Manual de guías de laboratorio enfocadas al control de calidad de materiales y tecnología del concreto

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(1)MANUAL DE GUÍAS DE LABORATORIO ENFOCADAS AL CONTROL DE CALIDAD DE MATERIALES Y TECNOLOGÍA DEL CONCRETO. DIEGO ANATOLIO RODRÍGUEZ RAIRÁN JULIÁN ALONSO GÓMEZ CALDERÓN. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2014.

(2) MANUAL DE GUÍAS DE LABORATORIO ENFOCADAS AL CONTROL DE CALIDAD DE MATERIALES Y TECNOLOGÍA DEL CONCRETO. DIEGO ANATOLIO RODRÍGUEZ RAIRÁN JULIÁN ALONSO GÓMEZ CALDERÓN. Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil. Director ÁLVARO ENRIQUE RODRÍGUEZ PÁEZ Ingeniero Civil. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2014.

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(4) Nota de aceptación. ______________________________________. ______________________________________. ______________________________________. ______________________________________ Director de Investigación Ing. Álvaro Enrique Rodríguez Páez. ______________________________________ Asesor Metodológico Ing. Saieth Cháves Pabón. ______________________________________ Jurado. Bogotá D.C., junio de 2014.

(5) Agradecer a Dios por brindarme la oportunidad de haber finalizado con éxito el camino hacia una vida profesional, a mis padres por que sin su apoyo este camino se hubiera complicado aun más, a mis hermanos y mis sobrinos que con sus palabras de aliento, en los momentos difíciles, pude salir adelante y a todos los que en algún momento de esta honorable carrera hicieron de mi una mejor persona y un mejor estudiante. Diego Anatolio.

(6) Agradecer ante todo a mi DIOS, a mi maravillosa familia, a mi novia que tanto amo. Por cumplir esta meta tan importante y este sueño hecho realidad desde niño. Sobrepasando muchos obstáculos e inconvenientes durante el desarrollo del pregrado de ingeniera. Siempre tuve fe, perseverancia y fortaleza que me mi madre me enseños en mi casa. Para salir adelante y culminar esta meta que mi DIOS me puso en vida. Hoy nace una nueva etapa de mi vida para hacer una gran persona y un profesional de ingeniería civil. Julián Alonso.

(7) AGRADECIMIENTOS Los autores expresan sus agradecimientos a: Ingeniero Álvaro Enrique Rodríguez Páez por todo su apoyo y colaboración en el proceso de elaboración del presente documento, por brindarnos su conocimiento, y a docentes, laboratorista y por último a la Universidad Católica de Colombia por prestarnos sus instalaciones para poder realizar estas guías de laboratorios para la tecnología del concreto. También por compromiso de formar ingenieros de alto desempeño y comprometidos con la excelencia, para el progreso y desarrollo de nuestro país..

(8) CONTENIDO pág. INTRODUCCIÓN. 15. 1.. ANTECEDENTES. 16. 2.. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 17. 3.. MARCO GEOGRÁFICO. 18. 4. 4.1 4.2. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS. 19 19 19. 5. 5.1 5.2 5.3. ALCANCES Y LIMITACIONES ALCANCES LIMITACIONES METODOLOGÍA. 20 20 20 20. 6. 6.1 6.2. MARCO DE REFERENCIA MARCO TEÓRICO MARCO CONCEPTUAL. 21 21 24. 7. 7.1 7.2 7.3 7.4. GENERALIDADES CONCRETO HIDRÁULICO TIPOS DE CONCRETOS COMPONENTES BÁSICOS DEL CONCRETO HIDRÁULICO SUSTANCIAS PERJUDICIALES EN LOS AGREGADOS FINOS Y GRUESOS CONCRETO EN ESTADO FRESCO CONTROL DE CALIDAD. 27 27 27 27. PRUEBAS FÍSICAS BÁSICAS AL CEMENTO PORTLAND DENSIDAD DEL CEMENTO HIDRÁULICO (NTC 221) FINURA DEL CEMENTO POR MEDIO DEL EQUIPO DE BLAINE (NTC 33) DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO PORTLAND APARATO VICAT DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO PORTLAND (APARATO DE VICAT). 32 34. PRUEBAS FÍSICAS DE LOS AGREGADOS FINOS Y GRUESOS DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO (NTC 237). 52 52. 7.5 7.6 8. 8.1 8.2 8.3 8.4. 9. 9.1. 28 29 30. 39 44 49.

(9) pág. 9.2. DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO (NTC 176) ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO (NTC 77 y 78). 56 59. 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7. PRUEBAS PRINCIPALES QUE SE DEBE REALIZAR AL CONCRETO EN ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO (NTC 7778) MASA UNITARIA Y RENDIMIENTO EXUDACIÓN COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO MÓDULO DE RUPTURA ASENTAMIENTO DEL CONCRETO ELABORACIÓN Y CURADO ESPECÍMENES DEL CONCRETO. 63 63 66 69 72 75 77 80. 11.. CONCLUSIONES. 86. 12.. RECOMENDACIONES. 87. 9.3 10.. BIBLIOGRAFÍA. 88. ANEXOS. 91.

(10) LISTA DE TABLAS pág. Tabla 1. Tabla 2. Tabla 3.. Densidad del mercurio a diferentes temperaturas Masa mínima de la muestra de ensayo Masa de la muestra de agregado grueso. 40 57 59.

(11) LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5. Figura 6. Figura 7. Figura 8. Figura 9. Figura 10. Figura 11. Figura 12. Figura 13. Figura 14. Figura 15. Figura 16. Figura 17. Figura 18. Figura 19. Figura 20. Figura 21. Figura 22. Figura 23. Figura 24. Figura 25. Figura 26. Figura 27. Figura 28. Figura 29. Figura 30. Figura 31.. Instalaciones del Laboratorio de Concretos Universidad Católica de Colombia Marco global de términos Composición del concreto Control de calidad, variables Proceso de fabricación del cemento Tipos de cementos (NTC 130) Balanza de precisión 0,01g Frasco de Le Chatelier Lectura al frasco Le Chatelier Formato recolección de datos: densidad y finura del cemento Pórtland hidráulico Aparato de Blaine Equipo Blaine Toma de lecturas al equipo Blaine Aparato de Vicat Lectura con el Aparato de Vicat Formato recolección de datos: tiempos de fraguado con el aparato Vicat, incluyendo consistencia 01 Toma de lecturas tiempos de fraguado Formato recolección de datos: tiempos de fraguado con el aparato Vicat, incluyendo consistencia 02 Tronco cono estado Triple S Mediciones con el tronco cono estado Triple S Formato recolección de datos: densidad y absorción agregado fino Formato recolección de datos: densidad y absorción agregado grueso Tamices Laboratorio U. Católica Tamizado a los agregados Formato recolección de datos: granulometría Formato recolección de datos: tiempo de fraguado del concreto por resistencia a la penetración y exudación Formato recolección de datos: ensayo de masa unitaria Formato recolección de datos: módulo elástico Formato recolección de datos: ensayo a compresión sobre cilindros de concreto Formato recolección de datos: ensayo a compresión sobre cilindros de concreto Ensayo de asentamiento. 18 24 28 31 32 33 34 35 37 38 43 44 44 45 46 48 50 51 55 55 56 58 61 61 62 65 68 71 74 77 80.

