguientes objetivos especficos:

1. Determinar los conceptos bsicos de los componentes del hormign.

2. Conocer las caractersticas, componentes y propiedades del cemento portland.

3. Determinar las caractersticas que debe tener el agua desde el punto de vista de la tecnologa del concreto.

4. Iniciar el estudio de los agregados naturales, sus propiedades, seleccin, produccin y control de acuerdo con las normas y los procedimientos adecuados establecidos para tal fin.

5. Encontrar la dosificacin ms econmica del cemento, la arena y el agregado grueso para que produzcan un material con la resistencia y manejabilidad requeridas.

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PRUEBA INICIAL

Las preguntas que a continuacin usted encontrar, le permitirn evaluar hasta qu punto conoce el tema de hormign.

1. Qu se entiende por fraguado?

2. Qu es resistencia?

3. Qu materiales se usan para preparar una mezcla de hormign?

4. A qu se le denomina cemento?

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RESPUESTAS DE LA PRUEBA INICIAL

1. Es el tiempo disponible para mezclar, transportar, colocar, vibrar y afinar el mortero o el concreto, antes de que la mezcla comience a endurecerse.

2. Es la capacidad que tiene el mortero y el concreto de soportar cargas o esfuerzos de diferente tipo, sin deformarse o alterarse.

3. Arena + agua + cemento + grava.

4. Es toda sustancia que posea condiciones ligantes, cualquiera que sea su origen.

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SECCIN A

GENERALIDADES

DEFINICIN

El concreto u hormign puede definirse como la mezcla de un material aglutinante (cemento portland hidrulico), un material de relleno (agregados o ridos), agua y eventualmente aditivos, que al endurecerse, forma un todo compacto (piedra artificial) y, despus de cierto tiempo, es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresin.

COMPOSICIN Y DEFINICIN DE TRMINOS

Para que el material ligante pueda desarrollar sus propiedades, es necesario agregarle agua. La mezcla de agua y cemento portland toma el nombre de pasta; si a la pasta se le agrega arena, toma el nombre de mortero, el cual se usa ampliamente para pegar ladrillos en la construccin de muros y para recubrirlos, llamndose en este ltimo caso, paete. El mortero combinado con la piedra da lugar al hormign. Existe, adems, otro material llamado hormign ciclpeo, el cual est formado por concreto y piedra de gran tamao.

CARACTERSTICAS Y FUNCIONES DE LOS COMPONENTES

Cemento: el cemento que se utiliza, como ya se mencion, es cemento portland hidrulico, el cual tiene propiedades tanto adhesivas como cohesivas, que le dan capacidad de aglutinar los agregados o ridos, para conformar el concreto.

Agua: la razn de que los cementos sean hidrulicos, es que stos tienen las propiedades de fraguar y endurecer con el agua, en virtud de que experimentan una reaccin qumica con ella, de tal manera que el agua como materia dentro del concreto, es el elemento que hidrata las partculas de cemento y hacen que stas desarrollen sus propiedades aglutinantes. Al mezclarse el agua con el cemento, se produce la pasta, la cual puede ser ms o menos diluida, segn la cantidad de agua que se le agregue. Al endurecer la pasta, como consecuencia del fraguado, parte del agua queda fija (agua de hidratacin) en la estructura rgida de la pasta y el resto queda como agua evaporable. Esto hace que en una mezcla con mucho agua, la cantidad de agua libre sea grande y, por

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consiguiente, al endurecer el hormign, deja una estructura porosa en la pasta al evaporarse, lo cual trae como consecuencia, una resistencia muy baja a la compresin.

Aire: cuando el concreto se encuentra en proceso de mezclado, es normal que quede aire incluido dentro de la masa (aire naturalmente atrapado); el cual, posteriormente, es liberado por los procesos de compactacin a que es sometido el concreto, una vez ha sido colocado.

Agregados: como agregados para concreto, pueden tomarse en consideracin todos aquellos materiales que, poseyendo una resistencia propia suficiente (resistencia del grano), no perturban ni afectan el proceso de endurecimiento del cemento hidrulico, es decir, que son inertes y garantizan una adherencia suficiente con la pasta de cemento endurecida.

Aditivos: desde mediados del presente siglo, se ha desarrollado toda una tecnologa sobre la utilizacin de los aditivos, que son materiales distintos del agua, los agregados y el cemento hidrulico que se utilizan como ingredientes en concretos y morteros y se aaden a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado.

Funciones de la pasta de cemento

La pasta cumple las siguientes funciones:

Sirve de lubricante a las partculas que constituyen el agregado, facilitando el deslizamiento de unas sobre otras, lo cual le comunica la fluidez caracterstica de las mezclas frescas.

