TÍTULO:
MORTEROS DE CEMENTO HIDRÁULICO PARA MAMPOSTERÍA. DETERMINACIÓN DEL FLUJO Y DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN CUBOS DE 50 mm DE ARISTA.
NOMBRE:
CÉSAR HOMERO MARTÍNEZ CUENCA
FECHA:
19 JUL 2011
NOTA 1: OTROS: NOTA FINAL:
OBJETIVO:
Determinar el flujo y la resistencia a la compresión en cubos de 50 mm de arista, en morteros de cemento hidráulico para mampostería.
MARCO TEÓRICO: MORTEROS DE CEMENTO El mortero de cemento es un material de construcción obtenido al mezclar arena y agua con cemento, que actúa como conglomerante. Los morteros pobres o ásperos son aquellos que tienen poca cantidad de cemento y, por consiguiente, poseen menos adherencia y resultan más difíciles de trabajar. Por otro lado, los morteros que tienen gran cantidad de cemento se retraen y muestran fisuras, además de tener mayor coste. Estos factores hacen necesario buscar una dosificación adecuada. MORTERO PARA MAMPOSTERÍA El mortero para mampostería es un material versátil capaz de satisfacer una variedad de requisitos. El propósito primordial de este mortero es pegar las unidades de mampostería en un ensamble que actúa como un elemento integral teniendo las características deseadas de desempeño funcional. El mortero influye en las propiedades estructurales de ensamble a la vez que aumenta la resistencia al agua. Propiedades Los morteros para mampostería tienen dos conjuntos de propiedades importantes:
Propiedades del mortero en estado plástico
Determinan la facilidad de construcción de la mampostería. Trabajabilidad . Es la propiedad más importante del mortero en estado plástico. Un mortero trabajable puede extenderse con facilidad con un palustre en las separaciones y agrietamientos de la unidad de mampostería. Un mortero trabajable también resiste al peso de las unidades de mampostería al ser colocadas y facilita su alineamiento. Se adhiere a las superficies verticales de la mampostería y se escurre fácilmente por las juntas. Flujo. El flujo inicial es una propiedad del mortero que indica el aumento porcentual en el diámetro de la base de un cono truncado de mortero, cuando este es colocado sobre una mesa de flujo, levantándolo y dejándolo caer 25 veces en 15 segundos. El mortero de construcción normalmente requiere un mayor valor de flujo que el mortero de laboratorio, y por consiguiente tienen un mayor contenido de agua. Las normas comúnmente exigen un flujo inicial de 105% a 115%. Los morteros de construcción normalmente tienen flujos de iniciales de 130% a 150% con el propósito de producir una trabajabilidad satisfactoria. Los morteros se pueden clasificar por su flujo en: Consistencia
Fluidez (%)
Dura - Seca
80 - 100
Medi a (pl ásti ca)
100 - 120
Fluida (húmeda)
120 -150
Estructuras Reparaciones Recubrimientos de Túneles Pega de Mampostería Enlucidos Rellenos de Mampostería
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Retención de agua y capacidad de retención de agua. La retención de agua es una medida de la habilidad de un mortero sometido a absorción, para retener su agua de mezcla. Esta propiedad del mortero da tiempo para colocar y ajustar una unidad de mampostería sin que el mortero se endurezca. La capacidad de retención de agua se aumenta mediante el incremento de cal o contenido de aire, adición de arena fina dentro de los límites de graduación permitidos, o usando materiales retenedores de agua.
