informe final del laboratorio de materiales de construcciÒn

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓNPROYECTO DE INVESTIGACIÓN

EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CEMENTO CUANDO SE EMPLEAN CENIZAS COMO PORCENTAJE DEL CEMENTO

Por: ANDRÉS FERNANDO JERÉZ CORDERO (000201530) MARÍA ALEJANDRA JIMÉNEZ CÁRDENAS (000198874)

ALEJANDRO MARTINEZ PILONIETA (000196599) JULIÁN CAMILO MATEUS MELGAREJO (000201759)

JUAN DAVID NORIEGA TOUS (000220058) CARLOS ANDRÉS RINCÓN VILLALOBOS (000167151)

LUIS CARLOS SEQUERA CARREÑO (000199744) FREDY ARTURO SOTO ESQUIVEL (000179326)

SERGIO ANDRÉS TORRES (000198483)

Para: Ing. Guillermo Jiménez Benítez Ing. María Fernanda Serrano Guzmán

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA SECCIONAL BUCARAMANGAESCUELA DE INGENIERIAS Y ADMINISTRACION

FACULTAD DE INGENIERIA CIVILBUCARAMANGA

2013

CONTENIDOPág.

LISTA DE TABLAS...................................................................................................3

LISTA DE FIGURAS................................................................................................4

RESUMEN...............................................................................................................5

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................6

1.1 IMPORTANCIA DE CONOCER LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CEMENTO CUANDO SE EMPLEAN CENIZAS COMO PORCENTAJE DEL CEMENTO............................................................................................................7

1.2. ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN..............................................................7

1.3. OBJETIVO GENERAL...................................................................................7

1.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS..........................................................................7

2. MARCO DE REFERENCIA CONCEPTUAL........................................................8

2.1 GENERALIDADES DEL CEMENTO:..........................................................8

2.2 GENERALIDADES DE LA PASTA DE CEMENTO.....................................8

2.2.1 FUNCIONES DE LA PASTA................................................................9

2.2.2 PROPIEDADES DE LA PASTA............................................................9

2.3 AGREGADOS.............................................................................................9

2.3.1 AGREGADOS FINOS...........................................................................9

2.3.1.1 FUNCION DEL AGREGADO FINO...............................................9

2.3.1.2 CARACTERISTICAS DE UN BUEN AGREGADO FINO...............9

2.3.2 AGREGADOS GRUESO....................................................................10

2.3.2.1 FUNCION DEL AGREGADO GRUESO.......................................10

2.3.2.2 CARACTERISTICAS DE UN BUEN AGREGADO GRUESO......11

2.3.2.3 USOS PRINCIPALES DEL AGREGADO GRUESO EN LA CONSTRUCCIÓN........................................................................................11

2.3.2.4 EXTRACCIÓN DEL AGREGADO GRUESO...............................11

3. PRÁCTICAS DE LABORATORIO REALIZADAS PARA OBTENER DATOS EXPERIMENTALES DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CEMENTO.....11

3.1. PESO ESPECÍFICO DEL CEMENTO..........................................................11

1

3.2. CONSISTENCIA NORMAL..........................................................................12

3.3. TIEMPO DE FRAGUADO............................................................................12

3.4. GRANULOMETRÍA......................................................................................13

3.5. MASA UNITARIA DEL AGREGADO FINO..................................................13

3.6. PESO ESPECÍFICO Y ABSORCIÓN DE AGREGADOS FINOS.................14

4. PROCEDIMIENTO DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO REALIZADAS..14




4.4. GRANULOMETRÍA......................................................................................16



5. RESULTADOS OBTENIDOS DE CADA PRÁCTICA DE LABORATORIO........18






6. ANÁLISIS DE RESULTADOS............................................................................36

7. CONCLUSIONES...............................................................................................37

8. REFERENCIAS...............................................................................................38

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LISTA DE TABLAS Pág.

Tabla 1 Resultados del ensayo de peso específico del cemento...........................19Tabla 2. Datos de consistencia normal con 100% de cemento..............................19Tabla 3. Datos de consistencia normal con 90% de cemento-10% de ceniza.......20Tabla 4. Datos de consistencia normal con 80% de cemento-20% de ceniza......21Tabla 5. Datos de consistencia normal con 70% de cemento-10% de ceniza......21Tabla 6. Datos de consistencia normal con 60% de cemento-40% de ceniza......21Tabla 7. Datos de consistencia normal con 50% de cemento-50% de ceniza......22Tabla 8. Datos del tiempo de fraguado con 50% de cemento-50%ceniza............23Tabla 9. Datos del tiempo de fraguado con 60% de cemento-40%ceniza.............24Tabla 10. Datos del tiempo de fraguado con 100% de cemento............................25Tabla 11. Datos del tiempo de fraguado con 90% de cemento-10%ceniza...........26Tabla 12. Datos del tiempo de fraguado con 80% de cemento-20%ceniza..........26Tabla 13. Datos de tiempo de fraguado con 70%cemento-30% ceniza.................27Tabla 14 Primer ensayo de módulo de finura.........................................................30Tabla 15. Segundo ensayo de módulo de finura....................................................31Tabla 16. Tercer ensayo de módulo de finura........................................................32Tabla 17. Datos del ensayo de masa unitaria........................................................34Tabla 18. Datos iniciales del ensayo de peso específico y absorción de agregados finos........................................................................................................................35Tabla 19. Resultados de la práctica de peso específico y absorción de agregados finos........................................................................................................................35

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LISTA DE FIGURASPág.

