PRÁCTICA VI: ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN, FLEXIÓN Y TENSIÓN DE MORTEROS (INV E-323, 324, 327)

Cristian Camilo Guerrero Castro

Popayán, Miércoles 8 de Octubre del 2014

LABORATORIO DE MATERIALES II FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

UNIVERSIDAD DEL CAUCA

1. INTRODUCCIÓN

La resistencia mecánica del cemento, resulta ser la propiedad de mayor relevancia en los diseños estructurales o de cualquier obra civil de allí que su estimación requiera procesos minuciosos de manera que puedan representar la realidad del cemento sin rechazar o aceptar obras y que con ello se produzcan equivocaciones. En este informe se tratarán dichas resistencias como propiedades obligadas a determinar en morteros tanto para conocer la

variación en los resultados y como cumplimiento de una labor académica.

La resistencia a la compresión del mortero y de cualquier mezcla cuyo material conglomerante sea el cemento, será mucho mayor comparada con otros valores de resistencia, y su aplicación es muy variable, incluso en la actualidad pueden tener una función estructural, y pueden usarse en la construcción de elementos estructurales o en la mampostería estructural en donde puede servir de pegante o relleno en las celdas del muro. Existen otros morteros que no tienen función

estructural y son destinados al recubrimiento de pañetes o repellos.

Durante esta práctica se describe el proceso de realización de las pruebas y se presentan los resultados de un mortero dado, que se ensayó a los 15 días, (ensayo de resistencia a la compresión, flexión y tensión) y al final se explica la posible veracidad o no de los resultados y las condiciones de rechazo de un mortero, todo lo anterior se toma en base de la norma INV 2007. Cabe resaltar que la norma no arroja especificaciones para la resistencia a la tensión y a

la flexión por tal su análisis será meramente teórico.

ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN, FLEXIÓN

Y TENSIÓN DE MORTEROS

2. MARCO TEÓRICO

2.1 RESISTENCIA EN MORTEROS

La resistencia de los morteros se desarrolla principalmente por la hidratación del cemento, la estructura que se logra, integrada por los granos de arena rodeados por la pasta de cemento endurece poco a poco convirtiéndose con el tiempo en una piedra artificial. Los investigadores han llegado a correlacionar de manera exhaustiva la resistencia del mortero con la relación por peso entre el agua y el cemento, esta relación se denota a/c. La siguiente figura muestra la correlación entre ambos, y como a manera que aumenta le relación agua/cemento, disminuye la resistencia del mortero:

La resistencia de los morteros se correlaciona también con otras propiedades en estado endurecido como son: la densidad, la permeabilidad, la contracción por secado, el módulo de elasticidad, la capacidad de flexión, expresada por medio del módulo de ruptura resultado de ensayar vigas de mortero apoyadas libremente y con carga en el centro de la luz, y la adherencia. De entre estas pruebas resulta especialmente ilustrativa para el caso de

mamposterías de tabique la prueba para evaluar la capacidad de adherencia de los morteros.

ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN, FLEXIÓN

Y TENSIÓN DE MORTEROS

Anteriormente se muestra una tabla en donde se clasifica el mortero por formas de empleo según sea el valor de su resistencia a la compresión.

No se efectúan pruebas de resistencia en pasta de cemento puro, debido a las dificultades experimentales del moldeo, que originarían una gran variación en los resultados. Para determinar la resistencia del cemento se utilizan morteros, es decir, mezcla de agua, cemento y agregado fino; de proporciones determinadas, hechos con materiales específicos en

condiciones estrictamente controladas.

2.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

En esta práctica se seguirá el ensayo planteado en las normas de INVIAS del año 2007. El agregado fino utilizado debe tener la siguiente gradación:

Dado que se seguirá la norma INVIAS cuyo proceso se explicará más adelante, aquí se encuentra unos valores mínimos de resistencia para concreto tipo 1 a unas edades

determinadas:

2.3 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN

La resistencia a la flexión se realiza con la elaboración de unas viguetas que serán cargadas en el centro de la luz para conocer la carga máxima permisible. La norma INV no establece unos límites para el valor de esta resistencia, su importancia se eleva en el hormigón para

pavimentos rígidos.

