DETERMINACIÓN PROPIEDADES MECÁNICAS DE MORTERA
I.
INTRODUCCIÓN
El uso del mortero mortero en la construcción construcción ha sido muy diverso; diverso; en Cajamarca Cajamarca se usa ampliamente como material de revoque o tarrageo, como material de pega en la mampostería mampostería y en los últimos tiempos en la mampostería estructural. Un breve recorrido por la historia del cemento hacia el ao !"" antes #.C. los etruscos utili$an me$clas de pu$olana y cal para hacer un mortero. %a en el ao &"" antes #.C. los romanos utili$aban me$clas de pu$olana y cal para hacer hormigón de resistencias a compresión de ' (pa. )asta el ao &!'" sólo se utili$an utili$an los mortero morteross de cal y material materiales es pu$ol*ni pu$ol*nicos cos +tierra +tierra de diatomea diatomeas, s, harina de ladrillos etc.. )acia &!'"-&"" se investigan me$clas calcinadas de arcilla arcilla y cali$a. cali$a. /meaton /meaton compara compara en el ao &!'0 el aspecto y dure$a dure$a con la piedra de 1ortland al sur de 2nglaterra. 3" aos m*s tarde, 1ar4er 5*brica cemento natural aplic*ndose entonces el vocablo 66cemento66 +anteriormente se interp interpre retab taba a como como 66caem 66caement ent66 66 a toda toda sustan sustancia cia capa$ capa$ de me mejor jorar ar las prop propie ieda dade dess de otra otras s.. 7icat icat e8pl e8plic ica a en && && de ma mane nera ra cien cientí tí9c 9ca a el comporta comportamient miento o de estos estos 66conglo 66conglomera merantes ntes66. 66. En &:3, &:3, spdin spdin patenta patenta el cemento portland d*ndole este nombre por motivos comerciales, en ra$ón de su color y dure$a que le recuerdan recuerdan a las piedras de 1ortland. 1ortland. )asta la aparición del mortero hidr*ulico que auto endurecía, el mortero era preparado en un mortarium +sart
" aparecen las primeras 5*bricas de cemento en Espaa. En el ao &>" hay &.'"" 5*bricas que producen cerca de "" millones de toneladas?ao. )oy en día el cemento es la cola o 6conglomerante6 m*s barato que se conoce. (e$clado adecuadamente adecuadamente con los *ridos y el agua 5orma el hormigón, una roca amor5a arti9cial capa$ de tomar las m*s variadas 5ormas con unas prestaciones mec*nicas a compresión muy importantes. @as resistencias a tracción pueden mejorarse con la utili$ación de armaduras +hormigón armado.
II.
OBJETIVO
Objetivo Genera •
Aeterminación de las propiedades 5ísicas - mec*nicas de un mortero de cemento y arena.
Objetivo E!"e#i$#o • •
Aeterminar la resistencia a la compresión del mortero de cemento. Aeterminar la relación agua cemento
III. III.
MATE MATERI RIA% A%ES ES & E'UI E'UIPO POS S UTI% UTI%I( I(AD ADOS OS
(aterialesB •
• • • •
Cinc Cinco o prob probet etas as es est* t*nd ndar ar de 17C 17C de dos dos pulg pulgad adas as de di*m di*met etrro y 3 pulgadas de altura. Cemento gregado 9no gua ceite
EquiposB • • •
IV.
alan$a (*quina universal para ensayos de compresión Ae5ormímetro
MARCO TEÓRICO
1. CEMENTO PRORTLAND.
Ae9nición. @os cementos son conglomerantes hidr*ulicos, esto es, productos que me$clados con agua 5orman pastas que 5raguan y endurecen, dando lugar a productos hidratados mec*nicamente resistentes y estables, tanto en el aire, como bajo agua.
Pro#e!o Pro)*#tivo. El cemento es un aglomerante utili$ado en obras de ingeniería civil, proveniente de la pulveri$ación del clin4er obtenido por 5usión incipiente de materiales arcillosos y cali$os, que contengan ó8idos de calcio, silicio, aluminio y 9erro en cantidades dosi9cadas, adicion*ndole posteriormente yeso sin calcinar. @a 5abricación de cemento consiste en cuatro etapasB
Drituración y molienda de la materia prima. @as principales materias primas son silicatos y aluminatos de calcio, que se encuentran bajo la 5orma de cali$as y arcillas e8plotadas de canteras, por lo general ubicadas cerca de las plantas de elaboración del clin4er y del cemento. tras materias primas son minerales de 9erro +hematita y sílice, los cuales se aaden en cantidades pequeas para obtener la composición adecuada. )omogenei$ación y me$cla de la materia prima. @uego de triturarse la cali$a y arcilla en las canteras mismas, de las cuales se la transporta a la planta de procesamiento, se le me$cla gradualmente hasta alcan$ar la composición adecuada, dependiendo del tipo de cemento que se busque elaborar, obteni
F5undenG sus componentes y cambia la composición química de la me$cla, trans5orm*ndose en clin4er. Drans5ormación del clin4er en cemento. 1osteriormente el clin4er se en5ría y almacena a cubierto, y luego se le conduce a la molienda 9nal, me$cl*ndosele con yeso +retardador del 5raguado, pu$olana +material volc*nico que contribuye a la resistencia del cemento y cali$a, entre otros aditivos, en cantidades que dependen del tipo de cemento que se quiere obtener. Como resultado 9nal se obtiene
el cemento.