Figura 1. Ensayo de peso específico del cemento.................................................19Figura 2. Gráfica de consistencia normal 100% cemento......................................20Figura 3. Gráfica de consistencia normal 90% cemento-10% ceniza....................20Figura 4. Gráfica de consistencia normal 80% cemento-20% ceniza....................21Figura 5. Gráfica de consistencia normal 60% cemento-40% ceniza....................22Figura 6. Grafica de consistencia normal 50% cemento-50% ceniza....................22Figura 7. Aparato de Vicat en el ensayo de consistencia normal...........................23Figura 8. Gráfica de tiempo de fraguado 50% cemento-50% ceniza.....................24Figura 9. Gráfica de tiempo de fraguado 60% cemento-40% ceniza.....................25Figura 10. Gráfica de tiempo de fraguado 70% cemento-30% ceniza...................27Figura 11. Espécimen para tiempo de fraguado de 50%cemento-50%ceniza.......28Figura 12. Especímenes hechos en el laboratorio para tiempo de fraguado.........28Figura 13 Aparato de Vicat en el ensayo de fraguado...........................................29Figura 14. Tamices utilizados en el ensayo de granulometría...............................30Figura 15. Gráfica de granulometría con el primer tamiz.......................................31Figura 16. Gráfica de granulometría con el segundo tamiz....................................32Figura 17. Gráfica de granulometría con el tercer tamiz........................................33Figura 18 Ensayo de masa de unitaria...................................................................33Figura 19 Molde de masa unitaria..........................................................................34Figura 20 Ensayo de masa unitaria, pesar el material...........................................35

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RESUMEN

La ceniza ha sido catalogada como residuo de varias actividades que se realizan a través del mundo. Es así como cada día se busca el aprovechamiento de la misma y en este caso en particular, buscamos su comportamiento con relación al cemento y si es posible aprovecharlo en el mejoramiento de las mezclas de morteros y concretos.

En materiales de construcción es imprescindible la práctica en el laboratorio pues nos permite tener una visión amplia con respecto a lo que la utilización de materiales en la obra se requiere, como es su comportamiento y así mismo darle el uso adecuado a cada uno. A través de los años alrededor del planeta, con la crisis ambiental por la que atravesamos, se ha buscado optimizar el uso de materiales sostenibles para generar menor impacto ambiental. Es así como en la Universidad se investiga actualmente a cerca de varios residuos que posiblemente podrían ser excelentes agregados para las mezclas y además aportarle propiedades para un mejor aprovechamiento.

Palabras claves: ceniza, cemento, sostenibilidad

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INTRODUCCIÓN

Hoy en día uno de los materiales que se encuentran directamente relacionado con el desarrollo de la historia del hombre, es el cemento. Utilizado como uno de los ingredientes para la mezcla de concreto, mortero y pasta, es uno de los materiales más utilizados dentro de la industria de la construcción, por tanto, es de vital importancia para nosotros como ingenieros civiles conocer sus propiedades tanto físicas, como químicas, las materias primas que lo conforman, junto con la utilidad que se le puede dar al mismo.

Teniendo en cuenta las actividades para las cuales es necesario este elemento, es importante estudiar la posibilidad de optimizarlo para darle un uso exhaustivo al mismo. En esta investigación se busca experimentar el uso de ceniza volante como parte del cemento, explorar sus propiedades físicas en el laboratorio, sin dejar a un lado las propiedades de los agregados para poder llegar a hacer un diseño de mezcla óptimo.

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1.1IMPORTANCIA DE CONOCER LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CEMENTO CUANDO SE EMPLEAN CENIZAS COMO PORCENTAJE DEL CEMENTO

Para la realizar la construcción de obras civiles es necesario conocer las propiedades mecánicas de los materiales para tener el comportamiento de determinados elementos a futuro, y como las fuerzas externas e internas de una viga, columna, entre otros, puede llegar a deformarse y como este material reacciona a este suceso.

1.2. ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN

La investigación hecha en el laboratorio nos permite a través de los datos recolectados en cada práctica, sacar conclusiones de como la pasta de cemento se comporta con la ceniza, para su peso específico, su consistencia normal, el tiempo de fraguado y ya con agregados, el módulo de finura del agregado fino, su masa unitaria, el peso específico y la masa unitaria de la arena para el determinar el comportamiento de una mezcla de cemento y agua y un futuro comportamiento de un mortero.

1.3. OBJETIVO GENERALA partir de la práctica conocer las propiedades físico-mecánicas de la pasa de cemento con un porcentaje de ceniza, reemplazando el mismo porcentaje cemento.

1.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Conocer el tiempo de fraguado de una pasta de cemento, con diversos

contenidos de ceniza volante. A través del ensayo de granulometría conocer la relación entre el módulo

de finura de la arena y la mezcla de mortero que se requiere para determinado uso.

Familiarizarse con el uso de datos obtenidos en el laboratorio para obtener conclusiones acertadas con respecto a una investigación en curso.

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2. MARCO DE REFERENCIA CONCEPTUAL

2.1GENERALIDADES DEL CEMENTO:El cemento es una mezcla conglomerante formada a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente llevadas a un proceso de molienda, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominado concreto. Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil.

