des Del Mortero

INACAP – Universidad Tecnológica Curso: Tecnología del Hormigón II Profesor: Gonzalo Valdés Echeverría

I.

PROPIEDADES DEL MORTERO FRESCO

1. Trabajabilidad La trabajabilidad o docilidad del mortero está directamente relacionada con el contenido de alguno de los componentes, como son la cantidad de agua de amasado y la cantidad de finos, los que actúan en sentido contrario en lo que a la fluidez y la consistencia se refiere. En estado fresco, el mortero acepta deformaciones ante pequeños esfuerzos o aportes de energía externa, con los cuales deben vencerse principalmente las dos reacciones internas en el mortero, que son la fluidez constituida por el frotamiento de las partículas granulares y por la consistencia que se refiere a la cohesión de la masa. Por una parte la fluidez es directamente proporcional al contenido de agua e inversamente proporcional al contenido de granos finos. En el caso de la consistencia, es todo lo contrario. Existen distintos sistemas que permiten medir la trabajabilidad, utilizándose en forma mayoritaria a nivel de laboratorio, el escurrimiento o extendido en la Mesa de Sacudidas, pero también existen otros ensayos para determinar la trabajabilidad, como el Cono de Abrams, Cono de Abrams Reducido, el método de la Caja y el ensayo del Embudo (NCh 2257, partes 1, 2, 3 y 4). El ensayo consiste en confeccionar un molde de mortero compactado en dos capas compactadas con 20 golpes de pisón cada una, y repartidos uniformemente a través de la superficie. Luego de enrasar y limpiar la superficie de trabajo y molde, se levanta el molde de bronce y de inmediato, se acciona la mesa de sacudidas para dejar caer la plataforma por 25 veces durante 15 segundos, en forma regular. El extendido en la Mesa de Sacudidas, corresponde al promedio de 4 diámetros equidistantes, medidos a una exactitud de 1 mm, con pie de metro u otro instrumento de medición. La condición de las mediciones, es que el rango (es decir, el valor máximo menos el valor mínimo) no puede ser mayor a 10 mm. Si esto ocurriese, el ensayo debe repetirse con otra porción de la misma amasada. Para caracterizar aún mejor la consistencia y/o fluidez de un mortero, existen los ensayos del Asentamiento del Cono de Abrams Reducido, Embudo y Caja.

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a. Ensayo del Asentamiento del Cono de Abrams Reducido Este ensayo es aplicable a los morteros de extendido entre 150 y 240 mm, es decir, para morteros de consistencia plástica, y corresponde a una extrapolación del ensayo de Cono de Abrams NCh 1019. El ensayo consiste en confeccionar un molde troncocónico de mortero en dos capas de igual volumen, compactadas con 20 golpes de pisón uniformemente distribuidos cada una. Luego de enrasar el excedente de la última capa, se extrae el molde troncocónico metálico y se mide la disminución de altura respecto al molde metálico, con aproximación a 1 mm. Todo el ensayo debe durar como máximo, 3 minutos.

b. Ensayo del Embudo Este ensayo es aplicable a los morteros cuyo extendido en la Mesa de Sacudidas sea mayor a 240 mm (morteros fluidos) y cuyo tamaño máximo absoluto de la arena sea igual o menor a 2,5 mm. Este ensayo permite también, determinar la consistencia de lechadas de cemento. El ensayo consiste en medir el tiempo que se demora en vaciarse un volumen determinado de mortero (1725 cc) de un cono metálico estanco con terminación en una tubería de 12 mm de diámetro interior. El tiempo debe aproximarse a los 0,2 s y toda la operación no debe durar más de 1 minuto. Este ensayo se realiza por lo menos, 2 veces. El tiempo de vaciado solo es válido si: - Las dos mediciones no difieren en sí, más de un 5% de su promedio. - Luego de medido el tiempo, se ve luz a través de la descarga del embudo.

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Una variación de este ensayo, es el ensayo del Cono Marsh. Este Ensayo se utiliza en los morteros de alta fluidez y no pueden ser cuantificados por los ensayos antes mencionados, y consiste en medir el tiempo que se demora en vaciarse 1 litro de mortero de un cono como el que aparece en la fi gura. Según el tiempo, el mortero tiene los siguientes usos:

Material Agua Morteros muy Fluidos para Inyecciones Morteros Fluidos para Construcción

Tiempo aprox. de vaciado (s) 7 10 a 20 20 a 30

c. Ensayo de la Caja Este ensayo es aplicable a los morteros cuyo extendido en la Mesa de Sacudidas es menor que 150 mm (morteros secos).