(12) LISTA DE ANEXOS pág. Anexo A. Formatos de recolección de datos. 91.

(13) GLOSARIO ADITIVOS: los aditivos mejoran las propiedades del hormigón: tiempo de fraguado, viscosidad, porosidad, resistencia mecánica, etc. Existen diferentes tipos de aditivos: aceleradores, retardantes, plastificantes, potenciadores de flujo, aireantes, anticongelantes, hidrófugos y agentes de curado. BALASTO: el lecho de piedra, gravilla o roca triturada que forma la base sobre la que se colocan las líneas de ferrocarril se denomina "balasto". El balasto puede reciclarse y utilizarse como material alternativo. CEMENTICOS: denominados "aditivos del cemento", estos minerales se utilizan, en distintas proporciones, durante la última fase del proceso de producción del cemento. Los aditivos hacen posible obtener una gama de cementos con propiedades diferentes. Pueden ser de origen natural, por ejemplo, la piedra caliza o rocas volcánicas y sedimentarias (roca puzolana) o de origen industrial, por ejemplo, productos secundarios de la industria del acero (escorias de los altos hornos), de la industria de los microprocesadores (humo de sílice) y centrales eléctricas que consumen carbón (ceniza fina). Su uso reduce las emisiones de CO2 ya que, en primer lugar, al utilizar aditivos en la producción de cemento, se reduce automáticamente la proporción de clínker (la fase de descarbonatación durante la producción de clínker libera mucho CO2) y, en segundo lugar, utiliza desechos industriales que, de otro modo, habrían sido eliminados y tratados por la autoridad local competente. CEMENTO: el cemento es un agente adherente hidráulico que se obtiene calentando y moliendo una mezcla de piedra caliza y arcilla. La mayoría de los cementos se producen con clínker y aditivos que, normalmente, se utilizan en forma de polvo. El cemento fragua cuando se mezcla con agua. Combinado con arena y áridos se convierte en mortero o en hormigón, ambos con la dureza de la piedra. CLÍNKER: el clínker es el ingrediente principal del cemento. Estos gránulos endurecidos se obtienen de la combustión de la mezcla de, aproximadamente, un 80% de piedra caliza y un 20% de arcilla a temperaturas muy elevadas. El cemento se obtiene al triturar el clínker y, en algunos casos, añadir una serie de aditivos. DUCTILIDAD: la ductilidad hace referencia a la capacidad que tiene cada material para estirarse o doblarse sin romperse. Los materiales que no tienen esta cualidad son denominados frágiles. HORMIGÓN: el hormigón es un material de construcción que se crea mezclando áridos y arena con un agente aglutinante (normalmente cemento) y, si es.

(14) necesario, con aditivos. Esta mezcla, que se utiliza en los emplazamientos de construcción, puede tomar una gran variedad de formas. Las características de un tipo concreto de hormigón pueden variar notablemente en función de la elección del cemento, de la proporción entre éste y el árido que se utilice, y de la inclusión de aditivos. También repercute en su calidad y apariencia el modo en que se utilice el hormigón y el tratamiento que reciba su superficie. El hormigón es una pieza reconstituida a la que, en ocasiones, se denomina "piedra líquida" HORMIGÓN ARMADO: El hormigón es un material muy resistente a la compresión, pero lo es menos a la tracción y a la flexión. Por el contrario, el acero es muy flexible gracias a su elevada tracción. El hormigón armado es una combinación de las distintas propiedades del acero y del hormigón para producir un material con una gran resistencia a la compresión y a la flexión. MORTERO: el mortero es una mezcla de cemento, arena (un componente inerte que proporciona cuerpo) y agua, que puede complementarse con aditivos, adiciones y pigmentos de colores. A diferencia del hormigón, el mortero no lleva áridos gruesos. Puede prepararse en el emplazamiento con un silo factoría o transportarse desde una planta mezcladora. Los morteros se utilizan para realizar tareas de unión en trabajos de albañilería, para revestimientos (impermeabilizaciones y revestimientos de muros y cubiertas, acabado de suelos) u otros fines, entre los que se podrían incluir el sellado de juntas, enlucidos, aislamientos, sellados y taponados.1. 1. LAFARGE. Glosario de términos. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.lafarge.com.es/wps/portal/es/2_2_4-Glosario_de_terminos>. [Citado: 21 de marzo de 2014]..

(15) INTRODUCCIÓN El concreto puede ser definido como la mezcla de un material aglutinante (normalmente cemento Pórtland Hidráulico), unos materiales de relleno (agregado ó árido), agua y eventualmente aditivos, que al endurecerse forma un sólido compacto y después de cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión. Se ha convertido en el material de construcción más ampliamente utilizado a nivel mundial, en razón a su extraordinaria versatilidad en cuanto a las formas que se pueden obtener; sus propiedades físicas y mecánicas para ser usado como elemento estructural; y su economía; razones que lo hacen muy competente frente a construcciones de madera, mampostería o acero.2 La investigación escogida para este tema es la elaboración de un Manual de Guías de Laboratorio Enfocadas al Control de Calidad de Materiales y Tecnología de Concreto Hidráulico. Este manual de guías de laboratorio es de gran importancia ya que constituye un material de apoyo para las asignaturas que tengan relación con el manejo de materiales para concreto hidráulico, también sirve de herramienta de consulta para todos los estudiantes de Ingeniería Civil y carreras afines. Estas guías de laboratorio especifican los procedimientos para cada ensayo y también los materiales que son objeto de estudio de acuerdo con las normas técnicas colombianas. Estas guías de laboratorio tendrán la siguiente estructura: se presenta una parte de introducción, comprende el alcance de cada ensayo, definiciones, descripción y la importancia de la aplicación del método de ensayo. Posteriormente se presentara una lista detallada de los materiales y equipos a utilizar en la práctica, seguido de una descripción actualizada del procedimiento de laboratorio correspondiente, y por último se analizaran las fórmulas matemáticas para el cálculo de los parámetros, así como formatos de registros de los datos recopilados en el ensayo.. 2. NIÑO HERNÁNDEZ, Jairo René. Tecnología del concreto. 3 ed. Bogotá: ASOCRETO, 2010. Vol. 1, p. 36.. 15.