En 1905, Industrias e Inversiones Samper inauguró la primera planta cementera en nuestro país e inicio operaciones en 1909, la cual estaba ubicada en las cercanías de la capital de la república. En los 30 años siguientes incursionaron al mercado Cementos Diamante (Cundinamarca) y Cementos Argos (Antioquia). Posteriormente en los años 40 se fundaron fábricas en Valle del Cauca (Cementos del Valle), Santander (Cementos Diamante), Magdalena (Cementos Nare), y Costa Atlántica (Cementos Caribe). Posteriormente surgen Cementos el Cairo y Hércules (1955), Cementos Río Claro (1986), Cementos Andino (1998), Concrecem (2003), y la nueva planta Cementos Tequendama (2008). En la actualidad, existen tres claros jugadores en la industria, estos son tres grupos económicos de talla mundial, que han venido incursionando en el mercado por medio de la adquisición de las plantas anteriormente mencionadas. Estos son, CEMEX (el cual adquirió Cementos Diamante y Samper), Grupo ARGOS (su grupo consta de Cementos Argos, Cementos El Cairo, Cementos Caribe, Cementos Paz del Río, Cementos Nare, Cementos Rió claro, Tol cemento, Cementos Andino, Concrecem y Cementos del valle), y El Grupo HOLCIM (propietario de Cementos Boyacá).

En términos económicos la oferta abarca la parte productiva y operacional del mercado. En Colombia actualmente existen 5 empresas comercializadoras y productoras de cemento: Argos, CEMEX, Holcim, Cementos del Oriente, y Cementos Tequendama. Estas empresas localizadas cerca de los mercados plaza más representativos del país (Bogotá10, Antioquia, Valle del Cauca, y la Costa Atlántica). Por el poco número de empresas en el sector actualmente se considera un mercado concentrado, con un modelo de integración vertical, barreras a la entrada de jugadores, altas inversiones iniciales, y un producto poco diferenciado.

2.2GENERALIDADES DE LA PASTA DE CEMENTOLa pasta de cemento es la mezcla del cemento más agua, aquella parte del concreto endurecido.

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2.2.1 FUNCIONES DE LA PASTALa pasta tiene cuatro grandes funciones en el concreto:

a. Contribuir a dar las propiedades requeridas al producto endurecido. b. Separar las partículas de agregado. c. Llenar los vacíos entre las partículas de agregado y adherirse fuertemente a ellas. d. Proporcionar lubricación a la masa cuando ésta aún no ha endurecido.

2.2.2 PROPIEDADES DE LA PASTA Las propiedades de la pasta dependen de:

a. Las propiedades físicas y químicas del cemento. b. Las proporciones relativas de cemento y agua en la mezcla. c. El grado de hidratación del cemento, dado por la efectividad de la combinación química entre éste y el agua.

2.3AGREGADOSLos agregados finos y gruesos ocupan del 60% al 75% del volumen del concreto ya que estos influyen en las propiedades y en la economía del concreto. Los agregados se obtienen de minas naturales a cielo abierto y canteras de roca dura.

2.3.1 AGREGADOS FINOSEl agregado fino, se define como aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido en la malla N° 200, generalmente se encuentra en la arena natural y sus partículas son menores de 5mm.

2.3.1.1 FUNCION DEL AGREGADO FINO El agregado fino o arena se usa como llenante para reducir los espacios

vacíos para así tener un mejor rendimiento. La falta de arena o agregado fino muestra una desigualdad en la mezcla,

pero un exceso de arena demanda una mayor cantidad de agua para producir un asentamiento adecuado, por lo tanto necesita un mayor tiempo de fraguado.

2.3.1.2 CARACTERISTICAS DE UN BUEN AGREGADO FINO Un buen agregado fino debe ser bien graduado para que puedan llenar

todos los espacios vacíos y producir mezclas más compactas.

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El módulo de finura del agregado fino utilizado en la elaboración de mezclas de concreto, deberá estar entre 2,3 y 3,1 para evitar segregación del agregado grueso.

La arena no debe tener materia orgánica ya que puede afectar el fraguado de la mezcla, si llega a presentar esta se puede lavar.

El uso de agregado fino con partículas planas o alargadas deben mantenerse al mínimo o cuando no hay otra opción disponible.

Las partículas del agregado fino debe ser generalmente esférica o cúbica.

Los agregados finos tienen una variedad de usos, los principales son los siguientes:

Constituyente principal de la masa de concreto. En la producción de concreto, tales como baldosas para techo o tuberías de

concreto. Con cemento, para producir retazos de cemento para pisos y coberturas de

pared internas y externas. Con yeso de parís, para producir cal para enyesar paredes y techos; Para proveer una sección que pega en el pavimento de las carreteras,

mezclando con componentes bituminosos.

2.3.2 AGREGADOS GRUESO

Es aquel material inerte y árido cuyos granos son retenidos el 100% por la malla o tamiz # 4.y proviene de la desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava.

Los agregados gruesos deben cumplir con las siguientes especificaciones técnicas:

Deberá estar conformado por partículas limpias, de perfil preferentemente angular, duras, compactas, resistentes, y de textura preferentemente rugosa.

2.3.2.1 FUNCION DEL AGREGADO GRUESO

• Teniendo en cuenta que el concreto es una piedra artificial, el agregado grueso es el material primario en la elaboración del concreto. En consecuencia se debe usar la mayor cantidad posible y del tamaño mayor, teniendo en cuenta los requisitos de colocación y resistencia.Hasta para la resistencia de 250kgr/cm2 se debe usar el mayor tamaño posible del agregado grueso; para resistencias mayores investigaciones recientes han demostrado que el menor consumo de concreto para mayor resistencia dada (eficiencia), se obtiene con agregados de menor tamaño.

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2.3.2.2 CARACTERISTICAS DE UN BUEN AGREGADO GRUESO

Una buena graduación con tamaños intermedios, la falta de dos o más tamaños sucesivos puede producir problemas de segregación.

