Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto NTC 673
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ESPECÍMENES CILÍNDRICOS DE CONCRETO RESISTANCE TO COMPRESSION CYLINDRICAL SPECIMENS CONCRETE Autores. Bolívar Daniel Daniel Camilo, Carlos Porras, Porras, Sisa Yeison Fernando, Fernando, Uriza Uriza Ingrith Tatiana. Tatiana. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil
RESUMEN Según las especificaciones de la norma NTC 220 este método de ensayo proporciona un medio para determinar la resistencia a la compresión de morteros de cementos hidráulicos y otros morteros. Los resultados pueden emplearse para determinar la conformidad con las especificaciones y métodos de ensayo. No se deben emplear sus resultados para estimar la resistencia del concreto.
INTRODUCCIÓN Planteamiento del problema Los morteros son mezclas plásticas obtenidas con un aglomerante, arena y agua que sirven para unir las piedras o ladrillos que integran las obras de fábrica y para revestirlos con enlucidos o revocos. Para describir estos morteros es necesario dar resultados de composición, consistencia y resistencia.
: Abst Abstract ract According to the specifications of the NTC 220 standard test method it provides the means for determining the compressive strength of hydraulic cement mortars and other mortars. The results can be used to determine compliance with the specifications and test methods. They should not use their results to estimate concrete strength. P alabras alabras clave claves:
Cemento, densidad, volumen, masa, ensayo, morteros, compresión, resistencia, resistencia a la compresión, mortero de cemento hidráulico, resistencia del cemento hidráulico, resistencia del mortero, resistencia.
Justificación El cálculo de la resistencia de morteros es de gran importancia debida a que este elemento es uno de los más importantes en obras y actividades de albañilería y construcción al ser el elemento principal con el que se adhieren los bloques de construcción como ladrillos, piedras u hormigón y el recurso de relleno de espacio en estructuras montadas.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL Determinar la resistencia de morteros de cemento hidráulico usando cubos de 50 mm o 50,8 mm de lado por medio del procedimiento descrito en la norma NTC 220, así como conocer la utilidad de los morteros y aprender a manejar cada uno de los equipos y materiales necesarios para la realización de este laboratorio OBJETIVOS ESPECÍFICOS Conocer las posibles utilidades del mortero que se le dan en ambientes de construcción e ingeniería Determinar una característica importante para el conocimiento del comportamiento del mortero de cemento hidráulico la cual es la resistencia. Comprender los posibles errores de precisión que se pueden cometer a la hora de realizar el procedimiento descrito en la norma NTC 220 y sus implicaciones en las mediciones hechas al material así como en los correspondientes cálculos. Distinguir, comprender el funcionamiento y utilidad de cada uno de los materiales y equipos requeridos para la realización de este laboratorio como la precisión de cada uno de ellos. Concluir y analizar el valor calculado de resistencia obtenida gracias a la realización de este laboratorio.
Figura 1: Probeta de laboratorio para medir la cantidad del fluido.
Figura 2: balanza de laboratorio
MATERIALES E IMPLEMENTOS
Probetas graduadas: Deben tener, preferentemente una capacidad que permita medir y entregar completamente el agua de amasado en una sola operación. La variación admisible no debe ser mayor de +/2ml
Pesas y equipos de pesaje: Deben cumplir con lo establecido en la NTC 4073. Los equipos de pesa deben ser evaluados para determinar la precisión y el sesgo con una carga de 2000 g.
Máquina de ensayo: Puede ser hidráulica o mecánica. La distancia entre sus caras superior e inferior debe ser suficiente para que permita la utilización de los aparatos de verificación. La carga aplicada al cubo se debe medir con una exactitud de – 1,0 %. Mezcladora: Esta debe cumplir con los requisitos establecidos en la NTC 112
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Arena grabada normalizada: La arena que se use para hacer los cubos debe ser natural, de sílice, y debe cumplir con los requisitos de la NTC 3937.
