UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE MATERIALES 2 TÍTULO DE LA PRACTICA: CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO Y EL TIEMPO DE FRAGUADO CON EL APARATO DE VICAT. NUMERO DE INFORME: 2 DOCENTE: ING. RAMIRO ERAZO HERNANDEZ AYUDANTE DE CATEDRA: LABOTORISTA MILTON CATOTA INTEGRANTES: BUSTILLOS DEFAZ GALO ALEJANDRO CAMACHO NARANJO UFREDO ORLANDO CUYO CHALUIZA EDWIN DANILO GUAMÁN SIMBA LINO DUCSSAN JUMBO MORA CÉSAR AUGUSTO GRUPO: A CURSO Y PARALELO: S4-P5 FECHA DE ELABORACIÓN DE LA PRACTICA: 23/07/2021 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 30/07/2021 QUITO – ECUADOR 2021-2021 2. TEMA CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO Y EL TIEMPO DE FRAGUADO CON EL APARATO DE VICAT. 3. INTRODUCCIÓN La Consistencia Normal del cemento consiste en la cantidad de agua que se requiere para que la pasta de cemento llegue a una fluidez optima y una plasticidad ideal. Los valores típicos de la consistencia normal están entre 23% y 33%. Se utiliza principalmente para determinar el tiempo de fraguado, la estabilidad de volumen, el calor de hidratación y la resistencia mecánica. (Mario, 2021) Para este ensayo se utiliza un aparato conocido con el nombre de Aparato de Vicat, dicho aparato tiene la función de proporcionarnos la penetración lograda por una de sus agujas en cada una de las muestras utilizadas. (Mario, 2021) Consiste en un soporte con un vástago móvil que pesa 300g, uno de sus extremos se llama sondeo, tiene 10 mm de diámetro y 50 mm de longitud y el otro una aguja de 1 mm de diámetro y 50 mm de longitud el vástago es reversible y se ajusta a través de un tornillo, tiene un índice ajustable que se mueve sobre una escala graduada en milímetros, rígidamente unida al soporte. (Mario, 2021) El molde en el cual se coloca la pasta debe ser de forma troncocónica y su base mayor debe reposar sobre una placa de vidrio, el molde debe ser de material no absorbente que resista física y químicamente el ataque de la pasta de cemento. (Mario, 2021) Para los tiempos de fraguado determinamos el cambio de estado fresco a estado endurecido. El fraguado inicial se define como el tiempo que transcurre desde el momento que la pasta de cemento recibe el agua y va perdiendo fluidez hasta que no tiene toda su viscosidad y se eleva su temperatura. (Silva, 2021) El fraguado final es definido como el tiempo transcurrido hasta que la pasta de cemento deja de ser deformable por cargas relativamente pequeñas, llegando a su temperatura máxima donde la pasta se vuelve dura. En este momento empieza el proceso de endurecimiento y adquisición de resistencia mecánica. Con estos parámetros sabemos qué tiempo tenemos disponible para mezclar, transportar, colocar, vibrar, afinar y curar el concreto en obra. (Silva, 2021) 4. OBJETIVOS 4.1. Objetivos Generales • Obtener el valor correspondiente a la consistencia normal que posee una pasta de cemento. • Determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico por medio del aparato de Vicat. 4.2. Objetivos Específicos • Identificar el aspecto que posee una muestra de pasta de cemento en cuanto a su consistencia. Página 1 de 17 • • • Calcular el valor correspondiente a la consistencia normal de una pasta de cemento. Observar el comportamiento del cemento hidráulico cuando se encuentra en la fase de fraguado. Identificar el tiempo en el que el cemento hidráulico realiza el fraguado. 