UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECANICAS

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

CARACTERIZACIN DE MATERIALES I

INFORME N 2NTC 221 DENSIDAD DEL CEMENTO HIDRAULICONTC 110 NTC 112 CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO HIDRAULICONTC 109 NTC 118 TIEMPOS DE FRAGUADO DEL CEMENTO HIDRAULICO

Presentado a:Ing. SERGIO ANDRS VANEGAS HERRERA

Presentado por:Cristian Andres Gomez Beltran 2113512Elkin Adrin Pea Leal 2101877Edward Alexis Barn Corredor 2110893

Grupo: B3

PRIMER SEMESTRE DEL 201411 DE JULIO DEL 2014BUCARAMANGA

INTRODUCCION

Muchas veces tenemos tantos conceptos que nos olvidamos de aquellos que son intocables para la industria, esta es una excelente oportunidad para recordar una de ellas, la cual es la densidad de una propiedad intensiva de la materia responsable de muchos efectos de la tierra, en este caso usaremos directamente a un material de frecuente uso el cemento. Para poder realizar el laboratorio de densidad o peso especfico del cemento, se hace necesario tener conocimiento acerca del concepto general.La densidad de una sustancia se define como el peso por unidad de volumen. Se calcula al dividir el peso de la sustancia entre el volumen que esta ocupa. En el sistema mtrico decimal. Se mide en kilogramos por metro cubico (kg/m^3). En el sistema internacional de unidades, en Newton por metro cubico (N/m^3).Ahora el concreto es la mezcla de cemento con agregados y agua, en los cuales ocurre reacciones que despus de fraguar alcanzan una gran solides.Este es de los materiales ms usados en las construcciones de todo el mundo debido a su resistencia y que adems se puede modelar fcilmente para dar diseo arquitectnico a las edificaciones.La consistencia normal permite tener una relacin entre la cantidad de agua necesaria para que la pasta de cemento alcance una fluidez optima y una plasticidad ideal.Se utiliza principalmente para determinar el tiempo de fraguado, la estabilidad de volumen, el calor de hidratacin y la resistencia mecnica.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar la densidad, consistencia normal y tiempos de fraguado del cemento hidrulico debido a la importancia de conocer estos valores en la realizacin del diseo de mezcla.

OBJETIVOS ESPECFICOS:

Aplicar los conceptos bsicos sobre la realizacin del ensayo y los clculos para determinar la densidad del cemento hidrulico Realizar la mezcla con la masa correspondiente en gramos de cemento hidrulico con el contenido queroseno en el frasco de Le Chatelier aforado correctamente para determinar la densidad. Hallar el volumen lquido desplazado de la mezcla sin vacos para el clculo de la densidad. Realizar una preparacin de mezcla siguiendo el proceso indicado en la norma (NTC112) y calcular el porcentaje de agua necesario para tener una pasta de cemento con consistencia normal. Determinar el tiempo de fraguado inicial y final de una pasta de concreto a partir de la muestra realizada a diferentes horas con el aparato Vicat y las agujas de Gillmore. Obtener mayor conocimiento sobre el fraguado y as entender su importancia en la preparacin de mezclas de concreto. Aprender a usar las normas, como gua experimental para laboratorios de materiales de la construccin.

MARCO TEORICO

DENSIDAD DEL CEMENTO HIDRAULICO

El peso especfico real varia muy poco de unos cementos a otros, oscilando entre 2.9 y 3.15 [gr/cm^3]. La determinacin del peso especfico relativo de los cementos consiste en establecer la relacin dentro una masa de cemento (gr) y el volumen (ml) de lquido que esta masa desplaza en el matraz de Le Chatelier.

EL frasco de Le Chatelier es un recipiente de cristal de forma definida por norma. Este recipiente est lleno por ejemplo, de tetracloruro de carbono, petrleo, bencina, esencia de trementina, o cualquier lquido cuyo peso especfico sea menor a 1 [gr/cm^3) en este caso kerosene. Se debe llenar el matraz hasta un punto comprendido entre las marcas 0ml y 1ml. Luego se sumerge el matraz en el bao de temperatura constante donde permanecer hasta que su contenido haya alcanzado la temperatura del agua. Se efecta la primera lectura, registrando el volumen evitando variaciones en la temperatura del lquido mayores de 1C.

