Tesis de Becarios de Investigación
“TIEMPO DE FRAGUADO DEL HORMIGÓN”
BECARIA: María Anabela Gabalec TUTOR: Ing. Marcelo Barreda AREA: Estructuras y Materiales de Construcción Año: 2008
INDICE Introducción……………………………………………………………………………………3 Componentes del cemento……………………………………………………………….. 3 Aspectos químicos de la hidratación del cemento……………………………………4 Etapas de hidratación………………………………………………………………………. 4 Aspectos físicos de la hidratación………………………………………………………... 8 Prefraguado…………………………………………………………………………………... 8 Fraguado………………………………………………………………………………………10 Postfraguado………………………………………………………………………………….11 Factores afecta el tiempo de fraguado del hormigón………………………………11 Influencia de la temperatura en el fraguado del hormigón………………………..12 Metodología y materiales usados………………………………………………………..13 Ensayos de Penetración……………………………………………………………………14 Procedimiento implementado……………………………………………………………15 Ensayos realizados..………………………………………………………………………….18 Resultados……………………………………………………………………………………..26 Conclusión…………………………………………………………………………………….27 Bibliografía…………………………………………………………………………………….28
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Introducción Según Cement and Concrete Terminology ACI 116R-00 define al fraguado como: La ccondición alcanzada por una pasta cementicia, mortero u hormigón que ha perdido plasticidad hasta un nivel arbitrario, generalmente medido en términos de la resistencia a la penetración; fraguado inicial se refiere a la primera rigidización; fraguado final se refiere a una rigidez significativa; también, deformación remanente luego de retirada la tensión. El tiempo de fraguado es un periodo en el cual mediante reacciones químicas del cemento y el agua conducen a un proceso, que mediante diferentes velocidades de reacción, generan calor y dan origen a nuevos compuestos, estos en la pasta de cemento generan que este endurezca y aglutine al agregado de la mezcla de hormigón, y se ponga fuerte y denso, adquiriendo de este modo una cierta resistencia, este tiempo es de suma importancia debido a que nos permite colocar y acabar el hormigón. Típicamente, el fraguado inicial ocurre entre dos y cuatro horas después del hormigonado, y nos define el limite de manejo, o sea el tiempo por el cual el hormigón fresco ya no puede ser mezclado adecuadamente, colocado y compactado, el fraguado final ocurre entre cuatro y ocho horas después del hormigonado, y esta definido por el desarrollo de la resistencia, que se genera con gran velocidad. El fraguado inicial y el fraguado final se determinan arbitrariamente por el ensayo de resistencia a la penetración. El fraguado inicial indica el momento en el que la masa ha adquirido tanta rigidez que no puede ser vibrado sin dañar su estructura interna. Por lo tanto, el conocimiento del comportamiento de fraguado del hormigón es esencial, para planear los tiempos de acabado de un pavimento. En la ejecución de la contracción de los pavimentos de hormigón el tiempo de fraguado del hormigón adquiere gran importancia. El aserrado se debe coordinar con el tiempo de fraguado del hormigón. Se debe empezar tan pronto como el hormigón haya endurecido para prevenir que los agregados se desplacen por la sierra (normalmente entre 4 y 12 hs después del endurecido el hormigón). Los principales factores a tener en cuenta son temperatura/clima, relación agua-materiales cementicios (a/mc), contenido de cemento/adiciones, tipo de cemento, aditivos químicos, tiempo de adición de los aditivos, mezclado.
1. COMPONENTES DEL CEMENTO. Los componentes principales del clinker son los silicatos tricálcico y bicálcico, el aluminato tricálcico y el ferritoaluminato tetracálcico. Están formados por la combinación de dos o más óxidos principales y forman cristales mixtos en los que entran, como impurezas, otras fases en 3
cantidades reducidas. En el clínker se encuentran mayoritariamente en estado cristalino, aunque del 2 al 12 % de ellos existen en fase amorfa. De todos los componentes principales, los silicatos suman del 60 al 80 % del total, y son los responsables de las resistencias mecánicas del cemento. En general, estos silicatos no se encuentran puros en el clínker, sino conteniendo pequeñas cantidades de alúmina, magnesia y otros óxidos. Debido a esto, a los silicatos y demás componentes se les suele denominar por su nombre mineralógico: alita, belita y celita.
2. ASPECTOS QUÍMICOS DE LA HIDRATACIÓN DEL CEMENTO Con la adición del agua, los componentes del cemento comienzan a hidratarse. Los productos formados son, en su mayoría, silicatos de calcio hidratados (C-S-H), A medida que la microestructura gana en C-S-H, la mezcla gana en resistencia. Inmediatamente después de la introducción de agua en la mezcla de cemento, se produce un intenso aumento de la actividad química durante un pequeño período de tiempo.