En estado slido obtura los espacios comprendidos entre partcula y partcula, dndole al conjunto su condicin de material impermeable.

En estado slido contribuye, en unin del agregado, a suministrar la resistencia mecnica, la cual lo convierte en un material apto para fines estructurales.

Funciones del agregado

El agregado cumple las siguientes funciones:

Acta como material de relleno, haciendo que el costo de la mezcla disminuya al aumentar su cuanta.

En combinacin con la pasta fraguada, proporciona la resistencia mecnica caracterstica a la compresin.

Controla los cambios volumtricos que normalmente tienen lugar durante el fraguado del cemento, los cuales se producen por las variaciones en el contenido de humedad del concreto.

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Funciones de los aditivos

En trminos de su funcin, stos pueden ser reductores de agua, retardantes o acelerantes. Hay algunos otros, como los inclusores de aire, las puzolanas, los colorantes, etc. Pueden ser utilizados para modificar las propiedades del concreto, de manera que lo hagan ms adecuado para las condiciones de trabajo. Tambin pueden ser usados por razones de orden econmico, ya que permite, en algunos casos, reducir los costos de fabricacin.

CONCEPTOS BSICOS

Las propiedades del concreto y del mortero, se estudian con la finalidad de determinar el diseo de la mezcla, el cual se define como el proceso para seleccionar los ingredientes adecuados y determinar sus cantidades relativas, con el objeto de producir, tan econmicamente como sea posible, un concreto o un mortero con un mnimo de ciertas propiedades. De tal manera que los factores bsicos en el diseo de una mezcla de concreto o de mortero son los siguientes:

Economa. Facilidad de colocacin y consolidacin. Velocidad del fraguado. Resistencia. Durabilidad. Impermeabilidad. Peso unitario. Estabilidad de volumen. Apariencia adecuada.

Estos factores o caractersticas requeridas, estn determinadas por el uso al que estar destinado el concreto y por las condiciones esperadas en el momento de su colocacin.

CLASIFICACIN GENERAL DEL CONCRETO

El concreto se ha clasificado segn su resistencia a la compresin y segn su peso unitario. Estas clasificaciones son las siguientes:

Clasificacin segn su resistencia a la compresin

Desde el punto de vista de su resistencia a la compresin, el concreto se puede clasificar como se muestra en la siguiente tabla:

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RESISTENCIA A LA COMPRESIN kg/cm psi descripcin 70 350 1.000 5.000 normal 420 1.000 6.000 14.000 alta resistencia

ms de 1.000 ms de 14.000 ultra alta resistencia

Clasificacin segn su peso unitario

En la siguiente tabla se muestra la clasificacin del concreto, desde el punto de vista de su peso unitario:

PESO UNITARIO Aprx. kg/m descripcin 500 2.000 concreto ligero 2.100 2.500 concreto normal 2.500 5.600 concreto pesado

Hoy en da, se pueden considerar tres tipos bsicos de concreto ligero: concreto sin finos (sin arena), concreto con agregado de peso ligero (agregados naturales o artificiales) y concreto celular (con aditivos espumantes). El concreto pesado se obtiene mediante el uso de agregados pesados, tales como mineral de hierro, barita, limonita o magnetita, entre otros.

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AUTOEVALUACIN DE LA SECCIN A

1. Enumere las funciones que cumple el agregado.

2. Enumere los factores bsicos que se tienen en cuenta para el diseo de una mezcla de concreto.

3. Un concreto ligero es un concreto sin __________________.

4. En combinacin con la pasta fraguada, el agregado proporciona________________ _______________________ caracterstica a la compresin.

5. Los aditivos son usados para______________________________________________ _________________________________________________

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RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIN DE LA SECCIN A

1. Acta como material de relleno, haciendo que el costo de la mezcla disminuya al

aumentar su cuanta. En combinacin con la pasta fraguada, proporciona la resistencia mecnica

caracterstica a la compresin. Controla los cambios volumtricos que normalmente tienen lugar durante el fraguado

del cemento, los cuales se producen por las variaciones en el contenido de humedad del concreto.

2. Economa. Facilidad de colocacin y consolidacin. Velocidad del fraguado. Resistencia. Durabilidad. Impermeabilidad. Peso unitario. Estabilidad de volumen. Apariencia adecuada.

3. Concreto sin finos (sin arena).

4. Resistencia mecnica.

5. Reducir, en algunos casos, los costos de fabricacin y modificar las propiedades del concreto.

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SECCIN B

CEMENTO PORTLAND

DEFINICIN

Producto obtenido al pulverizar el clinker, el cual resulta de la calcinacin hasta una fusin incipiente de una mezcla, debidamente dosificada de materiales calcreos y arcillosos, con adicin de yeso. Este cemento tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, ya que con ella experimenta una reaccin qumica. Este proceso se llama hidratacin. Por lo cual, son tambin llamados cementos hidrulicos.