(16) 1. ANTECEDENTES En la actualidad el control de calidad de los materiales es requerido en muchas construcciones civiles. Dicho control depende de la magnitud de la obra o proyecto a realizar. Haciendo un seguimiento para verificar si existían documentos o manuales, no se encontró ningún documento que recopile las especificaciones ó procedimientos de laboratorio en las asignaturas, de materiales de construcción especialmente enfocadas al manejo de concreto hidráulico, esto nos brinda la oportunidad de implementar un documento con los instructivos para la realización de un adecuado control de calidad del concreto durante las practicas realizadas en la facultad de Ingeniería Civil.. 16.

(17) 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La formulación de la pregunta que origina esta investigación es: ¿cuál es la necesidad que tiene la facultad de Ingeniería Civil de tener un manual de guías de laboratorio para manejo de concreto hidráulico? Para dar respuesta a esta pregunta se verifica que la facultad de Ingeniería Civil carece de este manual el cual es muy importante para todas las asignaturas que tengan que con prácticas de laboratorio de manejo de concreto hidráulico. La principal razón de esta investigación es de realizar manuales de laboratorio para ensayos prácticos en el área de concretos, se requiere dotar a la universidad católica de Colombia estas herramientas de trabajo, que redunda en el crecimiento académico colocando a nuestra facultad de ingeniería civil en uno de los mejores y a la vanguardia en la Ingeniera Civil en el país.. 17.

(18) 3. MARCO GEOGRÁFICO El edificio de los laboratorios está ubicada en la sede el claustro en la carrera 14 con calle 47 y cuenta con la infraestructura y equipos adecuados para la prestación de servicios de ensayos de materiales, concretos, suelos y pavimentos. Figura 1. Instalaciones del Laboratorio de Concretos Universidad Católica de Colombia.. Fuente: Autores.. 18.

(19) 4. OBJETIVOS 4.1 OBJETIVO GENERAL Presentar un manual con procedimientos de laboratorio que contenga las especificaciones Basados en Normas Técnicas Colombianas NTC. 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Documentar las especificaciones de calidad de los materiales de construcción estudiados en las asignaturas que tengan relación con el manejo de materiales para concreto hidráulico, con base a las normas ASTM y NTC correspondientes.  Determinar los ensayos de laboratorio que se realizan a los materiales de construcción estudiados en las asignaturas que tengan relación con el manejo de materiales para concreto.  Establecer los ensayos de laboratorio que serán considerados en la elaboración del documento.  Recopilar los procedimientos de laboratorio contenidos en las guías elaboradas por las cátedras que tengan relación con el manejo de materiales para concreto.  Efectuar una revisión y actualización de los procedimientos de laboratorio ejecutados en las asignaturas que tengan relación con el manejo de materiales para concreto, en base a las normas ASTM correspondientes.  Realizar un análisis e interpretación de las normas ASTM y NTC, con el fin de establecer un procedimiento de laboratorio para cada ensayo considerado.. 19.

(20) 5. ALCANCES Y LIMITACIONES 5.1 ALCANCES Presentar un documento donde se registran procedimientos y especificaciones según las Normas Técnicas Colombianas con el apoyo de la facultad de Ingeniería Civil, en el lapso de un semestre académico de la Universidad Católica de Colombia en cooperación con el personal encargado del laboratorio quienes brindaran su apoyo logístico y documental para el desarrollo del proyecto. 5.2 LIMITACIONES Sin embargo, en la elaboración del presente documento no se han considerado todos los ensayos que se realizan a los materiales de construcción en estudio, ni se han incluido todas las especificaciones de calidad de los mismos, sino solamente aquellas que tengan relación con los ensayos considerados. Para cada ensayo de laboratorio correspondiente a la materia se elaborará un procedimiento actualizado con base en las Normas Técnicas Colombianas, NTC. Cada una de las guías de laboratorio contiene: el alcance del ensayo, definiciones relevantes, importancia y aplicación del método, materiales y equipo a utilizar, procedimiento detallado para la ejecución de la práctica, fórmulas matemáticas para el procesamiento de los datos y la información estipulada como contenido del reporte por la norma respectiva. Así mismo, se elaborará un formato de registro que permite evidenciar la realización de las actividades correspondientes, en el cual se han incluido los datos de relevancia para el adecuado control de los procedimientos. 5.3 METODOLOGÍA Los manuales se enmarcan dentro de un carácter documental y del análisis de las normas NTC Normas Técnicas Colombianas, la población objeto de estudio son los laboratorios de la Universidad Católica de Colombia. El tipo de metodología es exploratorio. A continuación se muestran las fases de investigación.     . Información académica Información en campo Sistemas de información Revisión de normas y equipos existentes Investigación de normatividades.. 20.

(21) 6. MARCO DE REFERENCIA 6.1 MARCO TEÓRICO El significado de algunos términos es importante ya que se utilizaran con frecuencia durante el desarrollo del proyecto. ICONTEC es El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, es el Organismo que rige la Normalización en Colombia. Entre sus labores se destaca la creación de normas técnicas y la certificación de normas de calidad para empresas y actividades profesionales. Normalización es la actividad que establece disposiciones para uso común y repetido, encaminadas al logro del grado óptimo de orden con respecto a problemas reales o potenciales, en un contexto dado. En particular, la actividad consta de los procesos de formulación, publicación e implementación de normas. En lo relacionado con el Servicio de Normalización, ICONTEC es asesor del Gobierno Nacional de acuerdo con los Decretos 767 de 1964 y 2416 de 1971 es reconocido por el Gobierno Colombiano como Organismo Nacional de Normalización mediante el Decreto 2746 de 1984, reconocimiento que fue ratificado por el Decreto 2269 de 1993. En este campo, la misión del Instituto es promover, desarrollar y guiar la aplicación de Normas Técnicas Colombianas y demás documentos normativos para la obtención de una economía óptima de conjunto, el mejoramiento de la calidad y facilitar las relaciones cliente-proveedor a nivel empresarial, nacional o internacional. Las normas técnicas desarrolladas por ICONTEC son el resultado consolidado de investigaciones científicas y tecnológicas que recogen las experiencias nacionales e internacionales, concluyendo los criterios más convenientes en la ejecución de una amplia gama de procesos industriales, profesionales y sociales. El principal objetivo de un documento técnico es garantizar beneficios óptimos para los consumidores y la comunidad en general.3 Una especificación es una declaración precisa que establece los requisitos que debe cumplir un material, producto, sistema o servicio. En el ramo de la construcción, las especificaciones juegan un papel importante en la búsqueda del aseguramiento de la calidad de los materiales, en tanto que establecen un criterio de referencia para la aceptación o rechazo de un producto o servicio.. 3. ICONTEC. Acerca de nosotros. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.icontec.org/index.php/es/nuestra-compania/nuestra-compania>. [Citado: 21 de marzo de 2014].. 21.