El ensayo consiste en medir el descenso de compactación de un mortero dentro de una caja de dimensiones como se muestra en la figura. El mortero se coloca con cuatro o más porciones vaciadas con la plana o regla enrasadora, acomodando el mortero sin que este se compacte y llenando la caja hasta el final. Luego de enrasar, se procede a compactar la muestra, dejando caer la caja con el mortero dentro desde una altura de 5 cm, sobre una base plana, dura e indeformable hasta que el mortero deje de asentarse. Así, la consistencia en la caja se obtiene como el promedio aritmético de las mediciones del descenso en las 4 esquinas de la caja.

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2. Exudación y Retentividad del Mortero

El mortero, al igual que el hormigón, esta constituido por materiales de distintos pesos específicos, por lo que tienden a generar decantación ascendiendo a la superficie el agua, proceso denominado exudación, con las siguientes implicancias técnicas: - La parte superior del mortero al acumular una cantidad superior de agua genera un aumento de la razón A / C, con los consiguientes problemas en las resistencias mecánicas. Este efecto debe tomarse en cuenta cuando se utiliza para adherir unidades, en el caso de rellenos bajo placas de maquinarias, cuando se utiliza como terminación superficial, etc. - El incremento de agua en la superficie da origen a capilares que constituyen vías permeables, afectando a la durabilidad e impermeabilidad. - La exudación produce por la perdida de agua una disminución de la trabajabilidad. Para disminuir éste fenómeno, debe aumentarse la capacidad de retentividad de agua por parte del mortero, mediante los siguientes cambios: - Utilizar un contenido adecuado de granos finos (< 0,15 mm) - Aumentar el contenido de cemento. - Utilizar cal. - Incrementar el tiempo de revoltura - Utilizar aire incorporado. La retentividad de un mortero se debe cuantificar según Norma NCh 2259.

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II.

PROPIEDADES DEL MORTERO ENDURECIDO.

Al igual que el hormigón, el mortero experimenta un endurecimiento progresivo a través del tiempo como resultado de un proceso físico – químico, produciendo una evolución de sus propiedades en el tiempo, en función del proceso de hidratación del cemento. Las propiedades fundamentales del mortero endurecido, son: - Densidad - Resistencias Mecánicas - Variaciones de Volumen - Durabilidad

1. Densidad Aparente Se define como la masa por unidad de volumen y su variación depende de los pesos específicos de sus componentes y de las proporciones que se dosifiquen. 3

En los morteros, su valor oscila entre 1,8 y 2,3 kg/dm . En caso de requerirse morteros de menor densidad, se debe recurrir al uso de agregados livianos o el empleo de aditivos generadores de 3 espuma, pudiendo alcanzarse densidades de 0,5 kg/dm , utilizados normalmente como material aislante térmico y acústico.

2. Resistencias Mecánicas

La resistencia mecánica del mortero es una propiedad importante, especialmente cuando se le utiliza como junta de elementos prefabricados como ladrillos, rellenos bajo placas de asiento de maquinarias, para el relleno de los tensores en las albañilerías armadas o como mortero proyectado. Si las tensiones sobrepasan las resistencias adquiridas en el tiempo de la solicitación, se producirán fisuras y grietas, las que pueden afectar la seguridad de las estructuras.

a. Resistencia a la Compresión El procedimiento de ensayo es el mismo que el empleado en hormigones, considerando el tamaño máximo del árido generalmente no sobrepasa los 5 mm. La única diferencia, es la probeta de ensayo, que en este caso, consiste en usar moldes Rilem de 4 x 4 x 16 cm, la cual permite conocer su resistencia de tracción por flexión y las dos mitades someterlas a compresión. La relación que existe entre las probetas Rilem y las convencionales de 20 cm de arista y las cilíndricas de 15 cm de diámetro son: Página 5 de 13


R RILEM R RILEM

= 1,15 ⋅ R 200

= 1,35 ⋅ RCIL 150

Por otra parte, la velocidad de aplicación de las cargas deben ser las siguientes (en hormigones es de 2 35 kg/cm / seg): - Flexión: 5 ± 1 kg/seg. - Compresión: 10 a 20 kg/cm2 /seg Para que las resistencias sean representativas deben solicitarse las caras moldeadas para que exista una buena repartición del esfuerzo. La razón A/C, como sabemos, es determinante en el valor de las resistencias mecánicas al igual que en el hormigón. Sin embargo, existen autores que relacionan las resistencias mecánicas con la razón A/C, a través de fórmulas, como: Feret:

Bolomey:

R MOR

R MOR

=

=

K

 A  1 +   C 

2

C = masa de cemento (kg) A = masa del agua libre (kg)

 C  − 0,5   A 

K ⋅ 

Los valores de K de las formulas mencionadas, dependen del tipo de cemento que se esté utilizando, los que deben determinarse experimentalmente. En todo caso, para los cementos chilenos, el coeficiente K tiene los siguientes valores aproximados a l os 28 días en probetas Rilem.