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2.1. ETAPAS DE LA HIDRATACIÓN La hidratación del cemento Pórtland puede ser analizada como la suma de todas las reacciones de los compuestos individuales del cemento, interactuando simultáneamente entre sí. La reacción de hidratación es exotérmica, es decir, libera calor y cada componente del cemento libera una cantidad diferente. Por otra parte, el calor total liberado viene condicionado por diversos factores, como la finura del cemento o la mayor o menor presencia de los productos químicos que forman el clínker.
Las cuatro fases en el fraguado y endurecimiento del cemento Pórtland: (a) dispersión de los granos de clínker sin reaccionar en el agua, (b) Después de unos minutos, los productos de hidratación crecen hacia dentro y hacia fuera de la superficie de cada grano. (c)Después de unas horas, interaccionan las capas que recubren los diferentes granos de clínker, volviéndose así el conjunto un gel continuo (fraguado). (d) Después de unos días ha surgido una masificación del gel (endurecimiento
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Energía de hidratación de los componentes principales del clínker Se muestra en la figura la evolución de la velocidad de desprendimiento de calor medida en el proceso de hidratación. Justo después de la mezcla, el C3A, que es el más activo de los componentes del clínker, reacciona con el agua, disolviéndose Ca2+ y OH- de la superficie de los granos, que queda recubierta de una capa de hidrosilicatos, lo que propicia el aumento del pH de la solución y la formación de un gel rico en AlO4-, que a su vez reacciona con los sulfatos en suspensión provenientes de la disolución del yeso utilizado como regulador de fraguado, para dar lugar a cristales de etringita.
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Representación de las etapas de hidratación El fuerte pico que puede verse en la etapa I corresponde a la disolución de C3S, que es altamente exotérmica, con lo que hay un rápido incremento de calor que cesa a los 15-20 minutos debido a la formación de una membrana alrededor del C3S y el C3A por la precipitación de silicato cálcico hidratado insoluble. Este hecho produce en la pasta de cemento lo que se denomina “período durmiente” (etapa II), en donde hay una significativa reducción en la velocidad de los procesos de hidratación. Ello es debido a la formación de una membrana alrededor de las partículas en hidratación que restringe el contacto de éstas con el agua exterior. En esta etapa, se origina en la mezcla un aumento en la concentración de iones Ca2+, que atraviesan la membrana, aumentando su presión interna hasta que, eventualmente, ésta se rompe, lo que provoca una rápida liberación de iones SiO4- en una solución rica en iones Ca2+. Esto causa una reacción inmediata, con la formación de un gel de C-S-H en forma tubular, que fluye a través de la rotura de la membrana, creciendo a medida que van escapando productos de hidratación. Este proceso marca el fin de la fase durmiente y va acompañado por la deposición de cristales de Ca(OH)2 desde la fase acuosa. La primera parte del período durmiente, corresponde al momento en que la mezcla todavía se puede colocar. A medida que la concentración de los compuestos aumenta, termina el período durmiente, comenzando a formarse los primeros hidratos y como consecuencia la microestructura. Al final de la etapa II, comienzan a hidratarse la alita y la belita, con la formación de silicato cálcico hidratado e hidróxido de calcio; esto corresponde 7
al inicio de la tercera etapa de hidratación del cemento o inicio de fraguado, durante la cual aumentan las resistencias de la mezcla; los granos de cemento reaccionan desde la superficie hacia el interior y la parte anhidra de las partículas va reduciéndose. Al continuar la hidratación del C3S y del C3A, aumentando la concentración de sulfatos y aluminatos, se produce un pico de calor en la mezcla que tiene su máximo al final de esta etapa, momento que corresponde al final de fraguado. Por último, en la cuarta fase, los productos de hidratación forman una densa corteza alrededor de las partículas originales, que actúa como una barrera para la difusión de iones, disminuyendo la velocidad de reacción. De esta manera, el proceso de hidratación es controlado por la velocidad de difusión de iones a través de los productos de hidratación. El calor de hidratación disminuye proporcionalmente, aunque se muestra un pico en el momento en que la etringita se vuelve inestable y, debido a la alta concentración de aluminatos, reacciona con ellos para convertirse en monosulfato.