(22) Es necesario resaltar el concepto de especificación dentro de un concepto más amplio, del cual es consecuencia. Este concepto es el de normalización o estandarización. En términos generales, la normalización es el proceso de formulación, elaboración, aplicación y mejoramiento de reglas establecidas para una aproximación ordenada a una actividad específica, con la cooperación de todos los involucrados y para el beneficio de estos. Este proceso surge como una necesidad del mejoramiento continuo de materiales, productos, sistemas o servicios, con la finalidad de optimizar los recursos disponibles para satisfacer la demanda creciente de estos. En la normalización se emplean los documentos elaborados por las entidades rectoras a nivel internacional o nacional, desarrollados sobre determinada disciplina del conocimiento, que pueden ser de estricto cumplimiento. Estos documentos son las llamadas Normas, que establecen un conjunto de reglas, disposiciones y requisitos de normalización, metrología y control de calidad.4 Las Normas Internacionales tienen características similares a las normas técnicas Colombianas en cuanto a su elaboración, pero se distinguen de ellas en que su ámbito es mundial. Ejemplo de este tipo de normas son las emitidas por la Organización Internacional para la Estandarización (ISO), del cual Colombia también es miembro, a través del ICONTEC. Adicionalmente a esta clasificación, existe otro tipo de organismos de normalización que trabajan bajo el ámbito privado. Algunos ejemplos de este tipo de organismos son la Sociedad Americana para Pruebas de Materiales (ASTM), la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) y el Instituto Americano del Concreto (ACI).5 Para la elaboración de los documentos normativos a los que se hace referencia con mayor frecuencia son emitidos por las siguientes instituciones:   . ASTM: Sociedad Americana para Pruebas de Materiales NTC: Normas Técnicas Colombianas INVE: Instituto Nacional de Vías.. 4. AMAYA VALENCIA, Mauricio Alfredo y DÍAZ ACOSTA, Carlos Ernesto. Manual de guías de laboratorio enfocadas al control de calidad de materiales para las asignaturas: “Ingeniería de Materiales” y “Tecnología del Concreto”. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://ri.ues.edu.sv/463/1/10136900.pdf>. [Citado: 21 de marzo de 2014]. 5 Ibíd.. 22.

(23) La ASTM es una de las organizaciones internacionales más importantes a nivel mundial, que desarrolla normas elaboradas por consenso, de aplicación voluntaria, aplicables a los materiales, productos, sistemas y servicios. Las Normas Técnicas Colombianas son la base de las guías de laboratorio que son empleadas para la realización de los ensayos. Estas guías definen cómo y bajo qué circunstancias debe llevarse a cabo los ensayos de laboratorio, con el fin de unificar y simplificar los procedimientos. Es aquí donde el papel preponderante de la normalización se vuelve manifiesto, ya que la estandarización de los ensayos permite que los resultados obtenidos sean mutuamente comparables y reproducibles.. 23.

(24) 6.2 MARCO CONCEPTUAL Figura 2. Marco global de términos.. Fuente: Programa de Ingeniería de la Universidad Católica de Colombia.. 24.

(25) Se mencionan términos y definiciones relacionados a la norma NTC-ISO/IEC 9000:2000, NTC-ISO/IEC 17000:2005 y pertenecientes al Vocabulario Internacional de Términos..  Acreditación: significa haber cumplido un modelo, ser revisado por una organización que verifica el cumplimiento del modelo, estar conforme en la implantación del mismo y el logro de los objetivos planteados.  Administración de calidad: conjunto de actividades de la función general de administración que determina la política de calidad, los objetivos, las responsabilidades y la planeación, tales como: control, aseguramiento y mejoramiento de la calidad dentro del marco del sistema.  Calibración: conjunto de operaciones que bajo condiciones específicas, establece la relación entre los valores de un material de referencia indicados por un instrumento o sistema de medida y de valores conocidos.  Calidad: conjunto de características de un elemento que le confiere la aptitud para satisfacer necesidades explícitas e implícitas.  Certificación: es el procedimiento mediante el cual un organismo da una garantía por escrito, de que un producto, un proceso o un servicio está conforme a los requisitos especificados. No demuestra por si solo la competencia del laboratorio para producir datos y resultados técnicamente válidos. . Confianza: es la seguridad de algo..  Competencia: se refiere a la combinación de destrezas, conocimientos, aptitudes y actividades y a la inclusión de la disposición para aprender, además del saber común.  Control de calidad: conjunto de métodos y actividades de carácter operativo que se utilizan para satisfacer el cumplimiento de los requisitos de calidad establecidos.  Manual de calidad: documento que establece las políticas de calidad y describe al sistema de calidad de un organismo.. 25.

(26)  Norma: documento donde se indican reglas aceptadas para llevar a cabo una prueba específica.6. 6. UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA. Facultad de Ingeniería Civil. Vocabulario internacional de términos. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/10654/7131/1/>. [Citado: 21 de marzo de 2014].. 26.