5. EQUIPOS, HERRAMIENTAS Y MATERIALES Tabla 5.1: Equipos Equipo Apreciación Balanza ±0.1 g Aparato de Vicat (Aguja con diámetro de 1 mm) ±1 mm (Pisón con diámetro de 10 mm) (Molde tronco cónico) Cronómetro ±0.01 s Tabla 5.2: Herramientas Herramienta Mezclador Mecánico (Velocidad baja: 140 5 (rev/min)) (Velocidad media: 285 10 (rev/min)) Anillo cónico B = 70 3 (mm) b = 60 3 (mm) h = 40 3 (mm) Pipeta Espátula plana Plato plano no absorbente (vidrio) (Cuadrado de 100 5 (mm)) Tazón y paleta de mezcladora Vaso de Precipitación Guantes Quirúrgicos Tabla 5.3: Materiales Material Cemento Agua Potable Capacidad 3000 g 50 mm 100 min Fuente: (Grupo A, 2021) Apreciación Capacidad - - - - ±0.1 ml - 10 - - - 1. 50 ml 2. 100 mm - 1.- 1000 ml 2.- 600 ml Fuente: (Grupo A, 2021) Características Marcas Holcim y Atenas Cantidad: 650 (g) 27,5 (%) Depende del tipo de cemento Fuente: (Grupo A, 2021) Página 2 de 17 6. PROCEDIMIENTO - Verificar el acondicionamiento del laboratorio, su temperatura debe estar entre 23 a 27 °C y el porcentaje de humedad relativa mayor al 50% si no cumple no se podrá iniciar el ensayo. MEZCLA DE PASTA 1. Medir el volumen de agua correspondiente con la ayuda de un vaso de precipitación y la pipeta teniendo en cuenta el porcentaje de agua para una consistencia normal. 2. Pesar 650 g de cemento (Holcim) con la ayuda de una bandeja y balanza, con la ayuda de una espátula plana quitar el exceso de cemento en la bandeja. 3. Colocar el tazón y la paleta secos en la mezcladora en posición de mezclado, comprobando su buen funcionamiento. 4. Añadir en el tazón el volumen de agua correspondiente y los 650 g de cemento (Holcim), teniendo precaución para evitar regar fuera del tazón y que no quede nada en dichos recipientes. 5. Dejar reposar por un tiempo de 30 segundos para que el cemento absorba el agua. 6. Encender la mescladora con una velocidad baja de 140 𝑟𝑝𝑚 ± 5 𝑟𝑝𝑚 y dejar mezclar por un tiempo de 30 segundos. 7. Detener la mezcladora por un tiempo de 15 segundo, donde el técnico debe colocar la pasta adherida al costado del tazón al centro para logra una mezcla homogénea. 8. Encender la mezcladora a una velocidad media de 285 𝑟𝑝𝑚 ± 10 𝑟𝑝𝑚 y dejar mezclar por un tiempo de 60 segundos. Una vez culminado pasar a realizar el procedimiento para la consistencia normal del cemento. CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO 1. Proceder según la norma INEN 157 a coger una máxima cantidad de pasta que quepa en la mano y lanzar de una mano a otra con una separación de 15 cm y una repetición de 6 veces, con el objetivo de ir formando una maza esférica. 2. Insertar de manera rápida en el anillo cónico por el lado más ancho presionando con la palma de la mano. 3. Enrazar con la placa de vidrio y retirar todo el exceso que se encuentra fuera del lado más ancho anillo y con la ayuda de una espátula plana retirar todo el exceso de la parte más angosta del anillo, tener en cuenta de no realizar compresión en la pasta. 4. Colocar el anillo cónico en el aparato de Vicat y poner el penetrador en la parte externa del anillo cónico y ajustar el seguro. 5. Colocar el anillo cónico en el centro del penetrado y encerar el aparato de Vicat estas operaciones no deben superar los 30 segundos. 6. Soltar la varilla y determinar la profundidad de penetración en un tiempo de 30 segundos, teniendo en cuenta que para alcanzar la consistencia normal su profundidad de penetración debe ser de 10 m𝑚 ± 1 𝑚𝑚 caso contrario repetir la mezcla variando el porcentaje de agua. Página 3 de 17 DETERMINACIÓN DE TIEMPO DE FRAGUADO 1. Dejar reposar la pasta en la cámara de curado por un tiempo de 30 minutos. 2. Colocar la pasta en el aparato de Vicat y ubicar la varilla de 1 mm para proceder a encerar el equipo siguen el procedimiento antes mencionado. 