TIPOS DE CEMENTO

a- Cemento portland: este tipo es el nico que se produce hoy da en las fbricas colombianas.

b- Cemento de alto horno: es una mezcla de clinker y escorias de altos hornos con determinadas caractersticas que se muelen hasta convertirse en cemento. Este tipo de cemento resiste ms a influencias agresivas.

c- Cemento aluminoso: fabricado de sustancias con alto contenido de almina que se funde en hornos elctricos (2.000 C) y despus del enfriamiento, se muelen hasta convertirse en polvo. Con este cemento se alcanza en las 24 horas una resistencia que el cemento corriente suele dar a los 28 das.

d- Cemento blanco: prcticamente no contiene xidos de hierro. Las dems caractersticas son similares a las del cemento portlad corriente.

FABRICACION DEL CEMENTO PORTLAND

a- Materias primas: las materias primas para la fabricacin del cemento son:

Caliza en un 65% (CaO). Arcilla en un 30% (SiO2, Al2O3). Pirita en un 5% (Fe2O3).

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b- Molido: se muelen estas materias primas en forma separada, bajo adicin de agua en grandes cilindros metlicos que giran y que contienen bolas de acero que pulverizan los materiales. La papilla que sale de estos molinos se guarda en forma aislada en tanques redondos.

c- Mezclado de la papilla: a continuacin se mezcla la papilla de las diferentes materias primas en la proporcin debida y se almacena en tanques cilndricos, en los cuales se mueve la papilla por medio de redes giratorias y utilizando aire a presin para mantener la homogeneidad. Esta papilla contiene ms o menos 35% de agua.

d- Quemado: el paso siguiente es calefaccin y quemado de la papilla hasta una temperatura de 1.350 C. Este proceso tiene lugar en un horno cilndrico giratorio con una longitud de ms o menos 150 metros y un dimetro de aproximadamente 4 metros. Este horno ha sido colocado con una pequea inclinacin. En su extremo superior se introduce la papilla. Muy lentamente la papilla baja al extremo inferior donde se sopla carbn en polvo (o gas o combustible lquido) y tambin aire calentado, y donde reina la tempera mxima. Mientras tanto, la papilla ha perdido el agua contenida y el cido carbnico para convertirse en granos pequeos que se queman hasta un principio de fusin. Estos granos se llaman el clinker del cemento.

e- Molido del clinker: se enfra el clinker con aire para almacenarlo despus. Con una adicin de ms o menos 5% de yeso crudo (para regular el proceso de fraguado), se muele el clinker hasta convertirlo en polvo fino. Para este fin se utilizan cilindros metlicos interiormente provistos de bolas de acero, que al girar pulverizan el clinker hasta convertirlo en cemento.

f- Empaque: se empaca el cemento en sacos de papel slido, en los cuales se indica el nombre de fbrica, tipo de cemento y el peso del contenido y, adems, la calidad. El cemento a granel es el cemento sin empaque, que puede almacenarse en grandes depsitos cilndricos (silos) y transportar en camiones, buques o vagonetas especiales, directamente a la obra de ejecucin.

En la figura siguiente se muestran los pasos que se siguen en la fabricacin del cemento, por va hmeda y seca.

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FABRICACIN DEL CEMENTO

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COMPOSICIN QUMICA

La composicin qumica de los minerales se expresa normalmente en trminos de xidos, tales como SiO2, CaO y Al2O3. Esto es una convencin y por ningn motivo implica que los minerales en realidad estn formados enteramente, o an principalmente de estos xidos. Como ejemplo de este acuerdo, la composicin de un cemento portland tpico quedara expresada entonces por:

CaO (xido clcico) 64,1% MgO (xido de magnesio) 0,8% Al2O3 (xido de aluminio) 4,5% Fe2O3 (xido frrico) 3,1% SiO2 (xido de silicio) 22,9% K2O (xido de potasio) 0,6% Na2O (xido de sodio) 0,5%

SO3 (trixido de azufre) 2,4% Otros materiales 1,1%

Los compuestos reales presentes en el cemento, pueden calcularse a base de este anlisis y tendran la siguiente composicin:

3CaO SiO2 (silicato triclcico) 42% 2CaO SiO2 (silicato diclcico) 34% 4CaO Al2O3 Fe2O3 (aluminio ferritatetraclcico) 9,5% 3CaO Al2O3 (aluminato triclcico) 6,7% Otros compuestos 7,8%

PROPIEDADES FSICAS Y MECNICAS

Las propiedades fsicas del cemento portland permiten conocer su bondad como material cementante. Estas propiedades dependen del estado en el cual se encuentre y son medidas a travs de ensayos que se pueden clasificar en ensayos sobre el cemento puro, sobre la pasta, sobre el mortero y finalmente sobre el concreto, los cuales determinan las caractersticas fsicas y mecnicas del cemento antes de ser utilizado. Ellos son:

ENSAYOS SOBRE EL CEMENTO PURO

Sobre el cemento puro se hacen dos ensayos principalmente: peso especfico y finura.