2.3. ASPECTOS FÍSICOS DE LA HIDRATACIÓN El proceso de endurecimiento del hormigón en sus primeras etapas se describe excelentemente mediante la teoría de la percolación. El primero en estudiar estos hechos fue Hammersley [78] en los años 50. Dicha teoría analiza la conectividad de los componentes de un sistema, donde el desorden de los mismos es definido como una variación en su grado de conectividad. El principio de la teoría de la percolación es la existencia de un “umbral de percolación” que se explica de la siguiente manera: en un sistema de partículas totalmente disperso, donde no existe ningún contacto entre los diferentes componentes del mismo. En este, se dirá que el grado de percolación es 0 (P=0). Por otra parte, supóngase que se tiene otro sistema en el que todas las partículas están totalmente conectadas entre sí; en ese caso, el grado de percolación será 1 (P=1). En el caso de la mezcla cementicia, inicialmente, la percolación ocurre de forma aleatoria y aislada, con la formación de una ligazón mecánica entre dos granos. Después surge la formación de subconjuntos continuos de granos ligados mecánicamente y, por último, la aparición de caminos continuos de granos que unen partes del volumen. Este momento corresponde al paso del estado plástico al estado sólido. A partir de aquí, se manifiestan propiedades como el módulo de elasticidad, la resistencia a compresión, el coeficiente de Poisson, etc., que son parámetros característicos de los sólidos. Ahora es cuando el esqueleto formado puede presentar fisuración, al haberse completado el fraguado de la mezcla. En el hormigón, el fraguado se define como la aparición de rigidez en la masa fresca y precede a la ganancia de resistencia del hormigón, que continúa durante largo tiempo si se presentan las condiciones favorables. 8
3. Prefraguado En el prefraguado las fases sólidas se encuentran desconectadas o bien conectadas mediante fuerzas de Van der Waals, con lo que la mezcla se comporta como un líquido viscoso-plástico. En ese momento, puede considerarse que las partículas sólidas se encuentran aisladas; presentando los poros existentes una total continuidad. Conforme va teniendo lugar la hidratación, la fracción conectada aumenta gradualmente, hasta que se alcanza el umbral de percolación asociado a un grado de hidratación crítico. Para una pasta pura de C3S, existe una dependencia de la fracción de huecos conectada con la relación agua conglomerante, llegando a que, para relaciones agua-conglomerante mayores que 0.6 siempre existe una fracción de huecos conectada.
Aplicación de la teoría de la percolación a la porosidad del C3S puro, mostrando la fracción de porosidad conectada frente al grado de hidratación para varias relaciones agua/cemento. Las relaciones agua/cemento mayores que 0.6 se siga manteniendo una fracción de poros interconectada es que, en estos casos, no hay suficiente conglomerante de inicio que proporcione la cantidad de productos de hidratación necesaria para interrumpir la continuidad de la red de poros capilares. En la fase sólida poco a poco va aumentando el crecimiento aleatorio de productos de hidratación, con lo que en algunos puntos comienzan a establecer contacto entre sí, especialmente debido a la formación de C-S-H. Es por ello, que el desarrollo de ésta fase determina la rigidez de la pasta. A su vez, la relación entre la porosidad capilar y la fracción de huecos conectada es independiente de la relación agua/cemento. Según esto, la porosidad capilar de un hormigón con una relación agua/cemento baja, a edades tempranas, es equivalente a la porosidad de un hormigón con una relación agua/cemento alta, tras un tiempo mayor. 9
(a) Relación entre la fracción de huecos conectada y la porosidad capilar. (b) Relación entre la fracción conectada de productos de hidratación y el contenido total de estos productos Cabe decir, que durante la hidratación, el tamaño de los poros y la capilaridad disminuyen por efecto del consumo de agua durante las reacciones químicas (no sólo por la hidratación de los componentes principales del clínker, silicatos y aluminatos, sino, también, por la formación de productos de hidratación secundarios como la etringita. Al hidratarse el cemento, los productos de reacción ocupan menos espacio que los reactantes (retracción química), dado que el volumen llenado por los hidratos es de 2.2 veces el del cemento anhidro. Por otra parte, diversos investigadores han encontrado que, para el mismo grado de hidratación, el mayor tamaño y cantidad de poros corresponden a las temperaturas más altas, lo que hace pensar que a una mayor velocidad de fraguado, el sistema encuentra más dificultad para rellenar los huecos dejados por la formación de los primeros productos de hidratación. Mientras la mezcla se mantenga fluida, la retracción química se puede absorber en cambios de volumen externos. Cuando se pasa el umbral de percolación, se forman los primeros caminos sólidos a lo largo de la masa, empezando a aumentar su rigidez y, a su vez, las burbujas de aire atrapadas en la misma se transforman en poros mayores. Esto va asociado a cambios en la tensión superficial de los sólidos, las fuerzas de repulsión de los sólidos y la trabazón mecánica entre partículas. A este periodo también se lo denomina fraguado falso o fraguado instantáneo. El primero es temporal y se puede trabajar haciendo un mezclado continuado, pero el fraguado instantáneo significa que la mezcla tendrá que ser desechada.
4. FRAGUADO El fraguado se caracteriza por los tiempos de fraguado, también conocidos como inicio de fraguado y fin de fraguado. Físicamente, el inicio de 10
fraguado es el momento en que la pasta, que es una suspensión viscoelástica plástica con una pequeña resistencia al corte, pasa a ser un sólido viscoelástico - plástico con una mayor resistencia al corte; es decir, es el momento en que la mezcla deja de ser trabajable. El fin de fraguado corresponde al momento en que comienza el endurecimiento. Por otra parte, el final de fraguado ocurrirá algo antes de que se produzca el máximo en la velocidad de desprendimiento de calor .