2.4 RESISTENCIA A LA TENSIÓN

Bien es sabido que el mortero resiste bajas cargas a tensión, por lo cual este valor no tiene mayor trascendencia ya que en los diseños estructurales, siempre se asume que el hormigón o mortero estará trabajando a compresión o incluso flexión si fuera el caso, aunque adquiere importancia en el agrietamiento de las mezclas luego del proceso de secado. Por fines

académicos, se hizo una estimación sobre las briquetas realizadas.

En Colombia se usan las siguientes proporciones de acuerdo al tipo de obra:

Tamiz % Acumulado retenido

149 μ (No. 100) 98 ± 2

297 μ (No 50) 75 ± 2

595 μ (No 30) 2 ± 2

1.19 mm (No 16) 0

1 DÍA 3 DÍAS 7 DÍAS 28 DÍAS

1. Normal ­ 12 19 28

TIPOS DE CEMENTORESISTENCIA A LA COMPRESIÓN MÍNIMA (Mpa)

ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN, FLEXIÓN

Y TENSIÓN DE MORTEROS

3. PROCEDIMIENTO

3.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (INV E-323)

Se deben retirar los cubos y ensayar inmediatamente. El tiempo límite para la prueba varía de acuerdo a la edad del ensayo: 24 horas±0.5 horas, 3 días±1 hora, 7 días±3 horas, 28 días±12 horas.

Los cubos se deberán secar y limpiar de incrustaciones de arena en las caras que van a estar en contacto con la superficie de la máquina. Se comprueba con una regla que las caras están totalmente planas, en caso contrario se liman hasta conseguirlo pero si no se logra, se deberá rechazar el espécimen.

Se coloca cuidadosamente cada cubo debajo del centro de la parte superior de la máquina. Se enciende y se empieza a bajar el aparato hasta que apenas toque el cubo, de tal manera que este no se pueda girar con la mano.

Se pone en ceros la máquina y se empieza a aplicar carga de 900 o 1800N/s hasta que la máquina marque la carga máxima, es decir cuando el cubo falló.

Se anota la carga máxima aplicada, luego la resistencia a la compresión ( será:

𝑓𝑚 =𝑃

𝐴

Valores que difieran en más de 8.7% (para 3 cubos ensayados por edad) o 7.6% (para dos cubos por edad) con respecto al promedio, se rechazan.

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Y TENSIÓN DE MORTEROS

3.2 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN (INV E-324)

Se deben retirar las viguetas y ensayar inmediatamente, en caso de que la prueba se demore, se deben cubrir con un plástico impermeable hasta el momento de la prueba. En caso de que se hallan retirado del agua, se introducirán de nuevo en agua a 23±2ºC. El tiempo límite para la prueba varía de acuerdo a la edad del ensayo: 24 horas±0.5 horas, 3 días±1 hora, 7 días±3 horas, 28 días±12 horas.

Cada prisma se debe secar y limar para eliminar granos en la superficie y posibles curvaturas. Con una regla se comprueba que todas las caras estén planas, en caso de que no sea así, se liman y si no es suficiente se descarta el espécimen.

Se coloca la vigueta sobre sobre los apoyos con la cara superior girada 90º de manera que la cara que reciba la carga sea diferente a la que quedo al aire libre durante el proceso de fraguado. Se le aplica carga en el centro de la luz a 2640±110 N/min. Para el caso de la práctica se conoció la constante del anillo para hallar la carga aplicada cada 5 segundos, debido a que el aparato que aplica la carga es netamente manual.

Las muestras que difieran en más del 10% del promedio, no se tendrán en cuenta para el cálculo de la resistencia.

Finalmente, ya que la carga aplicada fue en kgf, la resistencia a la flexión es:

𝑆𝑓 = 0.278 𝑃

3.3 RESISTENCIA A LA TENSIÓN (INV E-327)

Se deben ensayar como mínimo tres briquetas por cada edad de ensayo. Se deben retirar las muestras de la cámara húmeda o del tanque y ensayar

inmediatamente; en caso de que se demore la prueba, se cubrirán con una toalla húmeda hasta el momento de que se coloquen en la máquina, o si habían sido extraídas del tanque con agua, se deberán sumergir nuevamente en agua a 23±1.7ºC hasta el momento del ensayo. El tiempo límite para la prueba varía de acuerdo a la edad del ensayo: 24 horas±0.5 horas, 3 días±1 hora, 7 días±3 horas, 28 días±12 horas.