Un tamaño máximo adecuado a las condiciones de la estructura. Debe evitarse el uso de agregados planos o alargados, ya que produce

masas unitarias y baja resistencia, además tienden a colocase horizontalmente formándose bajo su superficie bolsas de agua cuando este sube a la superficie debido a la sedimentación de las partículas sólidas.

Una superficie rugosa, limpia y sin capa de arcilla. El agregado grueso debe tener una resistencia al desgaste en la máquina

de los ángeles que garanticen su dureza. Agregados con partículas esféricas y cubicas son los más convenientes

para el concreto, porque tienen mayor resistencia y es menor el consumo de concreto debido al mayor acomodo de las partículas, o sea mayor cantidad de material por unidad de volumen.

2.3.2.3 USOS PRINCIPALES DEL AGREGADO GRUESO EN LA CONSTRUCCIÓN Material subyacente para cimentos y pavimentos. Como ingrediente del concreto de cemento portland.

2.3.2.4 EXTRACCIÓN DEL AGREGADO GRUESOLos yacimientos de los agregados gruesos comúnmente son localizados en ríos, lagos, lechos marinos, cerros o lomas a partir de una exploración visual de las formaciones geológicas, y una vez localizados se realiza una explotación.

3. PRÁCTICAS DE LABORATORIO REALIZADAS PARA OBTENER DATOS EXPERIMENTALES DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CEMENTO

3.1. PESO ESPECÍFICO DEL CEMENTO

La densidad del cemento es la relación entre la masa dada y el volumen absoluto de la masa. En el cemento portland se encuentra entre 3,10 y 3,15 gr/cm³, cuando no hay adiciones diferentes al yeso. Si tiene otra adición diferente, el Clinker contenido es menor y por ende se puede afirmar que la densidad se encuentra en un rango entre 3,00 y 3,10 gr/cm³.

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La calidad del cemento no depende directamente del valor de la densidad, pero al analizarlo junto con otras propiedades. Su utilidad básica está directamente relacionada con el diseño, puesto que el peso del cemento es importante para un volumen unitario de concreto que generalmente es de 1m³. Y a partir del dato hallado en la experimentación podemos calcular el volumen que ocupa el cemento en la mezcla de concreto.

Existen muchos métodos para determinar la densidad del cemento entre los cuales se encuentran los de Chatelier, Schumann, Mann, Candlot, y el método del picnómetro. El utilizado en nuestro medio es el de Le Chatelier con el cuál se usa el principio de Arquímedes.

Densidad= PesoVolumen

3.2. CONSISTENCIA NORMAL

Es la cantidad de agua necesaria para que la pasta de cemento alcance una fluidez óptima y una plasticidad ideal. Se utiliza principalmente para determinar el tiempo de fraguado, la estabilidad de volumen, el calor de hidratación y la resistencia mecánica. Es un factor que no es índice de calidad del cemento.En el ensayo de laboratorio se utiliza un aparato conocido con el nombre de Aparato de Vicat, dicho aparato tiene la función de proporcionarnos la penetración lograda por una de sus agujas en cada una de las muestras utilizadas. Consiste en un soporte con un vástago móvil que pesa 300g, uno de sus extremos se llama sondeo, tiene 10 mm de diámetro y 50 mm de longitud y el otro una aguja de 1 mm de diámetro y 50 mm de longitud el vástago es reversible y se ajusta a través de un tornillo, tiene un índice ajustable que se mueve sobre una escala graduada en milímetros, rígidamente unida al soporte. El molde en el cual se coloca la pasta debe ser de forma tronco-cónica y su base mayor debe reposar sobre una placa de vidrio, el molde debe ser de material no absorbente que resista física y químicamente el ataque de la pasta de cemento.

3.3. TIEMPO DE FRAGUADO

Se define el tiempo que tarda la mezcla de cemento y agua de pasar de estado plástico a estado endurecido, cuando la pasta adquiere rigidez. Durante el

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periodo podemos hallar dos momentos, el primero es el fraguado inicial en el que tarda el cemento desde la adición de agua, pasando por un estado plástico hasta que la pasta pierde parte de su viscosidad y se genera un calor de hidratación. A los 25mm de penetración se puede afirmar que ya da el fraguado inicial. En este proceso hay variaciones de volumen. A continuación, la pasta pasa a ser indeformable con relación a cargas pequeñas, se vuelve rígida y llega a un máximo de temperatura, denominando este lapso como fraguado final. Partiendo de este tiempo, empieza el proceso de endurecimiento de la pasta. Se dice que se llega a este punto cuando al hacer el ensayo con el aparato de Vicat no hay penetración aunque deja una huella en la superficie del espécimen.

Es importante conocer el tiempo de fraguado, final e inicial, de una mezcla para conocer en una obra si debemos optimizar los procesos constructivos de la obra, como transportar la mezcla, el tiempo de fundición, entre otros; o si definitivamente deben hacer un cambio en la mezcla puesto que no es posible adaptar el medio a la condición de la misma. Entre mayor sea la finura del cemento, así mismo la velocidad de hidratación aumenta.

Hablamos de falso fraguado cuando hay una rigidez prematura de la pasta y se da por la cantidad de humedad que hay en el ambiente.

3.4. GRANULOMETRÍA

El objetivo de esta práctica es calcular el módulo de finura de una muestra de arena tipo tres con un peso de 1050 gr, utilizando diferentes tamaños de tamices (3/8, 4, 8, 16 , 30, 50, 100 ,200) .La muestra de arena tipo tres se pasó por los diferentes tamices, se calculó el peso retenido, el porcentaje retenido, el porcentaje retenido total y el porcentaje pasa total de con cada tipo de arena que quedo depositada en los diferentes tamices; al igual con la cantidad de material que paso por el tamiz 10 y el 30 para hallar su módulo de finura, utilizando la sumatoria del porcentaje total retenido descartando el del tamiz 200 dividido en 100.

