Proyecto De Tesis Resistencia Térmica y Mecánica en Mortero Con Arcilla y Ichu

UNIVERSIDAD SAN PEDRO VICERRECTORADO ACADÉMICO FACULTAD INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

PROYECTO DE INVESTIGACION RESISTENCIA TÉRMICA Y MECÁNICA EN MORTERO CON SUSTITUCION DEL 30% DE CEMENTO (20% ARCILLA Y 10% ICHU) C.C. ANDAYMAYO-SIHUAS. ANDAYMAYO-SIHUAS.

AUTOR: BACH. CÓRDOVA ALEJOS MILLER SAUL

ASESOR: MG. ING. CASTAÑEDA GAMBOA ROGELIO

CHIMBOTE-PERU 2016

UNIVERSIDAD SAN PEDRO

“RESISTENCIA TÉRMICA Y MECÁNICA EN MORTERO CON SUSTITUCION DEL 30% DE CEMENTO (20% ARCILLA Y 10% ICHU) C.C. ANDAYMAYOANDAYMAYO-SIHUAS.”

FACULTAD DE INGENIERIA EAP DE INGENIERIA CIVIL

PROYECTO DE INVESTIGACION RESISTENCIA DE MORTERO; ARCILLA; ICHU.

TEMA

TECNOLOGIA DE MATERIALES

ESPECIALIDAD

I.

GENERALIDADES:

1. TITULO: RESISTENCIA TÉRMICA Y MECÁNICA EN MORTERO CON RESISTENCIA

“

SUSTITUCION DEL 30% DE CEMENTO (20% ARCILLA Y 10% ICHU) C.C. ANDAYMAYO-SIHUAS. ” 2. PERSONAL DE INVESTIGACION: 2.1 INVESTIGADOR

Ap A pellido llidos y Nomb Nombres F acultad acultad E scuela scuela Pr P r ofesi fesi onal nal Código C or r eo Ele E lect ctrr ónico ni co

: Bach. Cordova Alejos Miller Saúl : Ingeniería : Ingeniería Civil : 1110100396 : [email protected]

3. REGIMEN DE INVESTIGACION: Libre

BACH. CORDOVA ALEJOS MILLER SAUL

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4. UNIDAD ACADÉMICA A LA QUE PERTENECE EL PROYECTO: Unidad Académica Facultad Sede

: Universidad San Pedro : Ingeniería : Chimbote

5. LOCALIDAD E INSTITUCION DONDE SE EJECUTARÁ EL PROYECTO DE INVESTIGACION: Centro de Desarrollo del Proyecto

: Universidad San Pedro

Lugar

: Urb. Los Pinos

Facultad

: Ingeniería

Escuela

: Ingeniería Civil

6. DURACION DE LA EJECUCION DEL PROYECTO: Inicio: Septiembre del 2016 201 6 Termino: Diciembre del 2016

7. HORAS SEMANALES AL PROYECTO DE INVESTIGACION DEL INVESTIGADOR: 25 Horas semanales

8. RECURSOS DISPONIBLES:

8.1.Pe 8.1.P er sona sonall I nvest nvestii gado gador : 

Investigador: Cordova Alejos Miller Saúl


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UNIVERSIDAD SAN PEDRO FACULTAD DE INGENIERIA EAP DE INGENIERIA CIVIL

“RESISTENCIA TÉRMICA Y MECÁNICA EN MORTERO CON SUSTITUCION DEL 30% DE CEMENTO (20% ARCILLA Y 10% ICHU) C.C. ANDAYMAYO-SIHUAS.”

8.2.Materiales y Equipos: Materiales: -

Cemento Portland Tipo I (Pacasmayo) Publicaciones Science Direct y Normas Del ASTM, ACI y NTP Sacos De Papel y Plástico

Materiales de Campo: -

Paja seca de ichu (Stipa) Arcilla Agregado Fino (Arena) Alquiler de movilidad Cámara digital

Equipos: -

Moldes Para Mortero Mezclador 4 kg para Mortero Balanza Digital Científica Hornos eléctricos Computadora Dispositivo USB Impresora Tamices

Servicios: -

Fotocopias Impresiones Internet

Locales: -

Laboratorio de Mecánica de Suelos: Universidad San Pedro Biblioteca: Universidad San Pedro Portales Web


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9. PRESUPUESTO:

Costo Total

S/. 3000.00

10. FINANCIAMIENTO: Autofinanciado

11. TAREAS DEL EQUIPO DE INVESTIGACION: El investigador responsable realizara todas las tareas necesarias para el desarrollo de esta investigación tales como: -

Gestiones para la aprobación del proyecto.

-

Visita de canteras para la obtención de los agregados necesarios para realizar los dados de morteros.

-

Recolectar la cantidad necesaria de agregados y material de sustitución.

-

Verificar las propiedades de materiales de sustitución estudiados.

-

Realizar ensayos de laboratorio de la Universidad San Pedro y otras.

-

Realizar dados de moretero y someterla a ensayos.

-

Procesamiento y análisis de resultados.

-

Elaboración del informe final.

-

Sustentación del informe final.

12. LINEA DE INVESTIGACION: Según la Unesco: 3312 Tecnología de los Materiales, -12 Ensayo de materiales. Según la Facultad:


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0404 NUEVOS MATERIALES Y NANOTECNOLOGIAS 040401 Nuevos Materiales 04040110 Desarrollo de nuevos productos cerámicos para la industria metalúrgica y de la construcción, incluyendo nuevos cementos.

13. RESUMEN DEL PROYECTO: Ante el cambio climático en las zonas andinas del Perú donde el frio es intenso, el proyecto de investigación está enfocado en encontrar un material térmicamente aislante y como sustituto al cemento convencional en un diseño de mortero donde el cemento será sustituido en un 30% (20% arcilla y 10% Ichu) el cual tendrá propiedades térmicamente aislantes y mejorara su resistencia mecánica , para la activación térmica del material se determinara mediante análisis diferencial térmico y las composiciones químicas se analizará mediante difracción de fluorescencia y rayos x. Es una investigación aplicada y explicativa, de diseño experimental en bloque completamente al azar, con un enfoque cuantitativo. Se elaborará 18 dados de mortero de 50 mm de lado . La técnica será la observación y como instrumentos tendremos las fichas técnicas de laboratorio de Mecánica de suelos y ensayos de materiales. El proceso de los datos se realizará con los programas Excel y SPSS. Para el análisis de los datos se elaborará tablas, gráficos, porcentajes, medias, varianzas y pruebas de hipótesis (ANOVA). Lo cual se querrá demostrar que la sustitución del cemento por arcilla y ichu mejora la resistencia térmica y mecánica del mortero.


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14. CRONOGRAMA

DURACION Ítem

DESCRIPCION

01

E laboración y aprobación del proyecto.

02

I mplementación

03

Recolección de datos

04

Análisis de información

05

E laboración del informe fi nal.

06

Presentación y defensa del informe final.


S S S S S S S S S S S S S S S S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

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II.


PLAN DE INVESTIGACIÓN

1. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIONES CIENTIFICAS:

Charca, S. (2015). E valuación de las fibras I chu como sistema de aislamiento térmico y de bajo costo para las regiones de los Andes. E nergy and Bluidings, 1(108) 55-60. El cual fue como objetivo de investigación las regiones de los Andes, donde las temperaturas bajas (5 a -25◦C) combinado con el efecto del viento dan la sensación de extremo frío. Además, en las zonas rurales, las estructuras de vivienda son muy rudimentarios, basándose en las paredes de adobe y techos corrugados de acero galvanizado. La combinación de problemas con el clima y la construcción sin consideraciones de aislamiento térmico poner a las personas en condiciones de vida extremas. Usando fibras naturales locales y barato como aislamiento térmico es una gran alternativa sobre todo para actualizar / renovar construcciones rudimentarias. En zonas por encima de 3000 m sobre el nivel del mar, las fibras naturales son enormes y barato (~0.15 USD / kg), fibras especiales denominado "Ichu". En este estudio las propiedades térmicas de las fibras naturales se caracterizaron según la norma ASTM C177. Los resultados muestran que la conductividad térmica varía desde 0,047 hasta 0,113 W / m K, para las esteras con fibras orientadas unidireccionales, siendo bien Ichu que tienen los valores más bajos. Lo bueno del Ichu es competitivos en términos de costo por unidad de resistencia térmica, se reduce la densidad de fieltro de fibra, la organización de las fibras al azar; los resultados muestran una reducción significativa en la densidad, sin aumentar significativamente la conductividad térmica. De acuerdo con estos resultados fibras Ichu tienen excepcionales propiedades de aislamiento térmico. Por otra parte, este es el primer estudio realizado en el rendimiento térmico de esta fibra andinos natural.


