NORMA TÉCNICA COLOMBIANA
NTC 120 2009-03-11
MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DE MORTEROS DE CEMENTO HIDRÁULICO
E:
STANDARD TEST METHOD FOR FLEXURAL STRENGTH OF HYDRAULIC CEMENT MORTARS
CORRESPONDENCIA: CORRESPOND ENCIA:
esta norma es una adopción modificada (MOD) de la norma ASTM C348-02, Copyright ASTM © International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, Westm Conshohocken, PA 19428-2959, United States.
DESCRIPTORES: DESCRIPT ORES:
mortero; cemento; cemento hidráulico.
I.C.S.: 91.100.10 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. (571) 6078888 - Fax (571) 2221435
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Tercera actualización Editada 2009-03-27
PRÓLOGO
El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993. ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 120 (Tercera actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo de 2009-03-11. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 099 Cementos a cargo de la STN:ICPC. ASCOLFIBRAS CALDESA CEMENTOS ANDINO CEMENTOS ARGOS
CEMEX COLOMBIA HOLCIM COLOMBIA SIKA ANDINA
Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA CAMACOL CÁMARA COLOMBIANA DE LA INFRAESTRUCTURA CEMENTOS DEL ORIENTE CORONA S.A. ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA
INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO –IDU– INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO MURCIA MURCÍA S.A. OBRAS CIVILES AMBIENTALES LTDA. PEGOMAX PRECONCRETOS DEL LLANO UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales y otros documentos relacionados. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN
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CONTENIDO Página 1.
OBJETO ............................................................................................................................1
2.
REFERENCIAS NORMATIVAS ...................................................................................1
3.
RESUMEN DEL MÉTODO ...............................................................................................2
4.
IMPORTANCIA Y USO.....................................................................................................2
5.
APARATOS.......................................................................................................................2
5.1
BALANZAS, PESAS Y PROBETAS GRADUADAS ......................................................2
5.2
MEZCLADORA, RASPADOR, PALETA Y RECIPIENTE DE MEZCLA ........................2
5.3
MESA DE FLUJO Y MOLDE............................................................................................2
5.4
MOLDES DE LOS ESPECIMENES .................................................................................2
5.5
APISONADOR ..................................................................................................................3
5.6
GUÍA DEL APISONADOR................................................................................................3
5.7
PALUSTRE .......................................................................................................................4
5.8
DISPOSITIVOS PARA EL ENSAYO DE FLEXIÓN ........................................................4
5.9
MÁQUINA DE ENSAYO DE COMPRESIÓN...................................................................5
6.
MATERIALES ...................................................................................................................6
6.1
ARENA GRADADA NORMALIZADA..............................................................................6
7.
NÚMERO DE ESPECIMENES .........................................................................................6
8.
PREPARACIÓN DE LOS MOLDES.................................................................................6
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Página 9.
PROCEDIMIENTO ............................................................................................................6
9.1
PROPORCIONES, CONSISTENCIA Y MEZCLA DEL MORTERO ...............................6
9.2
DETERMINACIÓN DE LA FLUIDEZ................................................................................6
9.3
LLENADO DE LOS MOLDES..........................................................................................6
9.4
ALMACENAMIENTO DE LOS ESPECIMENES .............................................................7
9.5
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN............................................7
10.
CÁLCULOS.......................................................................................................................8
11.
ESPECÍMENES DEFECTUOSOS Y REPETICIÓN DE ENSAYOS ...............................8
12.
PRECISIÓN Y SESGO .....................................................................................................9
12.1
PRECISIÓN .......................................................................................................................9
12.2
SESGO ..............................................................................................................................9
13.
PALABRAS CLAVES.......................................................................................................9
DOCUMENTO DE REFERENCIA ..............................................................................................10 FIGURAS Figura 1. Apisonador...................................................................................................................3 Figura 2. Fijación de la guía del apisonador ............................................................................4 Figura 3. Dispositivos especiales adaptables a la máquina de compresión para ensayar prismas de mortero de 40 mm x 40 mm x 160 mm ...............................................5 Figura 4. Orden en que se deben apisonar las capas (Tres etapas de cuatro golpes cada una) .................................................................................7
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MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DE MORTEROS DE CEMENTO HIDRÁULICO
1.