(27) 7. GENERALIDADES 7.1 CONCRETO HIDRÁULICO Material (piedra artificial) formado por la mezcla en cantidades adecuadas y precisas de cemento, agua, arena y piedra, con la posible presencia de otros elementos en mínimas proporciones (aditivos químicos, aire incorporado 0,2%0,5% de la mezcla) utilizando la tecnología y controles apropiados. 7.2 TIPOS DE CONCRETOS . Concreto ciclópeo.  Concreto simple al que se le agregan piedras grandes. Usos en rellenos, mejorar terreno de fundación.  Concreto masivo: Concreto simple pero el agregado grueso es de 7,5 a 20 cm. Uso en diques y represas.  Concreto aligerado: Con piedra pómez, alivien (disminuye el 30% del peso), u otros en sustitución de agregados  Concreto armado: Concreto colocado entre refuerzos de acero formado por barras longitudinales y transversales llamados ligaduras y estribos respectivamente, que incorporan resistencia a tracción al material. 7.3 COMPONENTES BÁSICOS DEL CONCRETO HIDRÁULICO Los agregados son más baratos que el Cemento y por lo tanto es más económico poner la mayor cantidad posible de aquéllos. No obstante, la economía no es la única razón para utilizar agregados; además proporcionan al concreto una enorme ventaja técnica, dándole mayor estabilidad volumétrica y más durabilidad que si se emplea solamente pasta de cemento. Un buen concreto depende de gran medida de la granulometría de los agregados. Por este motivo, antes de dosificar las cantidades de arena y grava es necesario verificar su distribución granulométrica.. 27.

(28) Figura 3. Composición del concreto.. Fuente: Autores.  En estado fresco: Plasticidad para trabajabilidad conjunto de propiedades que permiten manejarlo sin segregaciones, colocarlo en moldes y compactarlo adecuadamente)  En estado endurecido: Durabilidad y resistencia mecánica a compresión a los 28 días la cual es establecida en cálculo y especificaciones técnicas de los elementos estructurales. La más usual es de 250 kg/cm2 pero puede alcanzar en condiciones especiales hasta 450 kg/cm2 7.4 SUSTANCIAS PERJUDICIALES EN LOS AGREGADOS FINOS Y GRUESOS Es importante que los agregados gruesos estén limpios, es decir, que no contengan partículas finas adheridas ya sea de naturaleza orgánica o inorgánica, pues todos disminuyen la resistencia y economía de los concretos. . Impurezas: interfieren en el proceso de hidratación del cemento..  Recubrimientos: impiden el desarrollo de una buena adherencia entre el agregado y la pasta de cemento.  Partículas débiles o inestables: pueden reaccionar con las partículas del cemento. La forma de los granos es función de:. 28.

(29)   . Origen de los agregados Características mineralógicas y petrográficas determinadas Sistema de trituración.. Textura superficial:  . Incide en la adherencia agregado-pasta. Afecta la fluidez en estado plástico de la mezcla.. El uso de materias primas de buena calidad, mezcladas correctamente y en proporciones justas, debe conducir a un producto que finalmente alcance sus cualidades potenciales. 7.5 CONCRETO EN ESTADO FRESCO El concreto se puede encontrar en estado fresco, en proceso de fraguado o en estado endurecido, y en estos tres estados presenta características típicas, las cuales determinan su desempeño. La propiedad con la que mayor frecuencia se hace referencia es la resistencia a la compresión, debido a que es muy fácil de evaluar y casi siempre es suficiente para garantizar un buen comportamiento estructural. Sin embargo, no hay que olvidar que existen otras propiedades que deben ser controladas para mejorar la eficiencia de todos los procesos constructivos y así aumentar su vida útil. El concreto se elabora con diversos grados de manejabilidad, velocidad de fraguado, durabilidad, masa unitaria, apariencia, estabilidad de volumen y las propiedades adecuadas en estado endurecido como por ejemplo la resistencia. Para clasificar en diferentes tipos, normalmente se ha considerado la variación en las propiedades y características del concreto en los diferentes estados, razón por la cual es importante conocer cada una de ellas, así como también las medidas de control que se deben efectuar para garantizar su calidad. En estado fresco el concreto debe permitir que se llenen adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor de las armaduras de acero, como también obtener una masa homogénea sin grandes burbujas de aire o agua atrapada. Las propiedades del concreto en estado fresco no pueden ser obtenidas directamente, puesto que las características de los elementos estructurales se ven afectadas por las prácticas en las diferentes obras. Sin embargo el control de calidad en este momento es la única herramienta para tomar decisiones rápidas durante su colocación.. 29.

(30) El uso de materias primas de buena calidad, mezcladas correctamente y en proporciones justas, debe conducir a un producto que finalmente alcance sus cualidades potenciales. Cemento Agregados Agua Aditivos. NTC 121 - NTC 321 ASTM C 845 NTC 174 NTC 4045 NTC 3459 NTC 1299 NTC 4023. ASTM C 150 ASTM C 595 ASTM C 33 ASTM C 330 BS 3148 ASTM C 494 ASTM C 1017. Establecer planes de muestreo y ensayo: . Estado fresco..       . Frecuencia de muestreo Temperatura Asentamiento Masa unitaria Contenido de aire Elaboración y curado de muestras Ensayos especiales.. . Estado endurecido..  Resistencia a la Compresión  Resistencia a la Flexión  Ensayos Especiales. 7.6 CONTROL DE CALIDAD Se puede definir como el conjunto de operaciones y decisiones que se toman con el propósito de cumplir el objeto de lo contratado y cumplir con lo exigido para el concreto en la normatividad vigente. Las propiedades del concreto endurecido están sujetas a numerosas variables, por esta razón es necesario realizar un control de calidad a todos sus frentes que tienen que ver con la calidad del concreto.. 30.

(31) Figura 4. Control de calidad, variables.. Fuente: Autores.. 31.

(32) 8. PRUEBAS FÍSICAS BÁSICAS AL CEMENTO PORTLAND El cemento es un material aglutinante que presenta propiedades de adherencia y cohesión, que permiten la unión de fragmentos minerales entres sí, formando un todo compacto. En la construcción, se ha generalizado la utilización de la palabra cemento para designar un tipo de aglutinante específico que se denomina Cemento Pórtland, debido a que es más común. El cemento Pórtland es la mezcla de materiales calcáreos y arcillosos u otros materiales que contienen sílice, alúmina u óxidos de hierro, procesados a altas temperaturas y mezclados con yeso. El nombre obedece a la similitud en el aspecto del cemento endurecido a una piedra que abunda en Pórtland, Inglaterra. Fue patentado en 1824 por Joseph Aspdin con un proceso que fue perfeccionado algunos años más tarde por Isaac Johnson. Este material tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia del agua, presentándose un proceso de reacción química que se conoce como hidratación. Figura 5. Proceso de fabricación del cemento.. Fuente: AGRUPACIÓN DE FABRICANTES DE CEMENTO DE ANDALUCÍA, AFCA. Proceso de fabricación. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.cementosdeandalucia.org/index.php?cPath=fabricacion&op=2>. [Citado: 21 de marzo de 2014]. 32.