Propiedades del mortero en estado endurecido
Ayudan a determinar el comportamiento final de la mampostería. Adherencia. La adherencia es probablemente la más importante propiedad física individual en el mortero en estado endurecido. Es también la más variable e impredecible. La adherencia actualmente tiene tres aspectos: resistencia, extensión y durabilidad. Extensibilidad y flujo plástico. Extensibilidad es la máxima deformación unitaria por tracción a la rotura. Esta indica la máxima elongación posible bajo fuerzas de tracción. Morteros de baja resistencia, que tienen bajo modulo de elasticidad, presentan un flujo plástico mayor que aquellos con módulo de elasticidad alto con igual relación pastaáridos. Por esta razón no se debe usar morteros con resistencias más altas que las necesarias. Resistencia a la compresión. La resistencia a la compresión del mortero depende significativamente del contenido de cemento y de la relación agua-cemento. El procedimiento de laboratorio aceptado para medir la resistencia a la compresión es el de cubos de morteros de 50 mm de lado. La resistencia a la compresión es considerada como la base para determinar la compatibilidad de los ingredientes del mortero pero no debe ser el único criterio para seleccionar el mortero. La resistencia a la compresión del mortero aumenta con el incremento del contenido de cemento y disminuye con el incremento de agua o arena. Según las especificaciones por propiedades del mortero, este debe cumplir con una resistencia promedio mínima a la compresión a 28 días: Tipo
Resistencia a la Compresión (Mpa)
Relación de Áridos
M S N O
17,2 12,4 5,2 2,4
No menos que 2 1/4 y no más que 3 1/2 veces los volúmenes separados de material es.
Composición y su efecto sobre las propiedades Esencialmente, los morteros contienen materiales cementantes, áridos y agua. A veces también se utilizan aditivos. El mortero debe estar compuesto de materiales que puedan producir la mejor combinación de propiedades del mortero para las condiciones de servicio deseadas. Materiales cementantes El cemento portland contribuye con la resistencia en morteros para mampostería, particularmente con las resistencias tempranas, las cuales son esenciales para la rapidez de la construcción. Áridos Los áridos para mortero consisten en arenas naturales o procesadas y son el mayor constituyente del mortero en volumen y masa. La arena actúa como un relleno inerte, proporcionando economía y trabajabilidad mientras que influye en la resistencia a la compresión. Un incremento en el contenido de arena aumenta el tiempo de fraguado pero reduce el fisuramiento debido a la retracción de las juntas de mortero.
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El árido para el uso en mortero para mampostería, dependiendo de si se utiliza arena natural o arena elaborada, debe estar graduado dentro de los siguientes límites: TAMIZ No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 50 No. 100 No. 200
4,75 mm 2,36 mm 1,18 mm 600 µm 300 µm 150 µm 75 µm
PORCENTAJE PASANTE ARENA NATURAL ARENA ELABORADA 100 95 a 100 70 a 100 40 a 75 10 a 35 2 a 15 0a5
100 95 a 100 70 a 100 40 a 75 20 a 40 10 a 25 0 a 10
El árido para mortero de mampostería, que cumpla con la granulometría especificada no debe tener sustancias perjudiciales, tales como partículas desmenuzables y partículas livianas. También debe estar libre de impurezas orgánicas y tener una baja degradación a la acción de los sulfatos. Agua El agua desarrolla tres funciones. Contribuye a la trabajabilidad, hidrata el cemento y facilita la carbonatación de la cal. La cantidad de agua necesaria depende, principalmente, de los ingredientes del mortero. El agua debe estar limpia y libre de elementos nocivos o de sustancias que perjudiquen al mortero. Es aceptable el agua potable. El contenido de agua es posiblemente, el aspecto menos comprendido del mortero para mampostería. Los requisitos de agua para mortero son muy diferentes a los del hormigón en donde es necesaria una baja relación agua/cemento. Los morteros deben contener la cantidad máxima cantidad de agua compatible con una óptima trabajabilidad. Aditivos Los aditivos para mortero para mampostería modifican física o químicamente las propiedades del mortero fresco o endurecido. Los aditivos son usualmente clasificados como incorporadores de aire, retenedores de agua, mejoradores de la trabajabilidad, acelerantes de fraguado, entre otros. Se puede agregar color al mortero, usando áridos seleccionados o pigmento inorgánicos. Los pigmentos se deben escoger cuidadosamente y utilizarse en la cantidad más pequeña que produzca el color deseado y no deben exceder el 10% de la masa del cemento portland. Los procedimientos para mezclar el mortero deben permanecer constantes para lograr la consistencia en el color.