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Barreca, F . (2013). E l uso de hueso de aceituna como aditivo en el cemento de mortero de cal para mejorar aislamiento térmico. E nergy and Bluidings, 1(62) 507-513. En este trabajo se propone y analiza un uso original de hueso de aceituna con el fin de mejorar las prestaciones de aislamiento térmico de cemento mortero de cal y reducir su densidad final. Para este fin, el documento ilustra un conjunto de pruebas a pequeña escala, que se realizaron en muestras de mortero de cal cemento mezclado con diferentes porcentajes de hueso de aceituna, en cumplimiento de los protocolos ISO. Estas pruebas permitieron evaluar las relaciones entre conductividad térmica, densidad y absorción de agua por cada porcentaje de hueso de aceituna. Se observó que la adición de 70% del peso seco de hueso de aceituna permitido reducir la conductancia térmica media de mortero de cal de cemento en más del 76% y su densidad por alrededor de 30%. Además, las pruebas pusieron de relieve que la disminución de la conductancia térmica, que estaba relacionado con el aumento en el porcentaje de hueso de aceituna añadido, es mayor que la disminución en la densidad. A fin de que las pruebas que se llevan a cabo, se ha desarrollado un prototipo de sistema de medición portátil, que se basa en la medición del flujo de calor y permitió obtener valores promedio de conductancia térmica con error promedio por debajo de 10%.

Serina, Ng (2016). Las arcillas calcinadas como aglutinante para aislamiento térmico y aerogel incorporado mortero estructural. Cement and Concrete Composites, 1(72) 213 221. La investigación tuvo como objetivo el reemplazo parcial del cemento Portland ordinario con arcilla calcinada como aglutinante en los morteros de aerogel incorporado (AIM) fue mostrado para disminuir sus conductividades térmicas mientras se mantiene la resistencia mecánica. Se encontró que a una carga de aerogel de entre 40 % en volumen y 80 % en volumen, la sustitución del cemento con arcilla calcinada bajó la conductividad térmica hasta en un 20 % cuando < 70 % en volumen de aerogel estaba presente (0,410 W / ( mK) a 0.370 W / ( m · K ) ) , y hasta en un 40 % con > 70 % en volumen de aerogel ( 0,164 W / ( m · K ) a 0,145 W / ( mK ) ) , impulsado principalmente por la conductividad térmica innata de los


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aglutinantes . En el nivel de sustitución de hasta ~ 30 % en peso de aglutinante ( % bwob ) , las propiedades del mortero fue independiente de tipos de arcilla. Cuando la sustitución aumentó a por encima de 40 % bwob , arcillas de esmectita enriquecido calcinados fueron favorecidos para disminuir las conductividades térmicas de los morteros en comparación con los que contienen caolinita .

Silina, M. (2016). Valorización de la actividad puzolánica de la arcilla de Argelia : Optimización del tratamiento térmico y las características mecánicas de los morteros de cemento implicados. Applied Clay Science, x(x) 11. El objetivo de este estudio es el de optimizar la actividad puzolánica de los depósitos de arcilla argelinos que están compuestas esencialmente por calcita, dolomita, illita y / moscovita. Los ciclos de tratamiento de calor se aplicaron a estos depósitos de las materias primas mediante la variación de la temperatura de destino y el tiempo de retención. La evaluación de grados deshidroxilación está determinada por diferentes técnicas, tales como análisis térmico gravimétrico (TG) análisis, calorimetría diferencial de barrido (DSC) y espectroscopía infrarroja por transformada de fourier (FTIR). Los resultados muestran que se obtuvo el puzolánica óptima, si la arcilla se calcinó a 700 ° C durante 5 h. Por otra parte, la adición de 10% del depósito de arcilla tratada térmicamente a 85% de clinker y al 5% de yeso en peso conduce a la fabricación de cementos mezclados con las más altas características mecánicas. Los morteros elaborados con los cementos mezclados fueron estudiados y sus resistencias a la compresión después de la exposición a altas temperaturas de hasta 1.000 ° C fueron investigados mediante la prueba de compresión hasta la edad de 90 días. Parece ser que la adición de arcilla tratada térmicamente a clínker realce las fortalezas de morteros normalizados en edad temprana en comparación con las elaboradas con Sin embargo, no se observaron efectos opuestos para las edades de hasta 28 días a excepción de cementos mezclados con arcilla tratada a 700 ° C CEM I. -5 h. Esto se relaciona con la presencia de nuevos compuestos cementicios (NCC) relieve por el análisis TG. El comportamiento de los morteros después de la exposición a altas temperaturas no es afectada significativamente cuando se utilizan cementos mezclados. El cemento mezclado óptimo es elaborado con


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arcilla depósito calcinado a 700 ° C durante 5 h. Los hormigones fabricados con este cemento mezclado presentan resistencias a la compresión bastante similares a la de control.

Alvarez, R. (2012). La conductividad térmica de la fibra de coco llena de paneles sándwich de ferrocemento. Construction and Building Materials, 1(37) 425- 431. Este estudio evalúa el uso potencial de la fibra de coco como material de relleno de aislamiento térmico para el panel de ferrocemento paredes en configuración sándwich de escuelas y casas de techos ' en Puerto Escondido , Oaxaca , México . mediciones de conductividad térmica se realizaron para comparar el comportamiento térmico de ferrocement paredes de paneles llenos de fibra de coco para otros materiales de construcción típica de la región. medido térmica conductividades de ladrillo de arcilla roja, bloque hueco de hormigón y hormigón ligero paredes de paneles de ladrillo son 0,93 , 0,683 y 0,536 W / m K , respectivamente . La conductividad térmica de la configuración propuesta es 0,221 W / m K y que es más bajo que los materiales típicos usados para el hogar -edificios en esta región.


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2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO En la presente investigación se pretende evaluar la resistencia mecánica térmica del mortero mediante la sustitución del cemento con las partículas de Ichu (Stipa) y arcilla activada, que tienen potencial uso de propiedades asilaste térmicas contra el friaje en las viviendas andinas a más de 3000 msnm y a la vez son alternativas de sustitución económicamente viable y no contaminantes en su proceso de producción. Con este proyecto se pretende lograr nuevas tecnologías del mortero , posteriormente con los resultado positivos que se obtengan aplicarlo en las paredes de las viviendas andinas los cuales serán térmicamente aislantes y resistentes mecánicamente , que serán de fácil adquisición, bajo costo y no contamínate en su producción, y que por falta de información de sus propiedades térmicas y mecánicas estos materiales , se sigue utilizando costumbres ancestrales en la construcción donde el material predominante en edificaciones andinas es el adobe el cual es altamente vulnerable ante a eventos sísmicos y a su vez no contribuye a propiedades de aislamiento térmico ante este cambio climático del friaje en zonas andinas que se está aconteciendo. Cabe indicar que este aporte llegaría a ser muy importante ya que si se llega a cumplir los objetivos estaríamos encontrando materiales térmicamente aislantes y puzolánico cementantes como sustitutos al cemento convencional que aumente la resistencia térmica y mecánica del mortero , el cual sería un gran beneficio para la sociedad de bajos recursos de las zonas andinas del Perú, que a pesar de tener los materiales de construcción necesarios para hacer viviendas térmicamente aislantes y más seguras por falta de información se sigue utilizando el método inseguro ancestral.


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3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Ante este cambio climático en zonas andinas donde el friaje es intenso y teniendo materiales propios de la zona con propiedades térmicamente aislantes como es el Ichu (Stipa); y la arcilla como componente cementantes (Silicio, Aluminio y Calcio) y a la vez sabiendo que el cemento está constituido en su gran mayoría por óxidos (Calcio, Silicio, y Aluminio) obtenido de rocas que son de alto costo y contaminantes en su producción, y. Por ello planteamos sustituir en un 30% al cemento con 15% polvo de Ichu (Stipa) y 40 % de Arcilla activada que son de fácil producción para las comunidades andinas alejadas y olvidadas. Lo que motiva para la realización de esta investigación es encontrar un material térmicamente aislante y sustitutos al cemento que sea de fácil adquisición y bajo costo en su producción. Al analizar la problemática que existe en nuestro departamento de Áncash con referencia al friaje y no realizarse investigaciones ni inversiones para controlar este fenómeno, llegamos a la conclusión en plantear el problema con lo que respecta en encontrar sustitutitos con resistencias térmicas y mecánicas al diseño convencional de mortero. Por lo cual partimos nuestra investigación buscando innovar un nuevo diseño para encontrar un material térmicamente ailanto ante el frio y las heladas y mejorar la composición química del cemento con respecto a los óxidos, ya que el diseño convencional tiene uso estándar que no contribuyen cualidades antes diferentes tipos de climas y viene utilizando desde ya muchas décadas atrás, por lo expuesto planteamos el siguiente problema:

¿Cuál es la resistencia térmica y mecánica de un mortero cuando se sustituye el 30% de cemento por una combinación arcilla (20%) y ichu (10%)?