Peso especfico (densidad): es la relacin entre la masa del cemento y su volumen absoluto. El peso especfico del cemento se determina, generalmente, con el frasco de Le Chatelier. Este frasco permite determinar el volumen correspondiente a un cierto peso de cemento, por el desplazamiento de un lquido colocado dentro del frasco.

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El lquido empleado es el petrleo, ya que no es posible emplear agua, pues el cemento iniciara su reaccin de fraguado.

El peso especfico del cemento vara entre lmites estrechos, siendo su valor de 3,14 a 3,15 g/cm. En realidad, el peso especfico del cemento no indica directamente la calidad del mismo, pero a partir de l, se puede deducir otras caractersticas cuando se analiza en conjunto con otras propiedades. Por ejemplo, una baja densidad y una alta finura, indican que el cemento contiene adiciones cuando no se dispone de un anlisis qumico. (Norma Icontec 221).

Densidad = Peso del cemento, gr = Peso del cemento, gr Lf Li Volumen desplazado, cm

A continuacin se muestra una figura del aparato de Le Chatelier y se anexan dos hojas, una donde se consignan los datos del laboratorio y otra con su respectivo ejemplo.

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QUINTA DIVISIN DECIMAQUINTA BRIGADA ESCUELA DE INGENIEROS

Muestra ______________ Fecha recibido ____________

Ref. envo ____________ Obra ____________________

Remitente ____________ Sector ___________________

Finalidad del ensayo __________ Fecha ensayo _____________

DENSIDAD DEL CEMENTO PORTLAND APARATO DE LE CHATELIER

Cemento tipo ____________ Marca _______________

MUESTRA 1 2Lectura inicial del frasco, en mlTemperatura inicial del kerosene, CLectura final del frasco, en mlTemperatura final del kerosene, CPeso del cemento usado, aprox. 64 grVolumen desalojado, en mlDensidad calculada en gr/cmAprox. encontrada en la verificacin

DATOS DEL ENSAYO

Observaciones ________________________________________________________________________

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Laboratorista

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CENTRO DE EDUCACIN MILITAR ESCUELA DE INGENIEROS


Ref. envo ____________ Obra ____________________



DENSIDAD DEL CEMENTO PORTLAND APARATO DE LE CHATELIER

Cemento tipo __I_________ Marca _SAMPER_______

MUESTRA 1 2Lectura inicial del frasco, en ml 0,5 0,8Temperatura inicial del kerosene, C 20,5 20,5Lectura final del frasco, en ml 20 21,4Temperatura final del kerosene, C 23,4 23,4Peso del cemento usado, aprox. 64 gr 63,58 64,24Volumen desalojado, en ml 20,5 20,6Densidad calculada en gr/cm 3,102 3,112Aprox. encontrada en la verificacin 0,01 0,01

DATOS DEL ENSAYO

Observaciones ________________________________________________________________________

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Laboratorista

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Superficie especfica (finura): la finura del cemento es una caracterstica muy importante, porque la hidratacin de los granos que lo componen es muy lenta y depende, naturalmente, del dimetro del grano. Se estima que la velocidad de hidratacin es del orden de 3,5 micras en 28 das, lo cual significa que la parte central de los granos relativamente gruesos, pueden durar varios aos en hidratarse, e inclusive no llegar jams a hidratarse totalmente. Es claro que en estas circunstancias, cuanto ms fino sea el cemento, mayor ser la cantidad que se hidrata, ya que la superficie total expuesta al agua es mucho mayor. De acuerdo con lo anterior, se puede observar que la finura es una propiedad vital del cemento, que tiene que someterse a un control cuidadoso. La medida de la finura, hoy en da, se expresa por el rea superficial de las partculas contenidas en un grano del material, lo cual se denomina superficie especfica, y se mide en cm/gr; la superficie especfica del cemento est comprendida entre 2.600 y 4.500 cm/gr.