Se pesa una porcin de masa, cemento y se le agrega al lquido contenido en el matraz teniendo cuidado de evitar salpicaduras y que el cemento se adhiera a las paredes interiores del matraz en la parte sobre el nivel del lquido.

Se hace girar el matraz en una posicin inclinada hasta que termine el desprendimiento de burbujas de aire.

Registrar el volumen final V2 despus de haber dejado sumergido el matraz en el bao de temperatura ambiente.

La diferencia V2 V1 es el volumen del lquido desplazado por el peso del cemento usado en el ensayo.

CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO HUDRAULICO

El Cemento Hidrulico es un material inorgnico finamente pulverizado, que al agregarle agua, ya sea solo o mezclado con ridos u otros materiales, tiene la propiedad de fraguar y endurecer, bajo el agua, debido a las interacciones qumicas producidas durante la hidratacin, una vez endurecido, desarrolla su resistencia y conserva su estabilidad.La determinacin de la consistencia normal de los cementos se basa en la resistencia que opone la pasta de cemento a la penetracin de la sonda de un aparato normalizado.La prueba permite conocer la cantidad de agua que es necesaria agregar a un peso de cemento (650 g), para obtener una consistencia normal. La determinacin de esta consistencia sirve como referencia para la realizacin de otras pruebas como: determinacin de la resistencia a la tensin, tiempos de fraguado, sanidad del cemento, expansin en autoclave, y otras.

Para la preparacin de la pasta del cemento se debe usar una batidora para garantizar una velocidad constante durante el amasado y para unos tiempos especficos. Una vez preparada la pasta de cemento se debe comenzar con la determinacin de la consistencia del cemento hidrulico, para esto se debe realizar una mezcla de cemento con un cierto porcentaje de agua, siguiendo el proceso descrito en la norma (NTC 112) se debe llevar la pasta al molde donde se realiza la prueba con el aparato de Vicat la cual consiste en soltar un vstago con un peso de 300 gr sobre la pasta preparada y medir la penetracin de dicho vstago, que para el caso de una pasta con consistencia normal debe ser de 10mm 1mm, para esto se deben garantizar que el laboratorio tenga una humedad relativa del 50% y que la temperatura del laboratorio sea de 23 C 4 C y la del agua de amasado sea de 23 C 2C. La determinacin de la consistencia del cemento hidrulico es de vital importancia en los procesos de construccin e ingeniera.

TIEMPOS DE FRAGUADO DEL CEMENTO HIDRAULICO

Elfraguadoes el proceso de endurecimiento y prdida de plasticidad delhormign(omortero de cemento), producido por la desecacin y recristalizacin de los hidrxidos metlicos procedentes de la reaccin qumica del agua de amasado con los xidos metlicos presentes en elClinkerque compone elcemento.En el proceso general de endurecimiento delhormignse presenta un estado de fraguado inicial en que la mezcla pierde su plasticidad. Se denomina fraguado final al estado en el cual la consistencia ha alcanzado un valor muy apreciable. El tiempo comprendido entre estos dos estados se llama tiempo de fraguado de la mezcla que se estima en unas diez horas, aunque vara dependiendo de la humedad relativa, temperatura ambiente, etc.Se pueden aadiraditivos,retardantes o acelerantes del fraguado que permiten su mejor manejo en obra.La determinacin del tiempo de fraguado requiere el uso de una mezcla limpia de consistencia normalizada. El ensayo Vicat es el mtodo utilizado para determinar el contenido de agua el cual produce la consistencia deseada. El aparato consiste en un vstago mvil de uso dual (sonda Tetmajer o aguja Vicat). A tal fin se invierten la posicin de la aguja con la sonda. El vstago puede fijarse en cualquier posicin por medio de un tornillo de sujecin. Un ndice se desliza sobre una escala graduada en milmetros solidaria con el soporte, marcando la consistencia. El aparato se provee completo con sonda, aguja, cristal de 10 x 10 cm. y molde cnico de bronce. Peso del vstago mvil: 300 gr. Dimetro de la sonda Tetmajer: 10 mm. Dimetro de la aguja Standard: 1 mm. Dimensiones del molde: 60 x 70 mm de dimetro y 40 mm de alto.En el mtodo de Gillmore una primera aguja ejerce una presin esttica equivalente a 0.3 MPa y permite determinar el tiempo inicial de fraguado (TIF). Una segunda aguja, equivalente a una presin de 5MPa, determina el tiempo final de fraguado (TFF). En el