Ti"o! )e +abri#a#i,nB E8isten dos procesos de producción. =abricación por vía seca y =abricación por vía húmeda. En la fabricación seca, una ve$ que las materias primas han sido trituradas,
molidas y homogenei$adas pasan a un horno que alcan$a temperaturas de &,3"" grados centígrados, obteni
para crear una pasta que luego es procesada en hornos a altas temperaturas para producir el clin4er. En el 1erú, la mayor parte de las empresas utili$an el proceso seco, con e8cepción de Cementos /ur, que utili$a la 5abricación por vía húmeda, y Cementos /elva que emplea un proceso semi-húmedo. Co-"o!i#i,n )e #e-ento. @as materias primas para la producción del 1ortland son minerales que contienenB COMPONENTE Oi)o )e #a#io Oi)o )e !ii#io Oi)o )e a*-inio Ói)o )e /ierro
PORCENTAJE 03H :&H '.'H 3.'H
Oi)o )e -a0ne!io !*+ato! otro!
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MORTEROS.
AE=2I2C2JI El mortero es una me$cla homog
D21/ % U// AE @/ (KDEK/ tendiendo a su endurecimiento se pueden distinguir dos tipos de morterosB @os a
(orteros de yeso. /e preparan con yeso hidratado con agua. El contenido de agua es variable según el grado de cocción, calidad y 9nura de molido del yeso. En obras corrientes se agrega el '"H, para estucos el 0"H y para moldes el !"H. El mortero se prepara a medida que se necesita, pues comien$a a 5raguar a los cinco minutos y termina m*s o menos en un cuarto de hora.
(orteros de cal y cemento. /on aconsejables cuando se busca gran trabajabilidad, buena retención de agua y alta resistencia +superior a la de los morteros de cal; en estos morteros se sustituye parte del cemento por cal, ra$ón por la cual se les conoce tambi
TIPO DE MORTE RO ( /
RESISTENCIA A %A CEMENT CEMENTO COMPRESIÓN O A%BA6I%E 1M"a2 1304#-52 PORT%A RIA 1P.S.I2 ND &!.: &!' :'"" && & &:.3 &:0 &"" ".' & &
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AGREGADO 7INO SUE%TO
Entre :.:' y L veces la suma de cemento y cal utili$ado
El mortero para mampostería sin re5uer$o debe ser del tipo (, / o I, y los morteros para mampostería re5or$ada est*n regulados por la norma /D( C3!0 en la cual se distinguen los tipos 1( y 1@. (orteros de cemento. /on los m*s empleados, se componen de arena y cemento 1ortland. Este mortero tiene altas resistencias y sus condiciones de trabajabilidad son variables de acuerdo a la proporción de cemento y arena usados. Es hidr*ulico y debe prepararse teniendo en cuenta que haya el menor tiempo posible entre el amasado y la colocación; se acostumbra me$clarlo en obra, revolviendo primero el cemento y la arena y despu
En algunos casos se emplean arenas con ligeros contenidos de limo o arcilla, para darle mayor trabajabilidad al mortero, sin embargo, los morteros 5abricados con este tipo de arena no son muy resistentes. /i el mortero tiene muy poco cemento la me$cla se hace *spera y poco trabajable ya que las partículas de arena se ro$an entre sí, pues no e8iste su9ciente pasta de cemento que actúe como lubricante. 1or otro lado si el mortero es muy rico, es decir, con alto contenido de cemento, es muy resistente pero con alta retracción en el secado, o sea muy susceptible de agrietarse; estos morteros muy ricos sólo se usan en obras de ingeniería que e8ijan altas resistencias, tales como muros de contención o cimientos.