4.1. Estimación del tiempo de fraguado Amziane postuló que antes del fraguado, las presiones son hidrostáticas, siendo el tiempo de inicio de fraguado el momento en que las presiones laterales en el hormigón se hacen cero. Alternativamente, el fraguado puede ser estudiado como un proceso de percolación con las partículas de cemento interconectadas (percoladas) por los productos de hidratación. El grado crítico de percolación; es decir, el instante en que la masa deja de ser un líquido para convertirse en un sólido es del 16% de las partículas conectadas. Sin embargo, teniendo en cuenta lo dicho acerca de la teoría de la percolación, será lógico pensar que el fraguado del hormigón dependerá, no solo de la resistencia a penetración en la pasta de cemento en un instante dado, sino también, de los factores que afecten el nivel de conectividad entre partículas y vacíos, como por ejemplo su consistencia.
6. POSTFRAGUADO Durante este período, la evolución de las propiedades mecánicas de la mezcla está íntimamente ligada al desarrollo del cuerpo poroso de la pasta de cemento endurecida, como resultado del proceso de hidratación del cemento. Además, durante el proceso de post fraguado, se producen otros fenómenos como la retracción autógena (química) y la retracción de secado, que depende también de la estructura del medio poroso. En el momento del fraguado, se tiene una porosidad inicial formada especialmente por capilares. Ésta se verá modificada durante el post fraguado por la formación de hidratos. La porosidad final de la pasta endurecida será, entonces, función de los hidratos formados durante el post fraguado y de las condiciones en las cuales se ha encontrado el hormigón (temperatura, confinamiento, etc.) y, también, del tipo, la reología y la porosidad de dichos hidratos.
7. FACTORES QUE AFECTAN EL TIEMPO DE FRAGUADO DEL HORMIGON Los factores más importantes son:
Temperatura/ clima. El aumento de la temperatura reduce el tiempo de fraguado. La disminución de la temperatura aumenta el tiempo de fraguado. 11
La hidratación parará cuando la temperatura esté cerca de 0°C. La exposición a la luz del sol y las condiciones ventosas también influencian el fraguado, especialmente en la superficie, en gran parte debido a los efectos de calor y refrigeración por evaporación.
Relación agua - materiales cementicios (a/mc). Una relación a/c más baja reduce el tiempo de fraguado. Contenido de cemento/adiciones. El aumento del contenido de cemento reduce el tiempo de fraguado. Tipo de cemento. La química del cemento afectará fuertemente el tiempo de fraguado Aditivos químicos. Los aditivos aceleradores y retardadores se utilizan deliberadamente para controlar el tiempo de fraguado. La sobredosis de algunos reductores de agua puede dar lugar al retraso del fraguado Tiempo de adición de los aditivos. La adición retrasada de algunos reductores de agua puede evitar la rigidización temprana o el retraso. Mezclado. La mejora del mezclado influencia la hidratación mejorando la homogeneidad y la dispersión de los reactivos y, así, también acelera el fraguado. 7.1. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL FRAGUADO DEL HORMIGÓN El hormigón puede ser considerado como un sistema de tres fases, agua, partículas sólidas y aire. Justo después de mezclar el agua con el cemento, las partículas sólidas se encuentran desconectadas o conectadas por fuerzas de Van der Waals, con lo que el hormigón se comporta como un líquido viscoplástico cuya resistencia última depende de la fracción de volumen de sólidos. Conforme la hidratación tiene lugar, las partículas de cemento construyen puentes entre ellas (percolan), incrementando gradualmente la fracción volumétrica de sólidos e interrumpiendo la porosidad capilar, que se encuentra rellena de agua. Estos puentes generados por los productos de hidratación son mucho más fuertes que las fuerzas interparticulares de Van der Waals, que hacen que floculen existiendo un momento en el que la resistencia de la masa crece más rápidamente que la fracción volumétrica de sólidos, formando de esta manera el esqueleto sólido del hormigón. El fraguado inicial indica el momento en el cual la masa ya no puede ser vibrada debido a que e ha adquirido la resistencia suficiente en la cual puede dañar la estructura interna. Por lo tanto, el conocimiento del comportamiento de fraguado del hormigón se puede plantear los tiempos de acabado del pavimento. Es bien conocido que la temperatura es uno de los parámetros que más influencia tienen en el desarrollo de resistencias del hormigón: un incremento de la temperatura hará que la mezcla madure más rápidamente que cuando 12
ésta permanece constante. Esto se debe a una aceleración de la reacción de hidratación, que es térmicamente activada. Además, la temperatura puede provocar efectos adversos en el hormigón: Una temperatura del hormigón demasiado elevada al inicio de la hidratación puede conducir a una pérdida permanente de resistencia. Grandes variaciones de temperatura pueden generar la fisuración del hormigón. Las heladas antes de que el hormigón haya alcanzado suficientes resistencias pueden causar pérdidas de resistencia permanentes. •
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Para prevenir estos daños y asegurar un funcionamiento adecuado del hormigón será necesario un conocimiento previo de los efectos de la temperatura en el fraguado de la masa.