Tipo de Cemento

K

Corriente Alta Resistencia

275 335

b. Influencia de la edad del Mortero en las resistencias mecánicas. Al igual que el hormigón, el mortero incrementa sus resistencias a través del tiempo en forma indefinida, siempre se cumpla con el proceso de curado en forma posterior a su aplicación. La velocidad de hidratación y la curva de adquisición de resistencia es similar a la de los hormigones y se cumplen las expresiones investigadas por Ross y Venuat, quienes postulan que:

Ross:

Venuat:

RT

=

RT

=

(k R 1

⋅

k 2

K 1

+

28

+

3

⋅

3

2

t

)

2

t

K 2 ⋅ log t

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Los coeficientes K 1 y K2 pueden ser determinados en forma experimental. En todo caso, para la fórmula de Venuat, éstos tienen los siguientes valores aproximados.

Tipo de Cemento

K1

K2

 C  − 1,75   A   C  335 ⋅  − 1,55   A  275 ⋅ 

Corriente Alta Resistencia

230 245

Las condiciones ambientales a las que estará sometido el mortero, ejercen una fuerte influencia en las propiedades finales, especialmente resistencias mecánicas e impermeabilidad especialmente. Por ejemplo, la temperatura a la que estará expuesto especialmente en los primeros días, debe evaluarse a través del concepto de Grado de Madurez, definida como una referencia a la velocidad de adquisición de resistencias. Dos mezclas con igual grado de madurez, tendrán resistencias mecánicas iguales. GM: Grado de Madurez (ºC dia) t: tiempo (dia) T: Temperatura (ºC)

GM = t ⋅ (T + 10)

Por otra parte debe considerarse la influencia que tiene un adecuado sistema de curado en los primeros días del mortero y la influencia que tiene la humedad relativa en la adquisición de las resistencias. Respecto a la resistencia a la fisuración, tiene importancia la resistencia a la tracción y por lo tanto es importante disponer de valores de ella. Esto se logra mediante el ensayo definido en la norma NCh 158, donde se ensayan probetas de 4 x 4 x 16 a flexotracción y las mitades resultantes a compresión. En todo caso, se pueden utilizar la siguiente expresión para conocer rangos de magnitud: R f

=

2

0,12 ⋅ RC + 20 (kg/cm )

3. Variación de Volumen y Deformaciones El mortero – al igual que el hormigón – experimenta variaciones de volumen, es decir, dilataciones y contracciones, durante toda su vida por causas de tipo físico-químico, en donde el tipo y magnitud estarán afectadas en forma relevante por las condiciones ambientales de humedad y temperatura existentes. Las retracciones pueden ser de tipo hidráulico (las originadas por la humedad relativa o condiciones de curado), de tipo térmico (por temperaturas) y por carbonatación (por la composición del medio ambiente, siendo la mas frecuente la producida por el anhídrido carbónico).

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La retracción hidráulica puede tener su causa en las condiciones endógenas al mortero o en la tensión superficial del agua acumulada en sus discontinuidades internas, la primera de ellas se derivan las variaciones de volumen producidas durante el proceso de fraguado y endurecimiento. Esta variación se traduce en contracciones, ya que el volumen absoluto de los compuestos hidratados es menor que el del cemento y el agua. Sin embargo si se tiene un ambiente saturado de humedad, la absorción de agua por parte del gel produce una dilatación que puede compensar la contracción.

4. Durabilidad

Durante su vida útil los morteros están al igual que el hormigón, expuestos a las acciones provenientes de agentes internos y externos que pueden afectar a l a durabilidad de ellos.

a. Efectos de Tipo Ambiental Los efectos de tipo ambiental se manifiestan a través de las variaciones de temperatura y de humedad fundamentalmente. En el caso de temperatura lo mas relevante por la magnitud de sus efectos son los ciclos alternativos con temperaturas bajo cero y sobre el punto de congelamiento del agua, efecto denominado ciclo hielo deshielo, por cuanto un mortero en estado de saturación, es decir, los poros saturados de agua al congelarse, produce un proceso expansivo de importancia que puede causar el deterioro paulatino de él. En el caso de las Variaciones de Humedad, se producen en los ciclos alternativos de saturación y secado del mortero, los cuales por el efecto de la tensión superficial del agua del agua contenida en los poros puede producir un proceso de degradación paulatino a través del tiempo.

b. Acción de Agentes Químicos Los agentes químicos agresivos a los morteros pueden ser internos, cuando derivan de los componentes, como externos.

i.