3.5. MASA UNITARIA DEL AGREGADO FINO

El peso unitario del agregado se define como el peso de una muestra sobre el volumen, dado en Kg/m3. En campo si se tiene una figura regular, es fácil hallar

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su volumen y por geometría sacar el volumen del sueño. Pero si no se cuenta con una figura geométrica uniforme, se deben usar otros métodos, y con ayuda del desplazamiento del agua se puede llegar a calcular el volumen de la muestra (principio de Arquímedes).

3.6. PESO ESPECÍFICO Y ABSORCIÓN DE AGREGADOS FINOS

El peso específico es la relación entre la densidad del material y la densidad del agua. De acuerdo a la condición de humedad del agregado el peso específico se determina en condición seca o saturada con superficie seca (SSS). Esta información nos permite hacer una relación entre el peso de los agregados y el volumen que ocupa dentro de la mezcla. En los trabajos con hormigón, el término gravedad específica se refiere a la densidad de la partícula individual y no a la masa de agregado como un entero. La capacidad de absorción se determina encontrando el peso de un agregado bajo condición saturada (SSS) y en condición seca. La diferencia en pesos expresada como porciento del peso seco es la capacidad de absorción. Esta información se requiere para balancear las necesidades de agua en la mezcla de hormigón.

4. PROCEDIMIENTO DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO REALIZADAS4.1. PESO ESPECÍFICO DEL CEMENTO

I. Se pesa la cantidad necesaria de ceniza y cemento.

II. Colocamos el embudo de plástico en la parte superior del frasco volumétrico de Chatelier.

III. Agregamos a través del embudo el diesel hasta la medida 0mm.

IV. Mezclamos aparte en un platón la ceniza y el cemento, y cuando ya esté homogénea la agregamos al frasco de Chatelier con un embudo de vidrio.

V. Una vez ya esté mezclado tomamos el dato que marca en el frasco.

VI. Limpiamos cuidadosamente cada material.

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VII. Repetimos el procedimiento anterior para 50%cemento-50%ceniza, 60%cemento-40%ceniza, 70%cemento-30%ceniza, 80%cemento-20%ceniza, 90%cemento-10%ceniza y 100% cemento


Para la realización del ensayo, se tuvieron en cuenta las especificaciones de la NORMA NTC 110 Método para determinar la consistencia normal del Cemento Hidráulico o ASTM C – 187 Method of test for Normal Consistency of hydraulic cement.

I. Sobre una superficie no absorbente, se colocaron 500gr de cemento Portland en forma de cono, previamente pesados en la balanza, haciendo un orifico en su interior sobre el cual se vertió agua y se llenó el orifico con el cemento seco que lo rodea utilizando el palustre.

II. A continuación se mezcló con las manos, para darle a la pasta una forma esférica y pasarla 6 veces de mano a mano. Al finalizar, se llenó el molde por la parte inferior colocando sobre esta base la placa de vidrio, volteando todo el conjunto de tal manera que se niveló con palustre la pasta en la base menor.

III. El conjunto constituido por la placa, la pasta y el molde se llevó al aparato y se centra bajo el vástago, el cual se hace descender hasta que la sonda toque la superficie de la pasta y se fija en esta posición luego se lleva la escala al cero superior. Finalmente esta se deja caer durante 30 segundos.


I. Realizamos la mezcla de pasta de cemento, con una masa de 500g, y los porcentajes utilizados fueron 50% cemento 50% ceniza y de 40% ceniza-60% cemento, usando la cantidad de agua obtenida en el ensayo de consistencia normal para los mismos porcentajes.

II. Se utilizó el molde de laboratorio para poder hace uso del Aparato de Vicat.

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III. Cada 15 minutos se tomó el dato de penetración de la aguja de Vicat en la pasta, la cual esta calibrada para su funcionamiento con la fuerza de gravedad y tiene una marca máxima de 40mm, y cuando el valor es 0mm obtenemos el tiempo de fraguado final.

4.4. GRANULOMETRÍA

I. Tomamos muestras de agregado que se tiene a la mano.

II. Utilizamos los tamices 3/8, 4, 8, 16, 30, 50, 100, 200 y fondo.

III. Pesamos en una balanza la muestra y colocamos el peso inicial.

IV. Se coloca el material en los tamices y se mezcla por varios minutos.

V. Separamos los tamices uno a uno para ayudar al paso del material que falta al siguiente tamiz.

VI. Pesamos el material que se retiene en cada uno de los tamices y lo que va quedando de cada uno lo volvemos a reunir en un platón.

VII. Pesamos el material final reunido y observamos si la diferencia de peso inicial y peso final no es mucha, entre menor sea, mayor exactitud se obtiene en los resultados.


Para la realización de la práctica fue necesario tener en cuenta una serie de pasos que nos llevan a determinar los objetivos buscados.

Para la realización de masa unitaria suelta se tienen en cuenta estos pasos:

I. Se toma el recipiente vacío en el cual se va a verter la arena y se pesa registrando el dato.

II. Se llena el recipiente de arena hasta el desborde, luego con ayuda del pisón o la varilla de compactación se enraza y se procede a tomar el peso de la muestra.