3. Colocar la pasta en el centro de la varilla y se procede a retirar el seguro y se determina la lectura de penetración a los 30 segundos, registrar dicho valor. 4. Retirar la varilla de la pasta de forma adecuada y limpiar la punta de la misma, para proceder a llevar la pasta cubierta con una franela húmeda a la cámara de curado. 5. Retirar y colocar la pasta en el aparato de Vicat y realizar el mismo procedimiento antes mencionado, este procedimiento se debe realizar cada 15 minutos y teniendo en cuenta que la penetración de debe hacer en lugares diferentes. 6. Tiempo fraguado final Vicat es cuando la lectura del aparato de Vicat es 0 mm y la varilla no deja huella en la pasta. ESQUEMA DE LA PRACTICA HERRAMIENTAS, EQUIPOS Y MATERIALES Fotografia 1. Fotografia 2. Fotografia 3. Mescladora mecanica Anillo cónico Aparato de Vicat Fotografia 6. Fotografia 4. Fotografia 5. Bandeja Fotografia 7. Hidrómetro Fotografia 8. Fotografia 9. Guantes y franela Vaso de precipitación Cemento Holcim Pipeta Página 4 de 17 PROCEDIMIENTO Fotografia 10. Fotografia 11. Verificación de acondicionamiento Fotografia 12. Pesaje de agua Pesaje del cemento Armado de la mescladora Fotografia 15. Fotografia 14. Colocación de los elementos en el tazón Fotografia 16. Fotografia 13. Mezcla en velocidad baja Fotografia 17. Página 5 de 17 Quitar la mezcla adherida Fotografia 18. Mezcla en velocidad media Fotografia 19. Mezcla homogenia obtenida Fotografia 20. Intoducion la pasta en el anillo conico Enrazar la pasta con placa de vidrio Fotografia 22. Fotografia 21. Fotografia 23. Lectura de consistencia normal Encerado del aparato de Vicat Fotografia 24. Fotografia 25. Página 6 de 17 Lectura de fraguado final debe ser 0 mm Encerado con la varilla de 1 mm Fotografia 26. Fotografia 27. Lectura del fraguado inicial Penetraciones diferentes en la pasta 7. TABLA Y RESULTADOS. Tabla 7.1. Datos y resultado del cemento Atenas. Tabla de datos No.1 - Consistencia Normal del Cemento Atenas Masa Cemento Masa Agua Penetración (g) (g) (mm) % 650 185 12 28.5 Pasta óptima 650 177 8 27.2 Pasta semiplástica 650 181 10 27.8 Pasta óptima Cont. Agua Observaciones Fuente: Grupo A (2021). Página 7 de 17 Tabla 7.2. Datos y resultado del cemento Holcim. Tabla de datos No.2 - Consistencia Normal del Cemento Holcim Masa Cemento Masa Agua Penetración Cont. Agua (g) (g) (mm) % 650 182 2 28.0 Pasta seca 650 188.5 7 29.0 Pasta semiplástico 650 195 9 30.0 Pasta óptima Observaciones Fuente: Grupo A (2021). Tabla 7.3. Tiempo de fraguado del cemento Atenas. Tiempo Inicial Tiempo Final Horas Horas Horas 11:11 11:42 11:11 Tiempo Tiempo Penetración Minutos mm 0:31 18.6 42 11:56 0:45 27.0 41 11.11 12:11 1:00 60.0 41 11:11 12:31 1:20 72.0 41 11:11 12:53 1:42 85.2 31 11:11 13:11 2:00 120.0 29 11:11 13:18 2:07 124.2 28 11:11 13:23 2:12 127.2 26 11:11 13:25 2:14 128.4 25 11:11 13:49 2:38 142.8 18 11:11 14:02 2:91 174.6 13 11:11 14:07 2:96 177.6 10 11:11 14:09 2:98 178.8 6 Página 8 de 17 11:11 14:17 3:06 183.6 4 11:11 14:15 3:04 182.4 3 11:11 14:18 3:07 184.2 2 11:11 14:20 3:09 185.4 1 11:11 14:22 3:11 186.6 1 11:11 14:24 3:13 187.8 1 11:11 14:25 3:14 188.4 1 11:11 14:51 3:40 204.0 0 Fuente: Grupo A (2021). Tabla 7.4. Tiempo de fraguado del cemento Holcim. Tiempo Inicial Tiempo Final Horas Tiempo Tiempo Penetración Horas Horas Minutos mm 11:07 11:38 0:31 18.6 39 11:07 11.52 0:45 27.0 39 11:07 12.07 1:00 60.0 39 11:07 12:22 1:15 69.0 34 11:07 12:39 1:32 79.2 30 11:07 12:42 1:35 81.0 30 11:07 12:54 1:47 88.2 28 11:07 12:57 1:50 90.0 27 11:07 13:02 1:95 117.0 25 11:07 13:36 2:29 137.4 14 11:07 13:41 2:34 140.4 12 11:07 14:02 2:95 177.0 7 11:07 14:07 3:00 180.0 6 Página 9 de 17 11:07 14:16 3:09 185.4 4 11:07 14:15 3:08 184.8 4 11:07 14:21 3:14 188.4 1 11:07 14:23 3:16 189.6 1 11:07 14:26 3:19 191.4 1 11:07 14:29 3:22 193.2 1 11:07 14:32 3:25 195.0 1 11:07 14:35 3:28 196.8 1 11:07 14:37 3:30 198.0 1 11:07 14:40 3:33 199.8 1 11:07 14:52 3:45 207.0 0 Fuente: Grupo A (2021). 