OBJETO
1.1 Este método de ensayo es aplicable a la determinación de la resistencia a la flexión de morteros de cemento hidráulico. 1.2 Los valores se deben regir de acuerdo con el Sistema Internacional de Unidades, NTC 1000 (ISO 1000) 1.3 Esta norma no pretende señalar todos los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma, establecer las prácticas de seguridad y salud, y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias. 2.
REFERENCIAS NORMATIVAS
Los siguientes documentos normativos referenciados son indispensables para la aplicación de este documento normativo. Para referencias fechadas, se aplica únicamente la edición citada. Para referencias no fechadas, se aplica la última edición del documento normativo referenciado (incluida cualquier corrección). NTC 111, Ingeniería civil y arquitectura. Método para determinar la fluidez de morteros de cemento hidráulico (ASTM C230). NTC 112, Ingeniería civil y arquitectura. Mezcla mecánica de pastas de cemento hidráulico y morteros de consistencia plástica (ASTM C305). NTC 220, Ingeniería civil y arquitectura. Métodos para determinar la resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico, usando cubos de 50 mm de lado (ASTM C109). NTC 1000, Metrología. Sistema Internacional de Unidades (ISO 1000). NTC 3937, Ingeniería civil y arquitectura. Arena normalizada para ensayos de cemento hidráulico (ASTM C778). ASTM C349, Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using Portions of Prisms Broken in Flexure) 1 de 10
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ASTM C670, Practice for Preparing Precision and Bias Statements for Test Methods for Construction Materials.
3.
RESUMEN DEL MÉTODO
3.1 El mortero empleado en el ensayo consta de una parte de cemento por 2,75 partes de arena proporcionados en masa. El contenido de agua debe ser el suficiente para obtener una fluidez del 110 % ± 5 % después de 25 golpes de la mesa de flujo. Los cementos constituidos exclusivamente de clinker y yeso, inclusive los que contienen incorporadores de aire, previa certificación del productor, se mezclan con una relación agua cemento especificada. Se preparan prismas de 40 mm x 40 mm x 160 mm mediante compactación en dos capas. Los prismas se curan durante 1 d en los moldes, luego se desmoldan y se almacenan hasta el momento de su ensayo, que consiste en aplicar una carga en su punto medio. 4.
IMPORTANCIA Y USO
4.1 Esta norma proporciona un medio para determinar la resistencia a la flexión de los morteros de cemento hidráulico. Las porciones de los prismas ensayados de acuerdo con este método, pueden emplearse en la determinación de la resistencia a la compresión, de acuerdo con la norma ASTM C349. 4.2 Los resultados obtenidos en este método de ensayo tienen solamente fines investigativos o de referencia y no pretenden determinar la conformidad con los requisitos establecidos en especificaciones. 5.