Para el desarrollo de la práctica correspondiente a la resistencia de morteros de cemento hidráulico se utilizó como guía la norma NTC 220 para lo cual primero se realiza:
Mesa de flujo: Esta debe cumplir con los requisitos establecidos en la NTC111
Preparación de los moldes de llenado: En las caras interiores de los moldes y de la placa plana no absorbente, se debe aplicar un recubrimiento delgado de un agente desmoldante, que puede ser aceite o grasa. Para esta labor se emplea un trapo impregnado u otro medio apropiado. Se debe eliminar cualquier exceso del agente desmoldante mediante un trapo, hasta lograr una capa delgada y uniforme sobre las superficies inferiores. Una vez terminado este proceso, se debe limpiar la superficie con un trapo para remover cualquier cantidad de aerosol en exceso. La capa resultante debe ser al menos la suficiente para permitir que una huella dactilar se pueda distinguir después de un leve contacto
Figura 4: Mesa de flujo
Realización del mortero: Este se debe realizar mecánicamente y además Las proporciones en masa para formar un mortero normal deben ser de una parte de cemento por 2,75 partes de arena gradada normalizada seca. Para todos los cementos Portland constituidos por Clinker y yeso únicamente, debe emplearse una relación agua/cemento de 0,485 y de 0,460 para todos los cementos Portland con incorporadores de aire. Para los demás cementos la cantidad de agua de amasado debe ser la que produzca una fluidez de 110 – 5, y debe expresarse como un porcentaje del peso del cemento determinado de acuerdo como se establece en la NTC 111
Figura 3: Arena grabada normalizada
METODO
Palustre: La hoja del palustre debe ser de acero, con una de 100 mm a 150 mm y debe tener los bordes rectos
Llenado de los moldes: Inmediatamente después de finalizado el ensayo de fluidez, se vuelve el mortero de la mesa de flujo al recipiente de mezcla; con la espátula se arrastra hacia el fondo del recipiente el mortero adherido a las paredes y se remezcla durante 15 s a velocidad media. Al finalizar el mezclado, debe sacudirse la paleta para remover el exceso de mortero dentro del recipiente de mezcla. Cuando se vaya a utilizar una nueva bachada para cubos adicionales, puede omitirse el ensayo de fluidez y se deja reposar el mortero en el recipiente de mezcla durante 90 s sin cubrirlo. Durante los 15 s finales de este intervalo, rápidamente se empuja hacia abajo el mortero adherido en las paredes del recipiente de mezcla. Luego se remezcla durante 15 s a velocidad media.
Figura 5: Palustre de laboratorio
Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto NTC 673 El proceso para llenar los moldes se inicia antes de 150 s, contados desde la terminación de la mezcla inicial del mortero. En cada compartimiento se coloca una capa de mortero de 25 mm (aproximadamente la mitad de la profundidad del molde). Se apisona con 32 golpes del compactador en 10 s en 4 etapas de 8 golpes adyacentes
Almacenamiento de los cubos: Terminada la operación de llenado, el conjunto formado por los cubos, el molde y la placa de base debe colocarse en la cámara húmeda durante un período de 20 h a 24 h, con las caras superiores de los cubos expuestos al aire húmedo, pero protegidas contra la eventual caída de gotas de agua. Si los cubos se retiran de los moldes antes de 24 h deben dejarse en la cámara húmeda hasta que se complete este tiempo
Figura 6: Inicio de la falla.
Determinación de la resistencia a la compresión: Los cubos que van a ser ensayados a las 24 h, se sacan de la cámara húmeda e inmediatamente se pasan a la máquina de ensayos; si se sacan varios al mismo tiempo, deben cubrirse con un paño húmedo hasta el momento de iniciar el ensayo. En el caso de los otros cubos deben sacarse del recipiente de almacenamiento uno a uno y ensayarse inmediatamente; si se sacan varios a un mismo tiempo, deben sumergirse totalmente en agua a una temperatura de 23 ºC – 2 ºC hasta el momento del ensayo. La superficie de los cubos debe secarse y los granos de arena sueltos o las incrustaciones en las caras que van a estar en contacto con los bloques de apoyo de la máquina de ensayo deben retirarse; debe comprobarse, por medio de una regla, que estas caras sean perfectamente planas. En caso de que tengan una curvatura apreciable deben pulirse hasta obtener superficies planas; si esto no es posible, se debe desechar el cubo. Se debe realizar una verificación periódica del área de la sección transversal de los cubos.
Figura 7: Cubo fallado
Proporciones utilizadas para la mezcla de mortero.
PROPORCIONES UTILIZADAS Cemento
1 kg
Arena
2,75 kg
Agua
484 ml
Figura 8: Falla tipo del cubo de mortero.
Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto NTC 673 GRAFICAS CILINDROS
RESULTADOS Por medio de ensayos realizados a los materiales que se utilizaron para la elaboración del concreto se obtuvo la siguiente granulometría para gravilla y arena. Tamiz (mm)
Gravilla
Arena
50
100
100
38
100
100
25
100
100
19
82
100
12,5
54
100
9,5
23
95
4,8
6
78
2,4
0
61
1,2
0
52
0,6
0
35
0,3
0
18
0,15
0
3
Edad 7 días (Cilindros 1, 2, 3)
Cilindro Nº 1 15 ) a p M10 ( o z r e 5 u f s E 0
75
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
Deformación Unitaria
Cilindro Nº 2
Además las siguientes valores de masas unitarias y densidades aparentes de los agregados.