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III. Finalmente, este procedimiento se realiza tres veces para tener un promedio

Para la realización de masa unitaria compacta se realizaron los siguientes pasos:

I. Se toma el mismo peso del molde anterior

II. Se llena el recipiente de arena hasta 1/3 de su altura

III. Se compacta con el pisón dándole 25 golpes alrededor de la superficie de la muestra

IV. El proceso anterior se realiza para cada nivel

V. Al final se retiran los excesos con ayuda de la varilla y se procese a calcular su peso

VI. Al igual que en la masa suelta, también se toman 3 valores

Al final del proceso se toman las medidas del recipiente utilizado y se calcula su volumen.


I. Se toma una muestra representativa de agregado fino la cual se sumerge durante 24 horas. Posteriormente se expande la muestra sobra la superficie de un recipiente que no sea absorbente. (Con el secador se le inyecta una corriente de aire hasta conseguir un secado uniforme y finalmente lograr que los granos del agregado estén sueltos. Luego se introduce la muestra en un molde cónico y se comprime 25 veces dejando caer el pistón desde una altura aproximada de 1cm.

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II. Posteriormente se nivela y se retira el molde, si se cae el agregado al quitar el molde es porque se ha alcanzado una condición saturada de superficie seca.1

III. Luego se llena el picnómetro con agua a temperatura ambiente y se anota el peso del frasco con agua.

IV. Después se vacía el picnómetro hasta la mitad y se toman 500gr de la muestra que cumplió con el procedimiento anterior y se introduce en el picnómetro agregándole más agua hasta el tope señalado.

V. Posteriormente se dan vueltas al frasco para eliminar cualquier burbuja que pudiese formarse y se pesa el frasco con el agregado y el agua.

VI. Finalmente se vacía el picnómetro y se pasa la muestra a un recipiente limpio y seco para dejarlo en el horno durante 24 horas a una temperatura de 110°C.

VII. Al día siguiente se debe pesar la muestra.

5. RESULTADOS OBTENIDOS DE CADA PRÁCTICA DE LABORATORIO5.1. PESO ESPECÍFICO DEL CEMENTO

%Cemento-%Ceniza

Cantidad cemento(gr)

Cantidad ceniza(gr)

Volumen Inicial (mL)

Volumen Final (mL)

Densidad (gr/mL)

100% cemento 64 0 0,5 22,364

22,3−0,5=2,94

90% cemento-10%ceniza

57,6 6,4 0,5 23,164

23.1−0.5=2.83

80%cemento-20%ceniza

51,2 12,8 0,1 22,964

22.9−0.1=2.80


44,8 19,2 0,0 22,96422.9

=2.79

1 Los 3 primeros procedimientos fueron previamente realizados por el auxiliar del laboratorio, puesto que el ensayo lo iniciamos a partir del punto IV.

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38,4 25,6 0,0 22,96423.0

=2.78


32 32 0,0 23,06423.1

=2.77

Tabla 1 Resultados del ensayo de peso específico del cemento

Figura 1. Ensayo de peso específico del cemento


100% CEMENTOVolumen de agua

(ml)Penetración

(mm)132 9135 19140 20150 21

Tabla 2. Datos de consistencia normal con 100% de cemento

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130 135 140 145 150 15505

10152025

9

19 20 21

Consistencia normal 100% cemento

Volumen de agua

Pen

etra

ció

n

Figura 2. Gráfica de consistencia normal 100% cemento

90% CEMENTO - 10% CENIZAvolumen de agua

(ml)penetración

(mm)130 7135 11

Tabla 3. Datos de consistencia normal con 90% de cemento-10% de ceniza

129 130 131 132 133 134 135 1360

5

10

15

7

11

Consistencia normal 90% cemento 10%ceniza

Volumen de agua

Pen

etra

ció

n

Figura 3. Gráfica de consistencia normal 90% cemento-10% ceniza

80% CEMENTO - 20% CENIZAvolumen de agua penetración

20

(ml) (mm)130 6135 5137 7138 10139 13140 20


128 130 132 134 136 138 140 1420

10

20

30

6 5 710

1320


Volumen de agua

Pen

etra

ció

n


70% cemento-30% ceniza

volumen de agua (ml)

penetración (mm)

134 9Tabla 5. Datos de consistencia normal con 70% de cemento-10% de ceniza

60% cemento- 40% cenizavolumen de agua

(ml)penetración

(mm)138 15132 9


21

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

50

100

150132

9


Volumen de agua

Pen

etra

ció

n


50% cemento- 50% cenizavolumen de agua

(ml)penetración

(mm)130 6136 23148 18


125 130 135 140 145 15005

10152025

6

2318


Volumen de agua

Pen

etra

ció

n

Figura 6. Grafica de consistencia normal 50% cemento-50% ceniza

22

Figura 7. Aparato de Vicat en el ensayo de consistencia normal


50% CEMENTO - 50% CENIZA

TIEMPO PENETRACIÒN (mm)02:22 p.m. 4002:37 p.m. 4002:52 p.m. 4003:07 p.m. 4003:22 p.m. 4003:37 p.m. 4003:52 p.m. 4004:07 p.m. 4004:22 p.m. 4004:37 p.m. 3904:52 p.m. 2605:07 p.m. 1105:22 p.m. 805:37 p.m. 105:52 p.m. 106:07 p.m. 0

Tabla 8. Datos del tiempo de fraguado con 50% de cemento-50%ceniza

23

0 50 100 150 200 250 30005

1015202530354045

Tiempo de fraguado 50%cemento-50%ceniza

Penetración (mm)

Figura 8. Gráfica de tiempo de fraguado 50% cemento-50% ceniza

60% CEMENTO - 40% CENIZATIEMPO PENETRACIÓN (mm)