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DESARROLLO: Para realizar los ensayos de morteros de cemento hidráulico se debe realizar primeramente un análisis granulométrico del árido fino que se va a utilizar. Para esto se deben separar por tamaño las partículas de la muestra a través de una serie de tamices de aberturas ordenadas en forma descendente para determinar la distribución que estas tienen. A continuación se debe mezclar la arena y el agua con el cemento en una mezcladora siguiendo procedimiento para mezcla de morteros. La dosificación de los materiales que para efecto de determinar la resistencia a la compresión es de una parte de cemento y 2,75 partes de arena dosificados en masa. El cálculo del flujo en morteros de cemento hidráulico se basa en la medición y cálculo en porcentaje del incremento del diámetro de la base de la masa de mortero medido en la mesa de flujo, producido por la acción de 25 caídas en 15 segundos. Para obtener la resistencia a la compresión del mortero se debe llenar los moldes cúbicos de 50 mm de arista con el mortero y ser compactados por apisonado en dos capas, para luego ser curados 3 días en sus moldes y luego desencofrados y sumergidos en agua hasta ser ensayados mediante la aplicación de una carga de progresiva de compresión. EQUIPO
Balanza. Tamices. Agitador de tamices mecánico. Horno. Mezcladora para mortero. Tazón de mezclado. Paleta. Raspador. Probeta graduada.
Mesa de flujo. Molde de flujo. Calibrador. Compactador. Espátula. Cronómetro. Moldes cúbicos. Cámara de curado. Máquina de ensayo a compresión.
MATERIALES
Árido fino. Cemento hidráulico. Agua.
PROCEDIMIENTO Granulometría 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Secar la muestra hasta masa constante hasta una temperatura de 110 °C ± 5 °C. Seleccionar los tamices necesarios y adecuados que cubran los tamaños de las partículas a ensayarse. En este caso son el No. 4, No. 8, No. 16, No. 30, No. 50, No 100 y No. 200. Tomar una muestra seca mínima de 300 g. para agregado fino y pesar. Colocar la muestra en el conjunto de tamices seleccionados. Colocar el conjunto de tamices en el agitador de tamices mecánicos. Agitar los tamices por un periodo de tiempo entre 2 a 3 minutos. Determinar el peso de muestra retenida en cada tamiz. Tomar el peso de la muestra pasante del tamiz No. 200. Realizar una curva granulométrica de la muestra y verificar si cumple con los requisitos establecidos.
4
Mezclado 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
8.
Colocar la paleta y el tazón secos en la mezcladora, en posición de mezclado. Colocar toda el agua de mezclado en el tazón, que para este caso es de 302 cm3. Añadir 500 g de cemento al agua. Arrancar la mezcladora y mezclar a velocidad baja por 30 segundos. Añadir la cantidad total de arena, 1375 g, lentamente durante un periodo de 30 segundos, mientras se continúa con el mezclado a velocidad baja. Detener la mezcladora, cambiar a velocidad media y mezclar por 30 segundos. Detener la mezcladora y dejar descansar el mortero por 90 segundos. Durante los primeros 15 segundos de este intervalo, empujar hacia abajo, dentro de la mezcla el mortero que se pudo haber adherido a los lados del tazón. Luego, cubrir el tazón con la tapa. Terminar el mezclado por 60 segundos a velocidad media.
Determinación del flujo 1. 2. 3. 4.
Limpiar y secar cuidadosamente la mesa de flujo. Colocar el molde de flujo en el centro de la mesa de flujo. Colocar en el molde una capa de mortero de aproximadamente 25 mm de espesor. Compactar 20 veces con el compactador. La presión del compactador debe ser suficiente para asegurar un llenado uniforme del molde. 5. Terminar de llenar el molde con mortero. 6. Compactar con el compactador como se indico para la primera capa. 7. Cortar el molde hasta una superficie plana nivelada con el borde del molde, mediante pasadas con el enrasador o filo de la espátula, con movimientos de aviven a través del borde del molde. 8. Limpiar y secar la superficie de la mesa. 9. Remover con cuidado cualquier porción de agua que este al borde del molde de flujo. 10. Esperar un minuto y levantar el molde de flujo. 11. Inmediatamente dejar caer la mesa de flujo 25 veces en 15 segundos. 12. Con el calibrador, medir el diámetro del mortero a lo largo de las cuatro líneas trazadas en la superficie de la mesa. Registrar cada diámetro con una aproximación de 1 mm. Determinación de la resistencia a la compresión 1.