20 ) a p 15 M ( o 10 z r e u 5 f s E 0 0
0.005
0.01
0.015
Deformación Unitaria
DATOS Densidad aparente
Arena 2415,7
Gravilla 2537,56
M.U.A
1523,2
1689,66
M.U.S
1417,4
1574,83
Superficie
angular
Tamaño Maximo
25
Porcentaje
52,496
47,504
Cilindro Nº 3 15 ) a p M10 ( o z r e 5 u f s E 0 0
Utilizando el método dos (Bolomey) para diseños de mezclas se obtuvieron los porcentajes para agregado grueso de 47,5 % y para el agregado fino de 52,5 %. Se calculó un volumen de 0,068 m^3 de concreto para la fundición de 12 cilindros y se manejaron las siguientes proporciones con un porcentaje de desperdicios del 10 %
MATERIAL Cemento Gravilla Arena Agua
CANTIDAD (Kg) 22 62,45 69 14
0.005
0.01
Deformación Unitaria
0.015
Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto NTC 673 Edad 14 días (Cilindros 4, 5, 6)
=
Cilindro Nº 4
260922 0,0183 2
= 14,2 MPa
20 ) a p 15 M ( o 10 z r e u 5 f s E 0
Nº CILINDRO CARGA MAX DIAS
0.005
0.01
0.015
(KN)
(m^2)
(Mpa)
1
260,922
0,0183
14,2
2
285,156
0,0184
15,5
3
256,922
0,0182
14,1
4
333,516
0,0183
18,3
5
359,016
0,0182
19,8
6
305,625
0,0183
16,7
0.02
Deformación Unitaria 14
Cilindro Nº 5
RESISTENCIA
Nº
7 0
AREA S.T.
Predicción Resistencia a los 28 días
25 ) a p 20 M ( 15 o z r 10 e u f s 5 E 0
= 1,16 ∗ = 1,16 ∗ 18,2 MPa 0
0.005
0.01
0.015
= 21,1 MPa
0.02
Deformación Unitaria
Nº Días
Resistencia (MPa)
7
14,6
14
18,2
28
21,1
Cilindro Nº 6 20 ) a p 15 M ( o 10 z r e u 5 f s E 0
Grafica Esfuerzo vs Edad 0
0.005
0.01
0.015
Resistencia Cilindros
Deformación Unitaria
Resistencia a la compresión =
A
= Resistencia a la compresión = Máxima carga total (N) A = Área de la superficie cargada (m^2)
22.0 ) a p 20.0 M ( o 18.0 z r e u 16.0 f s E 14.0 5
10
15
20
Edad (días)
25
30
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ANALISIS DE RESULTADOS La resistencia a la compresión de los cilindros ensayados fue la esperada de acuerdo a las proporciones del diseño de mezcla ya que se obtuvo una resistencia a los 7 días de 14,6 MPa es decir el 70 % de la resistencia para la cual se diseñó (21 MPa). La resistencia a la compresión se obtuvo dividiendo la carga máxima que soporto el cilindro antes de su falla entre el área de la sección transversal del mismo. La resistencia a los 28 días no fue posible establecerse por medio del ensayo de compresión de cilindros por ende se utilizó la fórmula de predicción de la resistencia propuesta por Alejandro Sandino, la cual arrojo un resultado positivo (21,1MPa) en cuanto al valor esperado de resistencia para la edad de 28 días de los cilindros de concreto.
CONCLUSIONES
Mediante la gráfica de Esfuerzo vs Edad de los cilindros se puede afirmar que el concreto adquiere la mayoría se su resistencia en la primera semana de curado por ende nuestra resistencia fue del 70 % en la falla de los 7 días.
Determinar la resistencia a la compresión de los cilindros de concreto a diferentes días de edad nos permite verificar si la mezcla diseñada está cumpliendo con las especificaciones requeridas. Las proporciones utilizadas para diseño de mezcla fueron las más adecuadas teniendo en cuenta que no se presentó sobre concreto en exceso a la hora de fundir los cilindros y se cumplió con la resistencia especificada (3000psi). El haber obtenido la resistencia diseñada se debió no solo al diseño de mezcla sí no también a la utilización de materiales de buena calidad. El proceso de encofrado, fraguado, curado y falla fue el más adecuado para obtener estos buenos resultados lo cual nos permite afirmar que es posible desde el punto de vista técnico optimizar materiales y garantizar resistencias al mismo tiempo.
RECOMENDACIONES
Se deben tener en cuenta las normas de referencia ya que son de vital importancia para realizar correctamente el procedimiento y análisis del ensayo.
BIBLIOGRAFIA
Norma Técnica Colombiana (NTC 673) Ensayo a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto. SANDINO, P Alejandro. ”Materiales para Nacional de Estructuras”. Universidad Colombia.Bogota.Colombia2002. MAMLOUK, Michael S. “Materiales Para Ingeniería Civil”. 2 ª edición.