Agentes Internos

- Materias Orgánicas. La presencia de materias orgánicas en los áridos del mortero pueden afectar produciendo retardos en el inicio de fraguado de la pasta de cemento, además de una reducción en las resistencias Página 8 de 13


iniciales, a través del contenido de ácido tánico y su magnitud depende de la cantidad y origen de ella. La detección de las materias orgánicas, puede ser efectuada en forma similar al de los hormigones mediante el ensayo colorímetro definido en la Norma NCh 166, que para el caso de un mortero se acepta hasta color amarillo.

-

Sales Solubles.

Pueden estar presente en los áridos, las que al ser disueltas por el agua al interior del mortero, pueden migran a la superficie, la que al evaporarse pueden producir manchas o eflorescencias. Las sales que producen los problemas mencionados son: los sulfatos, nitratos, y cloruros alcalinos, de calcio o de magnesio. El método más efectivo para eliminar éstas manchas, es eliminar la posibilidad de penetración de agua al interior del mortero, mediante la aplicación de productos de tipo hidrorepelentes. En caso de producirse eflorescencias, se pueden eliminar mediante métodos mecánicos, como escobillado, lavado con agua, detergentes o una solución diluida de ácido clorhídrico (aunque no es muy recomendable por la baja de pH en el recubrimiento).

ii.

Acción de Agentes Externos.

Principalmente se refiere a la corrosión química que se produce al tomar contacto el mortero con compuestos agresivos, especialmente en las construcciones de tipo industrial. Es importante considerar el tipo de agente químico que se tendrá, su concentración y la temperatura. En el caso de agentes químicos muy agresivos debe protegerse el material con sistemas como epóxicos, poliéster, revestimientos cerámicos antiácidos, etc.

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III.

TIPOS DE MORTEROS MAS COMUNES EN CONSTRUCCIÓN.

1. Morteros de Pega para Albañilería Estos morteros deben cumplir principalmente tres funciones: - Producir la adherencia de las distintas unidades de albañilería, de forma que trabajen en forma monolítica. - Sellando las juntas entre las distintas piezas, a fin de asegurar la estanqueidad del elemento. - Compensar las diferencias que se producen entre las distintas piezas y en la unión con el hormigón base. Además de los requisitos analizados anteriormente, se necesita tener especial cuidado con la granulometría y su tamaño máximo, la banda recomendada para éste uso específico es la siguiente.

Tamaño (mm)

% que pasa

5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16

100 95 – 100 70 – 100 40 – 75 10 – 35 2 – 15

En estado fresco, este mortero debe presentar características adecuadas de trabajabilidad y retentividad de agua (70%), en relación a la primera característica debe ser tal que permita extenderla con facilidad y pueda cubrir las superficies de las unidades de albañilería sin escurrir excesivamente al ser presionado por ellas durante el proceso de trabajo. En estado endurecido, el mortero debe asegurar condiciones aceptables de adherencia y resistencia. En éste último caso, la NCh 1928 recomienda los siguientes valores: Albañilerías Simples R28 > 90% de las unidades de albañilería a utilizar. 2 Albañilerías Armadas R28 > 100 kg/cm . Ambos valores, se miden en probetas de 20 cm de arista. En el caso de requerirse la transformación a probetas de 4 x 4 x 16 se debe multiplicar éste valor por 1,15. La dosificación normal para éste tipo de mortero es de 1:4 (cemento:arena) en peso, con una razón A/C no superior a 0,7.

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2. Morteros de Relleno. Con ésta denominación se conocen dos tipos de morteros, a decir, los utilizados en el llenado de los tensores en los muros de albañilería y el empleado en el grouting bajo placas de maquinarias. Un caso especial es el mortero de relleno de los tensores de las albañilerías armadas, en donde la Norma NCh 1928 establece que debe hacerse con un hormigón de tamaño máximo de 20 mm, para lo cuál, los huecos de los ladrillos deben cumplir con la proporción y tamaños que señala la norma mencionada. En caso de no cumplirse con lo mencionado, se puede recurrir al empleo de morteros, los que deben cumplir ciertos requisitos como: - No deben experimentar retracciones. - No deben presentar sedimentación y exudación. - Deben tener la fluidez necesaria para llenar completamente los huecos, por cuanto no pueden ser vibrados por problemas espacio. El descenso medido con el cono de Abrams debe estar comprendido entre 15 cm si la compactación se hace por vibración, a 20 cm en caso de compactación manual como el varillado. Por otra parte, este mortero debe tener la resistencia mínima adecuada para cumplir con la función que desempeñará, que en el caso de albañilerías armadas la resistencia a la compresión es de 20 MPa medida en probeta Rilem de 4 x 4 x 16. La Norma NCh 1928 establece límites granulométricos para las arenas aptas para ser utilizadas con éste fin:

Tamiz (mm)

% Que Pasa

10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16

100 95 – 100 80 – 100 50 – 85 25 – 60 10 – 30 2 – 10

Para lograr las condiciones mencionadas se deben seguir las siguientes recomendaciones: - Amasado prolongado con lo cual se reduce la sedimentación, al producir una mejor distribución del agua, lográndose una mejor humectación del cemento y los granos finos de la arena. - Uso de aditivos plastificantes o superplastificantes, para lograr la fluidez requerida sin incrementar la razón agua / cemento. - Emplear un aditivo expansor para contrarrestar las retracciones propias de los morteros. - Dosis mínima de cemento en función de la trabajabilidad necesaria y de la obtención de las resistencias mecánicas exigidas. Las dosis recomendadas son: 3 Muros expuestos a lluvias y heladas: 450 kg/m 3 Muros interiores y tabiques no soportantes: 400 kg/m . En el caso de los morteros para grouting bajo placas de maquinarias, además de las condiciones mencionadas, deben presentar excelentes resistencias mecánicas, generalmente sobre 50 MPa, tener expansión y especialmente una buena estabilidad, es decir no deben presentar sedimentación. El proceso de relleno bajo placa de maquinaria requiere de un moldaje perimetral de 5 cm superior Página 11 de 13


a la placa y una altura mayor al nivel superior de ella. El llenado se debe realizar de una de las aristas y el mortero debe llenar totalmente el espacio comprendida entre la fundación y el borde inferior de la placa.

3. Morteros de Revestimientos continuos (Estucos)

Se usan como material de revestimiento de la superficie de muros, en los cuales se pueden dar distintos tipos de terminaciones superficiales, confiriéndole al hormigón resistencia a los agentes climáticos y al fuego. En general, en su confección se utilizan cementos de grado corriente. El mortero de estuco en estado fresco debe presentar una consistencia tal que pueda mantenerse en el sitio que fue colocado sin escurrir y una fluidez que permita ser extendido con facilidad sobre la superficie. El estuco en estado endurecido debe tener una estabilidad volumétrica, las resistencias mecánicas, la impermeabilidad requerida y la durabilidad. Las bandas granulométricas recomendadas para las arenas, son:

Tamaño (mm) 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16

Gruesa

% Que Pasa Media

Fina

95 – 100 80 – 100 50 – 85 25 – 60 10 – 30 2 - 10

100 95 – 100 70 – 100 40 – 75 10 - 35 2 - 15

100 95 – 100 50 – 100 15 – 50 2 - 25

En el caso de morteros de estuco impermeables, se recomienda el uso de arenas gruesas, por cuanto tienen una menor superficie específica, es decir, menor cantidad de cemento y por consiguiente menor retracciones. En caso de necesitarse una terminación con llana metálica, es decir, a grano perdido lo que se hace es estucar con arena gruesa y terminar sobre la capa anterior en estado fresco con arena fina y lograr la terminación requerida. El proceso de curado es fundamental en éste tipo de morteros, por cuanto el material constituyente de la capa base le impone restricciones importantes en su deformabilidad generando tensiones de tracción y como consecuencia queda expuesto a la fisuración. El curado debe mantener un ambiente saturado mediante riego continuo o colocando arpillera mojada permanentemente. Por otra parte, la probabilidad de fisuración por retracción hidráulica, constituye uno de los problemas más grandes en este tipo de morteros.

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La dosificación del mortero debe ser tal que cumpla con las siguientes condiciones: - Mínima retracción hidráulica, considerando la mínima dosis de cemento, compatible con el cumplimiento de las condiciones exigidas, como resistencias mecánicas, impermeabilidad, etc. - Su resistencia debe ser similar a la de la superficie que va a r ecubrir. - Durabilidad por lo que los morteros deben ser compactos. Las dosificaciones que generalmente se emplean son las siguientes:

Tipo de Estuco

Cemento : Arena (en peso)

Impermeables (estanques – exteriores) Interiores

1:3 - 1:4 1:5 - 1:6

En el caso de morteros dosificados con cal, se considera un 20 a un 50 % de cal en relación al cemento, lográndose emplear menor cantidad de cemento, una mayor retentividad de agua y morteros mas compactos por la finura de ella.

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