tiempo de fraguado del hormigón

Tesis de Becarios de Investigación
“TIEMPO DE FRAGUADO DEL
HORMIGÓN”
BECARIA: María Anabela Gabalec
TUTOR: Ing. Marcelo Barreda
AREA: Estructuras y Materiales de Construcción
Año: 2008
INDICE
Introducción……………………………………………………………………………………3
Componentes del cemento……………………………………………………………….. 3
Aspectos químicos de la hidratación del cemento……………………………………4
Etapas de hidratación………………………………………………………………………. 4
Aspectos físicos de la hidratación………………………………………………………... 8
Prefraguado…………………………………………………………………………………... 8
Fraguado………………………………………………………………………………………10
Postfraguado………………………………………………………………………………….11
Factores afecta el tiempo de fraguado del hormigón………………………………11
Influencia de la temperatura en el fraguado del hormigón………………………..12
Metodología y materiales usados………………………………………………………..13
Ensayos de Penetración……………………………………………………………………14
Procedimiento implementado……………………………………………………………15
Ensayos realizados..………………………………………………………………………….18
Resultados……………………………………………………………………………………..26
Conclusión…………………………………………………………………………………….27
Bibliografía…………………………………………………………………………………….28
2
Introducción
Según Cement and Concrete Terminology ACI 116R-00 define al fraguado
como: La ccondición alcanzada por una pasta cementicia, mortero u
hormigón que ha perdido plasticidad hasta un nivel arbitrario, generalmente
medido en términos de la resistencia a la penetración; fraguado inicial se
refiere a la primera rigidización; fraguado final se refiere a una rigidez
significativa; también, deformación remanente luego de retirada la tensión.
El tiempo de fraguado es un periodo en el cual mediante reacciones
químicas del cemento y el agua conducen a un proceso, que mediante
diferentes velocidades de reacción, generan calor y dan origen a nuevos
compuestos, estos en la pasta de cemento generan que este endurezca y
aglutine al agregado de la mezcla de hormigón, y se ponga fuerte y denso,
adquiriendo de este modo una cierta resistencia, este tiempo es de suma
importancia debido a que nos permite colocar y acabar el hormigón.
Típicamente, el fraguado inicial ocurre entre dos y cuatro horas después
del hormigonado, y nos define el limite de manejo, o sea el tiempo por el cual
el hormigón fresco ya no puede ser mezclado adecuadamente, colocado y
compactado, el fraguado final ocurre entre cuatro y ocho horas después del
hormigonado, y esta definido por el desarrollo de la resistencia, que se genera
con gran velocidad. El fraguado inicial y el fraguado final se determinan
arbitrariamente por el ensayo de resistencia a la penetración.
El fraguado inicial indica el momento en el que la masa ha adquirido tanta
rigidez que no puede ser vibrado sin dañar su estructura interna. Por lo tanto, el
conocimiento del comportamiento de fraguado del hormigón es esencial, para
planear los tiempos de acabado de un pavimento.
En la ejecución de la contracción de los pavimentos de hormigón el
tiempo de fraguado del hormigón adquiere gran importancia. El aserrado se
debe coordinar con el tiempo de fraguado del hormigón. Se debe empezar
tan pronto como el hormigón haya endurecido para prevenir que los
agregados se desplacen por la sierra (normalmente entre 4 y 12 hs después del
endurecido el hormigón).
Los principales factores a tener en cuenta son temperatura/clima, relación
agua-materiales cementicios (a/mc), contenido de cemento/adiciones, tipo
de cemento, aditivos químicos, tiempo de adición de los aditivos, mezclado.
1. COMPONENTES DEL CEMENTO.
Los componentes principales del clinker son los silicatos tricálcico y
bicálcico, el aluminato tricálcico y el ferritoaluminato tetracálcico.
Están formados por la combinación de dos o más óxidos principales y
forman cristales mixtos en los que entran, como impurezas, otras fases en
3
cantidades reducidas. En el clínker se encuentran mayoritariamente en estado
cristalino, aunque del 2 al 12 % de ellos existen en fase amorfa.
De todos los componentes principales, los silicatos suman del 60 al 80 % del
total, y son los responsables de las resistencias mecánicas del cemento. En
general, estos silicatos no se encuentran puros en el clínker, sino conteniendo
pequeñas cantidades de alúmina, magnesia y otros óxidos. Debido a esto, a los
silicatos y demás componentes se les suele denominar por su nombre
mineralógico: alita, belita y celita.
2. ASPECTOS QUÍMICOS DE LA HIDRATACIÓN DEL CEMENTO
Con la adición del agua, los componentes del cemento comienzan a
hidratarse. Los productos formados son, en su mayoría, silicatos de calcio
hidratados (C-S-H), A medida que la microestructura gana en C-S-H, la mezcla
gana en resistencia.
Inmediatamente después de la introducción de agua en la mezcla de
cemento, se produce un intenso aumento de la actividad química durante un
pequeño período de tiempo.