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4. MARCO REFERENCIAL. 4.1. TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES La tecnología de materiales es el estudio y puesta en práctica de técnicas de análisis, estudios físicos y desarrollo de materiales. También es la disciplina de la ingeniería que trata sobre los procesos industriales que nos proporcionan las piezas que componen las máquinas y objetos diversos, a partir de las materias primas.

4.2. MORTERO

Portland Cement Association, PCA. (2002). Mortar and masonry grout mortar cement (1 ed.). Skopie, I llinois, E E . UU, Sostienen que el mortero consiste en una mezcla de portland cemento o cemento hidráulico mezclado y materiales plastificantes (tales como caliza piedra o cal hidratada), junto con otros materiales introducidos para mejorar una o más propiedades tales como la definición tiempo, trabajabilidad, retención de agua, durabilidad y resistencia. Estos componentes son proporciones de la planta de cemento bajo condiciones controladas para asegurar la uniformidad de los resultados. .

FASES 

COMPONENTES

PASTA

AGLOMERANTE AGUA ADITIVOS y ADICIONES ACTIVAS

AGREGADO FINO

AR EN A

AI RE

Aire incorporado naturalmente Aire incorporado intencionalmente

MORTERO 




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4.2.1.


DOSIFICACION DEL MORTERO

Norma Técnica Peruana (NTP) 334.051, 2013. Método de ensayo para la determinación de la resistencia a la comprensión de mortero de cemento portland, usando especímenes cúbicos de 50 mm de lado. Esta norma determina que la resistencia a la compresión en morteros de cemento Portland, se determina llevando a la rotura especímenes de 50 mm de lado, preparados con mortero consistente de 1 parte de cemento y 2,75 partes de arena dosificados en masa. La relación de agua/cemento (a/c) para todo el cemento portland si aire incorporado debe de ser 0.485 La cantidad de materiales a ser mezclados en un solo tiempo en una tanda de mortero para elaborar 6 y 9 especímenes de ensayo será tal como sigue: TABLA 01. Cantidad de materiales a ser mezclados en un solo tiempo, NTP 334.051 Materi ales Cemento, g Arena, g Agua Portland (0.485)

Numero de especímenes 6 500 1375 242 230

9 740 2035 359 340

4.3. PUZOLANAS

Salazar, A. (2002). Una manera de entender a los materiales compuestos (3°ed.). Cali: corporación construir. Define que se consideran generalmente como puzolanas los materiales que, carentes de propiedades cementicias y de la actividad hidráulica por sí solos, contienen constituyentes que se combinan con cal a


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temperaturas ordinarias y en presencia de agua, dando lugar a compuestos permanentemente insolubles y estables que se comportan como conglomerantes hidráulicos. En tal sentido, las puzolanas dan propiedades cementantes a un conglomerante no hidráulico como es la cal.

American Society for Testing and Materials, (ASTM). C618, 2015. E specificación normalizada para Ceniza Volante de Carbón y Puzolana Natural en Crudo o Calcinada para Uso en Concreto. Especifica que propiedades de las puzolanas dependen de la composición química y la estructura interna. Se prefiere puzolanas con composición química tal que la presencia de los tres principales óxidos (SiO2, Al2O3, Fe2O3) sea mayor del 70%. Se trata que la puzolana tenga una estructura amorfa.

4.3.1. PUZOLANAS NATURALES

Según (ASTM). C618, 2015. Los materiales denominados puzolanas naturales pueden tener dos orígenes distintos, uno puramente mineral y otro orgánico. Las puzolanas naturales de origen mineral son productos de transformación del polvo y “cenizas” volcánicas que, como materiales piro

clásticos incoherentes procedentes de erupciones explosivas, ricos en vidrio y en estado especial de reactividad, son aptos para sufrir acciones endógenas (zeolitización y cementación) o exógenas (agilización), de las cuales las primeras son favorables y las segundas desfavorables. Por una continuada acción atmosférica (meteorización) se convirtieron en tobas, esto es en rocas volcánicas, más o menos consolidadas y compactas, cristalinas, líticas o vítreas, según su naturaleza. El origen volcánico de las puzolanas naturales es determinante de su estructura. La estructura de las rocas, que se han originado por el enfriamiento de grandes masas de lava que han fluido completamente, depende de la velocidad en que se ha producido el fenómeno. Las puzolanas naturales de origen orgánico son rocas sedimentarias BACH. CORDOVA ALEJOS MILLER SAUL

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abundantes en sílice hidratada y formadas en yacimientos o depósitos depósito s que en su origen fueron submarinos, por acumulación de esqueletos y caparazones silíceos de animales (infusorios radiolarios) o plantas (algas diatomeas). Todas las propiedades de las puzolanas naturales y en particular aquellas que las hacen especialmente aptas para su aprovechamiento en la industria del cemento, dependen fundamentalmente de su composición y de su textura, las cuales a su vez están íntimamente relacionadas con su origen y formación. Los materiales puzolánicos naturales están constituidos principalmente por rocas eruptivas y en particular efusivas y volcánicas, y dentro de éstas, por extrusivas, salvo las de naturaleza orgánica que son de origen y formación sedimentaria.

4.3.2. PUZOLANAS ARTIFICIALES

Según Según (AST (A STM) M).. C618, 2015 2015.. Se definen éstas como materiales que deben su condición de tales a un tratamiento térmico adecuado. Dentro de esta condición cabe distinguir dos grupos uno, el formado por materiales naturales silicatados de naturaleza arcillosa y esquistosa, que adquieren el carácter puzolánico por sometimiento a procesos térmicos “ex profeso”, y otro el

constituido por subproductos de determinadas operaciones industriales, que, en virtud de su naturaleza y de las transformaciones sufridas en las mismas, adquieren las propiedades puzolánicas. Al primero de estos grupos pueden asimilarse, por su analogía, las puzolanas designadas como mixtas o intermedias, o semiartificiales, es decir, aquellas que, naturales por su origen, se mejoran por un posterior tratamiento. Representantes típicos de este grupo son el polvo de ladrillo obtenido de productos de desecho de la cerámica de alfarería y las bauxitas naturales. En el segundo grupo encajan los residuos de las bauxitas utilizadas para la obtención del aluminio, materiales a los que los alemanes designan como “ SiStoff” (silicalita o amorfita) y el polvo de chimenea s de altos hornos. También


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pueden incluirse en este grupo, aunque presentan bastantes concomitancias con las escorias, las cenizas volantes y de parrilla de las centrales termoeléctricas y las cenizas de lignitos. Por extensión, las mismas escorias siderúrgicas podrían acoplarse en el grupo. Como queda indicado, el representante más genuino de los materiales arcillosos elevables a la categoría de puzolana artificial es el polvo de ladrillo. Sometida la arcilla a tratamientos térmicos adecuados, se forman en ella compuestos pusilánimamente activos en virtud de reacciones y transformaciones en las que, junto a una estructura y constitución mineralógica de partida y a la composición química, juegan importantísimo papel como variables la temperatura y el tiempo.

4.3.3. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS.

Sala Salazzar , A. A . (20 ( 2002 02).). Una U na maner ner a de ente ntende nder a los los ma mater iales iales co compuest uesto os (3°ed.). Cali: corporación construir. define que la actividad puzolánica se refiere a la cantidad máxima de hidróxido de calcio con la que la puzolana puede combinar y la velocidad con la cual ocurre esta reacción. Puzolana + Cal + Agua

Silicatos y Aluminatos de Calcio Calcio hidratados

La actividad puzolánica depende: de la naturaleza y proporción de las fases activas presentes en la puzolana (composición mineralógica), de la relación cal – puzolana de la mezcla, de la finura (o superficie específica) de la puzolana y de la temperatura de la reacción. Los productos de reacción puzolana/cal generalmente son del mismo tipo que los productos de hidratación del Cemento Portland: Silicatos Cálcicos Hidratados (CSH), Aluminatos Cálcicos Hidratados (CAH) y Sílico - Aluminatos Cálcicos Hidratados (CSAH).


