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1. UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE Laureate International Universities FACULTAD DE INGENIERÍA Carrera de Ingeniería Civil TECNOLOGÍA DEL CONCRETO “DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 ” PRESENTADO POR: Apayco Anchelia, Amelia Carhuaricra Ceras, Aaron Ramos Rashuaman, Jeysson Salazar Mory, Henry Tafur Díaz, Jhon Vera Salvador, Héctor DOCENTE: Ing. Cachi Cerna, Gabriel LIMA - PERÚ 2016 2. 1 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 INDICE INDICE........................................................................................................... 1 1 RESUMEN............................................................................................... 2 2 INTRODUCCIÓN..................................................................................... 3 3 OBJETIVOS ............................................................................................ 4 4 JUSTIFICACIÓN...................................................................................... 4 5 ANTECEDENTES.................................................................................... 6 6 MARCO TEÓRICO .................................................................................. 6 7 METODOLOGÍA.................................................................................... 10 8 RESULTADOS ...................................................................................... 37 9 DISCUSIÓN........................................................................................... 46 10 CONCLUSIONES............................................................................... 47 11 RECOMENDACIONES....................................................................... 49 12 GLOSARIO* ....................................................................................... 49 13 REFERENCIAS.................................................................................. 50 14 ANEXOS ............................................................................................ 51 3. 2 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 1 RESUMEN Los problemas estructurales que se ven muy a menudo en construcciones, debido al mal diseño de sus elementos, obligaron a realizar estudios acerca de la resistencia del material más usado, este es el cemento. Por consiguiente se determinó el mortero como material representativo, entre la pasta y el concreto, debido a su fácil maniobrabilidad. Para ello se realizaron ensayos de los componentes que componen del mortero, para determinar la proporción que nos permitirá obtener la resistencia a la compresión requerida para un proyecto constructivo. Por lo tanto, el no realizar estudios que nos permitan obtener esta proporción, así como realizar morteros con una mala proporción, incrementa la probabilidad de construir estructuras que presenten fallas ante movimientos sísmicos. En el presente trabajo de aplicación desarrollamos el proceso necesario para dosificar un mortero de f´m de 175 Kg/cm2 . Cada ensayo realizado fue sujeto a las distintas normativas que rigen la correcta elaboración de un mortero, nos hemos basado en las normas MTC, además de las normas ASTM (American Society for Testing and Materials) y también las normas NTP (Norma Técnica Peruana). Cada ensayo se realizó en el Laboratorio de Concreto de la Universidad Privada del Norte, en la sede de Lima Norte; se contó con el monitoreo de la Lic. Edika Espinoza Cabrera. Se usaron los distintos materiales, herramientas y aparatos (marca Forney) según los requisitos de cada ensayo. Después de la correcta dosificación a partir de los datos obtenidos, tales como el módulo de finura del agregado, la relación agua-cemento de la pasta, el peso específico del agregado, la absorción y contenido de humedad del árido, y por último, el peso específico del cemento, se procedió a preparar la mezcla de mortero, la que se colocó en los moldes correspondientes para su posterior curado y sometimiento al ensayo de resistencia a la compresión (ASTM C270) sometido 2 probetas a ensayo de resistencia a la compresión a los 7, 14 y 28 días, por lo que se prepararon 6 probetas en total. 4. 3 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 El presente informe consta de 13 capítulos. Empezamos con el Resumen, luego con la Introducción, los Objetivos, la Justificación, Antecedentes (donde se menciona los primeras formas de morteros en el Mundo Antiguo), Marco Teórico (donde se da a conocer las características de los morteros de cemento, así como la metodología de cada ensayo), Desarrollo (procedimientos hechos por el grupo para la concretización de cada ensayo), Resultados (datos obtenidos de cada ensayo), también la Discusión (donde se corrobora o contradice la postura de algunos autores en cuanto a las propiedades del mortero de cemento) y las Conclusiones (muestra la dosificación obtenida y se confirma los resultados de los ensayos). Además, se cuenta con las Recomendaciones del grupo, un pequeño Glosario de términos usados que no son muy conocidos y las Referencias Bibliográficas; todo el informe se ha ajustado al formato de Escritura Académica APA (Sexta edición) y a los requerimientos de nuestra casa de estudios, a través de nuestro docente. 