4
2.1. ETAPAS DE LA HIDRATACIÓN
La hidratación del cemento Pórtland puede ser analizada como la suma
de todas las reacciones de los compuestos individuales del cemento,
interactuando simultáneamente entre sí.
La reacción de hidratación es exotérmica, es decir, libera calor y cada
componente del cemento libera una cantidad diferente. Por otra parte, el
calor total liberado viene condicionado por diversos factores, como la finura
del cemento o la mayor o menor presencia de los productos químicos que
forman el clínker.
Las cuatro fases en el fraguado y endurecimiento del cemento Pórtland:
(a) dispersión de los granos de clínker sin reaccionar en el agua,
(b) Después de unos minutos, los productos de hidratación crecen hacia dentro
y hacia fuera de la superficie de cada grano.
(c)Después de unas horas, interaccionan las capas que recubren los diferentes
granos de clínker, volviéndose así el conjunto un gel continuo (fraguado).
(d) Después de unos días ha surgido una masificación del gel (endurecimiento
5
Energía de hidratación de los componentes principales del clínker
Se muestra en la figura la evolución de la velocidad de desprendimiento
de calor medida en el proceso de hidratación. Justo después de la mezcla, el
C3A, que es el más activo de los componentes del clínker, reacciona con el
agua, disolviéndose Ca2+ y OH- de la superficie de los granos, que queda
recubierta de una capa de hidrosilicatos, lo que propicia el aumento del pH de
la solución y la formación de un gel rico en AlO4-, que a su vez reacciona con
los sulfatos en suspensión provenientes de la disolución del yeso utilizado como
regulador de fraguado, para dar lugar a cristales de etringita.
6
Representación de las etapas de hidratación
El fuerte pico que puede verse en la etapa I corresponde a la disolución
de C3S, que es altamente exotérmica, con lo que hay un rápido incremento de
calor que cesa a los 15-20 minutos debido a la formación de una membrana
alrededor del C3S y el C3A por la precipitación de silicato cálcico hidratado
insoluble.
Este hecho produce en la pasta de cemento lo que se denomina “período
durmiente” (etapa II), en donde hay una significativa reducción en la
velocidad de los procesos de hidratación. Ello es debido a la formación de una
membrana alrededor de las partículas en hidratación que restringe el contacto
de éstas con el agua exterior. En esta etapa, se origina en la mezcla un
aumento en la concentración de iones Ca2+, que atraviesan la membrana,
aumentando su presión interna hasta que, eventualmente, ésta se rompe, lo
que provoca una rápida liberación de iones SiO4- en una solución rica en iones
Ca2+. Esto causa una reacción inmediata, con la formación de un gel de C-S-H
en forma tubular, que fluye a través de la rotura de la membrana, creciendo a
medida que van escapando productos de hidratación. Este proceso marca el
fin de la fase durmiente y va acompañado por la deposición de cristales de
Ca(OH)2 desde la fase acuosa.
La primera parte del período durmiente, corresponde al momento en que
la mezcla todavía se puede colocar. A medida que la concentración de los
compuestos aumenta, termina el período durmiente, comenzando a formarse
los primeros hidratos y como consecuencia la microestructura.
Al final de la etapa II, comienzan a hidratarse la alita y la belita, con la
formación de silicato cálcico hidratado e hidróxido de calcio; esto corresponde
7
al inicio de la tercera etapa de hidratación del cemento o inicio de fraguado,
durante la cual aumentan las resistencias de la mezcla; los granos de cemento
reaccionan desde la superficie hacia el interior y la parte anhidra de las
partículas va reduciéndose. Al continuar la hidratación del C3S y del C3A,
aumentando la concentración de sulfatos y aluminatos, se produce un pico de
calor en la mezcla que tiene su máximo al final de esta etapa, momento que
corresponde al final de fraguado.
Por último, en la cuarta fase, los productos de hidratación forman una
densa corteza alrededor de las partículas originales, que actúa como una
barrera para la difusión de iones, disminuyendo la velocidad de reacción. De
esta manera, el proceso de hidratación es controlado por la velocidad de
difusión de iones a través de los productos de hidratación.
El calor de hidratación disminuye proporcionalmente, aunque se muestra
un pico en el momento en que la etringita se vuelve inestable y, debido a la
alta concentración de aluminatos, reacciona con ellos para convertirse en
monosulfato.
2.3. ASPECTOS FÍSICOS DE LA HIDRATACIÓN
El proceso de endurecimiento del hormigón en sus primeras etapas se
describe excelentemente mediante la teoría de la percolación. El primero en
estudiar estos hechos fue Hammersley [78] en los años 50. Dicha teoría analiza
la conectividad de los componentes de un sistema, donde el desorden de los
mismos es definido como una variación en su grado de conectividad. El
principio de la teoría de la percolación es la existencia de un “umbral de
percolación” que se explica de la siguiente manera: en un sistema de
partículas totalmente disperso, donde no existe ningún contacto entre los
diferentes componentes del mismo. En este, se dirá que el grado de
percolación es 0 (P=0). Por otra parte, supóngase que se tiene otro sistema en
el que todas las partículas están totalmente conectadas entre sí; en ese caso,
el grado de percolación será 1 (P=1).