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4.3.4. VENTAJAS DEL EMPLEO DE LAS PUZOLANAS

Sala Salazzar , A. A . (20 ( 2002 02).). Una U na maner ner a de ente ntende nder a los los ma mater iales iales co compuest uesto os (3°e (3° ed.). .) . C ali: cor cor por ación const constrr uir. uir . Define que en general, son las señaladas en la tabla: T A B L A 2: V entaj ntaj as de de las las Puzo P uzolana lanass en los Ce C ementos ntos Puzo P uzolánico lánico A. En la resistencia mecánica A.1 A largo plazo, al prolongar el período de endurecimiento A.1.1 A tracción A.1.2 A compresión A.1.3 Mejor relación tracción - compresión B. En la estabilidad B.1 Frente a la expansión por cal libre B.2 Frente a la expansión por sulfatos B.3 Frente a la expansión por la reacción álcalis - agregado B.4 Frente a la retracción hidráulica de secado, por la menor relación a/c B.5 Frente a la retracción térmica por enfriamiento B.6 Frente a la fisuración C. En la durabilidad C.1 Frente a ataques por agua puras y ácidas C.2 Frente a ataques por aguas y suelos sulfatados C.3 Frente a ataques por agua de mar C.4 Frente a ataques por gases de descomposición y fermentación de materias orgánicas C.5 Frente a la desintegración por la reacción álcalis - agregado D. En el rendimiento y la economía D.1 Al corresponder a los cementos puzolánico mayor volumen que a otros conglomerantes a igualdad de peso D.2 Al ser los cementos puzolánico, en general, conglomerantes más baratos


E. En la plasticidad D.1 Rebajando la relación a/c D.2 Reduciendo la segregación D.3 Evitando la exudación y el sangrado

F. En la impermeabilidad F.1 Reduciendo la porosidad F.2 Evitando la formación de eflorescencias F.3 Produciendo la mayor cantidad de Tobermorita

G. En la adherencia G.1 Del agregado a la pasta G.2 Del mortero a las armaduras

H. En el comportamiento térmico H.1 Al liberar menor calor de hidratación H.2 Al producir menor elevación de temperatura

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4.4. CEMENTO

Portland Cement Association, PCA. (2002). Diseño y control de mezclas de concreto (1 ed.). Skopie, I llinois, E E . UU. Sostienen que los cementos portland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos hidráulicos de calcio. Los cementos hidráulicos se fraguan y se endurecen por la reacción química con el agua. Durante la reacción, llamada hidratación, el cemento se combina con el agua para formar una masa similar a una piedra, llamada pasta. Cuando se adiciona la pasta (cemento y agua) a los agregados (arena y grava, piedra triturada piedra machacada, pedrejón u otro material granular), la pasta actúa como un adhesivo y une los agregados para formar el concreto, el material de construcción más versátil y más usado en el mundo . El cemento Portland se fabrica a partir de materiales calizos, por lo general piedra caliza, junto con arcillas, pizarras o escorias de altos hornos que contienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en proporciones aproximadas de un 60% de cal, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y 3% de trióxido de azufre.

4.4.1. CARACTERISTICAS FÍSICAS

American Society for Testing and Materi als, (ASTM ). C150, 2007. E specificación estándar para el cemento portland. Define que las propiedades físicas de cemento son útiles para evaluar y controlar la calidad del cemento, estos ensayos no pueden ser considerados para interpretar la calidad del hormigón pese a que los mismos van de la mano; dichos ensayos presentan límites indicados en las distintas normativas y son distintos dependiendo el tipo de cemento a ser utilizado; entre las principales propiedades físicas tenemos:


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-


Finura y tamaño de las partículas: Finura superficie especifica Blaine 360 m2/kg.

-

Tiempo de fraguado: El tiempo de fraguado del cemento portland se realiza mediante la prueba de vicat: -

Fraguado inicial 2h 48m.

-

Final 3h 55m

-

Contenido de aire: 9.0%

-

Estabilidad de volumen: Expansión de autoclave 0.2%

-

Densidad: La densidad del cemento portland recién fabricado tiene un valor de 3.10

-

Contenido de partículas %: Mayores a10 μm 48; entre 10 y 45 μm 46 y mayores a 45 μm 7.

4.4.2. CRACTERISTICAS QUIMICAS

American Society for Testing and Materi als, (ASTM ). C150, 2007. E specificación estándar para el cemento portland. Define que la composición química del cemento, en base a un buen CLINKERS bien quemado, produce la siguiente composición: TABLA 4 Compuestos Químicos del Clinker del cemento Portland, ASTM C 150 Designación Silicato Tricálcico Silicato Dicálcico Aluminato Tricálcico Ferro aluminato Tetracálcico Cal libre Magnesia libre (Periclasa)


Fórmula 3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 4CaO.Al2O3. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 CaO MgO

Porcentaje 30% a 50% 15% a 30% 4% a 12% 8% a 13%

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-Silicato Tricálcico 3CaO.SiO2: Composición del 36.0 %, el cual le confiere su resistencia inicial e influye directamente en el calor de hidratación.

-Silicato Dicálcico 2CaO.SiO2: Composición del 33.0%, el cual define la resistencia a largo plazo y no tiene tanta incidencia en el calor de hidratación.

-Aluminato Tricálcico 3CaO.Al2O3: Composición del 21.0 %, es un catalizador en la reacción de los silicatos y ocasiona un fraguado violento. Para retrasar este fenómeno, es preciso añadirle y eso durante la fabricación del cemento.

-Componentes menores: Oxido de magnesio, potasio, sodio, manganeso y titanio 10 %

4.4.3. PROPIEDADES FISICAS- QUIMICAS

American Society for Testing and Materi als, (ASTM ). C150, 2007. E specificación estándar para el cemento portland. Define que el cemento endurece rápidamente y alcanza resistencias altas; esto gracias a reacciones complicadas de la combinación cal – sílice.

4.4.4. CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS

Norma Técnica Peruana, (NTP). 334.009, 2007. Cementos portland. Requisitos. Está definido que de acuerdo a las normas nacionales ITINTEC, NTP 334.009 y a las internacionales ASTM C-150 los cementos están clasificados:


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TABLA 5 Tipos de cemento hidráulico, ASTM C 150 TIPO I IA II IIA III IIIA IV V

DESCRIPCION Normal Normal con aire incluido Moderada resistencia a los sulfatos Moderada resistencia a los sulfatos con aire incluido Alta resistencia inicial Alta resistencia inicial con aire incluido Bajo calor de hidratación Resistencia a los sulfatos

Cementos Pórtland comunes Norma Técnica Peruana, (NTP). 334.009, 2007. Cementos portland. Requisitos. Estipula que se clasifica al cemento Portland común en cinco tipos diferentes, de acuerdo a las proporciones relativas de los cuatro componentes mineralógicos principales y a las condiciones de uso, los cuales son: La norma aplica a todos los cementos que se comercialicen en el país, bajo las siguientes normas de American Society for Testing and Materials ( ASTM ): -

ASTM C 91 Especificación Estándar para Cemento de Albañilería

-

ASTM C 150 Especificación Estándar para Cemento Pórtland

-

ASTM C 595 Especificación Estándar para Cementos Hidráulicos Adicionados

-

ASTM C 1157 Especificación Estándar de Desempeño para Cemento Hidráulico


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-


Cemento Portland Tipo I Para uso general, cuando propiedades especiales de cualquier otro tipo no son requeridas.

-

Cemento Portland Tipo IA. Cemento con aire incluido, similar al TIPO I, donde la condición de aire incluido es deseada.

-

Cemento Pórtland Tipo II. Para uso general cuando se requiere una moderada resistencia a los sulfatos y un moderado calor de hidratación.

-

Cemento Pórtland Tipo IIA. Cemento con aire incluido, similar al TIPO II, donde la condición de aire incluido es deseada.

-

Cemento Pórtland Tipo III. Utilizado cuando se requiere una alta resistencia inicial.

-

Cemento Pórtland Tipo IIIA. Cemento con aire incluido, similar al TIPO III, donde la condición de aire incluido es deseada.

-

Cemento Pórtland Tipo IV. Para uso cuando se requiere un bajo calor de hidratación.

-

Cemento Pórtland Tipo V. Utilizado cuando se requiere una alta resistencia a los sulfatos.


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4.4.5. CEMENTOS HIDRÁULICOS ADICIONADOS Para el caso de los Cementos Hidráulicos Adicionados de la Norma ASTM C 595, se presenta la siguiente clasificación:

Cemento Pórtland con E scoria de Alto Horno (Tipo I S). para uso general en construcción. Pueden considerarse las opciones Moderada Resistencia a Sulfatos, Aire Incluido, o Moderado Calor de Hidratación o cualquier combinación de ellos, adicionando los sufijos (MS), (A), ó (MH) respectivamente. En este tipo de cemento, el constituyente de escoria podrá oscilar entre 25 y 70% de la masa total del cemento Pórtland de escoria de alto horno.

Cemento Pórtland Puzolánico. se definen dos tipos, para cada uno de los cuales pueden considerarse las opciones Moderada Resistencia a Sulfatos, Aire Incluido, o Moderado Calor de Hidratación o cualquier combinación de ellos, adicionando los sufijos (MS), (A), ó (MH) respectivamente. El contenido de puzolana debe oscilar entre 15 y 40% de la masa total del cemento Pórtland puzolánico. -

Tipo IP: Cemento Pórtland Puzolánico para uso general en construcción.

-

Tipo P: Cemento Pórtland Puzolánico para uso general en construcción donde no se requieren altas resistencias a tempranas edades.