02:31 p.m. 3502:46 p.m. 3503:01 p.m. 3503:16 p.m. 3503:31 p.m. 3503:46 p.m. 3304:01 p.m. 2904:16 p.m. 2704:31 p.m. 2304:46 p.m. 2205:01 p.m. 1505:16 p.m. 1205:31 p.m. 805:46 p.m. 606:01 p.m. 306:16 p.m. 206:31 p.m. 106:46 p.m. 0


24

0 50 100 150 200 250 3000

5

10

15

20

25

30

35

40

Tiempo de fraguado 60%cemento-40%ceniza

Penetración


100% CEMENTO

TIEMPO PENETRACIÓN (mm)

10:41 a.m. 40

11:11 a.m. 38

11:41 a.m. 37.512:11 p.m. 3712:41 p.m. 36.512:56 p.m. 3101:11 p.m. 2801:26 p.m. 2501:41 p.m. 23.501:56 p.m. 1802:11 p.m. 1102:26 p.m. 202:41 p.m. 1

02:56 p.m. 0Tabla 10. Datos del tiempo de fraguado con 100% de cemento

90% CEMENTO – 10% CENIZATIEMPO PENETRACIÓN (mm)

10:32 40

25

a.m.11:02 a.m.

40

11:32 a.m.

38

12:02 p.m.

29

12:32 p.m.

15.5

12:47 p.m.

14

1:02 p.m. 2.21:17 p.m. 1.51:32 p.m. 11:47 p.m. 0.52:02 p.m. 0.22:17 p.m. 0.12:32 p.m. 0.12:47 p.m. 0


80% CEMENTO- 20% CENIZA

TIEMPOPROFUNDIDAD AGUJA

(mm)10:48 a.m. 4011:18 a.m. 3311:48 a.m. 26.512:18 p.m. 2112:48 p.m. 20

1:03 p.m. 13.51:18 p.m. 2.51:33 p.m. 21:48 p.m. 0.62:03 p.m. 0.52:18 p.m. 0.32:33 p.m. 0.22:48 p.m. 0

26

Tabla 12. Datos del tiempo de fraguado con 80% de cemento-20%ceniza2

TIEMPO DE FRAGUADO70% CEMENTO-30% CENIZA

PENETRACIÓN (mm) HORA

40 3:0040 3:1539 3:3029 3:4528 4:0026 4:1524 4:3023 4:4523 5:0019 5:1515 5:3011 5:457 6:003 6:152 6:302 6:451 7:00

0 7:15

Tabla 13. Datos de tiempo de fraguado con 70%cemento-30% ceniza

2 Las tablas 10, 11 y 12 de los datos de tiempo de fraguado fueron tomadas del grupo MA21

27


Figura 11. Espécimen para tiempo de fraguado de 50%cemento-50%ceniza

28

Figura 12. Especímenes hechos en el laboratorio para tiempo de fraguado.

Figura 13 Aparato de Vicat en el ensayo de fraguado.

29

5.4. GRANULOMETRÍA

Figura 14. Tamices utilizados en el ensayo de granulometría

Tamiz (No.) Peso % Retenido % Retenido % Pasa total

30

Retenido (gr) Total100

3/8 12.4 0.2 0.2 99.84 62.4 5.9 6.1 93.98 245.4 23.4 29.5 70.516 129.8 12.4 41.9 58.130 156.8 14.9 56.8 43.250 179.2 17.1 73.9 26.1100 175.2 16.7 90.6 9.4200 72.8 6.9 97.5 2.5Fondo 26.0 2.5 100 0Total 1054,8 100

Tabla 14 Primer ensayo de módulo de finura

Módulo de finura= 0.2+6.1+29.5+41.9+56.8+73.9+90.6

100= 2.99

P1=1050 P2= 1024

Figura 15. Gráfica de granulometría con el primer tamiz.

Tamiz “Pasa 10” P1=691.8 P2=668.2

Tamiz (No.) Peso Retenido (gr)

% Retenido % Retenido Total

% Pasa total

10 10016 87.8 12.7 12.7 87.3

31

30 157 22.7 35.4 64.650 184.2 26.6 62 38100 172.2 24,9 86.9 13.1200 67 9.7 96.6 3.4Fondo 23.6 3.4 100 0Total 100

Tabla 15. Segundo ensayo de módulo de finura

Módulo de finura= 12.7+35.4+62+86.9

100= 1.97

Figura 16. Gráfica de granulometría con el segundo tamiz.

Tamiz “Pasa 30” P1=676.8 P2=655.2

Tamiz Peso Retenido

% Retenido % Retenido Total

% Pasa total

30 10050 358.8 53 53 47100 221.6 32.7 85.7 14.3200 74.8 11.1 96.8 3.2Fondo 21.6 3,2 100 0Total

32

Tabla 16. Tercer ensayo de módulo de finura

Módulo de finura= 53+85.7100

= 1.387

Figura 17. Gráfica de granulometría con el tercer tamiz


33

Figura 18. Ensayo de masa de unitaria

PUS (peso unitario suelto) = (Promedio demasaunitaria suelta)– (masadelmolde)

volumendelmolde

PUC (peso unitario compacto) = (Promedio demasaunitariacompacta) – (masadelmolde)

volumendelmolde

Finalmente se obtuvieron los siguientes datos:

Agregado Especímenes Masa suelta (gr)

Masa compacta (gr)

Fino 1 10934 11689Fino 2 10801 11679Fino 3 11166 11754

Tabla 17. Datos del ensayo de masa unitaria

Peso molde= 3085gr

34

18.5cm

Figura 19. Molde de masa unitaria

PUS = (10967) – (3085)

4999.73.1Kg1000 gr

.1003 cm3

1m3 = 1576.49 Kg/m3

PUC = (11707.33) – (3085)

4999.73.1Kg1000 gr

.1003cm3

1m3 = 1724.56 Kg/m3

Figura 20. Ensayo de masa unitaria, pesar el material.