En el caso de la mezcla cementicia, inicialmente, la percolación ocurre de
forma aleatoria y aislada, con la formación de una ligazón mecánica entre dos
granos. Después surge la formación de subconjuntos continuos de granos
ligados mecánicamente y, por último, la aparición de caminos continuos de
granos que unen partes del volumen. Este momento corresponde al paso del
estado plástico al estado sólido. A partir de aquí, se manifiestan propiedades
como el módulo de elasticidad, la resistencia a compresión, el coeficiente de
Poisson, etc., que son parámetros característicos de los sólidos. Ahora es
cuando el esqueleto formado puede presentar fisuración, al haberse
completado el fraguado de la mezcla. En el hormigón, el fraguado se define
como la aparición de rigidez en la masa fresca y precede a la ganancia de
resistencia del hormigón, que continúa durante largo tiempo si se presentan las
condiciones favorables.
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3. Prefraguado
En el prefraguado las fases sólidas se encuentran desconectadas o bien
conectadas mediante fuerzas de Van der Waals, con lo que la mezcla se
comporta como un líquido viscoso-plástico. En ese momento, puede
considerarse que las partículas sólidas se encuentran aisladas; presentando los
poros existentes una total continuidad. Conforme va teniendo lugar la
hidratación, la fracción conectada aumenta gradualmente, hasta que se
alcanza el umbral de percolación asociado a un grado de hidratación crítico.
Para una pasta pura de C3S, existe una dependencia de la fracción de huecos
conectada con la relación agua conglomerante, llegando a que, para
relaciones agua-conglomerante mayores que 0.6 siempre existe una fracción
de huecos conectada.
Aplicación de la teoría de la percolación a la porosidad del C3S puro,
mostrando la fracción de porosidad conectada frente al grado de hidratación
para varias relaciones agua/cemento.
Las relaciones agua/cemento mayores que 0.6 se siga manteniendo una
fracción de poros interconectada es que, en estos casos, no hay suficiente
conglomerante de inicio que proporcione la cantidad de productos de
hidratación necesaria para interrumpir la continuidad de la red de poros
capilares.
En la fase sólida poco a poco va aumentando el crecimiento aleatorio de
productos de hidratación, con lo que en algunos puntos comienzan a
establecer contacto entre sí, especialmente debido a la formación de C-S-H. Es
por ello, que el desarrollo de ésta fase determina la rigidez de la pasta. A su vez,
la relación entre la porosidad capilar y la fracción de huecos conectada es
independiente de la relación agua/cemento. Según esto, la porosidad capilar
de un hormigón con una relación agua/cemento baja, a edades tempranas,
es equivalente a la porosidad de un hormigón con una relación agua/cemento
alta, tras un tiempo mayor.
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(a) Relación entre la fracción de huecos conectada y la porosidad capilar.
(b) Relación entre la fracción conectada de productos de hidratación y el
contenido total de estos productos
Cabe decir, que durante la hidratación, el tamaño de los poros y la
capilaridad disminuyen por efecto del consumo de agua durante las
reacciones químicas (no sólo por la hidratación de los componentes principales
del clínker, silicatos y aluminatos, sino, también, por la formación de productos
de hidratación secundarios como la etringita.
Al hidratarse el cemento, los productos de reacción ocupan menos
espacio que los reactantes (retracción química), dado que el volumen llenado
por los hidratos es de 2.2 veces el del cemento anhidro. Por otra parte, diversos
investigadores han encontrado que, para el mismo grado de hidratación, el
mayor tamaño y cantidad de poros corresponden a las temperaturas más
altas, lo que hace pensar que a una mayor velocidad de fraguado, el sistema
encuentra más dificultad para rellenar los huecos dejados por la formación de
los primeros productos de hidratación.
Mientras la mezcla se mantenga fluida, la retracción química se puede
absorber en cambios de volumen externos. Cuando se pasa el umbral de
percolación, se forman los primeros caminos sólidos a lo largo de la masa,
empezando a aumentar su rigidez y, a su vez, las burbujas de aire atrapadas en
la misma se transforman en poros mayores. Esto va asociado a cambios en la
tensión superficial de los sólidos, las fuerzas de repulsión de los sólidos y la
trabazón mecánica entre partículas.
A este periodo también se lo denomina fraguado falso o fraguado
instantáneo. El primero es temporal y se puede trabajar haciendo un mezclado
continuado, pero el fraguado instantáneo significa que la mezcla tendrá que
ser desechada.
4. FRAGUADO
El fraguado se caracteriza por los tiempos de fraguado, también
conocidos como inicio de fraguado y fin de fraguado. Físicamente, el inicio de
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fraguado es el momento en que la pasta, que es una suspensión viscoelástica plástica con una pequeña resistencia al corte, pasa a ser un sólido
viscoelástico - plástico con una mayor resistencia al corte; es decir, es el
momento en que la mezcla deja de ser trabajable.
El fin de fraguado corresponde al momento en que comienza el
endurecimiento.
Por otra parte, el final de fraguado ocurrirá algo antes de que se produzca
el máximo en la velocidad de desprendimiento de calor.