8. METODOLOGÍA Y MATERIALES USADOS Se trabajo mediante la norma IRAM 1662 en la cual se utilizaron los siguientes materiales: CP40 Agua que cumpla con las exigencias de la norma. Agregado fino : Arena oriental Arena Argentina Agregado grueso; Piedra Partida(6:20) Penetrómetro.
Ensayo 1 Relación a/c = 0,44 Dosificación 1
Materiales Cemento Agua A. Fino A. Grueso Aire Total
Densidad
A. Oriental 68% A. Argentina 32%
3 1 2,65 2,65 2,67
Peso 422,0 186,0 529,4 249,1 960,0 0,0 2346,5
Volumen 140,7 186,0 199,8 94,0 359,6 20,0 1000,0
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Ensayo 2 Relación a/c = 0,45
Dosificación 2 Materiales Cemento Agua A. Fino A. Grueso Aire Total
Densidad Peso Volumen 3,025 422 139,5 1 190 190 2,65 519,4 196 2,65 244,595 92,3 2,67 967 362,2 20 2342,995 1000,0
A. Oriental 68% A. Argentina 32%
Ensayo 3 Relación a/c = 0,43 Dosificación Dosificac ión 3
Materiales Cemento Agua A. Fino A. Grueso Aire Total
Densidad
A. Oriental 68% A. Argentina 32%
Peso 3,15 1 2,65 2,65 2,67
450,0 195,0 509,2 239,6 960,0 0,0 2353,8
Volumen 142,9 195,0 192,2 90,4 359,6 20,0 1000,0
8. ENSAYO DE PENTRACION Se siguió las exigencias de la norma IRAM 1662 donde nos permite determinar el tiempo de fraguado de hormigones y morteros de cemento Pórtland por medio de la media de resistencia a la penetración. Este método permite determinar los efectos sobre el tiempo de fraguado y sobre las características del endurecimiento del hormigón de variables tales como temperatura, cemento, proporción de mezclas, adiciones y aditivos. Esta norma adopta como definición que: Tiempo inicial de fraguado: Tiempo transcurrido a partir del contacto inicial
entre el cemento y el agua de mezclado, hasta alcanzar una resistencia a penetración de 3.4 Mpa (35 kgf/ cm 2) Tiempo de fraguado inicial: Tiempo transcurrido a partir del contacto inicial
entre el cemento y el agua de mezclado, hasta alcanzar una resistencia de 27.4 Mpa (280 kgf/ cm 2)
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El instrumental utilizado fue: Un recipiente indeformable, hecho de plástico no absorbente y químicamente inerte con los materiales que constituyen el mortero. Su sección transversal es circular, y con un diámetro de 20cm aproximadamente. Su altura es de 9.5cm
El aparato utilizado para la aplicación de la carga es conocido con el nombre de penetrometro, esta constituido por un dispositivo de reacción que permitirá la aplicación de una fuerza de hasta 500 N. Cualquiera sea el dispositivo, la menor división de la escala será menor o igual a 10 N o una deformación equivalente a 10 N. cuando se trate de un aro dinamometrito. El aparato esta provisto de un vástago con un resalto lateral que indica la penetración correspondiente a los 25mm y que permite el acoplamiento de las agujas en su parte inferior. Las agujas que se utilizaron en este ensayo y se acoplan al vástago, son removibles, tendrán una sección circular y áreas, en milímetros cuadrados, de 645, 484, 323, 215, 161, 129, 65, 21, y 16. El largo de las agujas es tal que se evita el pandeo.
Se utilizo como varilla de compactación una cilíndrica con superficie lisa, de 16 mm. de diámetro y 600 mm. de largo, y con uno de sus extremos terminados de forma semiesfera de diámetro igual a la varilla.
Se utilizo una pipeta de vidrio para retirar la exudación del mortero.
8.2. PROCEDIMIENTO IMPLEMENTADO. 1. Se tamiza la muestra a través del tamiz IRAM 4.75, el volumen del mortero obtenido, colocando a continuación en el recipiente hasta una altura no menor a 135 mm. Se homogeniza el mortero obtenido, colocándolo a continuación en el recipiente en el que se ejecutar el ensayo. Se compacto manualmente, donde por cada 10 golpes de varilla por cada 100 cm. 2 de área, unifórmenle distribuidos en toda la sección transversal del recipiente. La superficie del mortero debe estar no menos de 10mm debajo del borde del recipiente, de manera de permitir extraer el agua de exudación y evitar su contacto con el material de cobertura. En nuestro caso fue necesario golpear levemente los costados del molde, hasta el cierre de los eventuales vacíos dejados por la varilla. 2. La muestra debe almacenarse y mantenerse a la temperatura de ensayo deseada. Para evitar la excesiva evaporación de agua, se mantiene la muestra debidamente protegida con un material adecuado, impermeable, ajustado al recipiente, durante todo el ensayo, excepto cuando se retira el agua de exudación o se realizan las medidas de resistencia a la penetración. La muestra se protegió del sol.