La finura puede medirse por mtodos directos o por mtodos indirectos. Dentro de los primeros, estn los procedimientos de tamizado que se utilizaban en el pasado y an hoy en da se usan pero con menor frecuencia. Procedimientos que se encuentran descritos en las Normas Icontec 226 294.

Dentro de los mtodos indirectos, est el procedimiento del tubidmetro del Wagner, que fue desarrollado en los Estados Unidos y que se encuentra en la Norma Icontec 597. Un procedimiento ms reciente y ms ampliamente utilizado, es el mtodo del permeabilmetro de Blaine, que se encuentra en la Norma Icontec 33.

A continuacin se muestra una figura del aparato de Blaine y se anexan dos hojas, una donde se consignan los datos del laboratorio y otra con su respectivo ejemplo.

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Muestra ______________ Fecha recibido ____________ Ref. envo ____________ Obra ____________________ Remitente ____________ Sector ___________________ Finalidad del ensayo __________ Fecha ensayo _____________

FINURA DEL CEMENTO PORTLAND APARATO DE BLAINE


Tiempo en sgVolumen en cm Temperatura en CPeso en gr Superficie especfica en cm/s

DATOS DE CALIBRACIN DEL APARATO

Muestra 1 2Peso usado aprox. 2.8 grTemperatura ambiente, CTiempo en sgSuperficie especfica cm/sg

DATOS DEL ENSAYO

Observaciones ________________________________________________________________________

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Laboratorista

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND APARATO DE BLAINE

Cemento tipo __I____ Marca _SAMPER________

Tiempo en sg 114Volumen en cm 1,8507 Temperatura en C 21,8Peso en gr 2,915 Superficie especfica en cm/s 3400

DATOS DE CALIBRACIN DEL APARATO

Muestra 1 2Peso usado aprox. 2.8 gr 2,734 2,734Temperatura ambiente, C 24,7 24,7Tiempo en sg 49,3 49,2Superficie especfica cm/sg 3505 3505

DATOS DEL ENSAYO

Observaciones ________________________________________________________________________

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Laboratorista

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ENSAYOS QUE SE HACEN SOBRE LA PASTA

Al conjunto de agua y cemento se le denomina pasta y sirve para darle plasticidad y manejabilidad al concreto. Dentro de la pasta y, en general, dentro del concreto, un parmetro de mucha importancia es la proporcin de agua y cemento necesaria para formar la pasta; esta proporcin se denomina relacin agua-cemento (A/C) y se determina en el ensayo para obtener pasta de consistencia normal. Los ensayos que se hacen sobre la pasta son los siguientes: determinacin del agua para pasta normal, expansin al autoclave, fraguado y calor de hidratacin.

Agua para pasta normal: el agua para pasta normal debe determinarse para hacer la expansin al autoclave y para el fraguado la cantidad de agua que se le agrega al cemento, le comunica una determinada fluidez, la cual aumenta al incrementar el contenido de agua. Existe una determinada fluidez para la cual debe agregarse cierta cantidad de agua, que se trata de determinar en este ensayo descrito en la Norma Icontec 110.

Expansin al autoclave: la firmeza es la cualidad que una pasta de cemento endurecida tiene al conservar su volumen despus de haber fraguado. La falta de firmeza o dilatacin destructiva, la producen las cantidades excesivas de magnesio y cal libre muy quemada. Este ensayo se practica para determinar si el contenido de xido de calcio y magnesio es tal, que puede ser peligroso para la estabilidad de las mezclas que se hagan con un determinado cemento. Ordinariamente, la cal libre no presenta mucho peligro; puesto que su hidratacin es rpida y con un corto tiempo de reposo del cemento se logra hidratarla en tal grado que deje de ser peligrosa. No ocurre lo mismo con el xido de magnesio, ya que su hidratacin es muy lenta a temperatura ordinaria. El ensayo consiste en someter a hidratacin acelerada a una muestra del cemento fraguado, lo cual se logra sometiendo unas barras de 1 x 1 x 10, hechas de pasta, a la accin del vapor de agua a 295 lb/plg, la cual corresponde a una temperatura de 216 C, durante un perodo de 3 horas; antes y despus del ensayo, la longitud de las barras se mide con un comparador, y el aumento expresado en porcentaje de la longitud inicial, se denomina expansin al autoclave. Este ensayo se encuentra descrito en la Norma Icontec 107.

Fraguado: cuando un aglomerante hidrulico se mezcla con agua para obtener una pasta de consistencia normal, aparecen sucesivamente dos fenmenos distintos:

a- Un aumento relativamente brusco de la viscosidad, acompaado de una elevacin de temperatura de la pasta; es el comienzo del fraguado, o fraguado inicial.

b- Una transformacin progresiva de la pasta en un bloque rgido; es el comienzo del endurecimiento o fraguado final.