2 INTRODUCCIÓN Hoy en día, el Control de Calidad de los Materiales empleados en la Construcción son cada vez más exigentes debido a las constantes fallas y colapsos que presentan las Edificaciones de Albañilería ante la ocurrencia de sismos o sin la presencia de ellos, debido al empleo de elementos deficientes para su construcción. Por la cual se elabora un informe de investigación de laboratorio teniendo algunos conocimientos previos que nos ayudarán a conocer las propiedades físicas y mecánicas de los componentes que se emplearán en el mortero, así como la dosificación óptima para obtener una trabajabilidad (plástica) y resistencia establecida, además de los ensayos basados en la normas que reglamentan a la construcción (ASTM, MTC, NTP). Los Ingenieros Salamanca y Galvis, en su publicación denominada “Morteros”, por parte de la Universidad Nacional de Bogotá, dan a conocer que en el mortero de cemento al igual que en el hormigón, las 5. 4 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 características de la arena, tales como granulometría, módulo de finura, forma y textura de las partículas, así como el contenido de materia orgánica, juegan un papel decisivo en su calidad. Entonces, por lo mencionado por estas asociaciones colombianas especializadas, nuestro propósito fue obtener un mortero de cemento de alta resistencia, y por ende se buscó que esta propiedad resalte por encima de otras. Sin más preámbulos dejamos el siguiente informe para el crecimiento académico de nuestra comunidad estudiantil. 3 OBJETIVOS Objetivo General Dosificar un mortero de consistencia plástica con una f´m de 175 Kg/cm2 . Objetivos Específicos Determinar la relación agua-cemento de la pasta, para una consistencia plástica. Determinar el módulo de finura del agregado fino. Calcular el peso específico y la absorción del agregado fino. Obtener el peso específico del cemento. Explicar el significado físico de los resultados obtenidos en los ensayos realizados. 4 JUSTIFICACIÓN La falta de interés acerca de la resistencia requerida de los elementos usados en construcción por parte de muchos maestros de obra, hace importante un estudio básico de esta índole, que explique de manera detallada como realizar los ensayos de los materiales para determinar un correcto diseño de mortero, según las especificaciones técnicas indicada en los planos. 6. 5 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 Además el otro sector de maestros de obras se plantean interrogantes al momento de realizar un diseño de mortero. Por dar solución a ello, surgió la idea de elaborar un informe denominado “DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA f´m DE 175 Kg/cm2“ , donde se detalle minuciosamente cada punto a seguir, cada ensayo, cada posible error a encontrar en el desarrollo del tema, entre otros. Cabe resaltar que este diseño es solo una de las muchas que se pueden realizar. Así mismo, debemos considerar lo que la norma ASTM Y MTC indican en cuanto al desarrollo de los distintos ensayos de los componentes del mortero. No solamente un buen manejo, colocación y curado del mortero influyen de gran manera en su desempeño, sino que también una apropiada cantidad de cemento y dosificación de los demás componentes, hasta lograr la resistencia requerida. (Asocreto, 2010). Debido a que algunos componentes principales del concreto de cemento Portland y de los morteros son los mismos, se asume equivocadamente que la práctica de un buen concreto es también la práctica de un buen mortero. Sin embargo, el mortero difiere del concreto en las consistencias, métodos de colocación y ambientes de curado. (Asocreto, 2010). Los morteros son usados como unidades de mampostería dentro de un elemento estructural simple, mientras el concreto es comúnmente un elemento estructural en sí mismo. Y la mayor diferencia radica en la forma como éstos son manejados en la construcción, el concreto es colocado usualmente en moldes de madera o metal no absorbente, de tal manera que la mayor cantidad de agua es retenida; en cambio, el mortero es colocado en unidades de mampostería absorbentes y tan pronto como hacen contacto pierden agua. (Asocreto, 2010). Por las distintas razones mencionadas líneas arriba, es necesario realizar un análisis de dosificación específica para un mortero de alta resistencia, pero también de consistencia plástica. Ya que no hay una mezcla en particular que satisfaga todas las situaciones en una obra. 7. 