mtodo de Vicat una nica aguja, equivalente a 3.7 MPa, determina el Tiempo de Fraguado (TF) del cemento.

PROCEDIMIENTO DENSIDAD DEL CEMENTO HIDRAULICO

Primero tomamos una muestra del cemento a ensayar por separado este debe estar frio y libre de humedad, pesamos 65 gramos de este calibrando previamente la balanza que en nuestro caso es una balanza electrnica y restndole el peso de la tara donde se encuentra depositado el cemento. Ver (Anexo 1). Introducimos en el frasco de Le Chatelier el kerosene con la ayuda de un embudo de vidrio; la norma indica usar cualquier liquido cuya densidad sea menor a 1 [gr/cm^3], por ejemplo bencina, nafta o kerosene como en el caso nuestro. Ver (Anexo 2). La cantidad de kerosene en el frasco de Le Chatelier debe estar entre 0 y 1ml, preferiblemente entre 0,4 y 0,6 para as no tener dificultad a la hora de hacer la lectura final. Luego se sumerge el frasco en un balde con agua para estabilizar la temperatura sacndolo del balde y tomando lectura de nivel de kerosene cada 3 minutos hasta tener dos medidas iguales lo cual indica que la temperatura ya es estable y tomamos esta ltima medida que ha de ser la medida inicial de nuestra prctica. Ver (Anexo 3). Usando un embudo de vidrio vamos introduciendo la muestra de cemento previamente pesada en el frasco de Le Chatelier teniendo el mximo de cuidado en no perder o dejar caer parte de la muestra fuera del frasco. (Anexo 4). Una vez introducido el cemento en el frasco lo inclinamos aproximadamente 45 y la hacemos girar con el fin de llenar los vacos y sacar el aire que podra contener la muestra. Nuevamente introducimos el frasco en el balde de agua durante 3 min por otras tres veces para estabilizar nuevamente su temperatura. Tomamos las lecturas de la muestra hasta encontrar dos datos similares, entonces en ese mismo momento tomamos la lectura del volumen final, con lo cual finaliza la parte de toma de datos. En este caso el volumen desplazado es la diferencia entre la medicin final e inicial.

PROCEDIMIENTO CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO HIDRAULICOSiguiendo las indicaciones de la NTC 110 y la NTC 112, los pasos para determinar la consistencia del concreto son los siguientes:

Se realiza el pesaje de 500 g de cemento. Se debe medir un porcentaje de agua que se va a usar ese porcentaje se toma respecto al peso del cemento seco, para esta prctica se emple el de 30% 32% y 34%. Se pone todo el cemento en la batidora y se comienza a agregar el agua tratando de adicionarla en 30 segundos. (Anexo 5). Se enciende la batidora y se fija en velocidad baja 140 r por minuto, trabajar por 30 segundos. (Anexo 6). Se detiene la batidora y se raspa el recipiente de la batidora haciendo que la mezcla se adhiere a las paredes de esta y sean llevadas al fondo. Se enciende la batidora en velocidad media y se deja trabajar por minuto. Se saca la pasta obtenida del recipiente y se amasa con la mano pasndola de mano a mano una distancia de 15 centmetros. Se procede a llenar el molde el aparato de VICAT, se deja pasar de la cara superior del molde a nivel, para esto basta simplemente con dar pequeos golpes con el mango de la esptula teniendo cuidado de no comprimir la pasta. Se monta la muestra en el aparato de VICAT se baja el mbolo hasta que simplemente haga contacto con la pasta y se fija all mediante los tornillos de sujecin. Se fija el indicador del aparato en 0 y se suelta el tornillo de sujecin el mbolo comienza a penetrar lentamente el cemento se deja que penetre durante 30 segundos y se toma la lectura de la profundidad y se consigna en una tabla de datos. (Anexo 7). Se saca la muestra del molde junto con la pasta sobrante en el recipiente y se arroja a la basura. Se lavan y se secan los instrumentos que se usaron para repetir una vez ms el procedimiento. Se debe cambiar el porcentaje de agua usado y repetir todo el proceso descrito anteriormente se repite el ensayo usando en cada caso cemento fresco hasta lograr una consistencia normal la cual se considera se obtiene cuando la lectura de penetracin es de 10 milmetros en un periodo no mximo a 30 segundos. Si durante el desarrollo de la prueba se considera que el resultado obtenido no corresponde o que se cometi un error se debe repetir y tomar el dato obtenido en la segunda oportunidad.

PROCEDIMIENTO TIEMPOS DE FRAGUADO DEL CEMENTO HIDRAULICOEn este informe se determinara el tiempo de fraguado del cemento ---- por medio del mtodo de las agujas de Gillmore y tambin usando el mtodo de Vicat regulados por las Normas Tcnicas Colombianas 109 y 118 respectivamente.

A continuacin se describe el procedimiento a seguir en casa uno de los mtodos:

METODO DE GILMORE Se preparan 500 g de cemento siguiendo en todo caso las indicaciones dadas en las NTC 110 y 112 para lograr una consistencia normal las cuales fueron mencionadas anteriormente. Se coloca la pasta en un molde y se retiran los excesos para luego suavizar la superficie con una esptula. Se dispone el molde en el aparato de Gillmore bajo el dispositivo de penetracin inicial el cual tiene una aguja que se hace descender sobre la superficie del espcimen de ensayo hasta que esta no deje huella alguna (este ensayo debe realizarse cada 15 minutos). Una vez que el dispositivo de penetracin inicial no deja ninguna marca sobre la superficie del espcimen de ensayo se procede a realizar las mismas pruebas con la segunda aguja del aparato de Gillmore. Se toman como tiempos inicial y final de fraguado, los transcurridos entre el momento en que se le agrega agua al cemento y aquellos en que los dispositivos de penetracin inicial y final, respectivamente, no dejan huella sobre la muestra.METODO DE VICAT Se preparan 500 g de cemento siguiendo en todo caso las indicaciones dadas en la NTC 110 y 112 para lograr una consistencia normal las cuales fueron mencionadas en este informe con anterioridad. Debe drsele forma esfrica rpidamente a la pasta lanzndola de una mano a otra para luego introducirla en el molde de Vicat siempre procurando no presionar el espcimen de muestra. Se retiran los excesos de pasta de la parte superior con la mano en un solo movimiento y en la parte inferior del molde usando una esptula para luego suavizar la superficie. El tiempo de fraguado inicial se considerara en el momento en que la aguja del aparato de Vicat penetre una longitud de no ms de 25 milmetros en el espcimen haciendo ensayos cada 15 minutos y teniendo cuidado de mantener una distancia de no menos 6 milmetros entre cada ensayo. Se considera el tiempo de fraguado final al momento en el cual la aguja no deja marca perceptible sobre la superficie de la muestra.

CALCULOS TIPO

CALCULOS DENSIDAD DEL CEMENTO

Datos:MUESTRAVOL. INICIAL (ml)VOL. FINAL (ml)

10.423

20.322.7

30.322.7

Volumen desplazado:

Densidad del cemento:

En relacin con el diseo y el control de las mezclas de concreto, la densidad puede ser ms til si se expresa como densidad relativa, la cual es un nmero adimensional. La densidad relativa se calcula mediante la siguiente ecuacin:

La densidad del agua a 4 C es 1 g/mL3, por lo tanto la densidad relativa es igual a la densidad del cemento sin unidades.