La determinacin del fraguado no corresponde, en ningn mtodo de ensayo, a un fenmeno particular; el concepto es totalmente convencional y es, adems, impreciso, teniendo en cuenta que el tiempo durante el cual la mezcla permanece plstica, generalmente depende ms de la temperatura y del contenido de agua en la pasta, que del tiempo de fraguado del cemento.

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El ensayo del fraguado se hace por dos procedimientos generales: el mtodo de Vicat y el mtodo de Gillmore.

Mtodo de Vicat: el ensayo de fraguado por el mtodo de Vicat, consiste en medir la penetracin producida por el aparato de Vicat a diferentes tiempos. Cuando la penetracin de la aguja de 1 mm de dimetro es de 25 mm, se considera que se ha presentado el fraguado inicial. Con el aparato de Vicat, el fraguado inicial debe ser a los 45 min como mnimo y no fija lmites sobre el fraguado final. Norma Icontec 118.

A continuacin se muestra una figura del aparato de Vicat y se anexan dos hojas, una donde se consignan los datos del laboratorio y otra con su respectivo ejemplo.

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Ref. envo ____________ Obra ____________________



CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO PORTLAND APARATO DE VICAT


Pruebas 1 2 3 4Temperatura ambiente, CPeso del cemento usado, grVolumen del agua, cmLectura inicial en la escala, mmLectura final en la escala, mmPenetracin de la sonda, mmRelacin agua-cemento en %

DATOS DEL ENSAYO

Observaciones ________________________________________________________________________

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Laboratorista

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Ref. envo ____________ Obra ____________________



CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO PORTLAND APARATO DE VICAT

Cemento tipo _____I_______ Marca __SAMPER________

Pruebas 1 2 3 4Temperatura ambiente, C 21 21 21 21Peso del cemento usado, gr 500 500 500 500Volumen del agua, cm 100 200 150 125Lectura inicial en la escala, mm 0 1,2 1,5 2,4Lectura final en la escala, mm 5,5 18,8 13,7 12,4Penetracin de la sonda, mm 5,5 17,6 12,2 10Relacin agua-cemento en % 20 40 30 25

DATOS DEL ENSAYO

Observaciones ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

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Laboratorista

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TIEMPO DE FRAGUADO INICIAL Y FINAL DEL CEMENTO PORTLAND

APARATO DE VICAT

Cemento tipo ______ Marca _________

Temperatura ambiente, CTemperatura del agua utilizada,CPeso del cemento, grRelacin agua-cemento utilizadaVolumen del agua usada, cm

DATOS DEL ENSAYO

Pruebas lec. inicial lec. final diferencia1 a los 90 minutos

2 a los 120 minutos3 a los 150 minutos4 a los 180 minutos5 a los 210 minutos6 a los 240 minutos

Observaciones ________________________________________________________________________

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Laboratorista

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TIEMPO DE FRAGUADO INICIAL Y FINAL DEL CEMENTO PORTLAND

APARATO DE VICAT

Cemento tipo ___I___ Marca __SAMPER_______

Temperatura ambiente, C 18Temperatura del agua utilizada,C 17Peso del cemento, gr 500Relacin agua-cemento utilizada 0,25Volumen del agua usada, cm 125

DATOS DEL ENSAYO

Pruebas lec. inicial lec. final diferencia1 a los 90 minutos 0 44,5 44,5

2 a los 120 minutos 0 36,3 36,33 a los 150 minutos 0,4 30,8 30,44 a los 180 minutos 0,8 21,2 20,45 a los 210 minutos6 a los 240 minutos

Observaciones ________________________________________________________________________

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Laboratorista

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Mtodo de Gillmore: se considera que se ha presentado el fraguado inicial, cuando al aplicar la aguja de 1/12 de pulgada de dimetro y de libra de peso, slo deja una ligera huella sobre la pasta. Se considera que se ha presentado el fraguado final, cuando al aplicar sobre la superficie de la pasta la aguja de 1/24 de pulgada de dimetro y 1 libra de peso, slo deja una ligera huella. Con el aparato de Gillmore, el fraguado inicial debe ser a los 60 min como mnimo y el fraguado final, a las 10 horas como mximo. Norma Icontec 109.

Los factores que mayor influencia se tienen sobre los tiempos de fraguado, son los siguientes:

La composicin qumica del cemento.

La finura del cemento, ya que mientras ms finos sean los granos, mayor es la velocidad de hidratacin.

Mientras mayor sea la cantidad de agua de amasado, dentro de ciertos lmites, ms rpido es el fraguado.