-

Cemento de Escoria. Tipo S: Cemento de Escoria para utilizarse en combinación con cemento pórtland para la fabricación de concreto y en combinación con cal hidratada


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para la fabricación de mortero para mampostería. El contenido de escoria para este tipo de cemento puede ser mayor al 70% de la masa total del cemento de escoria.

-

Cemento Pórtland Modificado con Puzolana. Tipo I (PM): Cemento Pórtland modificado con puzolana para uso general en construcción. Pueden considerarse las opciones Moderada Resistencia a Sulfatos, Aire Incluido, o Moderado Calor de Hidratación o cualquier combinación de ellos, adicionando los sufijos (MS), (A), ó (MH) respectivamente. El constituyente de puzolana deberá ser menor al 15% de la masa total del cemento Pórtland modificado con puzolana.

-

Cemento Pórtland Modificado con Escoria. Tipo I (SM): Cemento Pórtland modificado con Escoria para uso general en construcción. Pueden considerarse las opciones Moderada Resistencia a Sulfatos, Aire Incluido, o Moderado Calor de Hidratación o cualquier combinación de ellos, adicionando los sufijos (MS), (A), ó (MH) respectivamente. El contenido de escoria para este tipo de cemento es menor del 25% de la masa total del cemento Pórtland modificado con escoria.

4.4.6. CEMENTOS HIDRÁULICOS Para el caso de los Cementos Hidráulicos de la Norma ASTM C 1157, éstos se clasifican de acuerdo a lo siguiente:

-Tipo GU: De uso general en construcción. Se emplean cuando no se requieren condiciones especiales.

-Tipo HE: De alta resistencia inicial o temprana.


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-Tipo MS: De moderada resistencia a los sulfatos. -Tipo HS: De alta resistencia a los sulfatos. -Tipo MH: De moderado calor de hidratación. -Tipo LH: De bajo calor de hidratación.

4.4.7. CEMENTOS PARA ALBAÑILERÍA Los Cementos para Albañilería de la Norma ASTM C 91 se clasifican de acuerdo a lo siguiente:

-Tipo N: Para uso en la preparación de morteros Tipo N de la Especificación ASTM C 270, sin mayor adición de cementos ó cal hidratada, y para uso en la preparación de morteros Tipo S ó M de la Especificación ASTM C 270 cuando el cemento es adicionado de acuerdo a los requerimientos de ASTM C 270.

-Tipo S: Para uso en la preparación de morteros Tipo S de la Especificación ASTM C 270, sin mayor adición de cementos ó cal hidratada.

-Tipo M: Para uso en la preparación de morteros Tipo M de la Especificación ASTM C 270, sin mayor adición de cementos ó cal hidratada.

4.4.8. COMPOSICIÓN QUÍMICA Y FISICA DE LOS CEMENTOS Las propiedades químicas y físicas de los cementos se regirán de acuerdo a lo siguiente: Cementos Pórtland Norma ASTM C 150. Deben cumplir con los requisitos especificados en la sección 6, Chemical Composition y la sección 7, Physical Properties ASTM C 150, según el Volumen 04 – 01 de la Sección 4 del Manual de Estándares de ASTM, en su revisión más reciente.


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Tabla 6. composición química del cemento TI PO I , ASTM C 1157 COMPONENTES Oxido de Sílice: SiO2 Oxido de Hierro: Fe2O3 Oxido de Aluminio: Al2O3 Oxido de Calcio: CaO Oxido de Magnesio: MgO xido de Azufre: SO3 Perdida por Calcinación: P.C Residuo Insoluble: R.I Cal Libre: Cao Álcalis: Na2O

CEMENTO TIPO I 20.50% 5.14% 4.07% 62.41% 2.10% 1.83% 1.93% 0.68% 1.10% 0.22%

TABLA 7 . porcentajes típicos de intervención de los óxidos en el cemento. %

COMPONENTE QUIMICO

PROCEDENCIA USUAL

Oxido de calcio (CaO) Oxido de Sílice (SiO2 ) Oxido de Aluminio (Al 2 O3 ) Oxido de Fierro (Fe2O3 )

Rocas Calizas Areniscas Arcillas Arcillas, Mineral de Hierro, pirita

Oxido de Magnesio, Sodio, potasio, titanio, azufre, fósforo Y magnesio

Minerales Varios

95%

5%

TABLA 8. Los parámetros de óxido contenidos en los cementos. COMPONENTE CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 K 2O y NA2O


PORCENTAJE (%) 61 - 67 20 - 27 4 - 7 0.5 - 4 0.1 - 5 1 - 3 0.25 - 1.5

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4.5. AGREGADO FINO

Norma Técnica Peruana, (NTP). 399.607, 2013. Unidades de albañilería. E specificación normalizada de agregados para mortero de albañilería. Establece que el agregado fino es el material proveniente de la desintegración natural o artificial de las rocas, que pasan el tamiz de N° 4 ( 4.75 μm) y es retenido en el tamiz N°200 (74 μ m). El agregado fino deberá ser arena gradada de sílice natural de granos redondeados y grada en conformidad con los requisitos de la NTP 334.097. La arena gradada normalizada deberá ser manipulada de tal manera revenir la segregación en el vaciado de los sacos se deberá tener cuidado de prevenir formación de montículos de arena. El agregado para utilización en morteros de albañilería deberá ser gradado dentro de los siguientes limites, dependiendo si está siendo utilizada arena natural o manufacturada. TABLA 9. Los porcentajes que pasa en la gradación de la arena. Tamaño de tamiz N 4 (4,75 mm) N 8 (2,36 mm) N 16 (1,18 mm) N 30 (600 μm) N 50 (300 μm) N 100 (150 μm) N 200 (75 μm)

Porcentaje que pasa Arena natural Arena manufacturada 100 100 95 a 100 95 a 100 70 a 100 70 a 100 40 a 75 40 a 75 10 a 35 20 a 40 2 a 15 10 a 25 0a5 0 a 100

4.5.1. PROPIEDADES FÍSICAS: El agregado fino a utilizarse en el mortero debe cumplir ciertos requisitos mínimos de calidad según las especificaciones técnicas de las normas peruanas.

-Peso unitario: BACH. CORDOVA ALEJOS MILLER SAUL

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El peso unitario depende de ciertas condiciones intrínsecas de los agregados, tales como su forma, tamaño y granulometría, así como el contenido de humedad; también depende de factores externos como el grado de compactación impuesto, el tamaño máximo del agregado en relación con el volumen del recipiente, la forma de consolidación, etc.

-Peso específico: El peso específico, es la relación entre el peso del material y su volumen, su diferencia con el peso unitario está en que este no toma en cuenta el volumen que ocupan los vacíos del material. Es necesario tener este valor para realizar la dosificación de la mezcla y también para verificar que el agregado corresponda al material de peso normal.

-Contenido de humedad: Es la cantidad de agua que contiene el agregado fino. Esta propiedad es importante porque de acuerdo a su valor (en porcentaje), la cantidad de agua en el concreto varia.

-Absorción: Es la capacidad del agregado fino de absorber el agua en contacto con él. Al igual que el contenido de humedad, esta propiedad influye en la cantidad de agua para la relación agua/cemento en el concreto.

-Granulometría: El agregado no debe tener más del 50 % retenido entre dos tamices consecutivos cualesquiera de los listados en 4.1 ni más del 25 % entre los tamices 300 μm (N° 50) y 150 μ m (N° 100).. La granulometría se refiere a la distribución de las partículas de arena. El análisis granulométrico divide la muestra en fracciones de elementos del


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mismo tamaño, según la abertura de los tamices utilizados

-Módulo de finura: Es un índice aproximado y representa el tamaño promedio de las partículas de la muestra de arena, se usa para controlar la uniformidad de los agregados. La norma establece que la arena debe tener un módulo de finura no menos a 2.35 y hasta un máximo de 4.75 mm, ASTM C144 Si el módulo de finura varía en más de 0.20 a partir del valor supuesto en la selección de dosificación para compensar el cambio en la granulometría.

-Superficie especifica: Es la suma de las áreas superficiales de las partículas del agregado por unidad de peso, para su determinación se consideran dos hipótesis que son: que todas las partículas son esféricas y que el tamaño medio de las partículas que pasan por un tamiz y quedan retenidas en el otro es igual al promedio de las partículas.

4.6. AGUA DE MEZCLADO Y DE CURADO

Norma Técnica Peruana, (NTP). 339.088, 2006. Agua de mezcla utilizada en la producción de concreto. El agua que va de ser empleada en la preparación del mortero deberá cumplir con los requisitos de la Norma NTP 339.088 y ser, de preferencia potable. No existen criterios uniformes en cuanto a los límites permisibles para las sales y sustancias presentes en el agua que va a emplearse. El agua empleada en la mezcla debe ser limpia, libre de aceites, ácidos, álcalis, sales y materias orgánicas. Su función principal es hidratar el cemento, pero también se le usa para mejorar la trabajabilidad de la mezcla.