8. GRAFICOS. Página 10 de 17 Ilustración 1. Grafica del cemento Atenas. Fuente: Grupo A (2021). Página 11 de 17 Ilustración 2. Grafica del cemento Holcim. Fuente: Grupo A (2021) Página 12 de 17 9. CÁLCULOS TÍPICOS - Consistencia Normal (%) 𝐶(%) = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑚𝑎 (𝑔) = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑐 (𝑔) = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐶= 𝑚𝑎 ∗ 100 𝑚𝑐 Dónde: 𝑚𝑎 = 185(𝑔) 𝑚𝑐 = 650(𝑔) 𝐶= 185(𝑔) ∗ 100 650(𝑔) 𝐶 = 28,46 % - Tiempo Fraguado (horas) 𝑇(ℎ) = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑡(𝑚𝑖𝑛) = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑇𝑓 (ℎ) = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑔𝑢𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑇𝑓 = 𝑇 + 𝑡 60 Dónde: 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 = 3 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑦 7 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑇𝑓 = 3 (ℎ) + 7 (𝑚𝑖𝑛) 60 (𝑚𝑖𝑛⁄ℎ) 𝑇𝑓 = 3,12 (ℎ) - Tiempo Fraguado (minutos) 𝑇(ℎ) = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑡(𝑚𝑖𝑛) = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑡𝑓 (𝑚𝑖𝑛) = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑔𝑢𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑡𝑓 = (𝑇 ∗ 60) + 𝑡 Dónde: 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 = 3 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑦 7 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑡𝑓 = [3 (ℎ) ∗ 60 (𝑚𝑖𝑛⁄ℎ)] + 7 (𝑚𝑖𝑛) Página 13 de 17 𝑡𝑓 = 187 (𝑚𝑖𝑛) 10. ANALISIS DE RESULTADOS • • • • Para realizar la práctica de consistencia normal se utilizó muestras de cemento de 650 g, donde observamos el grado de fluidez de la pasta de cemento por medio de la aguja de Vicat, que no es más que la cantidad de agua que necesaria para realizar este ensayo que va desde 23% a 33%. Encontrando que en el cemento Atenas se pudo conseguir una penetración con la aguja de Vicat de 10mm en la pasta optima, por otro lado, el en Cemento Holcim en su pasta optima tuvimos una penetración de 9mm. A pesar de que los dos tienen resultados óptimos vemos que el cemento Holcim tiende a tener más contenido de agua y menor penetración que Atenas. Comprendiendo esto inferimos que para llegar a una pasta optima su masa en agua deben ser diferentes en ambas dando lugar a que Holcim tiene más de agua para llegar a ser optima y lo contrario ocurriría para el cemento Atenas. Podemos decir que la comparación de estos cementos debido al tiempo que demoraron en fraguar, el cemento Atenas llega a fraguar en un tiempo más corto (204 min) por lo que llega a trabajar en su resistencia y durabilidad más rápido, comparado con el tiempo final de fragua del cemento Holcim 207 min. Al tener un porcentaje de 30% agua añadida en el cemento Holcim podemos decir que el cemento ensayado requiere un porcentaje extenso de agua para alcanzar plenamente su hidratación adecuada a los 650 gramos, comparado con el porcentaje de agua del cemento Atenas que fue menor con un 27.5 % para alcanzar una consistencia normal y así tendríamos una pasta óptima para el ensayo. 