A menor temperatura ambiente ms lentamente ocurren las reacciones de hidratacin, a temperaturas por debajo de (-1 C), el cemento no fragua.

A mayor temperatura ambiente, ms rpidamente ocurren las reacciones de hidratacin, pero sobre los 32 C, se puede observar un efecto inverso.

A continuacin se muestra una figura del aparato de Gillmore y se anexan dos hojas, una donde se consignan los datos del laboratorio y otra con su respectivo ejemplo.

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Ref. envo ____________ Obra ____________________



FRAGUADO INICIAL Y FINAL DEL CEMENTO PORTLAND APARATO DE GILLMORE

Cemento tipo ______ Marca _________

Temperatura ambiente, CTemperatura del agua utilizada,CPeso del cemento, grRelacin agua-cemento utilizadaVolumen del agua usada, cm

DATOS DEL ENSAYO

Observaciones ________________________________________________________________________

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Laboratorista

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Ref. envo ____________ Obra ____________________



FRAGUADO INICIAL Y FINAL DEL CEMENTO PORTLAND APARATO DE GILLMORE

Cemento tipo __I____ Marca _Samper___

Temperatura ambiente, C 18Temperatura del agua utilizada,C 17Peso del cemento, gr 500Relacin agua-cemento utilizada 0,25Volumen del agua usada, cm 125

DATOS DEL ENSAYO

Observaciones El fraguado inicial se obtuvo a las 3 horas y 55 min, y el final a las 6 horas y 40 min. ____

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Laboratorista

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Calor de hidratacin: el calor de hidratacin es el generado cuando reaccionan el cemento y el agua. La cantidad de calor generado depende, principalmente, de la composicin qumica del cemento; a la tasa de generacin de calor la afecta la finura y temperatura de curado, as como la composicin qumica. En algunas estructuras, como aquellas de gran masa, la rapidez y la cantidad de calor generado son importantes. Si no se disipa este calor rpidamente, puede ocurrir una importante elevacin de temperatura en el concreto. En las estructuras de gran masa, puede resultar inconveniente una elevacin de temperatura, porque puede estar acompaada de dilatacin trmica. El enfriamiento posterior del concreto endurecido a la temperatura ambiente, puede crear esfuerzos perjudiciales. Por otra parte, la elevacin de la temperatura en el concreto producida por el calor de hidratacin es, con frecuencia, benfica en tiempo fro, ya que ayuda a mantener a temperaturas de curado favorables. La cantidad aproximada de calor generado durante los primeros siete das, para el cemento tipo I, o normal, se considera de un 100%. Norma Icontec 117.

ENSAYOS SOBRE EL MORTERO

La resistencia mecnica de los cementos es raramente medida sobre la pasta pura. Con frecuencia se utilizan mezclas en proporciones bien definidas de arena, cemento y agua, llamadas morteros. Los ensayos as realizados proporcionan una buena clasificacin de los cementos, asegurando una mejor correlacin con los resultados del hormign. Adems, son muy dispersos que los obtenidos con la pasta pura.

Sobre el mortero se practican dos ensayos principales: ensayo de tensin y ensayo de compresin.

Ensayo de tensin: el ensayo de tensin se hace empleando un mortero que tenga una parte de cemento por tres de arena. La granulometra de la arena debe ser tal, que pase tamiz No. 20 y sea retenida en tamiz No. 30. La cantidad de agua que se utiliza en la mezcla depende del agua para pasta normal. El mortero se coloca en moldes especiales que permiten someterlo a tensin. Normalmente, se hacen 9 briquetas, de las cuales, 3 se ensayan a 3 das, 3 se ensayan a 7 das y 3 se ensayan a 28 das. Durante las primeras 24 horas los moldes con el mortero se mantienen en cmara hmeda y el resto del tiempo las briquetas sueltas se colocan en agua. Norma Icontec 119.

Ensayo de compresin: en este ensayo se emplea un mortero hecho con una parte de cemento y 2,75 partes de arena. La cantidad de agua se determina midiendo la fluidez del mortero. Este ensayo se hace por medio de un dispositivo que permite someter el mortero a impactos. El mortero se coloca en un molde tronco-cnico y se mide el aumento del dimetro de la base despus de 25 impactos. Se considera que el mortero es normal cuando el aumento de dimetro est comprendido entre el 100% y el 115%. Norma Icontec 220-111.

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CLASIFICACIN DEL CEMENTO PORTLAND

Al cambiar su composicin qumica y sus propiedades fsico-mecnicas, se pueden obtener caractersticas diferentes cuando se hidrata, dando lugar a diferentes tipos de cemento.

- Cemento Portland Tipo 1. Es el destinado a obras de hormign, en general; al que no se le exigen propiedades

especiales.