(33) A continuación se mencionan los tipos de cementos (NTC 130): Figura 6. Tipos de cementos (NTC 130)..       . Normal Resistencia moderada a los sulfatos Alta resistencia inicial Bajo calor de hidratación Alta resistencia a los sulfatos Cemento adicionado Cemento blanco.. Sus propiedades químicas, son:  Hidratación del cemento: Reacción mediante la cual el cemento se transforma en un medio de enlace. Al entrar en contacto con el agua forma una pasta y se establece un desarrollo lento de estructuras cristalinas cementantes.  Formación de la pasta de cemento: Se realiza como consecuencia de las reacciones químicas del cemento con el agua.  Reacciones de hidratación: Del Clinker (silicatos y aluminatos de calcio, sulfatos de calcio del yeso, adiciones activas, compuestos menores.  Calor de hidratación: Durante el proceso de hidratación se efectúan reacciones químicas que liberan calor, haciendo que el concreto al fraguar y endurecer aumente de temperatura. Sus especificaciones químicas, son: en Colombia la norma técnica colombiana NTC 321 fija las especificaciones químicas que debe tener el cemento Pórtland. Sus propiedades físicas y mecánicas, son:  Densidad masa/volumen: en cementos normales: 3,15 g/cm³. En cementos adicionados: 2,90 g/cm³ (el contenido de Clinker por tonelada de cemento es inferior). 33.

(34) La densidad del cemento no indica la calidad del mismo, pero a partir de ella se pueden deducir otras características cuando se analiza en conjunto con otras propiedades. 8.1 DENSIDAD DEL CEMENTO HIDRÁULICO (NTC 221)  Objeto. Este procedimiento establece el método de ensayo para determinar la densidad del cemento hidráulico, según norma NTC 221.7 . Equipos y materiales.. Figura 7. Balanza de precisión 0,01g.. Fuente: Autores.. 7. ICONTEC. Método de ensayo para determinar la densidad del cemento hidráulica. Santafé de Bogotá: El Instituto, 1992, 4p. [NTC 221].. 34.

(35) Figura 8. Frasco de Le Chatelier.. Fuente: Autores.  Embudos (2), uno de vidrio y otro de plástico  Brocha (pequeña)  Cojín de vibración.  Condiciones de trabajo. La temperatura ambiente del laboratorio, así como de los materiales y equipo requeridos en la prueba deberán estar entre 20 °C y 27 °C. . Procedimiento..  Se registran los datos de entrada que el formato numero 1 requiere.  Se agrega el kerosene libre de agua con una densidad mayor a 0.73 g/ml a 23°c al frasco de Le Chatelier hasta el nivel indicado entre cero y un milímetro.. 35.

(36)  Previamente llenamos un balde con agua simulando un baño de María.  Llevamos nuestro frasco de Le Chatelier al balde con agua y lo introducimos durante 20 minutos para estabilizar la temperatura.  Tomamos 64 gramos de cemento.  Transcurrido el tiempo retiramos el frasco del baño de maría, secamos con papel y tomamos nuestra lectura inicial  Luego de sacar el frasco del agua, adicionamos los 64 gramos de material muy cuidadosamente para no salpicar ni manchar las paredes del frasco; procurando desalojar el aire atrapado, esto se logra tomando el frasco con las dos manos y girándolo en posición inclinada sobre una superficie lisa.  Nuevamente llevamos el frasco a nuestro baño de maría y lo sumergimos durante 20 minutos más hasta estabilizar la temperatura.  Transcurridos los 20 minutos retiramos el frasco del baño de maría secamos con papel y nos disponemos a tomar nuestra lectura final.  Diligenciamos nuestro formato adecuadamente diligenciando la información importante que influya en nuestros resultados de ensayo.  El volumen desalojado es igual a la lectura final menos la lectura inicial tomadas en el frasco de Le Chatelier.  Terminado nuestro ensayo hacemos los respectivos cálculos como se indica a continuación.. Donde: V =Volumen de líquido desplazado, en ml. M = masa del cementante. GE= Gravedad específica del cemento.  Terminado nuestro ensayo dejamos nuestra área de trabajo, equipos e implementos limpios y en perfecto orden.. 36.

(37) Figura 9. Lectura al frasco Le Chatelier.. Fuente: Autores.. 37.

(38) Figura 10. Formato recolección de datos: densidad y finura del cemento Pórtland hidráulico.. Fuente: Autores.. 38.

(39) 8.2 FINURA DEL CEMENTO POR MEDIO DEL EQUIPO DE BLAINE (NTC 33)  Objeto. Esta guía tiene por objeto presentar los procedimientos adecuados para la determinación de la finura del cemento Pórtland por medio del aparato de Blaine de permeabilidad al aire.8 . Calibración. La calibración del aparato se realiza según norma NTC 33.. . Procedimento.  Calibración del Blaine. Nota: La calibración del Blaine se debe hacer cuando es nuevo y se debe efectuar a intervalos periódicos de tiempo para corregir los posibles desgastes que se pueden producir por el desgaste del embolo de la cámara o una vez se produzcan pérdidas del líquido manométrico o cuando cambie el papel filtro. Se halla el volumen de la cámara para esto necesitamos conocer perfectamente los accesorios e identificarlo. Sobre el disco perforado que está dentro de la cámara se colocan dos papel filtro y se llena la cámara de mercurio teniendo precaución que no quede burbujas de aire atrapadas entre el mercurio y la pared. El mercurio contenido en la cámara se enrasa cuidadosamente con una placa de vidrio dejando el menisco a ras con la cámara y se determina la masa del mercurio (Mi). Se saca el mercurio y unos de los discos de papel filtro de la cámara y mediante un embudo se colocan 2,8 g de cemento patrón a una temperatura ambiente ojalá sea entre 23º  2º C, luego sobre el cemento se coloca el otro papel filtro y se presiona hasta que la cabeza de este haga contacto con el borde de la cámara, y se le da un cuarto de vuelta. Después se retira lentamente él embolo y se llena el espacio libre de la cámara con mercurio se enrasa y finalmente se pesa el mercurio (Mf). El volumen del mercurio ocupado por el cemento se calcula teniendo la temperatura con que se adiciono este fluido.. 8. Ibíd., Método para determinar la finura del cemento hidráulico por medio del aparato Blaine de permeabilidad al aire: norma técnica colombiana. Santafé de Bogotá: El Instituto, 1997, 13p. [NTC 33].. 39.