Cubrir las caras interiores del molde y placas de base no absorbentes con una capa delgada de un agente desencofrante. Aplicar aceites o grasas utilizando un paño. 2. Se llenan los moldes con una primera capa del mortero mezclado de aproximadamente 25 mm de espesor. 3. Se apisona el mortero en cada compartimiento cúbico 32 veces en 4 rondas, cada una de 8 golpes en dirección perpendicular a la anterior. 4. Terminar de llenar los moldes con el mortero mezclado. 5. Volver a compactar el mortero como se hizo anteriormente. 6. Nivelar el mortero respecto al molde utilizando la espátula. 7. Colocar las muestras de ensayo en una cámara de curado por 72 horas. 8. Luego de este tiempo, se deben desencofrar las muestras y sumergirlas en agua hasta que vayan a ser ensayadas. 9. Sacar las muestras del agua y secarlas. 10. Colocar cuidadosamente la muestra en la máquina de ensayo de manera que la carga se aplique a dos caras del cubo previamente medidas y que estaban en contacto con la superficie plana del molde. 11. La carga se debe aplicar de forma gradual en un tiempo no menor a un minuto ni mayor a dos, a una velocidad constante. 12. Se registra la carga total máxima indicada por la máquina de ensayo para cada cubo.
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RESULTADOS Tipo de Cemento:
Portland Puzolánico Tipo IP
Marca:
Holcim Rocafuerte
Tipo de Arena:
Arena elaborada sin lavar
Granulometría Peso de la muestra (g)
514,70
TAMIZ
PESO
PORCENTAJE
PORC. RETENIDO
PORCENTAJE
RETENIDO (g)
RETENIDO (%)
ACUMULADO (%)
PASANTE (%)
No. 4
4,75 mm
45,70
8,88
8,88
91
No. 8
2,36 mm
104,70
20,34
29,22
71
No. 16
1,18 mm
110,20
21,41
50,63
49
No. 30
600 µm
82,60
16,05
66,68
33
No. 50
300 µm
112,70
21,90
88,58
11
No. 100
150 µm
44,00
8,55
97,12
3
No. 200
75 µm
11,50
2,23
99,36
1
3,30
0,64
100,00
0
514,70
100,00
Pasante No. 200 TOTAL
Determinación del flujo 100,00
Diámetro interno inicial
Flujo = (A / Diámetro interno inicial)*100 A = Promedio diámetro interno final - Diámetro interno inicial Diámetro interno final 1
194,00
Diámetro interno final 2
188,00
Diámetro interno final 3
193,50
Diámetro interno final 4
193,00
PROMEDIO
A
92,13
% FLUJO
92,125
192,13
Resistencia a la compresión Muestra
Peso (g)
Área (mm 2 )
Carga (T)
σ (Kg/cm )
2
σ (MPa)
2
286,78
2500
5,44
217,60
21,76
4
286,75
2500
5,028
201,12
20,11
6
284,13
2500
5,808
232,32
23,23
PROMEDIO
21,70
6
CONCLUSIONES:
Para la elaboración de un buen mortero, se debe utilizar arena natural o arena procesada, graduada. Esta debe ser como mínimo requisito pasante del tamiz No. 4. Para realizar una buena dosificación, se debe conocer con exactitud la masa específica de cada uno de los materiales. Se debe hacer una conversión de dosificación en volumen a dosificación en masa. De acuerdo a los resultados obtenidos, el mortero ensayado tiene una fluidez del 92,125%. Según la clasificación este es de consistencia dura y puede ser utilizado en trabajos exigentes, como es en el recubrimiento de túneles. En cuanto a la resistencia a la compresión, el mortero elaborado en el laboratorio cumple con los más altos requisitos de resistencia y puede ser utilizado hasta en exteriores aun bajo el nivel de terreno. Para trabajos simples como recubrimientos interiores no es recomendado pues no puede tener mucha trabajabilidad