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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO

Ante todo, debe evitarse que el cemento sufra la influencia del agua o vapor durante el almacenamiento:

a- Cemento a granel debe guardarse en tanques slidos, hermticamente cerrados.

b- Cemento en sacos se almacenan en depsitos fuera de la influencia de agua y vapor, y bajo las siguientes condiciones:

1- Los sacos deben arrumarse sobre piso de madera 30 cm por encima del terreno. 2- La altura del arrume no debe ser mayor a 2 metros. 3- Entre los muros y el arrume debe guardarse un espacio de 50 cm. 4- Cemento recientemente llegado, no debe arrumarse por encima del cemento

antiguo; hay que consumir primero el cemento que tenga ms tiempo de almacenado. Ensayos han demostrado que el cemento almacenado por mucho tiempo en obra, disminuye en calidad. La resistencia del hormign resultante se reduce ms o menos as: Despus de 3 meses de almacenamiento en la obra 10% a 20%. Despus de 6 meses de 20% a 30%. Despus de 12 meses de 30% a 40%.

5- Cementos de diferentes tipos deben almacenarse en forma separada, para evitar confusiones.

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AUTOEVALUACIN DE LA SECCIN B

1. Sobre el cemento puro se realizan los ensayos de ___________________________.

2. Qu indican una baja densidad y una alta finura?

3. La medida de la finura se expresa por _______________________ de las partculas contenidas en ____________________ de material.

4. En el mtodo de Vicat, cuando la penetracin de la aguja es de 25 mm, se considera que se ha presentado _______________________.

5. Cite los porcentajes en que entran las principales materias primas en la fabricacin del cemento.

_________________________________.

_________________________________.

_________________________________.

6. Enumere las fases principales en la fabricacin de cemento.

7. Cmo se debe hacer el almacenamiento de cemento en sacos?

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RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIN DE LA SECCIN B

1. Peso especfico y finura.

2. Indican que el cemento contiene adiciones cuando no se cuenta con un anlisis qumico.

3. el rea superficial un gramo

4. el fraguado inicial.

5. Caliza en un 65% (CaO). Arcilla en un 30% (SiO2, Al2O3). Pirita en un 5% (Fe2O3).

6. Materias primas, molido, mezclado de la papilla, quemado, molido del clinker, empaque.

7. - Los sacos deben arrumarse sobre piso de madera 30 cm por encima del terreno. - La altura del arrume no debe ser mayor a 2 metros. - Entre los muros y el arrume debe guardarse un espacio de 50 cm. - Cemento recientemente llegado, no debe arrumarse por encima del cemento antiguo; hay que consumir primero el cemento que tenga ms tiempo de almacenado. Ensayos han demostrado que el cemento almacenado por mucho tiempo en obra, disminuye en calidad. La resistencia del hormign resultante se reduce ms o menos as:

Despus de 3 meses de almacenamiento en la obra 10% a 20%. Despus de 6 meses de 20% a 30%. Despus de 12 meses de 30% a 40%.

- Cementos de diferentes tipos deben almacenarse en forma separada, para evitar confusiones.

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SECCIN C

AGUA Y AGREGADOS

AGUA

DEFINICIN

Es aquel componente del concreto en virtud del cual, el cemento experimenta reacciones qumicas que le dan la propiedad de fraguar y endurecer para formar un slido nico con los agregados. Para ellos se clasifica en agua de mezclado y agua de curado.

AGUA DE MEZCLADO

Est definida como la cantidad de agua por volumen unitario de concreto que requiere el cemento, contenido en ese volumen unitario, para producir una pasta eficientemente hidratada, con una fluidez tal que permita una lubricacin adecuada de los agregados cuando la mezcla se encuentra en estado plstico. En una porcin de pasta hidratada, el agua se encuentra en dos formas bsicas a saber: agua de hidratacin y agua evaporable. El agua de hidratacin es aquella parte del agua original de mezclado que reacciona qumicamente con el cemento, para pasar a formar parte de la fase slida del gel. El agua restante que existe en la pasta, es agua que puede evaporarse a 0% de humedad relativa del ambiente y 110 C de temperatura.

La fluidez de la pasta depende de la cantidad de agua de mezclado. Si se aumenta esta cantidad sin modificar el contenido de cemento, la parte de agua de hidratacin del cemento permanece constante, incrementndose as la parte de agua evaporable; cierta porcin de sta queda atrapada en el interior del concreto y al producirse la evaporacin se forma una serie de conductos capilares que se llenan de aire, generando concreto endurecido poroso, menos resistente y ms permeable. Por eso, la dosificacin del agua de mezclado debe hacerse con un control muy estricto.

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