4.1. Estimación del tiempo de fraguado
Amziane postuló que antes del fraguado, las presiones son hidrostáticas,
siendo el tiempo de inicio de fraguado el momento en que las presiones
laterales en el hormigón se hacen cero. Alternativamente, el fraguado puede
ser estudiado como un proceso de percolación con las partículas de cemento
interconectadas (percoladas) por los productos de hidratación. El grado crítico
de percolación; es decir, el instante en que la masa deja de ser un líquido para
convertirse en un sólido es del 16% de las partículas conectadas.
Sin embargo, teniendo en cuenta lo dicho acerca de la teoría de la
percolación, será lógico pensar que el fraguado del hormigón dependerá, no
solo de la resistencia a penetración en la pasta de cemento en un instante
dado, sino también, de los factores que afecten el nivel de conectividad entre
partículas y vacíos, como por ejemplo su consistencia.
6. POSTFRAGUADO
Durante este período, la evolución de las propiedades mecánicas de la
mezcla está íntimamente ligada al desarrollo del cuerpo poroso de la pasta de
cemento endurecida, como resultado del proceso de hidratación del
cemento. Además, durante el proceso de post fraguado, se producen otros
fenómenos como la retracción autógena (química) y la retracción de secado,
que depende también de la estructura del medio poroso.
En el momento del fraguado, se tiene una porosidad inicial formada
especialmente por capilares. Ésta se verá modificada durante el post fraguado
por la formación de hidratos. La porosidad final de la pasta endurecida será,
entonces, función de los hidratos formados durante el post fraguado y de las
condiciones en las cuales se ha encontrado el hormigón (temperatura,
confinamiento, etc.) y, también, del tipo, la reología y la porosidad de dichos
hidratos.
7. FACTORES QUE AFECTAN EL TIEMPO DE FRAGUADO DEL HORMIGON
Los factores más importantes son:
Temperatura/ clima. El aumento de la temperatura reduce el tiempo de
fraguado. La disminución de la temperatura aumenta el tiempo de fraguado.
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La hidratación parará cuando la temperatura esté cerca de 0°C. La exposición
a la luz del sol y las condiciones ventosas también influencian el fraguado,
especialmente en la superficie, en gran parte debido a los efectos de calor y
refrigeración por evaporación.
Relación agua - materiales cementicios (a/mc). Una relación a/c más baja
reduce el tiempo de fraguado.
Contenido de cemento/adiciones. El aumento del contenido de cemento
reduce el tiempo de fraguado.
Tipo de cemento. La química del cemento afectará fuertemente el tiempo de
fraguado
Aditivos químicos. Los aditivos aceleradores y retardadores se utilizan
deliberadamente para controlar el tiempo de fraguado. La sobredosis de
algunos reductores de agua puede dar lugar al retraso del fraguado
Tiempo de adición de los aditivos. La adición retrasada de algunos reductores
de agua puede evitar la rigidización temprana o el retraso.
Mezclado. La mejora del mezclado influencia la hidratación mejorando la
homogeneidad y la dispersión de los reactivos y, así, también acelera el
fraguado.
7.1. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL FRAGUADO DEL HORMIGÓN
El hormigón puede ser considerado como un sistema de tres fases, agua,
partículas sólidas y aire. Justo después de mezclar el agua con el cemento, las
partículas sólidas se encuentran desconectadas o conectadas por fuerzas de
Van der Waals, con lo que el hormigón se comporta como un líquido
viscoplástico cuya resistencia última depende de la fracción de volumen de
sólidos. Conforme la hidratación tiene lugar, las partículas de cemento
construyen puentes entre ellas (percolan), incrementando gradualmente la
fracción volumétrica de sólidos e interrumpiendo la porosidad capilar, que se
encuentra rellena de agua. Estos puentes generados por los productos de
hidratación son mucho más fuertes que las fuerzas interparticulares de Van der
Waals, que hacen que floculen existiendo un momento en el que la resistencia
de la masa crece más rápidamente que la fracción volumétrica de sólidos,
formando de esta manera el esqueleto sólido del hormigón. El fraguado inicial
indica el momento en el cual la masa ya no puede ser vibrada debido a que e
ha adquirido la resistencia suficiente en la cual puede dañar la estructura
interna. Por lo tanto, el conocimiento del comportamiento de fraguado del
hormigón se puede plantear los tiempos de acabado del pavimento.
Es bien conocido que la temperatura es uno de los parámetros que más
influencia tienen en el desarrollo de resistencias del hormigón: un incremento
de la temperatura hará que la mezcla madure más rápidamente que cuando
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ésta permanece constante. Esto se debe a una aceleración de la reacción de
hidratación, que es térmicamente activada. Además, la temperatura puede
provocar efectos adversos en el hormigón:
• Una temperatura del hormigón demasiado elevada al inicio de la
hidratación puede conducir a una pérdida permanente de resistencia.
• Grandes variaciones de temperatura pueden generar la fisuración del
hormigón.