11. CONCLUSIONES • • • • La mezcla de cemento con agua forma un tipo de pasta la cual al exponerse al ambiente esta va ganando consistencia, que tomaremos como medida directa de trabajabilidad que esta cumplirá con las características principales que son plasticidad, homogeneidad, cohesión, etc. Mediante la practica determinamos que la pasta de cemento al superar el tiempo de fraguado final adquiere propiedades mecánicas como la dureza que impide obtener trabajabilidad en dicha mezcla y llega a ganar resistencia en todo su volumen. Concluimos que el cemento Atenas posee una ligera ventaja en el tiempo final del fraguado y el porcentaje de agua para una óptima pasta, adquiriendo así más rápido resistencia que comparado con el cemento Holcim. Con el informe realizado se llega a concluir que es de suma importante determinar el tiempo de fraguado del cemento, ya que con ello podemos conocer la resistencia que presenta el material al momento de endurecer, al mismo tiempo nos permite conocer las propiedades que presenta este, además este ensayo nos ayuda a saber que cantidad de agua se añade en una cierta cantidad de cemento y también nos permite conocer en Página 14 de 17 qué condiciones físicas se presenta la plasta, las cuales pueden ser (secas, semiclásicas o óptimas. 12. RECOMENDACIONES • Se recomienda ser puntales con el tiempo de espera en cada proceso debido a que si no lo hacemos podemos alterar los resultados y no llegar a un análisis correcto • Al momento de utilizar los instrumentos y materiales, hay que revisar que todo se encuentre en perfecto estado y que no haya ningún faltante o materiales en mal estado • Al realizar la practica la masa se debe amasar muy vigorosamente, tomando en cuenta los tiempos indicados en el procedimiento y calibrando con mucha exactitud el aparato de Vicat para tener resultados que se encuentren dentro del rango de consistencias normales. • Se recomienda que todas las herramientas y equipos existentes en el laboratorio estén en óptimas condiciones, además estos deben estar limpios y sin ningún tipo de restos de material, para realizar este ensayo se debe apegar a las normas NTN INEN 157 la cual ayudara que el ensayo se lo realice de la mejor manera. 13. BIBLIOGRAFIA Mario, J. (29 de JULIO de 2021). Ingeniería CIvil. Obtenido http://ingevil.blogspot.com/2008/10/mtodo-de-ensayo-para-determinar-la.html de Silva, O. J. (29 de JULIO de 2021). ARGOS. Obtenido de https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/category/cemento/propiedades-fisicasdel-cemento ASTM-187. (2000). Obtenido de file:///C:/Users/eddym/Downloads/pdfcoffee.com_-normaastm-c-187-pdf-free.pdf INEN. (29 de JULIO de 2021). INEN. Obtenido de file:///C:/Users/eddym/Downloads/pdfcoffee.com_-norma-astm-c-187-pdf-free.pdf Mario, J. (29 de JULIO de 2021). Ingenieria CIvil. Obtenido de http://ingevil.blogspot.com/2008/10/mtodo-de-ensayo-para-determinar-la.html Rosa, E. d. (29 de Julio de 2021). Obtenido de https://www.academia.edu/23149400/Designation_C191_08_Standard_Test_Methods _for_Time_of_Setting_of_Hydraulic_Cement_by_Vicat_Needle_1 Silva, O. J. (29 de JULIO de 2021). ARGOS. Obtenido de https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/category/cemento/propiedades-fisicasdel-cemento Página 15 de 17 14. ANEXOS Figura 3. ASTM C187 Figura 1. NTE INEN 155 Fuente: (Grupo A, 2021) Figura 2. NTE INEN 157 Fuente: (Grupo A,2021) Fuente: (Grupo A, 2021 Figura 4. ASTM C191 Figura 3. NTE INEN 158 Fuente: (Grupo A, 2021) Fuente: (Grupo A, 2021) Página 16 de 17