D@ IN :. U/ AE @/ (KDEK/ AE CE(EID. MORTERO &B& &B:
USOS (ortero muy rico para impermeabili$aciones. Kellenos 1ara impermeabili$aciones y paetes de tanques subterr*neos. Kellenos &BL 2mpermeabili$aciones menores. 1isos &B3 1ega para ladrillos en muros y baldosines. 1aetes 9nos &B' 1aetes e8teriores. 1ega para ladrillos y baldosines, paetes y mampostería en general. 1aetes no muy 9nos. &B0 y &B! 1aetes interioresB pega para ladrillos y baldosines, paetes y mampostería en general. 1aetes no muy 9nos &B y &B> 1egas para construcciones que se van a demoler pronto. Estabili$ación de taludes en cimentaciones. @os morteros &B& a &BL son morteros de gran resistencia y deben hacerse con arena limpia. @os morteros &B3 a &B0 se deben hacer con arena limpia o semi lavada. 1ara los morteros &B! a &B> se puede usar arena sucia, pues estos morteros tienen muy poca resistencia. @os morteros según su uso se pueden clasi9car asíB -
(orteros que tienen su9ciente resistencia y por lo tanto pueden soportar cargas a compresión, como sucede en la mampostería estructural. (orteros que mantienen unidos los elementos en la posición deseada, tal es el caso del mortero de pega.
-
(orteros que proveen una super9cie lisa y uni5orme, estos son los morteros de revestimiento y revoque. (orteros que sirven para rellenar, juntas entre di5erentes elementos constructivos.
U// AE@ (KDEK @os morteros pueden tener una 5unción estructural, y pueden usarse entonces en la construcción de elementos estructurales, o en la mampostería estructural en donde puede ser de pega o de relleno en las celdas de los muros. E8isten otros morteros que no tienen 5unción estructural y se destinan a recubrimiento como paetes, repellos o revoques. (ortero de pega. Aebe tener cualidades especiales, di5erentes a los morteros usados para otros 9nes porque est* sometido a las condiciones especiales del sistema constructivo, y una resistencia adecuada ya que debe absorber es5uer$os de tensión y compresión.
(orteros de relleno. /e utili$an para llenar las celdas de los elementos en la manpostería estructural, y al igual que el mortero de pega debe tener una adecuada resistencia.
(orteros de recubrimiento. %a que su 5unción no es estructural sino de embellecimiento, o la de proporcionar una super9cie uni5orme para aplicar la pintura, no requieren una resistencia determinada; la plasticidad juega en ellos un papel muy importante.
PROPIEDADES DE %OS MORTEROS EN ESTADO P%ÁSTICO Manejabilidad. Es una medida de la 5acilidad de manipulación de la me$cla,
es decir, de la 5acilidad para dejarse manejar. @a manejabilidad est* relacionada con la consistencia de la me$cla en cuanto a blanda o seca, tal que como se encuentra en estado pl*stico; depende de la proporción de arena y cemento y de la 5orma, te8tura y módulo de 9nura de la arena. 1ara medir la manejabilidad del mortero se usa el ensayo de Ouide$ descrito en la Iorma IDC Io. &&&, aunque en la pr*ctica, hasta ahora, se ha de9nido por la apreciación del albail. En la tabla Io.: se recomienda una manejabilidad para di5erentes tipos de mortero de acuerdo a los tipos de construcción y a los sistemas de colocación. Retención de agua. /e re9ere a la capacidad del mortero de mantener su
plasticidad cuando queda en contacto con la super9cie sobre la que va a ser colocado, por ejemplo un ladrillo. 1ara mejorar la retención de agua se puede agregar cal, o aumentar el contenido de 9nos en la arena, o emplear aditivos plasti9cantes o incorporadores de aire. Velocidad de endureciiento. @os tiempos de 5raguado 9nal e inicial de un
mortero est*n entre : y :3 horas; dependen de la composición de la me$cla y de las condiciones ambientales como el clima y humedad. PROPIEDADES DE %OS MORTEROS EN ESTADO ENDURECIDO Retracción. /e debe principalmente a la retracción de la pasta de cemento y
se ve aumentada cuando el mortero tiene altos contenidos de cemento. 1ara mejorar esta retracción y evitar agrietamientos es conveniente utili$ar arenas con granos de te8tura rugosa, y tener en cuenta adem*s que en clima caliente y de muchos vientos, el agua tiende a evaporarse m*s r*pidamente produciendo tensiones internas en el mortero, que se traducen en grietas visibles. @a retracción es proporcional al espesor de la capa, a la rique$a en cemento de la me$cla y a la mayor absorción de la pared sobre la que se vaya a aplicar. Ad!erencia. Es la capacidad de absorber, tensiones normales y tangenciales a
la super9cie que une el mortero y una estructura, es decir a la capacidad de responder monolíticamente con las pie$as que une ante solicitudes de carga.