• Las heladas antes de que el hormigón haya alcanzado suficientes
resistencias pueden causar pérdidas de resistencia permanentes.
Para prevenir estos daños y asegurar un funcionamiento adecuado del
hormigón será necesario un conocimiento previo de los efectos de la
temperatura en el fraguado de la masa.
8. METODOLOGÍA Y MATERIALES USADOS
Se trabajo mediante la norma IRAM 1662 en la cual se utilizaron los
siguientes materiales:
CP40
Agua que cumpla con las exigencias de la norma.
Agregado fino : Arena oriental
Arena Argentina
Agregado grueso; Piedra Partida(6:20)
Penetrómetro.
Ensayo 1
Relación a/c = 0,44
Dosificación 1
Materiales
Cemento
Agua
A. Fino
A. Grueso
Aire
Total
Densidad
A. Oriental 68%
A. Argentina 32%
3
1
2,65
2,65
2,67
Peso
Volumen
422,0
140,7
186,0
186,0
529,4
199,8
249,1
94,0
960,0
359,6
0,0
20,0
2346,5
1000,0
13
Ensayo 2
Relación a/c = 0,45
Dosificación 2
Materiales
Cemento
Agua
A. Fino
A. Grueso
Aire
Total
Densidad Peso
Volumen
3,025
422
139,5
1
190
190
2,65
519,4
196
2,65 244,595
92,3
2,67
967
362,2
20
2342,995
1000,0
A. Oriental 68%
A. Argentina 32%
Ensayo 3
Relación a/c = 0,43
Dosificación
Dosificación 3
Materiales
Cemento
Agua
A. Fino
A. Grueso
Aire
Total
Densidad
A. Oriental 68%
A. Argentina 32%
3,15
1
2,65
2,65
2,67
Peso
Volumen
450,0
142,9
195,0
195,0
509,2
192,2
239,6
90,4
960,0
359,6
0,0
20,0
2353,8
1000,0
8. ENSAYO DE PENTRACION
Se siguió las exigencias de la norma IRAM 1662 donde nos permite
determinar el tiempo de fraguado de hormigones y morteros de cemento
Pórtland por medio de la media de resistencia a la penetración. Este método
permite determinar los efectos sobre el tiempo de fraguado y sobre las
características del endurecimiento del hormigón de variables tales como
temperatura, cemento, proporción de mezclas, adiciones y aditivos.
Esta norma adopta como definición que:
Tiempo inicial de fraguado: Tiempo transcurrido a partir del contacto inicial
entre el cemento y el agua de mezclado, hasta alcanzar una resistencia a
penetración de 3.4 Mpa (35 kgf/ cm2)
Tiempo de fraguado inicial: Tiempo transcurrido a partir del contacto inicial
entre el cemento y el agua de mezclado, hasta alcanzar una resistencia de
27.4 Mpa (280 kgf/ cm2)
14
El instrumental utilizado fue:
Un recipiente indeformable, hecho de plástico no absorbente y
químicamente inerte con los materiales que constituyen el mortero. Su sección
transversal es circular, y con un diámetro de 20cm aproximadamente. Su altura
es de 9.5cm
El aparato utilizado para la aplicación de la carga es conocido con el
nombre de penetrometro, esta constituido por un dispositivo de reacción que
permitirá la aplicación de una fuerza de hasta 500 N. Cualquiera sea el
dispositivo, la menor división de la escala será menor o igual a 10 N o una
deformación equivalente a 10 N. cuando se trate de un aro dinamometrito.
El aparato esta provisto de un vástago con un resalto lateral que indica la
penetración correspondiente a los 25mm y que permite el acoplamiento de las
agujas en su parte inferior.
Las agujas que se utilizaron en este ensayo y se acoplan al vástago, son
removibles, tendrán una sección circular y áreas, en milímetros cuadrados, de
645, 484, 323, 215, 161, 129, 65, 21, y 16. El largo de las agujas es tal que se evita
el pandeo.
Se utilizo como varilla de compactación una cilíndrica con superficie lisa,
de 16 mm. de diámetro y 600 mm. de largo, y con uno de sus extremos
terminados de forma semiesfera de diámetro igual a la varilla.
Se utilizo una pipeta de vidrio para retirar la exudación del mortero.
8.2. PROCEDIMIENTO IMPLEMENTADO.
1. Se tamiza la muestra a través del tamiz IRAM 4.75, el volumen del
mortero obtenido, colocando a continuación en el recipiente hasta una altura
no menor a 135 mm. Se homogeniza el mortero obtenido, colocándolo a
continuación en el recipiente en el que se ejecutar el ensayo. Se compacto
manualmente, donde por cada 10 golpes de varilla por cada 100 cm. 2 de
área, unifórmenle distribuidos en toda la sección transversal del recipiente.
La superficie del mortero debe estar no menos de 10mm debajo del borde
del recipiente, de manera de permitir extraer el agua de exudación y evitar su
contacto con el material de cobertura.
En nuestro caso fue necesario golpear levemente los costados del molde,
hasta el cierre de los eventuales vacíos dejados por la varilla.