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Lo ideal hubiera sido hacer ensayos comparativos realizados con el propósito de determinar la influencia de los distintos componentes de los hormigones y morteros, realizándolos simultáneamente y preferentemente a una temperatura de (23 2) º C. en este caso, todos los componentes del hormigón o mortero en estudio, deberán mantenerse antes del mezclado por lo menos durante 24h a la temperatura de (23 2) º C. Cualquiera sea la temperatura elegida, la tolerancia durante el ensayo es de 2 º C. En los ensayos realizados con la finalidad de reproducir condiciones de obra, debe adoptarse como temperaturas de almacenamiento, por lo menos dos temperaturas adicionales, elegidas en función de la máxima y mínima esperadas, entre las cuales se puede encontrar el hormigón en la fase del comienzo del fraguado. Al realizar por lo menos dos ensayos simultáneos e independientes para cada muestra y extraer una muestra para cada condición de ensayo, hubiera sido de suma utilidad para poder correlacionar los valores obtenidos. 3. Inmediatamente antes de realizar el ensayo de penetración se retira el agua de exudación de la superficie de la muestra. Con la finalidad de facilitar la extracción del agua de exudación, se inclina lentamente el recipiente hasta formar con la horizontal un ángulo de aproximadamente 10º, se puede colocar una cuña para mantener la inclinación. Una ves retirada el agua, se retorna el recipiente a la posición anterior. 4. Se inserta la aguja de área adecuada, según el endurecimiento del mortero en el aparato de medición de la resistencia a la penetración. Se coloca la superficie inferior de la aguja en contacto con la superficie del mortero. 5. Se aplica una fuerza vertical de arriba hacia abajo con el aparato, gradual y uniformemente, hasta que la aguja penetre 25mm en la superficie del mortero, lo que puede verificarse a través del resalto lateral en el vástago del equipamiento. El tiempo necesario para la penetración de 25mm es de aproximadamente diez segundos. Se registra la fuerza necesaria y el tiempo transcurrido a partir del contacto de la aguja con el cemento. 6. La distancia entre las impresiones de la aguja será por lo menos igual a dos diámetros de la aguja utilizada, no debiendo ser menor que 15mm. La distancia entre cualquier impresión de la aguja y los costados del recipiente debe ser igual o mayor que 25mm. 7. Se deben realizar determinaciones de penetración a intervalos regulares de tiempo de modo de obtener una curva uniforme. Con esta finalidad se deben obtener por lo menos siete puntos de la curva a constituirse, siendo que de este total, por lo menos tres deben caer antes del límite de tiempo inicial de fraguado, como mínimo tres deben situarse entre los limites de comienzo y fin de fraguado, y un punto corresponderá una a una resistencia a la penetración de, por lo menos, 27,4 MPa. 16
8. En nuestro caso de hormigones sometidos a altas temperaturas, se dio inicio al ensayo una o dos horas después del mezclado y se lo repitio a intervalos de media hora. 9. CÁLCULOS a. Se trata de determinación los tiempos inicial y final de fraguado. b. La resistencia a la penetración, en mega pascales, se obtiene por cociente entre la fuerza necesaria para producir la penetración, expresada en newton y el área de la cara inferior de la aguja, expresada en milímetros cuadrados. c. Se calcula la resistencia a la penetración correspondiente a cada intervalo de tiempo transcurrido y se determina la curva que relaciona la evolución de la resistencia a la penetración en función del tiempo transcurrido, en forma grafica o analítica. Curva trazada gráficamente: Se grafican los puntos con el mismo tiempo transcurrido, en minutos, sobre el eje de abscisas y la resistencia a la penetración, en mega pascales, sobre el eje de ordenadas, y se traza una curva uniforme y continua a través de los puntos. Curva calculada: se determina por el método de los cuadrados mínimos los coeficientes a0 y a1 de la ecuación siguiente: Log (rp) = a0 + a1 (log t) Que resuelve todo el conjunto de pares (rp´ t) obtenidos experimentalmente, siendo “rp” la resistencia a la penetración y “t” el tiempo transcurrido. Se calcula también el coeficiente de correlación de la regresión y se utiliza el método analítico solamente si el coeficiente de correlación es igual o mayor que 0,98. Se calcula el tiempo inicial de fraguado como aquél que corresponde al que la curva trazada gráficamente corta la ordenada de rp = 3,4 MPa o al obtenido de la ecuación de la curva calculada para rp = 3,4 MPa. Análogamente, se determina el tiempo final de fraguado, el cual corresponde a rp =27,4 MPa. •
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8. Resultados.