6 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 5 ANTECEDENTES Antiguamente se elaboraban morteros de arena más yeso o cal, como ejemplo tenemos a Egipto durante el siglo III a.C. Posteriormente, en Grecia y Roma, se fabricaron morteros a partir de diversos materiales como cal quemada, toba volcánica* y arena. La fabricación de un producto relativamente débil se extendió hasta las primeras inmigraciones de los europeos a Norteamérica. Recién a principios del siglo XX, el cemento Portland se volvió en un constituyente común del mortero. En la actualidad, el mortero aún se hace con cemento Portland y cal hidratada. El mortero tiene una amplia gama de aplicaciones, puede emplearse para nivelar pisos, proteger taludes*, recubrir elementos estructurales, pero el mayor consumo está en la construcción de mampostería, por lo que la tecnología del mortero se ha enfocado en esta rama. (Asocreto, 2010). 6 MARCO TEÓRICO a. DEFINICIÓN DE MORTERO Asocreto, en su libro titulado como “Tecnología del Concreto vol. 1”, en el capítulo 09, llamado “Propiedades del Mortero”, nos menciona que el mortero es un material que satisface una variedad de requisitos, y que no hay una mezcla en particular que satisfaga todas las necesidades; sólo un conocimiento sobre los materiales que lo componen y sus propiedades, simple y colectivamente, permitirán seleccionar el tipo de mortero de acuerdo con un uso específico. El mortero es una mezcla homogénea de un material aglomerante (cemento y/o cal), un material de relleno (agregado), agua y en algunas ocasiones aditivos (para fines específicos). (Varios, 2012). 8. 7 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 b. TIPOS DE MORTEROS SEGÚN SU COMPOSICIÓN 1. Generalidades: Existen en el rubro de la construcción y como objeto de estudios e investigaciones distintos tipos de morteros según su composición, cada uno con distintas características y propiedades especiales, capaces en su conjunto, de satisfacer diversas necesidades; sin embargo, no hay un tipo en particular que satisfaga todas las situaciones. Tenemos los morteros Calcáreos, en los que la cal interviene como aglomerante; los morteros de yeso, preparados con cal hidratada y tienen un tiempo de fraguado muy rápido; los morteros de cal y cemento, aconsejables cuando se busca gran trabajabilidad, buena retención de agua y alta resistencia, en éstos morteros se sustituye parte del cemento por cal; por último, contamos con los morteros de cemento, caracterizados por otorgar una alta resistencia y usados mayormente para la mampostería estructural, tales como muros de contención o cementos. 2. Morteros de Cemento Este mortero tiene altas resistencias y sus condiciones de trabajabilidad son variables de acuerdo a la proporción de cemento y arena. Es hidráulico y no es muy trabajable, por eso se debe tener en cuenta el menor tiempo posible entre el amasado y la colocación. Las características de la arena, tales como la granulometría, el módulo de finura, forma y textura de las partículas, así como el contenido de materia orgánica, juegan un papel decisivo en su calidad. Algunas veces, se emplean arenas con ligeros contenidos de limo o arcilla, para darle mayor trabajabilidad al mortero, sin embargo, los morteros fabricados con este tipo de arena no son muy resistentes. Si en el mortero existe poco cemento, la mezcla se hace áspera y poco trabajable ya que las partículas de arena se rozan entre sí, pues 9. 8 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 no existe suficiente pasta de cemento que actúa como lubricante. Sin embargo, si el mortero es muy rico, es decir, con alto contenido de cemento, es muy resistente pero con alta retracción en el secado, o sea muy susceptible a agrietarse. Este tipo de morteros muy ricos sólo se usan para obras de ingeniería que exijan altas resistencias, tales como muros de contención o cimientos. (Varios, 2012). c. PROPIEDADES DE MORTEROS EN ESTADO PLÁSTICO 1. Manejabilidad Medida de la facilidad de manipulación de la mezcla, está relacionada con la consistencia de la pasta en estado blanda o seca. La manejabilidad depende de la proporción de arena y cemento y de la forma, textura y módulo de finura del agregado. (Varios, 2012). Para medir la manejabilidad del mortero se usa el ensayo de Fluidez (ASTM C-230) y la norma MTC E 617-2000. 2. Retención de Agua Es la capacidad del mortero de mantener su plasticidad cuando quede en contacto con la superficie sobre la que va a ser colocado. La retención de agua influye en la velocidad de endurecimiento y en la resistencia final, pues un mortero que no retenga el agua no permitirá la hidratación del cemento. (Varios, 2012). 3. Velocidad de Endurecimiento Los tiempos de fraguado final e inicial de un mortero están entre 2 y 24 horas; dependen de la composición de la mezcla y de las condiciones ambientales como el clima y la humedad. (Varios, 2012). d. PROPIEDADES DE MORTERO EN ESTADO ENDURECIDO 1. Retracción Debida principalmente a la retracción de la pasta de cemento y aumenta cuando el mortero tiene altos contenidos de cemento. Para mejorar la retracción y evitar el agrietamiento se recomienda utilizar arenas con granos de textura rugosa, y tener en cuenta que además 10. 