2. La muestra debe almacenarse y mantenerse a la temperatura de
ensayo deseada. Para evitar la excesiva evaporación de agua, se mantiene la
muestra debidamente protegida con un material adecuado, impermeable,
ajustado al recipiente, durante todo el ensayo, excepto cuando se retira el
agua de exudación o se realizan las medidas de resistencia a la penetración.
La muestra se protegió del sol.
15
Lo ideal hubiera sido hacer ensayos comparativos realizados con el
propósito de determinar la influencia de los distintos componentes de los
hormigones y morteros, realizándolos simultáneamente y preferentemente a
2) º C. en este caso, todos los componentes del
una temperatura de (23
hormigón o mortero en estudio, deberán mantenerse antes del mezclado por lo
menos durante 24h a la temperatura de (23
2) º C. Cualquiera sea la
temperatura elegida, la tolerancia durante el ensayo es de
2 º C. En los
ensayos realizados con la finalidad de reproducir condiciones de obra, debe
adoptarse como temperaturas de almacenamiento, por lo menos dos
temperaturas adicionales, elegidas en función de la máxima y mínima
esperadas, entre las cuales se puede encontrar el hormigón en la fase del
comienzo del fraguado.
Al realizar por lo menos dos ensayos simultáneos e independientes para
cada muestra y extraer una muestra para cada condición de ensayo, hubiera
sido de suma utilidad para poder correlacionar los valores obtenidos.
3. Inmediatamente antes de realizar el ensayo de penetración se retira el
agua de exudación de la superficie de la muestra. Con la finalidad de facilitar
la extracción del agua de exudación, se inclina lentamente el recipiente hasta
formar con la horizontal un ángulo de aproximadamente 10º, se puede colocar
una cuña para mantener la inclinación. Una ves retirada el agua, se retorna el
recipiente a la posición anterior.
4. Se inserta la aguja de área adecuada, según el endurecimiento del
mortero en el aparato de medición de la resistencia a la penetración. Se
coloca la superficie inferior de la aguja en contacto con la superficie del
mortero.
5. Se aplica una fuerza vertical de arriba hacia abajo con el aparato,
gradual y uniformemente, hasta que la aguja penetre 25mm en la superficie
del mortero, lo que puede verificarse a través del resalto lateral en el vástago
del equipamiento. El tiempo necesario para la penetración de 25mm es de
aproximadamente diez segundos. Se registra la fuerza necesaria y el tiempo
transcurrido a partir del contacto de la aguja con el cemento.
6. La distancia entre las impresiones de la aguja será por lo menos igual a
dos diámetros de la aguja utilizada, no debiendo ser menor que 15mm. La
distancia entre cualquier impresión de la aguja y los costados del recipiente
debe ser igual o mayor que 25mm.
7. Se deben realizar determinaciones de penetración a intervalos regulares
de tiempo de modo de obtener una curva uniforme. Con esta finalidad se
deben obtener por lo menos siete puntos de la curva a constituirse, siendo que
de este total, por lo menos tres deben caer antes del límite de tiempo inicial de
fraguado, como mínimo tres deben situarse entre los limites de comienzo y fin
de fraguado, y un punto corresponderá una a una resistencia a la penetración
de, por lo menos, 27,4 MPa.
16
8. En nuestro caso de hormigones sometidos a altas temperaturas, se dio
inicio al ensayo una o dos horas después del mezclado y se lo repitio a
intervalos de media hora.
9. CÁLCULOS
a. Se trata de determinación los tiempos inicial y final de fraguado.
b. La resistencia a la penetración, en mega pascales, se obtiene por
cociente entre la fuerza necesaria para producir la penetración, expresada en
newton y el área de la cara inferior de la aguja, expresada en milímetros
cuadrados.
c. Se calcula la resistencia a la penetración correspondiente a cada
intervalo de tiempo transcurrido y se determina la curva que relaciona la
evolución de la resistencia a la penetración en función del tiempo transcurrido,
en forma grafica o analítica.
Curva trazada gráficamente: Se grafican los puntos con el mismo tiempo
transcurrido, en minutos, sobre el eje de abscisas y la resistencia a la
penetración, en mega pascales, sobre el eje de ordenadas, y se traza una
curva uniforme y continua a través de los puntos.
Curva calculada: se determina por el método de los cuadrados mínimos
los coeficientes a0 y a1 de la ecuación siguiente:
Log (rp) = a0 + a1 (log t)
Que resuelve todo el conjunto de pares (rp´ t) obtenidos experimentalmente,
siendo “rp” la resistencia a la penetración y “t” el tiempo transcurrido. Se
calcula también el coeficiente de correlación de la regresión y se utiliza el
método analítico solamente si el coeficiente de correlación es igual o mayor
que 0,98.
• Se calcula el tiempo inicial de fraguado como aquél que corresponde al
que la curva trazada gráficamente corta la ordenada de rp = 3,4 MPa o al
obtenido de la ecuación de la curva calculada para rp = 3,4 MPa.
Análogamente, se determina el tiempo final de fraguado, el cual corresponde
a rp =27,4 MPa.
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8. Resultados.