Ensayo 1 Asentamiento;7,5 cm a/c = 0,44 Temperatura exterior: 28ºC Temperatura del hormigón: 27ºC Temperatura del agua: 30ºC Tiempo inicial: 11:40 hs
Horas 13:40
Penetración Carga
Aguja
Mpa
120
2,079
0,000
0,000
4,323
2,248
180
2,255
0,352
0,793
5,086
2,256
180
2,255
0,353
0,797
5,086
6,977
180
2,255
0,844
1,903
5,086
6,359
210
2,322
0,803
1,866
5,393
7,121
210
2,322
0,853
1,980
5,393
2
45 1" (645 mm ) 2
31 3/4" (487,5 mm ) 2
23 1/2" (323 mm ) 2
45 3/4" (487,5 mm ) 2
45 1/2" (323 mm ) 2
20 1/3" (215mm ) 2
45 1/3" (215mm )
2,322
0,965
2,241
5,393
2,380
1,144
2,723
5,665
9,302
240
2,380
0,969
2,305
5,665
20,930
270
2,431
1,321
3,211
5,912
270
2,431
1,502
3,652
5,912
2
36,923
270
2,431
1,567
3,811
5,912
2
58,462
300
2,477
1,767
4,377
6,136
2
75,000
300
2,477
1,875
4,645
6,136
2
65,385
330
2,519
1,815
4,572
6,343
2
103,125
24 1/10" (65 mm ) 24 1/20" (32 mm ) 43 1/10" (65 mm )
17:00
210 240
31,783
38 1/10" (65 mm ) 16:30
9,231 13,932
2
41 1/5" (129 mm ) 16:00
3)log(σp)xlog(t) 4)( log( t) )2
0,000
11 3/4" (487,5 mm )
15:30
2) log(σp)
2
2
15:00
1) log(t)
2
0 1" (645 mm ) 15 1" (645 mm )
14:30
min
33 1/20" (32 mm )
330 SUMATORIAS
2,519 28,749
2,013 9,968
5,071 21,790
6,343 826,517
a1
-0,008
a0
0,455
Ensayo 2 Asentamiento; 6 cm a/c = 0,44 Temperatura exterior: 30ºC Temperatura del hormigón: 27ºC Temperatura del agua: 25ºC Tiempo inicial: 10:45 hs
Horas
Penetración Carga
Aguja
14:15
36
1" (645 mm )
45
1/2" (323 mm )
34
1/3" (215mm )
45
1/5" (129 mm )
27
1/10" (65 mm )
14:45 15:15
Mpa
min
5,581
210
2,322
0,747
1,734
5,393
2
13,932
210
2,322
1,144
2,657
5,393
2
15,814
240
2,380
1,199
2,854
5,665
2
34,884
240
2,380
1,543
3,672
5,665
2
41,538
270
2,431
1,618
3,935
5,912
2
56,923
270
2,431
1,755
4,268
5,912
140,625
300
2,477
2,148
5,321
6,136
2
140,625
330
2,519
2,148
5,410
6,343
SUMATORIAS
16,745
4,632
10,916
280,385
1/10" (65 mm )
45
1/20" (32 mm )
16:45
45
1/20" (32 mm )
a0
0,392
4)( log( t) )2
2
37
0,021
3)log(σp)xlog( t)
2
15:45
a1
1) log(t) 2) log(σp)
19
Ensayo 3 Asentamiento; 6 cm a/c = 0,45 Temperatura exterior: 27ºC Temperatura del hormigón: 21ºC Temperatura del agua: 25ºC Tiempo inicial: 10:20 hs
Horas 13;00 13;30 14;00
14;30 15;00
Penetración Carga
Aguja
8
1" (645 mm )
2
Mpa
min
1) log(t)
2) log(σp)
3)log(σp)xlog(t) 4)( log( t) )2
1,240
160
2,204
0,094
0,346
4,858
2
7
3/4" (487,5 mm )
1,436
160
2,204
0,157
0,206
4,858
28
3/4" (487,5 mm )
2
5,744
190
2,279
0,759
1,730
5,193
16
1/2" (323 mm )
2
4,954
190
2,279
0,695
1,584
5,193
2
12,074
220
2,342
1,082
2,534
5,487
2
17,829
220
2,342
1,251
2,931
5,487
2
29,457
250
2,398
1,469
3,523
5,750
2
21,395
250
2,398
1,330
3,190
5,750
2
30,769
250
2,398
1,488
3,568
5,750
2
55,385
280
2,447
1,743
4,266
5,989
2
46,875
280
2,447
1,671
4,089
5,989
2
121,875
310
2,491
2,086
5,197
6,207
2
143,750
340
2,531
2,158
5,462
6,408
SUMATORIAS
28,230
8,325
19,266
796,938
39
1/2" (323 mm )
23
1/5" (129 mm )
38
1/5" (129 mm )
46
1/3" (215mm )
20
1/10" (65 mm )
36
1/10" (65 mm )
15
1/20" (32 mm )
15;30
39
1/20" (32 mm )
16;00
46
1/20" (32 mm )
a1
0,023
a0
0,708
20
Ensayo 4
Asentamiento; 6 cm a/c = 0,43 Temperatura exterior: 25ºC Temperatura del hormigón: 24ºC Temperatura del agua: 25ºC Tiempo inicial: 9:50 hs
Horas 13;00 13;30
Penetración Carga 8 34
Aguja
min
1)log(t)
1,163
190
2,279
0,000
0,000
5,193
2
5,271
220
2,342
0,722
1,691
5,487
1" (645 mm )
45
1" (645 mm ) 2 3/4" (487,5 mm )
14;00
37
1/2" (323 mm )
14;30
45
1/3" (215mm )
9,231
250
2,398
0,965
2,315
5,750
2
11,455
250
2,398
1,059
2,539
5,750
2
20,930
280
2,447
1,321
3,232
5,989
2
27,907
310
2,491
1,446
3,602
6,207
2
52,308
340
2,531
1,719
4,351
6,408
2
78,125
370
2,568