APARATOS
5.1
BALANZAS, PESAS Y PROBETAS GRADUADAS
Deben cumplir con los requisitos establecidos en la NTC 220 (ASTM C109). 5.2
MEZCLADORA, RASPADOR, PALETA Y RECIPIENTE DE MEZCLA
Deben cumplir con los requisitos establecidos en la NTC 112 (ASTM C305). 5.3
MESA DE FLUJO Y MOLDE
Deben cumplir con los requisitos establecidos en la NTC 111 (ASTM C230). 5.4
MOLDES DE LOS ESPECÍMENES
Los moldes de los especímenes prismáticos de 40 mm x 40 mm x 160 mm deben tener tres compartimientos y diseñarse de manera que tengan sus ejes longitudinales en posición horizontal. Los moldes deben fabricarse de un metal que no sea atacable por el mortero de cemento y que tenga una dureza Rockwell no menor que 55 HRB. Las partes de los moldes deben estar contramarcadas y cuando se ensamblen deben tener un ajuste preciso que las mantenga juntas. Las caras de los moldes deben ser suficientemente rígidas para prevenir que se ensanchen o se comben. Las caras interiores de los moldes deben ser planas, con una variación permisible de 0,03 mm para moldes nuevos y de 0,05 mm para moldes en uso, al colocar una regla de 50 mm en cualquier dirección de la cara que se va a comprobar. La 2
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distancia entre caras opuestas debe ser de 40 mm ± 0,13 mm para moldes nuevos y de 40 mm ± 0,3 mm para moldes en uso. La altura de los compartimientos, medida separadamente, debe ser de 40 mm con variaciones permisibles de +0,25 mm y -0,15 mm para moldes nuevos, y de +0,25 mm y -0,40 mm para moldes en uso. La longitud interna de los moldes debe ser de 160 mm ± 2,5 mm. Los ángulos formados por las caras interiores adyacentes del molde y los planos del fondo y la tapa deben ser de 90 ° ± 0,5 °, medidos en sitios ligeramente separados de las intersecciones de las caras. La base del molde debe ser una placa de aproximadamente 10 mm de espesor, con una superficie plana de 200 mm x 180 mm y una variación permisible de 0,03 mm sobre una regla de 50 mm, en cualquier dirección sobre esta superficie. 5.5
APISONADOR
El apisonador (véase la Figura 1) debe ser de un material no absorbente, no abrasivo y no quebradizo, como el caucho de dureza Shore A 80 ± 10 o el roble curado que no presente absorción después de haber sido sumergido en parafina a unos 200 °C, durante 15 min. La cara del compactador debe ser de 22 mm x 85 mm.
200,0 85,0
40,0
80,0
30,0 85,0
22,0 30,0
22,0 dimensiones en mm
Figura 1. Apisonador
5.6
GUÍA DEL APISONADOR
La guía del apisonador (Véase la Figura 2) debe hacerse de metal no atacable por el mortero, (como el bronce de dureza Rockwell, no menor de 55 HRB). La guía debe acoplarse al molde en tal forma que sus bordes inferiores no se separen de los bordes superiores del molde en más de 0,40 mm. La altura de la guía debe ser de 25 mm.
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6.
MATERIALES
6.1
ARENA GRADADA NORMALIZADA
6.1.1 La arena gradada normalizada, empleada en la preparación de los especímenes, debe cumplir con los requisitos establecidos en la NTC 3937. 7.
NÚMERO DE ESPECÍMENES
7.1 Deben prepararse tres o más especímenes para cada edad especificada de ensayo especificado. 8.
PREPARACIÓN DE LOS MOLDES
Prepare los moldes de los especímenes de acuerdo con el método de ensayo NTC 220. 9.
PROCEDIMIENTO
9.1
PROPORCIONES, CONSISTENCIA Y MEZCLA DEL MORTERO
Las proporciones, consistencia y mezcla para formar un mortero normalizado, se deben determinar de acuerdo con el procedimiento descrito en la NTC 220. 9.2
DETERMINACIÓN DE LA FLUIDEZ
La fluidez se debe determinar de acuerdo con la NTC 111. 9.3
LLENADO DE LOS MOLDES