Ensayo 1
Asentamiento;7,5 cm
a/c = 0,44
Temperatura exterior: 28ºC
Temperatura del hormigón: 27ºC
Temperatura del agua: 30ºC
Tiempo inicial: 11:40 hs
Penetración
Horas Carga
13:40
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
Aguja
0
15
11
45
31
23
45
45
20
45
41
24
38
24
43
Mpa
2
1" (645 mm )
2
1" (645 mm )
2
3/4" (487,5 mm )
2
1" (645 mm )
2
3/4" (487,5 mm )
2
1/2" (323 mm )
2
3/4" (487,5 mm )
2
1/2" (323 mm )
2
1/3" (215mm )
2
1/3" (215mm )
2
1/5" (129 mm )
2
1/10" (65 mm )
2
1/10" (65 mm )
2
1/20" (32 mm )
2
1/10" (65 mm )
2
33 1/20" (32 mm )
min
1) log(t)
2) log(σp) 3)log(σp)xlog(t) 4)( log( t) )2
0,000
2,248
2,256
6,977
6,359
7,121
9,231
13,932
9,302
20,930
31,783
36,923
58,462
75,000
65,385
120
180
180
180
210
210
210
240
240
270
270
270
300
300
330
2,079
2,255
2,255
2,255
2,322
2,322
2,322
2,380
2,380
2,431
2,431
2,431
2,477
2,477
2,519
0,000
0,352
0,353
0,844
0,803
0,853
0,965
1,144
0,969
1,321
1,502
1,567
1,767
1,875
1,815
103,125
330
SUMATORIAS
2,519
28,749
2,013
9,968
21,790
0,000
0,793
0,797
1,903
1,866
1,980
2,241
2,723
2,305
3,211
3,652
3,811
4,377
4,645
4,572
4,323
5,086
5,086
5,086
5,393
5,393
5,393
5,665
5,665
5,912
5,912
5,912
6,136
6,136
6,343
5,071
6,343
826,517
a1
-0,008
a0
0,455
Ensayo 2
Asentamiento; 6 cm
a/c = 0,44
Temperatura exterior: 30ºC
Temperatura del hormigón: 27ºC
Temperatura del agua: 25ºC
Tiempo inicial: 10:45 hs
Horas
14:15
14:45
15:15
15:45
16:45
Penetración
Carga
Aguja
0,392
1,734
2,657
2,854
3,672
3,935
4,268
5,393
5,393
5,665
5,665
5,912
5,912
2,477
2,148
5,321
6,136
2,519
16,745
2,148
4,632
5,410
10,916
6,343
280,385
2,322
2,322
2,380
2,380
2,431
2,431
2
140,625
300
2
140,625
330
SUMATORIAS
1/20" (32 mm )
a0
0,747
1,144
1,199
1,543
1,618
1,755
210
210
240
240
270
270
45
0,021
4)( log( t) )2
5,581
13,932
15,814
34,884
41,538
56,923
1" (645 mm )
2
1/2" (323 mm )
2
1/3" (215mm )
2
1/5" (129 mm )
2
1/10" (65 mm )
2
1/10" (65 mm )
a1
3)log(σp)xlog( t)
min
36
45
34
45
27
37
45
1) log(t) 2) log(σp)
Mpa
2
1/20" (32 mm )
19
Ensayo 3
Asentamiento; 6 cm
a/c = 0,45
Temperatura exterior: 27ºC
Temperatura del hormigón: 21ºC
Temperatura del agua: 25ºC
Tiempo inicial: 10:20 hs
Horas
Penetración
Carga
Aguja
8
1" (645 mm )
min
1) log(t)
1,240
160
2,204
0,094
0,346
4,858
1,436
5,744
160
190
2,204
2,279
0,157
0,759
0,206
1,730
4,858
5,193
2
4,954
12,074
17,829
29,457
21,395
30,769
55,385
46,875
121,875
190
220
220
250
250
250
280
280
310
2,279
2,342
2,342
2,398
2,398
2,398
2,447
2,447
2,491
0,695
1,082
1,251
1,469
1,330
1,488
1,743
1,671
2,086
1,584
2,534
2,931
3,523
3,190
3,568
4,266
4,089
5,197
5,193
5,487
5,487
5,750
5,750
5,750
5,989
5,989
6,207
2
143,750
340
SUMATORIAS
2,531
28,230
2,158
8,325
5,462
19,266
6,408
796,938
2
2
13;00
7
28
3/4" (487,5 mm )
2
3/4" (487,5 mm )
13;30
15;30
16
39
23
38
46
20
36
15
39
1/2" (323 mm )
2
1/2" (323 mm )
2
1/5" (129 mm )
2
1/5" (129 mm )
2
1/3" (215mm )
2
1/10" (65 mm )
2
1/10" (65 mm )
2
1/20" (32 mm )
2
1/20" (32 mm )
16;00
46
1/20" (32 mm )
14;00
14;30
15;00
a1
0,023
a0
0,708
2) log(σp) 3)log(σp)xlog(t) 4)( log( t) )2
Mpa
20
Ensayo 4
Asentamiento; 6 cm
a/c = 0,43
Temperatura exterior: 25ºC
Temperatura del hormigón: 24ºC
Temperatura del agua: 25ºC
Tiempo inicial: 9:50 hs
Horas
Penetración
Carga
13;00
13;30
8
34
Aguja
2
14;30
15;00
15;30
16;00
45
37
45
36
34
25
1" (645 mm )
2
1" (645 mm )
2
3/4" (487,5 mm
)
2
1/2" (323 mm )
2
1/3" (215mm )
2
1/5" (129 mm )
2
1/10" (65 mm )
2
1/20" (32 mm )
16;30
42
1/20" (32 mm )
14;00
a1
-0,004
a0
0,391
2
2)log(σp) 3)log(σp)xlog(t) 4)( log( t) )2
Mpa
min
1)log(t)
1,163
5,271
190
220
2,279
2,342
0,000
0,722
0,000
1,691
5,193
5,487
9,231
11,455
20,930