Se limpia y retiran los granos de las superficies, en especial la de las agarraderas. Se centran las muestras cuidadosamente en las agarraderas y se les aplica carga en

forma continua a 272±12 kg/min.

ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN, FLEXIÓN

Y TENSIÓN DE MORTEROS

Las briquetas que difieran en más del 15% del promedio de los valores obtenidos se deben rechazar. Si una vez rechazadas todas las briquetas que no cumplan con lo anterior, resultan dos o menos que están en la tolerancia establecida, el ensayo se debe repetir.

La resistencia a la tensión será la carga máxima aplicada sobre el área transversal en donde se presentó la falla. En el caso de la máquina usada para esta práctica, se debe multiplicar la carga por 50 debido al momento que genera la carga.

𝑅𝑇 =50 ∗ 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑎𝑥

𝐴𝑟𝑒𝑎𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙

4. RESULTADOS

4.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (INV E-323)

Se extrajeron los cubos, se giraron 90º y se limó su superficie. Luego se midieron los lados de

la cara a ensayar:

Cubo 1: 5.26 cm x 5.14 cm: 27.036 cm2

Cubo 2: 5.20 cm x 5.20 cm: 27.040 cm2

Cubo 3: 5.15 cm x 5.25 cm: 27.038 cm2

Cubo 4: 5.11 cm x 5.29 cm: 27.032 cm2

Luego se le aplicó la carga a cada cubo hasta llegar a la máxima:

Cubo 1: 46.0 KN

Cubo 2: 68.5 KN Cubo 3: 72.7 KN

Cubo 4: 60.4 KN

ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN, FLEXIÓN

Y TENSIÓN DE MORTEROS

Así para cada cubo:

𝑓′𝑐 1 =𝑃

𝐴=

46 ∗ 10

27.036= 17.01 𝑀𝑃𝑎 𝑓′𝑐 2 =

𝑃

𝐴=

68.5 ∗ 10

27.040= 25.33 𝑀𝑃𝑎

𝑓′𝑐 3 =

𝑃

𝐴=

72.7 ∗ 10

27.038= 26.89 𝑀𝑃𝑎 𝑓′𝑐 4 =

𝑃

𝐴=

60.4 ∗ 10

27.032= 22.34 𝑀𝑃𝑎

El promedio es:

𝑓′𝑐 =17.01 + 25.33 + 26.89 + 22.34

4= 22.89 𝑀𝑃𝑎

De acuerdo a la norma, para más de 3 cubos, se rechazarán aquellos que difieran en más del

8.7% del promedio: 22.89*8.7% = 1.99

Luego los valores aceptados deben estar entre 20.9 y 24.88 MPa. Solo el cubo 4 cumple con

dicho rango, por tal la prueba se hizo con muchos errores y se debe repetir.

4.2 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN (INV E-324)

𝐾𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜 = 3.43𝑘𝑔1

10000′′

La velocidad de carga es 270 kg/min, se desea conocer de acuerdo a esa carga, cuánto se

debe aplicar cada 5 s:

3.43 𝑘𝑔 1 (1

10000′′)

270 𝑘𝑔 𝑋

Donde X = 78.72 (1/10000’’)

78.72 60 𝑠

𝑥 5 𝑠

Donde x = 7 (1/10000’’)

Dado que la escala del aparato es de 1/1000’’, significa que por cada 5 s, el medidor deberá

avanzar 7 unidades de la escala.

Vigueta 1: Ancho: 4.07 cm. Alto: 4 cm.

Vigueta 2: Ancho: 4.10 cm. Alto: 4 cm.

Vigueta 3: Ancho: 4.30 cm. Alto: 4.25 cm.

El número de unidades avanzadas para lograr y hallar la carga máxima:

Vigueta 1: 50 * 3.43 = 171.5 kg

ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN, FLEXIÓN

Y TENSIÓN DE MORTEROS

Vigueta 2: 50 * 3.43 = 171.5 kg

Vigueta 3: 42 * 3.43 = 144.06 kg

La resistencia a la flexión para cada vigueta en kg/cm2 es:

𝑆𝑓1 = 0.278 ∗ 171.5 = 47.68𝑘𝑔

𝑐𝑚2

𝑆𝑓2 = 0.278 ∗ 171.5 = 47.68𝑘𝑔

𝑐𝑚2

𝑆𝑓3 = 0.278 ∗ 144.06 = 40.05𝑘𝑔

𝑐𝑚2

El promedio es:

𝑆𝑓 =47.68 + 47.68 + 40.05

3= 45.14

𝑘𝑔

𝑐𝑚2

Para conocer si todas las muestras están en el rango 10% de 45.14 = 4.51

Por lo tanto el rango es de 40.63 a 49.65. La primera y segunda vigueta cumplen con dichos

valores.