9.3.1 Inmediatamente después de terminar el ensayo de fluidez, se debe colocar el mortero en el recipiente de mezcla. Rápidamente, se debe empujar hacia abajo el mortero que pudo adherirse a los lados del recipiente y luego se mezcla nuevamente a velocidad media durante 15 s. Después de finalizar la mezcla, debe sacudirse la paleta para remover el exceso de mortero dentro del recipiente. 9.3.2 Cuando se quieran preparar especímenes adicionales de mortero inmediatamente, puede omitirse el ensayo de fluidez y dejar en reposo el mortero en el recipiente de mezcla durante 90 s sin cubrirlo. Durante los 15 s finales de este intervalo, se empuja rápidamente hacia abajo el mortero que pudo adherirse a los lados del recipiente. Luego se mezcla durante 15 s a velocidad media. 9.3.3 La fabricación de los especímenes se inicia de modo que el tiempo total entre el momento de mezcla y el terminado de los mismos no sea mayor a 2 min y 30 s. 9.3.4 Inmediatamente después de remezclar el mortero, se vierte una capa de éste, de aproximadamente 20 mm de espesor, uniformemente distribuida en cada uno de los tres compartimientos, con la guía del compactador acoplada al molde. Luego se compacta el mortero en cada compartimiento, aplicando 12 golpes del apisonador sobre la superficie de la muestra, en tres etapas de cuatro golpes cada una, como se muestra en la Figura 4. Se completan los doce golpes en aproximadamente 15 s. Para dar cada golpe, se coloca la cara inferior del compactador en posición horizontal a unos 25 mm de altura de la superficie de la capa y se baja verticalmente con una fuerza que haga salir una pequeña cantidad de mortero debajo de la 6
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superficie de compactación. Se termina el llenado total de los compartimientos con capas de mortero uniformemente distribuidas y se compactan en la misma forma como se hizo con la primera capa. Se retira la guía de compactación y se alisa la superficie del espécimen una vez a lo largo del molde, con el lado plano del palustre (con su borde ligeramente levantado). Se alisa el espécimen y se elimina el exceso de mortero con un movimiento de sierra a lo largo del molde, teniendo el palustre sostenido casi perpendicularmente. Se reparan las fisuras o desgarramientos en la cara superior del espécimen y se alisa su superficie, pasando a lo largo del molde dos o tres veces el lado plano del palustre con su borde un poco levantado.
1
2
4
3
Figura 4. Orden en que se deben apisonar las capas (Tres etapas de cuatro golpes cada una)
9.4
ALMACENAMIENTO DE LOS ESPECÍMENES
Los especímenes deben almacenarse como se indica en la NTC 220. 9.5
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN
9.5.1 Los especímenes se deben ensayar inmediatamente después de retirados de la cámara húmeda, en el caso de los que van a ser ensayados a las 24 h, y del tanque de almacenamiento, en el caso de los demás especímenes. Todos los especímenes para una determinada edad deben ensayarse dentro de las tolerancias permisibles así: Edad del ensayo
Tolerancia permisible, h
24 h 3d 7d 28 d
± 1/2 ±1 ±3 ± 12
Cuando se van a ensayar las porciones de prismas como cubos modificados, de acuerdo con la norma ASTM C349, se ensayan los prismas lo suficientemente temprano, de tal forma que los cubos modificados también se ensayen dentro de las tolerancias especificadas. Si se retira más de un espécimen al mismo tiempo de la cámara húmeda para el ensayo de las 24 h, estos deben cubrirse con un plástico impermeable hasta el momento del ensayo. Para muestras más antiguas, si se retira más de una a la vez del almacenamiento en agua para el ensayo, se colocan estas muestras en agua a una temperatura de 23 °C ± 2 °C y a una profundidad suficiente para sumergir cada muestra hasta el momento del ensayo.
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NOTA 3 La resistencia a la flexión de los especímenes prismáticos se ve afectada rápidamente por el secado, el cual produce tensión superficial en éstos y genera bajos resultados. Los especímenes que van a ensayarse a las 24 h deben, por tanto, removerse de los moldes, preferiblemente a esa edad y ensayarse inmediatamente. Si hay un retraso en el ensayo, los especímenes deben envolverse en plástico impermeable y deben colocarse en la cámara húmeda hasta inmediatamente antes del ensayo. Después de ensayados, se envuelven nuevamente en plástico si se va a efectuar el ensayo de compresión.