27,907
52,308
78,125
250
250
280
310
340
370
2,398
2,398
2,447
2,491
2,531
2,568
0,965
1,059
1,321
1,446
1,719
1,893
2,315
2,539
3,232
3,602
4,351
4,861
5,750
5,750
5,989
6,207
6,408
6,596
131,250
400
SUMATORIAS
2,602
19,455
2,118
4,067
5,511
9,777
6,771
378,507
21
22
23
24
25
9. RESULTADOS
Mediante los datos obtenidos obtuvimos que:
Ensayo 1
Tiempo de fraguado inicial: 173 min = 2 hs 53 min.
Tiempo de fraguado final: 265 min = 4 hs 25 min.
Ensayo 2
Tiempo de fraguado inicial: 151 min = 2 hs 31min
Tiempo de fraguado final: 274 min = 4 hs 34min
Ensayo 3
Tiempo de fraguado inicial: 175 min = 2 hs 55 min.
Tiempo de fraguado final: 251 min = 4hs 11 min
Ensayo 4
Tiempo de fraguado inicial: 209 min = 3hs 29 min
Tiempo de fraguado final: 308 min = 5 hs 8 min
Estos nos lleva a decir que:
El aumento de la temperatura reduce el tiempo de fraguado. La
exposición a la luz del sol y junto a otras condiciones también influencian el
fraguado, especialmente en la superficie, en gran parte debido a los efectos
de calor y refrigeración por evaporación.
Una relación a/c más baja reduce el tiempo de fraguado.
El aumento del contenido de cemento reduce el tiempo de fraguado.
26
10. CONCLUSIÓN.
Se ha comprobado la validez del ensayo a penetración, para conocer los
tiempos de fraguado de los hormigones analizando la influencia de la
temperatura sobre distintas relaciones agua/cemento mediante la
representación grafica y analítica de curvas en las cuales se ponen de
manifiesto los tiempos transcurridos en min. y su resistencia a la penetración en
Mpa.
Un mejor conocimiento de fraguado del hormigón podría ayudar a los
constructores en la planificación de los tiempos de texturizar y acabar un
pavimento, permitiendo así, tener un ahorro en el aspecto económico.
Con el fin de determinar que la energía de activación encontrada era
correcta, fue aplicada a la resistencia a penetración del hormigón hecha a
diferentes temperaturas, con varias relaciones agua/cemento, esto nos
permitio evaluar que a distintos temperaturas el mortero se comparta de
diferente manera variando tanto los tiempos de iniciación del fraguado como
de finalización de este.
El aserrado se debe coordinar con el tiempo de fraguado del hormigón. Se
lo debe empezar tan pronto en cuanto el concreto se haya endurecido
suficientemente para prevenir que los agregados se desplacen por la sierra
(normalmente entre 4 y 12 horas después del endurecimiento del concreto). El
aserrado se debe completar antes que los esfuerzos debidos a contracción por
secado se vuelvan suficientemente grandes para producir fisuración.
El momento oportuno depende de factores, tales como las proporciones
de la mezcla, condiciones ambientales y tipo y dureza de los agregados. Las
nuevas técnicas de aserrado en seco permiten que se realice el corte de la
sierra poco después de las operaciones de acabado final. Generalmente, la
losa se debe cortar antes que el concreto se enfríe, cuando esté fraguada
suficientemente, para prevenir el desmenuzado y la rotura durante el corte, y
antes que las fisuras de contracción por secado empiecen a aparecer.
27
BIBLIOGRAFIA.
• Norma IRAM 1622. Hormigones y Morteros. Determinación del tiempo de
fraguado.
• Manual centroamericano para diseño de pavimentos
• ASTM Designation: C 403/C 403M – 99. Standard Test Method for Time of
Setting of Concrete Mixtures by Penetration Resistance.
• Apuntes de tecnología del hormigón 2006.
• www.icpa.org.ar/files/pasadores
• www.todoar.com.ar/aserradoras-de-juntas-de-pavimentos.
• www.wordreference.com/definicion/fraguado
• www.arqhys.com/construccion/concreto-fraguado.html
28