Luego,

𝑆𝑓 =47.68 + 47.68

2= 47.68

𝑘𝑔

𝑐𝑚2 ~ 4.77 𝑀𝑃𝑎

4.3 RESISTENCIA A LA TENSIÓN (INV E-327)

El área medida en la zona de falla de cada briqueta:

Briqueta 1: 2.42 cm x 2.3 cm: 5.57 cm2

Briqueta 2: 2.36 cm x 2.24 cm: 5.29 cm2

Briqueta 3: 2.3 cm x 2.26 cm: 5.20 cm2

La carga máxima en cada briqueta fue:

Briqueta 1: 1425.9 g + 1332.71 g = 2758.61 g

Briqueta 2: 1824.94 g + 1031.61 g = 2856.55 g

Briqueta 3: 1594.35 g + 1035.93 g = 2630.28 g

La resistencia a la tensión de cada briqueta será:

𝑅𝑇1 =50 ∗ 2.75861

5.57= 24.76

𝑘𝑔

𝑐𝑚2

𝑅𝑇2 =50 ∗ 2.85655

5.29= 27

𝑘𝑔

𝑐𝑚2

ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN, FLEXIÓN

Y TENSIÓN DE MORTEROS

𝑅𝑇3 =50 ∗ 2.63028

5.20= 25.29

𝑘𝑔

𝑐𝑚2

En promedio:

𝑅𝑇 =24.76 + 27 + 25.29

3= 25.68

𝑘𝑔

𝑐𝑚2

15% * 25.68 = 3.85

El rango es de 21.83 a 29.53. Todos los valores están en el rango, luego la Resistencia a la tensión es 25.68 kg/cm2 ~ 2.57 MPa.

5. CONCLUSIONES

El ensayo de compresión de morteros se descarta ya que sólo se obtuvo un cubo cuyo valor quedo en el rango; esto se pudo haber debido a la mala realización del moldeado, posibles errores en mediciones o también habría que detallar si todas las muestras estuvieron bajo las mismas condiciones de humedad, temperatura y demás ya que como es sabido estas variaciones afectan la resistencia del mortero.

Por parte de la resistencia a la tensión, el valor obtenido correspondiente a aproximadamente 2.57 MPa (aproximadamente por la constante de conversión) se comprobó también que significa aproximadamente el 10% del valor que se obtuvo de la resistencia a la compresión y dado su bajo valor, se puede decir que el mortero es susceptible a agrietamientos debido a la restricción de la contracción inducida por el secado o por disminución de la temperatura.

Con base al valor obtenido de la resistencia a la flexión 4.77 MPa se comprobó que es ligeramente mayor a la resistencia a la tensión pero muy menor a la compresión. Ambos valores el de resistencia a la flexión y tensión son despreciables comparados con la resistencia a la compresión de un mortero.

6. RECOMENDACIONES Y OBSERVACIONES

Tal como se planteó en la práctica de preparación de las muestras para el moldeo y futura determinación de la resistencia, la formas de compactación realizadas por varios estudiantes influyó de manera considerable en la estimación de las resistencias, principalmente en la de compresión en donde sólo un valor se conservó dentro del promedio lo cual supone un ilógico ya que se necesitan al menos dos muestras promediadas para aceptar el ensayo.

Durante el ensayo se evidenció errores en las mediciones de las áreas con el nanómetro, por lo que se debe de tener bastante cuidado en su manejo. Por otro lado se pudo observar que las medidas no fueron precisamente iguales a las del molde en que

se depositaron.

ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN, FLEXIÓN

Y TENSIÓN DE MORTEROS

7. BIBLIOGRAFÍA

Especificaciones y normas INVIAS año 2007.

RIVERA L., Gerardo Antonio. Concreto Simple. Popayán. UNICAUCA. Editorial UNICAUCA. 2013

UCLM. Morteros. <https://www.uclm.es/area/ing_rural/Trans_const/Tema9.pdf REVISADO (07/10/14)