2.893225874

CALCULOS CONSISTENCIA NORMAL

PESO CEMENTO (gr)% PESO CEMENTOCANTIDAD AGUA (ml)PENETRACION (mm)

5003417030

5003216025

5003015023

500281403

Debido a que no se obtuvo directamente la penetracin requerida segn las normas tcnicas para lograr una pasta con consistencia normal, a saber, 10 milmetros; se usara el mtodo de interpolacin directa con el fin de determinar la cantidad aproximada de agua requerida para lograr la consistencia normal.

Donde X representa la cantidad de agua que se desea calcular.

Despejando se obtiene que la cantidad de agua necesaria para lograr una consistencia normal es de 143,5 ml, lo cual para la muestra de 500 g de cemento representa un 28.7%.

CALCULOS TIEMPOS DE FRAGUADO

GILLMORE

Hora iniciopenetracin

10:30SI

30'11:00SI

15'11:15SI

15'11:30SI

15'11:45SI

15'12:00NO

15'12:15SI

15'12:30SI

15'12:45SI

15'13:00NO

VICAT

Hora iniciopenetracin [mm]

10:3039

30'11:0039

15'11:1539

15'11:3037

15'11:4533

15'12:0030

15'12:1522

15'12:304

15'12:451

15'13:000

Para Y= 25mm tenemos:

Donde el tiempo x necesario es de 79,07 79 min

Tabla comparacin Vicat y Gillmore

Fraguado inicialFraguado final

Vicat79 min150 min

Gillmore90 min150 min

CONCLUSIONES

DENSIDAD

Se realiz la prctica con tres cementos diferentes, una para cada grupo y en la cual a nuestro grupo se le asign el cemento CEMEX. Se determin satisfactoriamente y dentro del rango la densidad del cemento CEMEX. Conocer la densidad de los elementos que se han de agregar a la mezcla de concreto es de vital importancia para cuando se quiera establecer las proporciones en dicha mezcla. Es por esto que dichas densidades deben ser lo ms cercanas posible al valor real. Este valor es fcil hallarlo cuando se cuenta con herramientas de gran precisin, y cuando se cuenta con el tiempo necesario para que las pruebas salgan debidamente, adems, las pruebas se realizan repetidamente hasta conseguir una buena acumulacin de valores.

CONSISTENCIA NORMAL

La obtencin de la consistencia normal del cemento mediante este mtodo depende mucho de las condiciones del medio ambiente y el cuidado que se tenga al preparar la pasta, pues como hemos observado el tiempo juega un papel muy importante ya que el cemento reacciona inmediatamente al ponerse en contacto con el agua. Se determin la consistencia normal del cemento hidrulico y es de 28.7%. La manipulacin de la pasta, la temperatura, humedad y la calidad del agua pueden afectar las lecturas, por lo tanto se tendr que tener mucho cuidado de proceder con uniformidad haciendo pruebas repetidas.

TIEMPO DE FRAGUADO

Se puede observar un decrecimiento rpido en la penetracin cuando se disminuye el porcentaje de agua en la prctica de consistencia normal. El tiempo de fraguado que se obtuvo fue de dos horas y media aproximadamente. Esta determinacin del tiempo de fraguado es una aproximacin mas no es su valor real puesto que se ve afectado por la cantidad y temperatura del agua de amasado, la manipulacin que ha tenido la mezcla y la temperatura y humedad del aire. Las agujas de los aparatos debes estar limpias, pues la acumulacin de pasta de cemento en la punta puede aumentar su penetracin.

ANEXOSRegistros FotogrficosAnexo 1

Anexo 2

Anexo 3

Anexo 4

Anexo 5

Anexo 6

Anexo 7

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