9.5.2 Las superficies de los especímenes deben secarse y los granos de arena o las incrustaciones de las caras que van a estar en contacto con los cilindros de apoyo y de aplicación de la carga de la máquina de ensayo deben desprenderse. Se debe comprobar que estas caras sean perfectamente planas, por medio de una regla. En caso de que tengan una curvatura apreciable, deben pulirse hasta obtener superficies planas; de lo contrario se debe descartar el espécimen. Las toallas usadas para secar los especímenes de 24 h no deben estar excesivamente húmedas. 9.5.3 Se centra el pedestal sobre el plato de la base de la máquina directamente debajo del centro de la esfera superior y coloque el dispositivo de carga y el soporte del ensamble sobre el pedestal. Se acoplan los dispositivos para el ensayo de flexión en la máquina de ensayo. Se coloca el espécimen sobre los cilindros de apoyo de forma que sobre éstos quede una cara que haya estado en contacto con una pared del molde. El eje longitudinal del espécimen y los puntos medios de los cilindros en contacto con éste, deben estar en el mismo plano vertical. Se acopla a la máquina el dispositivo para la aplicación de la carga, de manera que su eje forme un ángulo recto con la longitud del espécimen, que sea paralelo al eje transversal de la cara la cual se aplica la carga y que pase por el punto medio de la longitud del espécimen. Se debe garantizar que el contacto entre el cilindro de carga y el espécimen sea continuo durante la aplicación de carga. La carga se debe aplicar a una velocidad de 2640 N/min ± 110 N/min y se debe indicar con una exactitud de ± 1 % sobre una escala graduada en incrementos de por lo menos cada 40 N. Debe anotarse la carga de rotura con una aproximación de 20 N. 10.
CÁLCULOS
10.1 Se registra la carga máxima indicada por la máquina de ensayo en el momento de la rotura y se calcula la resistencia a la flexión (para el tamaño del espécimen y condiciones del ensayo especificadas en este método), en MPa, mediante la siguiente expresión: S f
=
0,002 8 x P
en donde S f P
11.
= =
resistencia a la flexión, (MPa) carga máxima aplicada al especímen, (N)
ESPECÍMENES DEFECTUOSOS Y REPETICIÓN DE ENSAYOS
11.1 Los especímenes defectuosos que presenten resistencias, que difieran en más del 10 % del promedio de todos los especímenes hechos con la misma mezcla y ensayados al mismo tiempo, no deben tenerse en cuenta para determinar la resistencia a la flexión. Si una vez descartados los especímenes y los valores de resistencia obtenidos, o ambos, se dispone de un solo valor de resistencia a la flexión para el mismo período de ensayo, se debe repetir el ensayo.
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PRECISIÓN Y SESGO
Los valores de precisión y sesgo que se presentan a continuación, son valores reportados por la ASTM y se relacionan como referencia y a manera de información dado que corresponde a condiciones de los Estados Unidos de América. 12.1
PRECISIÓN
12.1.1 Las siguientes afirmaciones sobre precisión son aplicables cuando el resultado de un ensayo es el promedio de los ensayos de resistencia a la flexión de tres prismas moldeados de una sola mezcla de mortero y ensayados a la misma edad. Son aplicables a morteros hechos con cemento Tipo 1, 3, especificados en la NTC 121 y ensayados a las edades de 3 d, 7 d ó 28 d (1 d, 3 d ó 7 d para cemento Tipo 3). 12.1.1.1 Precisión para ensayos conducidos en interlaboratorios El coeficiente de variación para ensayos conducidos en múltiples laboratorios es 8,4 %. Por consiguiente, los resultados de ensayos conducidos apropiadamente sobre mezclas únicas por parte de dos laboratorios, diferentes no deben diferir en más de un 23,8 % de su promedio. NOTA 4 Estas cifras representan respectivamente los límites (1S %) y (d2S %), tal como se describe en la norma ASTM C670.
12.1.1.2 Precisión para ensayos conducidos en un mismo laboratorio El coeficiente de variación para ensayos conducidos en un solo laboratorio es de 5,1 % Por consiguiente, los resultados de dos ensayos, conducidos adecuadamente, sobre mezclas únicas de mortero hechas con los mismos materiales, en el mismo día o dentro de la misma semana, no deben diferir uno del otro en más del 14,4 % de su promedio (véase la Nota 4). 12.2
SESGO
No se hace ninguna afirmación sobre el sesgo dado que no hay un material de referencia aceptado como aconsejable para determinar el margen de error de este método de ensayo. 13.
PALABRAS CLAVES
Resistencia a la comprensión; resistencia a la flexión; mortero de cemento hidráulico; resistencia del cemento hidráulico; resistencia del mortero; resistencia.
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DOCUMENTO DE REFERENCIA AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Test Method for Flexural Strength of Hydraulic Cement Mortars. Philadelphia, 2002, 6p, 5il (ASTM C348).
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