y no resultaría económicamente viable de acuerdo a su uso. El mortero difiere del hormigón en la consistencia de trabajo, en los métodos de colocación y en el ambiente de curado. El mortero para mampostería es comúnmente usado como unión de unidades de mampostería dentro un elemento estructural único, mientras el hormigón es usualmente un elemento estructural en sí mismo. La capacidad de un mortero para mampostería para mantener satisfactoriamente la trabajabilidad, bajo la influencia de la absorción de una unidad de mampostería, dependen de la capacidad de retención de agua. Una trabajabilidad adecuada es esencial para conseguir una máxima adherencia con las unidades de mampostería. La falta de adherencia entre el mortero y la unidad de mampostería puede permitir el paso de la humedad a través de estas áreas. Un contacto completo y adecuado entre el mortero y la unidad de mampostería es esencial para una buena adherencia. Esto puede ser conseguido a través del uso de morteros que tengan una adecuada composición, buena trabajabilidad y una adecuada colocación. Los morteros deben ser más débiles que las unidades de mampostería, de tal forma que las fisuras, ocurran en las juntas de mortero donde se pueden reparar más fácilmente. El cemento contribuye a la resistencia y durabilidad, la arena actúa como relleno y permite que el mortero sin fraguar mantenga su forma y espesor y el agua es el agente de mezcla que da fluidez y acusa la hidratación del cemento.
RECOMENDACIONES
Se debería realizar ensayos con agregados de diferente procedencia y con cemento hidráulico de diferentes marcas, para poder hacer una comparación válida y determinar que combinación y en qué cantidades dan mejores resultados para cierto uso en particular.
BIBLIOGRAFÍA:
Norma Ecuatoriana NTE INEN 2518. Morteros para unidades de mampostería. Requisitos. Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2010. Norma Ecuatoriana NTE INEN 2536. Áridos para uso en morteros para mampostería. Requisitos. Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2010. Norma Ecuatoriana NTE INEN 696. Áridos. Análisis granulométrico en los áridos, fino y grueso. Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2011. Norma Ecuatoriana NTE INEN 155. Cemento Hidráulico. Mezclado mecánico de pastas y morteros de consistencia plástica. Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2009. Norma Ecuatoriana NTE INEN 2502. Cemento Hidráulico. Determinación del flujo en Morteros. Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2009. Norma Ecuatoriana NTE INEN 488. Cemento Hidráulico. Determinación de la resistencia a la compresión de morteros en cubos de 50 mm de arista. Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2009. http://es.wikipedia.org/wiki/Mortero_de_cemento 7
ANEXO No. 1
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE MORTEROS PARA MAMPOSTERÍA UBICACIÓN Exterior, por enci ma del ni vel del terreno.
SEGMENTO DE CONSTRUCCIÓN
TIPO DE MORTERO RECOMENDADO
Muro portante.
N
Muro no portante.
O
Antepecho.
N
Muro de cimentaci ón. Pared de retención. Exterior, en o por debajo del nivel de terreno.
Pozos de inspección. Desagues.
S
Pavimentos. Caminos y patios. Interior I nter ior o exter ior
Muro portante.
N
Tabiques no portantes.
O
Repa ra ci ón o a ca ba do.