En el caso de la mampostería, para obtener una buena adherencia es necesario que la super9cie sobre la que se va a colocar el mortero sea tan rugosa como sea posible y tenga una absorción adecuada, comparable con la del mortero. Re"i"tencia . /i el mortero es utili$ado como pega, debe proporcionar una
unión resistente. /i el mortero va a ser utili$ado para soportar cargas altas y sucesos, tal es el caso de la mampostería estructural, debe poseer una alta resistencia a la compresión. 1ara disear morteros de alta resistencia se debe tener en cuenta que para un mismo cemento y un mismo tipo de agregado 9no, el mortero m*s resistente y m*s impermeable ser* aquel que contenga mayor contenido de cemento para un volumen dado de mortero; y que para un mismo contenido de cemento en un volumen determinado de mortero el m*s resistente y probablemente el m*s impermeable ser* aquel mortero que presente mayor densidad, o sea aquel que en la unidad de volumen contenga el mayor porcentaje de materiales sólidos. El tamao de los granos de la arena juega un papel importante en la resistencia del mortero; un mortero hecho con arena 9na ser* menos denso que un mortero hecho con arena gruesa para un mismo contenido de cemento. 1or último el contenido de agua del mortero tiene inOuencia sobre su resistencia; los morteros secos dan mayor resistencia que los morteros húmedos, porque pueden ser m*s densamente compactados. Durabilidad . l igual que en el concreto, la durabilidad se de9ne como la
resistencia que presenta el mortero ante agentes e8ternos comoB aja temperatura, penetración de agua, desgaste por abrasión y agentes corrosivos. En general, se puede decir que morteros de alta resistencia a la compresión tienen buena durabilidad. A#ariencia. @a apariencia del mortero despu
importante papel en las mamposterías de ladrillo a la vista; para lograr una buena apariencia es necesario aplicar morteros de buena plasticidad. DISE6O DE MORTEROS CON CEMENTO PORT%AND l igual que en el concreto, e8isten numerosos m
COMPONENTES DE %OS MORTEROS. &as arenas
-
/on materiales sólidos minerales granulares con un tamao m*8imo limitado +in5erior a 3 mm. Componente mayoritario de los morteros +3"-" H. El tamao de partícula +granulometría condiciona el volumen de huecos y la cantidad de pasta requerida. Constituyen el esqueleto del mortero y son inertes +no deben reaccionar químicamente. Controlan la retracción del material y le dan resistencia mec*nica. 1ueden ser de naturale$a cali$a o silícea y rodada o de machaqueo +mayor irregularidad.
El a!"a
-
1roduce el 5raguado del conglomerante +hidratación. Con9ere plasticidad a la me$cla. @a cantidad de agua depende de la temperatura, el tipo de conglomerante y arena y la consistencia. 1equeas variaciones producen cambios importantes en estado 5resco +límites pl*stico y líquido. En general, cuanto menor es, mayor es la resistencia y menor es la retracción y la porosidad. En general, el agua potable es v*lida para morteros.
Otros Componentes de los morteros
@os morteros actuales incorporan componentes que modi9can sus características. - Aditi$o"% Compuestos org*nicos que modi9can las propiedades del mortero en estado 5resco. - Adicione"% Compuestos org*nicos o inorg*nicos que modi9can las propiedades en estado endurecido. - Carga"% (ateriales que no reaccionan con el conglomerante, pero modi9can las propiedades en estado endurecido.
- Pigento"% (odi9can el color del mortero. - &ibra"% Cargas de 5orma alargada y sección reducida. V.
METODO%OG8A
9
/e toma pesos especí9cos de arena, cemento y agua. 9 /e toma &'"" g de arena 9 /e toma '"" g de cemento. 9 /e toma '"" g de agua. 9 /e combina la arena y el cemento en un depósito hasta conseguir homogeneidad. 9 /e agrega agua y se revuelve hasta conseguir consistencia adecuada para su trabajabilidad. 9 /e prepara los moldes de 17C ba*ndolos en aceite en el interior y poni
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A. RE%ACIÓN AGUA CEMENTO 9 gua utili$adaB :3"g 9 Cemento utili$adoB'""g A C
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B. RESISTENCIA A %A COMPRENSIÓN Probeta At*ra DiH-etro Área
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VII.
CONC%USIONES Kelación gua ? CementoB ".3 Kesistencia a la ComprensiónB &'> 4g?cm : Es un buen cemento pues la relación agua cemento es cercana a ".' y su resistencia cercana a &" 4g?cm : par*metros aceptables para el diseo de me$cla.