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TABLA 10 límites permisibles para el agua de mezcla y curado, NTP 339.088 Descripción Cloruros Sulfatos Sales de magnesio Sales solubles totales pH Sólidos en suspensión Materia Orgánica

Limite permisible 1000ppm. 600 ppm. 150ppm. 1500ppm. 5 a 8 ppm 5000 ppm. 3 ppm.

Tabla 11. R equisitos de aprobación para aguas dudosas, ASTM C 94 Limites

Norma

Resistencia a compresión de cubos de mortero, porcentaje 90 C 109 mínimo en relación al control a los 7 días Tiempo de fraguado, diferencia en relación al control, hr:min De 1:00 más C 191 temprano a 1:30 más tarde

El agua de curado Constituye el suministro adicional de agua para hidratar eficientemente el cemento. Este suministro depende de la humedad del ambiente, ya que la evaporación del agua libre de la pasta ocurre con rapidez cuando la humedad relativa es menor

4.7. PAJA DE ICHU (STIPA.) Stipa: nombre genérico que deriva del griego stupe (estopa, estopa) o stuppeion (fibra), aludiendo a las aristas plumosas de las especies euroasiáticas, o (más probablemente) a la fibra obtenida de pastos de esparto. ichu: epíteto latíno que significa "peluda". (Ruiz & Pav. , 2005 ) .


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F igura 1. Paja Ichu (Stipa) (Fuente: Ruiz & Pavón)- 2011)

4.7.1. DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA: Planta de alta montaña a lo largo de las cordilleras americanas desde México a Centroamérica Perú, Colombia a Chile y Argentina (Rzedowski y Rzedowski, 2001)

4.7.2. DESCRIPCIÓN: Basada en Rzedowski y Rzedowski, 2001. Hábito y forma de vida: Planta herbácea, amacollada, erguida y densamente cespitosa.

Tamaño: El tallo de 35 cm a 1.3 m de alto. Tallo: Con mas de tres nudos con o sin pelos, entrenudos ásperos al tacto o con pelos.

Hojas: Con vaina glabra, con pelos blancos de ± 1 mm de largo en el cuello,


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lígula membranácea de ± 2 mm de largo, lámina plegada o con los márgenes doblados hacia dentro, áspera al tacto o con pelos en el haz y a veces híspida en los márgenes, de 30 a 60 cm de largo y menos de 4 mm de ancho.

Inflorescencia: Una panícula abierta y densa, blanca o plateada, de 15 a 40 cm de largo, su nudo basal con pelos blancos o café claro, de aprox. 1 mm de largo, con ejes ásperos al tacto.

Espiguilla/Flores: Glumas hialinas o purpúreas, de 6 a 10 mm de largo y menos de 1 mm de ancho, largamente acuminadas, trinervadas, iguales o la primera un poco más larga que la segunda; lema fusiforme, café clara, de 2 a 3.5 mm de largo, con pelos blancos, ápice de la lema con pelos blancos de 3 a 4 mm de largo, arista de 1 a 2 cm de largo, escabrosa o glabra y flexuosa.

4.7.3.

INFORMACION TAXONOMICA

Reino Phylum Clase Orden Familia Género Epíteto específico Nombre Científico Autor del nombre Determinador Fecha de determinación


Plantae Magnoliophyta Liliopsida Cyperales Gramineae Stipa ichu Stipa ichu (Ruiz & Pav.) Kunth (Ruiz & Pav.) Kunth Y. Herrera 2002-12-31

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4.7.4. USOS EN GENERAL: En las regiones de los Andes, las temperaturas bajas (5 a - 25◦C) debido a sus fibras de paja Ichu Stipa con propiedades térmicamente aislantes y uso ante las precipitaciones pluviales son usados como techos en las viviendas (Charca et al., 2015).

4.7.5. CONDUCTIVIDAD TERMICA DEL ICHU STIPA. Micrografía obtenida utilizando microscopio electrónico de barrido (SEM), muestran la estructura interna y externa de las fibras , como se muestra en la Fig. 2 ( a) y ( b). Los tallos presentan una estructura hexagonal porosa distribuida uniformemente a lo largo de la fibra, con mayor proporción de porosidad en el lado interior y que presenta una estructura sólida que el lado exterior. Este tipo de estructura dio al vástago Ichu Tabla 01 Densidad aparente y la conductividad térmica estera para la disposición de fibras unidireccionales de grosor 25,4 mm.

K Aparente (W/m K) Cristal Fibra de Trigo Fibra de Maíz Fibra fina de Ichu Fibra gruesa de Ichu


0.0354 ± 0.00073 0.0526 ± 0.00350 0.0556 ± 0.00257 0.0473 ± 0.00241 0.1129 ± 0.01215

UD densidad de la estera (kg/m3) 32.71 45.93 55.11 92.86 122.46

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.

F igura 02. Micrografía SEM Paja Ichu ( Stipa) ( Fuente: Charca et al. / Energy and Bluiding s)- 2015)

4.8. ARCILLA: Según Angelone, S. (2007) las arcillas son cualquier sedimento o depósito mineral y natural que es plástico cuando se humedece y que consiste de un material muy fino, formado por partículas muy pequeñas cuyo tamaño es inferior a 4 micras, y que se componen principalmente de silicatos de aluminio hidratados.


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F igura N° 03: Cantera de arcilla (Fuente: Ng, 2016)

4.8.1. CARACTERÍSTICAS: -

Material de estructura laminar.

-

Sumamente hidroscópico.

-

Su masa se expande con el agua.

-

Con la humedad se reblandece y se vuelve plástica.

-

Al secarse su masa se contrae en un 10%

-

Generalmente se le encuentra mezclada con materia orgánica.

-

Adquiere gran dureza al ser sometida a temperaturas mayores a 600°C.

F igura N° 04: Composición de la arcilla (Fuente: Angelone, 2007)


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4.8.2. PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS 4.8.2.1 CAPACIDAD DE ABSORCIÓN Y RETENCIÓN DE LÍQUIDOS Según García, E. (2012) la capacidad de absorción está directamente relacionada con las características texturales (superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato). La absorción de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al peso. Otra propiedad de las arcillas es como absorbentes de líquidos: son capaces de absorber agua u otras moléculas en el espacio interlaminar o en los canales estructurales. Desde el punto de vista medioambiental, estos líquidos pueden ser contaminantes (por ejemplo, vertidos de hidrocarburos), o pueden contener contaminantes en disolución. Presentan unas características que las hacen de gran utilidad en trabajos de descontaminación por su capacidad de adsorción e intercambio iónico.

F igura N° 05: Estructura fundamental de la arcilla. Note los canales tipo túnel (Fuente: P. Higueras y R. Oyarzun, 2007)

4.8.2.2 PLASTICIDAD


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Según Jiménez Salas, et al ., (1975) las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación de los índices de Atterberg: Límite Líquido y Límite Plástico.

F igura 06: Grado de Plasticidad de la arcilla (Sowers, 1979)

F igura N° 07 : Gráfico de plasticidad (Casagrande, 1932 )


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4.8.2.3 CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO Según García, E. (2012) es una propiedad fundamental de las arcillas. Son capaces de cambiar, fácilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios interlaminar, o en otros espacios interiores de las estructuras, por otros existentes en las soluciones acuosas envolventes. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH.

F igura 08: Capacidades típicas de Intercambio catiónico de las arcillas (Fuente: SMART! Fertilización Inteligente, 2014)

El “problema” de las arcillas radica en que a temperaturas por encima de 200ºC la estructura colapsa, eliminando la zona de adsorción, de forma que si queremos depurar soluciones a temperaturas por encima de 200ºC no tendremos el espacio interlaminar donde acomodar los cationes o moléculas que nos interesa eliminar de la solución.


40



4.8.2.4 POROSIDAD Y PERMEABILIDAD Según Famiglietti, N. (2014)el grado de porosidad varía según el tipo de arcilla. Esta depende de la consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico después de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un índice más elevado de absorción puesto que son más porosas.

F igura 09: Valores estimados de la porosidad (%) (Sanders, 2008)

Hay diversos factores que influencian en la permeabilidad, incluyendo el tamaño de la partícula (hasta el mismo tamaño de los poros). En general, sedimentos de granulación fina tienen la permeabilidad más baja que los sedimentos de granulación gruesa. De esta manera, y en orden decreciente de permeabilidad: - Grava (Alta Permeabilidad) - Arena - Lodo - Arcilla - Pizarra (Baja Permeabilidad)


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4.8.2.5 USO DE LA ARCILLA: Actividad puzolánica de la arcilla Según Siline Mohammed (2016) resistencia a la compresión de morteros residuales después de la exposición a altas la temperatura se ilustran en la Fig.