(40) Tabla 1. Densidad del mercurio a diferentes temperaturas. Temperatura Densidad del de la sala de mercurio trabajo g/cm3 16 13.56 18 13.55 20 13.55 22 13.54 24 13.54 26 13.53 28 13.53 30 13.52 32 13.52 34 13.51 Fuente: Autores.  Volumen de la cámara: Masa = Mi-Mf Volumen = masa / densidad del mercurio V = volumen de la cámara M = es la diferencia masa inicial y la masa final D= densidad del mercurio Densidad del mercurio Como mínimo se deben realizar dos determinaciones del volumen de la cámara y la muestra patrón antes de utilizarla se debe agitar en frasco con el objeto de deshacerlos grumos Después de haber hallado la el volumen de cámara vamos a calibrar él Blaine, para hallar la calibración del equipo tenemos usar un cemento patrón cuyas características Físicas y químicas se han total mente conocidas como la densidad, la finura o superficie especifica entre otras. La muestra patrón antes de ser utilizada debe ser agitada en un frasco y se agita durante dos minutos con el fin deshacer los grumos. El peso de la muestra debe ser tal que permita obtener una capa de cemento que tenga porosidad de 0,5 calculada de la siguiente forma: W = D*V(1-e) Donde. 40.

(41) W = Masa a utilizar de la muestra patrón para calibrar el blaine V = Volumen de la cámara a utilizar E = Porosidad de la capa de cemento Posteriormente se coloca el disco perforado en cámara de permeabilidad sobre el cual se coloca un papel filtro y se deposita la cantidad de cemento patrón calculado formula anterior pesa con una aproximación de 0.001 g Se debe golpear suavemente la pared exterior de la cámara con el objeto de nivelar la superficie del cemento, posteriormente se coloca otro papel filtro y presionar con él embolo dándole un cuarto de vuelta. Continuación la cámara de permeabilidad se coloca sobre el tubo manométrico de tal forma que se obtenga un cierre hermético usando una vaselina o grasa. Se abre la llave de paso del brazo lateral, se aspira por el brazo suavemente para retirar el aire que haya en él, hasta que le nivel del líquido manométrico alcance la marca superior, momento en el cual se cierra la llave de paso. Mediante un cronómetro se determina el tiempo en segundos en que la parte inferior del menisco del líquido manométrico baje de la desde la segunda marca hasta la tercera marca del equipo. Se debe reportar la temperatura con que se efectúo el ensayo. Las lecturas de calibración la deben tomar la persona que va a realizar las de terminaciones de la finura, quien como mínimo debe hacer el ensayo con tres fracciones diferentes de la muestra patrón.  Determinación de la superficie específica. Se debe utilizar una muestra a temperatura ambiente que tenga la misma masa que de la muestra empleada en la muestra patrón empleada en la calibración y que además tenga una porosidad comprendida entre 0.495 y 0.535.  Procedimiento para hallar la superficie específica. Luego de hallar la densidad del cemento se procede hallar la finura por método de finura Blaine, se coloca el disco perforado en cámara de permeabilidad sobre el cual se coloca un papel filtro y se deposita la cantidad de cemento patrón calculado formula anterior pesa con una aproximación de 0.001 g. Se debe golpear suavemente la pared exterior de la cámara con el objeto de nivelar la superficie del cemento, posteriormente se coloca otro papel filtro y presionar con él embolo dándole un cuarto de vuelta. A continuación la cámara de permeabilidad se coloca sobre el tubo manométrico de tal forma que se obtenga un cierre hermético usando una vaselina o grasa. 41.

(42) Se abre la llave de paso del brazo lateral, se aspira por el brazo suavemente para retirar el aire que haya en él, hasta que le nivel del líquido manométrico alcance la marca superior, momento en el cual se cierra la llave de paso. Mediante un cronometro se determina el tiempo en segundos en que la parte inferior del menisco del líquido manométrico baje de la desde la segunda marca hasta la tercera marca del equipo. Se debe reportar la temperatura con que se efectúo el ensayo. La persona que va a realizar las de terminaciones de la finura, quien como mínimo deben hacer el ensayo con tres fracciones diferentes de la muestra a ensayar. . Cálculos. La superficie se calcula utilizando las siguientes formulas..  Cuando la porosidad de la muestra de ensayo y del patrón son las mismas y la diferencia de temperatura entre dichas muestras es menor que 3ºC. S = Sp*T/Tp.  Cuando la porosidad de la muestra de ensayo y del patrón son las mismas y la diferencia d temperatura entre dichas muestras es mayor que 3ºC S = Sp*Np*T/Tp*N  Cuando la porosidad de la muestra de ensayo y del patrón es distinta y la diferencia de temperatura entre dichas muestras es menor que 3ºC S = Sp(1-ep)*e3T/(1-e)*e3*Tp  Cuando la porosidad de la muestra de ensayo y del patrón es distinta y la diferencia de temperatura entre dichas muestras es mayor de 3ºC S = Sp*(1-ep)*e3*T*Np/ (1-e)*e3p*Tp*n Donde S = Superficie especifica del patrón de la muestra de ensayo Sp = superficie de la muestra patrón T = Tiempo determinado para la muestra de ensayo Tp = tiempo determinado para la muestra patrón N = Viscosidad del aire a la temperatura a que sé verificar la determinación sobre la muestra de ensayo Np = Viscosidad del aire a la temperatura a que se efectúa la calibración e = Porosidad de la capa de la muestra de ensayo ep = Porosidad de la capa de la muestra patrón 42.

(43) El ensayo se debe repetir cuando el valor de la superficie específica es menor de 2800 cm2/g. Figura 11. Aparato de Blaine.. Fuente: Autores.. 43.

(44) Figura 12. Equipo Blaine.. Fuente: Autores. Figura 13. Toma de lecturas al equipo Blaine.. Fuente: Autores. 8.3 DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO PORTLAND APARATO DE VICAT (NTC 110) . Equipo..  Balanzas con capacidad de 100 g y sensibilidad de +/- 1,0 g.  Probetas graduadas, con una capacidad de 100 a 150 ml, de acuerdo a la norma NTC 107. 44.