1,893
4,861
6,596
2
131,250
400
2,602
2,118
5,511
6,771
SUMATORIAS
19,455
4,067
9,777
378,507
15;00
36
1/5" (129 mm )
15;30
34
1/10" (65 mm )
16;00
25
1/20" (32 mm )
16;30
42
a1
-0,004
a0
0,391
2)log(σp) 3)log(σp)xlog(t) 4)( log( t) )2
Mpa 2
1/20" (32 mm )
21
22
23
24
25
9. RESULTADOS Mediante los datos obtenidos obtuvimos que: Ensayo 1 Tiempo de fraguado inicial: 173 min = 2 hs 53 min. Tiempo de fraguado final: 265 min = 4 hs 25 min. Ensayo 2 Tiempo de fraguado inicial: 151 min = 2 hs 31min Tiempo de fraguado final: 274 min = 4 hs 34min Ensayo 3 Tiempo de fraguado inicial: 175 min = 2 hs 55 min. Tiempo de fraguado final: 251 min = 4hs 11 min Ensayo 4 Tiempo de fraguado inicial: 209 min = 3hs 29 min Tiempo de fraguado final: 308 min = 5 hs 8 min Estos nos lleva a decir que: El aumento de la temperatura reduce el tiempo de fraguado. La exposición a la luz del sol y junto a otras condiciones también influencian el fraguado, especialmente en la superficie, en gran parte debido a los efectos de calor y refrigeración por evaporación.
Una relación a/c más baja reduce el tiempo de fraguado.
El aumento del contenido de cemento reduce el tiempo de fraguado.
26
10. CONCLUSIÓN. Se ha comprobado la validez del ensayo a penetración, para conocer los tiempos de fraguado de los hormigones analizando la influencia de la temperatura sobre distintas relaciones agua/cemento mediante la representación grafica y analítica de curvas en las cuales se ponen de manifiesto los tiempos transcurridos en min. y su resistencia a la penetración en Mpa. Un mejor conocimiento de fraguado del hormigón podría ayudar a los constructores en la planificación de los tiempos de texturizar y acabar un pavimento, permitiendo así, tener un ahorro en el aspecto económico. Con el fin de determinar que la energía de activación encontrada era correcta, fue aplicada a la resistencia a penetración del hormigón hecha a diferentes temperaturas, con varias relaciones agua/cemento, esto nos permitio evaluar que a distintos temperaturas el mortero se comparta de diferente manera variando tanto los tiempos de iniciación del fraguado como de finalización de este. El aserrado se debe coordinar con el tiempo de fraguado del hormigón. Se lo debe empezar tan pronto en cuanto el concreto se haya endurecido suficientemente para prevenir que los agregados se desplacen por la sierra (normalmente entre 4 y 12 horas después del endurecimiento del concreto). El aserrado se debe completar antes que los esfuerzos debidos a contracción por secado se vuelvan suficientemente grandes para producir fisuración. El momento oportuno depende de factores, tales como las proporciones de la mezcla, condiciones ambientales y tipo y dureza de los agregados. Las nuevas técnicas de aserrado en seco permiten que se realice el corte de la sierra poco después de las operaciones de acabado final. Generalmente, la losa se debe cortar antes que el concreto se enfríe, cuando esté fraguada suficientemente, para prevenir el desmenuzado y la rotura durante el corte, y antes que las fisuras de contracción por secado empiecen a aparecer.
27
BIBLIOGRAFIA. Norma IRAM 1622. Hormigones y Morteros. Determinación del tiempo de fraguado. •
•
Manual centroamericano para diseño de pavimentos
•
ASTM Designation: C 403/C 403M – 99. Standard Test Method for Time of
Setting of Concrete Mixtures by Penetration Resistance. •
Apuntes de tecnología del hormigón 2006.
•
www.icpa.org.ar/files/pasadores
•
www.todoar.com.ar/aserradoras-de-juntas-de-pavimentos.
•
www.wordreference.com/definicion/ fraguado
•
www.arqhys.com/construccion/concreto-fraguado.html
28