Fig. 10. Compressive strengths of mortars at 28 and 90 days.

4.9. ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESION 4.9.1. DEFINICION

Norma Técnica Peruana (NTP) 334.051, 2008. Método de ensayo para la determinación de la resistencia a la comprensión de mortero de cemento portland, usando especímenes cúbicos de 50 mm de lado. La presente norma ASTM C 109 y su réplica NTP 334.051 establece el procedimiento para determinar la resistencia a la compresión de morteros de cemento portland, usando especímenes cúbicos de 50 mm de lado. El esfuerzo a la compresión se expresa en Kg/cm² y se calcula con la siguiente expresión:


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′ =

 

Donde: P = Carga de rotura (Kg) A = Área de la sección transversal (cm²) F’c = Esfuerzo de rotura del concreto (Kg/cm²)

4.9.2. EDAD DE ENSAYO Todos los especímenes para una edad de ensayo dada, serán probaos dentro de las tolerancias indicadas como sigue: Tabla 14. Tolerancia Permisible para tiempo de ensayo

Edad de Ensayo

Tolerancia de tiempo Permisible horas

24 h 3d 7d 28 d

+- 1/2 +- 1 +- 3 +- 12

La máquina de ensayo puede ser hidráulica o mecánica, con suficiente abertura entre las superficies de apoyo para que permita el uso de aparatos de comprobación. La carga aplicada al espécimen de prueba deberá indicarse con una exactitud de ± 1%. Desarrollo relativo de la resistencia de cubos de morteros de cemento como un porcentaje de la resistencia a los 28 días. Los promedios fueron adaptados de (Gebhardt. 1995)


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F igura 11. Porcentaje de la resistencia a los 28 días. (Gebhardt, 1995)

Resistencia de cubos de mortero de cemento portland. La línea rayada representa los valores promedios y el área rayada, la gama de valores (adaptado de Gebhardt 1995).

F igura 12. Resistencia de cubos de mortero (Gebhardt, 1995)

4.9.3. COMPORTAMIENTOS DE LA RESITENCIA MECANICA DEL MORTERO Los compuestos principales del cemento tienen las siguientes propiedades:


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Silicato Tricíclico, C3S, se hidrata y se endurece rápidamente y es responsable, en gran parte, por el inicio del fraguado y la resistencia temprana (Fig. 4). En general, la resistencia temprana del concreto de cemento portland es mayor, cuando el porcentaje de C3S aumenta.

F igura 13. Reactividad relativa de los compuestos del cemento. La curva l lamada “total” tiene una composición del 55% de C3S, 18% de C2S, 10% de C3A y 8% de C4AF, una composición media del cemento tipo I (Tennis y Jennings 2000).

Silicato Dicálcico, C2S, se hidrata y se endurece lentamente y contribuye grandemente para el aumento de resistencia en edades más allá de una semana.

Aluminato Tricálcico, C3A, libera una gran cantidad de calor durante los primeros días de hidratación y endurecimiento. También contribuye un poco para el desarrollo de las resistencias tempranas. Los cementos con bajos porcentajes de C3A resisten mejor a suelos y aguas con sulfatos.

Ferro aluminato Tetracálcico, C4AF, es el producto resultante del uso de las materias primas de hierro y aluminio para la reducción de la temperatura de clinkerización (clinquerización o cocción) durante la fabricación del cemento. Este compuesto contribuye muy poco para la resistencia. La mayoría de los


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efectos de color para la producción del cemento gris se deben al C4AF y sus hidratos.

Sulfato de Calcio , como anhidrita (sulfato de calcio anhidro), yeso (sulfato de calcio dihidratado) o hemidrato, comúnmente llamado de yeso de parís (sulfato de calcio hemidrato), se adiciona al cemento durante la molienda final, ofreciendo sulfato para la reacción con el C3A y la formación de etringita (trisulfoaluminato de calcio). Esto controla la hidratación del C3A. Sin sulfato, el fraguado del cemento sería rápido. Además del control del fraguado y del desarrollo de resistencia, el sulfato también ayuda a controlar la retracción por secado y puede influenciar la resistencia hasta 28 días (Lerch 1946). Además de los compuestos principales arriba, existen también numerosas otras formulaciones de compuestos (PCA 1997, Taylor 1997, Tennis y Jennings 2000).

OPERACIONALIZACION DE VARIABLE:

−

VARIABLE

Resistencia Mecánica del mortero

Variable Dependiente: DEFINICION CONCEPTUAL

DEFINICION OPERACIONAL

INDICADOR

Es el esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de aplastamiento. (NTP 334.051).

Es el esfuerzo máximo que puede soportar un dado de mortero bajo una carga admisible.

Kg/cm2.


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VARIABLE

DEFINICION CONCEPTUAL


INDICADOR

Resistencia Térmica del mortero

Resistividad a transferir la energía cinética de sus moléculas a otras adyacentes

Es la conductividad térmica flujo de calor a través de la muestra.

W/m K

−

Variable I ndependiente:

VARIABLE


INDICADOR

Combinación de arcilla

Es la mezcla de un porcentaje de arcilla y un porcentaje de ichu en remplazo de un 30% de cemento en una unidad de mortero

Ichu 10%

y ichu

Arcilla 20%

5. HIPOTESIS: La sustitución de un 30% del cemento por una combinación arcilla activada (20%) y ichu molido (10%) mejora la resistencia térmica y mecánica de un mortero convencional.

6. OBJETIVOS: A. OBJETIVO GENERAL: Determinar la resistencia térmica y mecánica en un diseño de mortero donde ha sido sustituido parcialmente el cemento al 30% (20% arcilla y 10% ichu); en comparación a un diseño convencional.


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B. OBJETIVOS ESPECIFICOS: -

Determinar la temperatura y el tiempo de calcinación de la materia prima arcilla.

-

Activar térmicamente la materia prima arcilla y mediante molienda la paja seca ichu Stipa.

-

Determinar las proporciones de mezclas y relación a/c del mortero patrón y experimental con cemento sustituido al 30% (20% arcilla y 10% ichu)

-

Medir la resistencia térmica y mecánica de los dados de morteros patrones y experimentales a las edades de 3, 7 y 28 días de curado y comparar los resultados.

7. METODOLOGIA DEL TRABAJO 7.1. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACION La investigación será de tipo aplicada y explicativa, teniendo en cuenta los conocimientos previos ya estudiados, comprobaremos de manera experimental las características de la Resistencia a la comprensión dados de mortero con la sustitución de Cenizas de ichu “Stipa” y arcilla, activados mecánica y térmicamente, procedentemente los resultados de los mismos serán utilizados para la solución de problemas relacionados a la tecnología de materiales y generando obras alternativas de diseñar estructuras de mortero con mejores propiedades térmicas, físicas, químicas y mecánicas que será de fácil produccion y económicamente viable para un gran porcentaje de la población de la zonas andinas del Perú. BACH. CORDOVA ALEJOS MILLER SAUL

48



ENFOQUE DE LA INVESTIGACION

Cuantitativo, porque usa la recolección de datos para probar nuestra hipótesis con base en la medición numérica y el análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento y probar teorías, y a su vez estudiar las variables y sus indicadores objetivamente midiendo y registrando sus valores respuesta en los instrumentos de recolección de datos (guías de observación). Se empleará el método de la Observación porque se tomará datos mediante una Guía de Observación

DISEÑO DE INVESTIGACIÓN: Es un diseño experimental del tipo en bloque completo al azar, porque es un proceso en el cual estudiaremos el diseño convencional del concreto en comparación con el nuevo diseño elaborado con el remplazo o sustitución de un porcentaje de cemento por CBCA, el estudio en su mayor parte se concentrará en las pruebas realizadas en el Laboratorio de Mecánica de Suelos, donde el investigador estará en contacto con los ensayos a realizar obteniendo resultados de acuerdo a lo planeado en sus objetivos. Siendo su diseño de investigación el siguiente:

DISEÑO EN BLOQUE COMPLETO AL AZAR

−

PARA LA RESISTENCIA MECANICA


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mecánica en mortero con sustitución del 30% de cemento (20% arcilla y 10% ichu) c.c. andaymayoSihuas.”

“Resistencia

Edad de ensayo

0%

(20% arcilla y 10% ichu)

3d

7d

28d

−

PARA LA RESISTENCIA TERMICA

térmica en mortero con sustitución del 30% de cemento (20% arcilla y 10% ichu) c.c. andaymayo-

“Resistencia

sihuas.”