9 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 en clima caliente y de muchos vientos, el agua tiende a evaporarse más rápidamente produciendo tensiones internas en el mortero, que se traducen en grietas visibles. La retracción es proporcional al espesor de la capa, a la riqueza en cemento de la mezcla y a la mayor absorción de la pared sobre la que se vaya a aplicar. (Varios, 2012). 2. Adherencia Capacidad de absorber tensiones normales y tangenciales a la superficie que une el mortero (respuesta monolítica con las piezas que une ante solicitudes de carga). En el caso de la mampostería, para obtener una buena adherencia se necesita que la superficie sobre la que se va a colocar el mortero sea tan rugosa como sea posible y tenga una absorción adecuada comparable con la del mortero. (Varios, 2012). 3. Resistencia Si el mortero se usa como pega, debe proporcionar una unión resistente, si es para soportar cargas altas y sucesos, como en el caso de la mampostería estructural, debe poseer una alta resistencia a la compresión. Debemos tener en cuenta que para un mismo cemento y un mismo tipo de agregado fino, el mortero más resistente y más impermeable será el que contenga mayor cantidad de cemento para un volumen de mortero dado; y que para un mismo contenido de cemento en un volumen determinado de mortero el más resistente y probablemente el más impermeables será aquel mortero que presente mayor densidad, es decir que en la unidad de volumen contenga el mayor porcentaje de materiales sólidos. El tamaño de los granos de la arena desempeña un papel importante en la resistencia del mortero; un mortero hecho con arena fina será menos denso que uno hecho con arena gruesa para un mismo contenido de cemento. 11. 10 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 Por último, el contenido de agua del mortero tiene influencia sobre su resistencia; los morteros secos dan mayor resistencia que los morteros húmedos, porque pueden ser más densamente compactados. (Varios, 2012). 4. Durabilidad Es la resistencia que tiene el mortero ante agentes externos como: bajas temperaturas, penetración de agua, desgastes por abrasión* y agentes corrosivos*. (Varios, 2012). 5. Apariencia Para lograr una buena apariencia es necesario aplicar morteros de buena plasticidad. La apariencia después del fraguado juega un papel importante en las mamposterías de ladrillos a la vista. (Varios, 2012). 7 METODOLOGÍA a. ENSAYO 1: MÉTODO DE ENSAYO NORMALIZADO PARA MEDIR EL CONTENIDO TOTAL DE HUMEDAD EVAPORABLE EN AGREGADOS MEDIANTE SECADO (ASTM C566 Y NTP 339.185) 1. Marco teórico Éste ensayo tuvo por finalidad determinar del porcentaje de humedad evaporable en una muestra de agregado fino y grueso por secado El contenido de humedad total evaporable se calculó según la siguiente fórmula: 𝑝 = 𝑊−𝐷 𝐷 𝑥100 (1) Donde: p = Contenido de humedad evaporable (%) w = Masa original de la muestra (gr) D = Masa seca de la muestra (gr) 12. 11 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 2. Materiales y Equipo Para este ensayo se utilizaron los siguientes materiales y equipos: Balanza Usamos una balanza con 0.1 % de sensibilidad. Fig. 1 “Balanza usada en el ensayo” Fuente: “Propia” Fuente de Calor La fuente de calor usada fue un horno capaz de mantener la temperatura de la muestra a 110 ± 5°C. Fig. 2 “Horno usado en el ensayo” Fuente: “Propia” Recipiente para la muestra Recipientes metálicos, denominados taras que no son afectados por el calor y que tienen la capacidad de contener la muestra sin peligro de derrame. 13. 12 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 Fig. 3 “Recipientes” Fuente: “Propia” Agitador Una espátula delgada para el agregado grueso y una mediana para el agregado grueso. 3. Procedimiento En lo que respecta a este ensayo de contenido de humedad la muestra de agregado fino tomada fue de 500 g. y de agregado grueso fue de 11 Kg ya que el TMN fue de 1’’. El procedimiento realizado fue el siguiente: Pesamos la muestra de agregado fino y grueso con una aproximación de 0.1 % Fig. 4 y Fig. 5 “Muestra natural Agregado Fino y Agregado Grueso respectivamente” Fuente: “Propia” Secamos la muestras completamente introduciéndolas en el horno que se encuentra en el laboratorio de concreto, por un día y a una temperatura de 100 °C, teniendo cuidado de evitar la pérdida de alguna partícula. 14. 13 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 Fig. 6 y Fig. 7 “Secado de las muestras de Agregado Fino y Agregado Grueso respectivamente” Fuente: “Propia” Posterior al secado determinamos la masa de las muestras secas con una precisión de 0.1 %, para ello se extrajeron estas muestras una hora antes de la hora del inicio del ensayo para que se enfríen y así obtener medidas exactas. Fig. 8 y Fig. 9 “Retiro de las muestras de Agregado Fino y Agregado Grueso respectivamente” Fuente: “Propia” 15. 14 DISEÑO DE MORTERO PLÁSTICO CON UNA F´m DE 175 Kg/cm2 b. ENSAYO 2: CANTIDAD DE MATERIAL FIN