NyO
i
ANEXO No. 2 DOSIFICACIÓN DEL MATERIAL PARA AMASADAS DE ENSAYO EN MORTEROS El mortero mezclado en laboratorio usado para determinar la conformidad con las especificaciones por propiedades debe contener los materiales de la obra y en las dosificaciones indicadas en las especificaciones del proyecto. Para amasadas en laboratorio, medir los materiales en masa. Convertir las proporciones en volumen a proporciones en masa, usando un factor de amasada calculado de la siguiente manera: Factor de amasada = 1440 / ( 1280 x la proporción volumen total de arena ) Determinar la masa de los materiales de la siguiente manera: Masa de Mat. = Proporciones en Volumen de Mat x masa unitaria suelta x Factor de amasada Toda arena para morteros mezclados en laboratorio, se seca al horno y se enfría a temperatura ambiente. La masa de arena debe ser 1440 g para cada amasada individual de mortero preparado. Ejemplo Se va a ensayar un mortero que consiste de una parte de cemento para mampostería y tres partes de arena. La masa de los materiales utilizados en el mortero son calculados de la siguiente manera: Factor de amasada = 1440 / ( 1280 * 3 ) = 0,375 Masa de cemento para mampostería = 1 * 1121 * 0,375 = 420,38 Masa de la arena = 3 * 1280 * 0,375 = 1440,00
Proporciones por volumen Masa unitaria suelta (Kg/m 3) Masa de material
Cemento para mampostería
Arena
1
3
1121
1280
420
1440
ii
ANEXO No. 3 EFLORESCENCIA
La eflorescencia es un depósito cristalino, de sal soluble en agua, generalmente blanco, en la superficie. El principal inconveniente de la eflorescencia es la aparición de sales y su dificultad para removerlas. Bajo ciertas circunstancias, principalmente cuando se presenta en el revestimiento exterior, la sal puede depositarse bajo la superficie de la unidad de mampostería. Cuando ocurre esta criptoflorescencia, la fuerza de cristalización puede causar desintegración de la mampostería. Es necesaria una combinación de circunstancias para la formación de la eflorescencia. Primero debe existir una fuente de sales solubles. Segundo, debe haber humedad presente que reaccione con las sales solubles y las lleve a la superficie. Tercero, la evaporación o presión hidrostática debe causar la migración de la solución. Si alguna de estas condiciones es eliminada, la eflorescencia no se presenta. Las sales pueden encontrarse en las unidades de mampostería, en los componentes de mortero, en los aditivos o en otras fuentes secundarias. De la sal soluble en agua que aparece en los análisis químicos, sólo pocas décimas de 1% son suficientes para causar la eflorescencia cuando existe una percolación hacia afuera y se concentra en la superficie. La cantidad y el carácter de los depósitos varían de acuerdo con la naturaleza del material soluble y las condiciones atmosféricas. La eflorescencia puede ocurrir con cualquier mortero indicado en esta norma, cuando ocurre la migración de humedad. La probabilidad de eflorescencia en la mampostería está relacionada directamente con los materiales y se puede reducir con la selección restrictiva de los materiales. Las unidades de mampostería con la calificación de “no eflorescencia”, tienen mayor probabilidad de aportar eflorescencia. El potenc ial para la eflorescencia disminuye
cuando el contenido de álcalis en el cemento se reduce. No se deben usar aditivos en la obra. La arena debe estar limpia y lavada. Debe usarse agua potable. La humedad puede entrar en la mampostería de varias formas. Se debe tener cuidado en el diseño y la instalación de luces, barreras de vapor, remates y calafateos para minimizar la penetración del agua lluvia en la mampostería. Durante la construcción, los materiales de mampostería o los muros sin terminar deben protegerse de la lluvia o de la aplicación de agua de la obra. Un buen acabado de juntas y una compactación final en una junta cóncava del mortero, pueden reducir la penetración de agua. Cuando ocurre la condensación dentro de la mampostería, es una fue te más de agua. Aunque es conveniente seleccionar materiales que tengan un mínimo de sales solubles para la construcción con mampostería, la prevención de la migración de humedad a través de la pared, representa el mayor potencial en la reducción de la eflorescencia. El diseño de mampostería usando el principio de equilibrio de presiones, entre el exterior y el espacio vacío dentro del muro, reduce en gran parte la posibilidad que penetre el agua y consecuentemente reduce la eflorescencia. La remoción de la eflorescencia de la superficie de la mampostería puede efectuarse frecuentemente por cepillado en seco. Puesto que muchas sales son altamente solubles en agua, estas pueden desaparecer por sí mismas bajo un proceso climático normal. Sin embargo, algunas sales requieren un tratamiento físico duro o algunas veces, tratamiento químico para removerlas.
iii
ANEXO No. 4 FOTOGRAFÍAS DEL ENSAYO REALIZADO
Mesa de flujo, utilizada para determinar la fluidez del mortero.
Molde de los cubos de arista de 50 mm con mortero.
Mortero después de las 25 caídas.
Cubos de mortero desencofrados.
Cubo de mortero ensayado.
iv