Edad de ensayo 0%

(20% arcilla y 10% ichu)

3d

7d

28d


50



7.2. POBLACION Y MUESTRA Conjunto de dados de mortero de 50 mm de lado. Elaborados con agregados fino, con agua potable, con cemento portland tipo I Pacasmayo, con arcilla activada térmicamente y ichu activado mecánicamente, Para determinar la resistencia de compresión se utilizará arcilla activada y ichu molido como material de sustitución y aislamiento térmico al cemento empleadas en la elaboración del mortero, relación dl diseño de mezcla 1:2.75 según NTP 334.051 y adaptada según propiedades físicas del agregado fino a proporciones según diseño de 1:2.831. Para la elaboración de las unidades de estudio (cubos de mortero ) se utilizará las siguientes referencias: -

La materia prima renovable del ichu se obtendrá en las punas del distrito de Sihuas provincia de Sihuas a 4000 msnm, debido a la abundancia del material en dicho sitio, el material será cortado y puesto a secar para posteriormente ser molidas y pasadas por el tamiz de la malla número 200 y ser objetos de investigación y experimentación en los laboratorios de la USP, UNT, UNI.

-

La materia prima arcilla se obtendrá en el CC Huanchi - provincia de Sihuas, debido a la abundancia del material en dicho lugar, el material será recolectado de las canteras selectas la cual será objeto de investigación y experimentación en los laboratorios de la USP, UNT, UNI.

-

La arena para el diseño de probetas se obtendrá de las canteras la cantera Vesique (agregado fino) y tendrá que ser manipulada para lograr una arena gradada.

-

Los materiales serán transportados s en cajas de cartón y sacos de polietileno a los laboratorios de la USP, UNI, UNT para su procesamiento y análisis.


51



La muestra estará constituida por 18 cubos de mortero con un diseño dosificación de 1: 2.75 según NTP 334.051. con patrones de sustitución al cemento en un 30% (20%Arcilla y 15% ichu). -

9 cubos para un 0% de sustitución al cemento

-

9 cubos para un 30% de sustitución al cemento (20%Arcilla y 15% ichu).

7.3. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE INVESTIGACIÓN

TECNICA

INSTRUMENTO Guía de observación

Observación

-

Fichas técnicas de las pruebas a aplicarse

Se aplicará como técnica la observación ya que la percepción del material debe ser registrada en forma cuidadosa y experta. Todo lo observado se debe poner por escrito lo antes posible, cuando no se puede tomar notas en el mismo momento. Para esto utilizaremos como instrumento una guía de observación resumen porque nos permitirá elaborar sistemas de organización y clasificación de la información de los diversos ensayos y de la resistencia a la compresión (ver anexo).

8. PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN Para el presente proyecto de investigación el procesamiento de datos será posterior a los ensayos respectivos apoyados en una hoja de cálculo Excel y con el SPSS v21. Para realizar el análisis de los datos se tendrá presente:


52


-


Calculo de dosificación para el Diseño de Mezcla de morteros con la sustitución del cemento en un 30% (20% arcilla y 10% ichu)

-

Representación con tablas, gráficos, porcentajes, promedios, varianzas y una prueba ANOVA para verificar la hipótesis.


53



9. FERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Alvarez, R. (2012). La conductividad térmica de la fibra de coco llena de paneles sándwich de ferrocemento. Construction and Building Materials, 1(37) 425- 431.

2. American Society for Testing and Materials, (ASTM). C618, 2015. Especificación normalizada para Ceniza Volante de Carbón y Puzolana Natural en Crudo o Calcinada para Uso en Concreto. 3.

American Society for Testing and Materials, (ASTM). ASTM C 188-95 . Densidad del Cemento Hidráulico.

4. American Society for Testing and Materials, (ASTM). C150, 2007. Especificación estándar para el cemento portland.

5. Barreca, F. (2013). El uso de hueso de aceituna como aditivo en el cemento de mortero de cal para mejorar aislamiento térmico . Energy and Bluidings, 1(62) 507-

513. 6. Charca, S. (2015). Evaluación de las fibras Ichu como sistema de aislamiento térmico y de bajo costo para las regiones de los Andes. Energy and Bluidings, 1(108) 55-60.

7. Doyoyo, M. (27 noviembre 2008). Hormigón ecológico a partir de cenizas vegetales. Tendencias de la ingeniería. Recuperado de http://www.tendencias21.net .

8. Freits, A., Osuna, M. & Rodríguez, H. (2013). Estudio de la resistencia a compresión en mezclas de concreto sustituyendo el 10% en peso de cemento por cenizas de las hojas secas de la palma chaguaramo como material puzolánico. Universidad Central, Venezuela.


54



9. Portland Cement Association, PCA. (2002). Mortar and masonry grout mortar cement (1 ed.). Skopie, Illinois, EE. UU.

10. Salazar, A. (2002). Una manera de entender a los materiales compuestos (3°ed.). Cali: corporación construir.

11. Serina, Ng (2016). Las arcillas calcinadas como aglutinante para aislamiento térmico y aerogel incorporado mortero estructural. Cement and Concrete Composites, 1(72) 213-221.

12. Silina, M. (2016). Valorización de la actividad puzolánica de la arcilla de Argelia : Optimización del tratamiento térmico y las características mecánicas de los morteros de cemento implicados. Applied Clay Science, x(x) 11.

13. Norma Técnica Peruana, (NTP). 339.088, 2006. Agua de mezcla utilizada en la producción de concreto

14. Norma Técnica Peruana, (NTP). 399.607, 2013. Unidades de albañilería. Especificación normalizada de agregados para mortero de albañilería. 15. Norma Técnica Peruana, (NTP). 334.009, 2007. Ce mentos portland. Requisitos

16. Norma Técnica Peruana (NTP) 334.051, 2013 . Método de ensayo para la determinación de la resistencia a la comprensión de mortero de cemento portland, usando especímenes cúbicos de 50 mm de lado .


55



ANEXOS


56



ANALISIS DE LAS PROPIEDADES DEL AGREGADO FINO (AF) Según la norma técnica peruana NTP 399.607

Tabla 01. Peso unitario suelto del (AF).

Peso unitario suelto Ensayo N° Pso de molde + muestra (gr) Peso de molde (gr) Peso de muestra (gr) Volumen de molde (gr) Peso unitario (gr/cm3) Peso unitario promedio (gr/cm3) CORREGIDO POR HUMEDAD (Kg/m3)

1

2

3

Tabla 02. Peso unitario Compactado del (AF).

Peso unitario compactado Ensayo N° 1 Pso de molde + muestra (gr) Peso de molde (gr) Peso de muestra (gr) Volumen de molde (gr) Peso unitario (gr/cm3) Peso unitario promedio (gr/cm3) CORREGIDO POR HUMEDAD (Kg/m3)

2

3

Tabla 03. Contenido de humedad del (AF).

Contenido de humedad Ensayo N° Tara n° Tara + suelo húmedo (gr) Tara + suelo seco (gr) Peso del agua (gr) Peso de la tara (gr) Peso del suelo seco (gr) Contenido de humedad (%) PROM CONTENIDO HUMEDAD (%)


1

2

57




Tabla 04. Gravedad específica y absorción del (AF).

Gravedad específica y absorción Ensayo N° A B C D E F G

1

Peso de mat. Sat.Sup. Seco (aire) Peso del picometro + agua (A+B) Peso de pic + agua + mat Vol. De masa + vol. De vacios (C-D) Peso de material seco en estufa Vol. De masa (E- (A-F))

ABSORCION: 100 x (A-F)/F P.e. Bulk (Base Seca) P.e. Bulk (Base Saturada) P.e. Bulk (Base Seco)

(F/E) (A/E) (F/G)

Tabla 05 Granulometría del (AF).

Granulometría agregado fino Tamiz N°

Abertura (mm)

N° 4 N° 8 N° 16 N° 30 N° 50 N° 100 N° 200

4.76 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.08

PLATO

Astm C-117-04


Peso retenido (gr)

% ret. Parcial (%)

% ret. Acum. (%)

% que pasa (gr)

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RESISTENCIA MECANICA Y TÉRMICA DE MORTROS DE ESPECIMENES CUBICOS DE 50MM DE LADO. Según la norma técnica peruana (NTP 334.05,2013) & (ASTM C 177- 04).

I nvestigadores: Tema: F echa: ENSAYOS DE RESISTENCIA TÉRMICA Y MECANICA MUESTRAS PATRON (MP) 7, 14 y 28 DIAS.

M Patrón 7d P inicial g

P. final g

Área cm2

P. final g

Área cm2

R. térmica W/m K

carga máx. kg-f

Resistencia (kg/cm2)

carga máx. kg-f


carga máx. kg-f


MP 01 MP 02 MP03

Promedios

M Patrón 14d

P inicial g

R. térmica W/m K

MP 04 MP 05 MP06

Promedios

M Patrón 28d

P inicial g

P. final g

Ár ea cm2

R. térmica W/m K

MP 05 MP 06 MP07

Promedios


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Proyecto De Tesis Resistencia Térmica y Mecánica en Mortero Con Arcilla y Ichu

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