Nombre Valor

Peso al aire de la muestra deseada (A) 494,8 g

Peso del picnómetro aforado lleno de agua (B) 638,8 g

Peso total del picnómetro aforado y con la muestra y lleno de agua (C)

946,2 g

Peso de la muestra saturada, con superficie seca (S)

500 g

35

18.6cm

Tabla 18. Datos iniciales del ensayo de peso específico y absorción de agregados finos.

Resultados Valor

Gravedad específica aparente (23/23°C) ¿A

B+A−C2,64 g/cm3

Gravedad específica bulk (SSS)* (23/23°C)

=S

B+S−C

2,60 g/cm3

Gravedad específica bulk (23/23°C) ¿A

B+S−C2,57 g/cm3

Absorción ¿S−AA

x100 1,05 %

Tabla 19. Resultados de la práctica de peso específico y absorción de agregados finos.

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

En el ensayo de peso específico, podemos observar una disminución en el valor que nos arroja, con respecto a la cantidad de ceniza que se le agrega, es decir, entre menor es la cantidad de ceniza, mayor es la gravedad específica de la pasta de cemento.

Durante la práctica de consistencia normal, se tuvo conflicto para realizar una mezcla homogénea para los diferentes porcentajes dados. Debido a esto, tuvimos que repetir varias veces el ensayo y los resultados oscilaron entre 130 y 135mL de agua aunque uno de los valores obtenidos, el del porcentaje 80%cemento-20%ceniza, la consistencia normal la hallamos con 138mL de agua.

Con respecto al ensayo de tiempo de fraguado, inferimos que la cantidad de ceniza como porcentaje de nuestra pasta de cemento, es inversamente proporcional con el tiempo de fraguado inicial; es decir a mayor cantidad de ceniza, en menor tiempo aparecerá el fraguado inicial. Podemos afirmar que la cantidad de ceniza contenida en la mezcla no interviene en el tiempo de fraguado final. Si observamos las tablas, podemos observar que este tiempo estuvo entre 4-4:15 horas.

Se observó en la práctica de peso específico y absorción de agregados finos, que el rango aceptable para las gravedades específicas oscila entre 2.5 y 2.9 g/cm3,

36

los agregados de este ensayo se encuentran en este rango y por lo tanto son aptos y aceptables para la dosificación de concreto. El porcentaje de absorción de agua oscila entre 1.5 y 3%, en nuestro caso el valor obtenido indica que nuestra muestra retiene la cantidad suficiente de agua para una buena dosificación.

En los resultados de granulometría, de los tres valores hallados en el laboratorio, del pasa 30 tuvimos el menor módulo de finura, lo que nos indica que este material es el más fino de todo el agregado, como lo apreciamos en la práctica.

La diferencia entre la masa unitaria del agregado fino suela y compacta se debe a que los espacios vacíos que habían entre las partículas del agregado se eliminaron y aumentó la densidad del material.

7. CONCLUSIONES

Al reemplazar una cantidad específica de cemento por ceniza, podemos observar que el peso específico del material disminuye, lo cual es beneficioso puesto que esta propiedad puede ser aplicada para algún elemento estructural que requiere esta especificación.

Es de vital importancia conoce el tiempo de fraguado de una mezcla, para estimar su comportamiento en una construcción, desde su transporte, el sistema fundición, entre otros.

Si se va a diseñar una mezcla de concreto o mortero, se necesita conocer el módulo de finura del agregado fino, el cual se obtiene a partir de la experimentación en el laboratorio, específicamente de la práctica de granulometría.

Para la dosificación del concreto es de vital importancia conocer la absorción del agua y que esté entre los valores que en los documentos del ICPC se define.

37

Lo más relevante de este proyecto es tener en cuenta que todas las prácticas hechas son necesarias para dosificar una mezcla de concreto o mortero adecuadamente a partir de la teoría del diseño de mezclas.

Es importante que un estudiante de ingeniería civil dentro de su formación académica cuente con espacios como los que nos ofrece la Universidad Pontificia Bolivariana para hacer uso de los conocimientos vistos en la materia teórica y en la práctica comprobar la veracidad de la información

8. REFERENCIAS

(s.f.). Obtenido de http://elconcreto.blogspot.com/2009/01/agregado-grueso-del-concreto.html

(s.f.). Obtenido de http://ingevil.blogspot.com/2008/10/mtodo-de-ensayo-para-determinar-la.html

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Arqhys. (s.f.). Obtenido de http://www.arqhys.com/agregado-concreto.html

Laboratorios de Homigón. (s.f.). Recuperado el 3 de Marzo de 2012, de http://laboratoriosdehormigones.blogspot.com/2010/06/peso-unitario-de-los-agregados-terrones.htm

NSR-10. (2010). NSR-10. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.

Sánchez De Guzmán, D. (1987). Tecnología del concreto y del mortero. Bogotá : Pontificia Universidad Javeriana - Facultad de Ingeniería.

38

Serrano Guzmán, M. F. (1998). Materiales de construcción y diseños de mezclas. Bucaramanga: Universidad Pontificia Bolivariana.

Trituradoras de Roca. (s.f.). Obtenido de http://trituradoras-de-roca.com/wiki/609.html

39

informe final del laboratorio de materiales de construcciÒn

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