(45)  Aparato de Vicat. Figura 14. Aparato de Vicat.. Fuente: UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE DE CHILE. Aparato de Vicat. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/consnormT2_archivos/image00 4.jpg>. [Citado: 21 de marzo de 2014].  Condiciones de trabajo. La temperatura ambiente del laboratorio debe mantenerse entre 20 y 27°C, con una humedad relativa superior al 50%. El agua de amasado debe estar a 23°C +/- 2°C, mientras que las herramientas y demás materiales deben estar a la misma temperatura que el laboratorio. Antes o durante la realización de este ensayo se deben tomar cuidadosamente los datos anteriores con el fin de elaborar el informe correspondiente. . Procedimiento..  Preparación de la pasta de cemento. Se mezclan 650 g de cemento con una determinada cantidad de agua limpia de acuerdo con el procedimiento descrito en el numeral 6.4 de la NTC 112. Moldee con las manos dándole forma esférica a la pasta de cemento preparada de la manera descrita anteriormente y pase seis veces de una mano a otra a través de una distancia aproximada de 15 cm, luego llene el molde por la base mayor, colocando sobre esta base la placa de vidrio, volteando todo el conjunto de tal manera que se nivele con un palustre la pasta en la base menor. Finalmente,. 45.

(46) sacuda el conjunto suavemente. Durante estas operaciones se debe tener cuidado de no comprimir la muestra.9  Determinación de la consistencia normal. La determinación de la consistencia es un ensayo de aproximación por prueba y error en que se repite las veces que sea necesario, hasta encontrar la cantidad de agua, que para determinado cemento se produce una penetración de 10 mm con el aparato de Vicat. Ponga el molde que contiene la pasta en el aparato y centre debajo del vástago descienda el mismo hasta que el extremo de la aguja de 10 mm haga contacto con la superficie de la pasta y fije en esta posición por medio de un tornillo. Lea la posición inicial en la escala o ponerla en cero. Después de 30 s de colocada la muestra en el molde suelte la aguja. Se considera que la pasta tiene consistencia normal cuando la aguja penetra 10 mm en 30 s, después de haber sido soltada. Si no se tiene la consistencia normal en el primer ensayo, repita toda la operación, variando la cantidad de agua, hasta obtenerla. Figura 15. Lectura con el Aparato de Vicat.. Fuente: Autores.  Datos y cálculos. La cantidad de agua requerida para obtener una pasta de consistencia normal, debe expresarse como un porcentaje de la masa del cemento seco, con aproximación del 0.5%. 9. Ibíd., Métodos para determinar la consistencia normal del cemento hidráulico. Santafé de Bogotá: El Instituto, 1991, 4p. [NTC 110].. 46.

(47) El molde de la pasta, la temperatura, la humedad, las posibles vibraciones y otras condiciones, pueden afectar las lecturas. Por este motivo se debe tratar de conservar la uniformidad al repetir los ensayos.. 47.

(48) Figura 16. Formato recolección de datos: tiempos de fraguado con el aparato Vicat, incluyendo consistencia 01.. Fuente: Autores. 48.

(49) 8.4 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO PORTLAND (APARATO DE VICAT)  Objeto. Esta norma establece el método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico mediante el aparato de Vicat, por medio del método A (Manual), según norma NTC 118.10 . Aparatos..     . Balanza de precisión 0,1g Aparato vicat manual Tronco cono Mezcladora Tamiz Nº 20.. Cumplen con las especificaciones de la NTC 118. . Procedimiento..  Se alistan los implementos necesarios para nuestro ensayo.  Se toman los datos que nos pida nuestro formato de registro de datos.  Se alistan 650 gramos de cemento en la balanza de 4000 gramos con una precisión de 0.1 gramos previamente tamizado por el tamiz # 20.  Se pesa el agua en la olla de la mezcladora para no perder nada durante el ensayo.  Se inicia con el mezclado adicionando el cemento al agua dejándolo reposar por 30 segundos, se mezcla 30 segundos más a velocidad lenta, bajamos la olla y raspamos por 15 segundos subimos la olla y 1 minuto más a velocidad rápida.  Se baja la olla y con los guates de caucho se le da forma esférica a la muestra pasándola de mano a mano 6 veces a una distancia de 150 mm aproximadamente.  Se toma el molde en una mano y con la otra mano se presiona la bola hasta llenar el molde, completamente por la base mayor, cortamos lo que nos sobra con un solo movimiento de la palma de la mano, apoyamos el molde en su base, damos unos pequeños golpes para acomodar y sacar vacíos. Se quita el exceso de pasta que aparece en la base menor con la espátula en muy pocas pasadas. 10. Ibíd., Cementos: método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico mediante aguja de Vicat. 5 ed. Bogotá: El Instituto, 2013, 9p. [NTC 118].. 49.

(50)  Llevamos el molde y lo apoyamos en el aparato de vicat bajamos la aguja de mayor diámetro dejándola arras y en el centro de la pasta de cemento soltamos el tornillo de seguridad y tomamos la lectura pasados 30 segundos para cumplir con lo acordado en la NTC 118 de consistencia de 10 más o menos 1 mm.  Llevamos el molde a el cuarto de curado para empezar a tomar la primera lectura con la aguja de menor diámetro a los 30 minutos de haber empezado el mezclado y así sucesivamente cada 10 minutos hasta que la aguja no nos deje huella en la pasta y dar por terminado el tiempo de fraguado.  Es recomendable que en las primeras lecturas se tenga especial cuidado para que no se nos doble la aguja.  Diligenciamos nuestro formato adecuadamente sin dejar de llenar ninguna información importante que influya en nuestros resultados de ensayo.  Terminado nuestro ensayo dejamos nuestra área de trabajo, equipos e implementos limpios y en perfecto orden. Nota: El espacio entre lecturas debe ser a 5 mm y a 10 mm de la base menor del molde. Figura 17. Toma de lecturas tiempos de fraguado.. Fuente: Autores.. 50.

(51) Figura 18. Formato recolección de datos: tiempos de fraguado con el aparato Vicat, incluyendo consistencia 02.. Fuente: Autores. 51.

(52) 9. PRUEBAS FÍSICAS DE LOS AGREGADOS FINOS Y GRUESOS Los agregados son el mayor constituyente del concreto, generalmente componen más del 70 por ciento del material de un metro cúbico de concreto y son los que hacen que este sea un material económico de construcción. En la elaboración de concreto de masa normal, usado en la mayoría de construcciones, los agregados frecuentemente son obtenidos de arenas naturales y depósitos de grava. La fuente de materiales debe estar localizada a una distancia razonable del sitio de trabajo y para su selección hay que tener presente que sus propiedades difieren considerablemente una de otra. Cada una puede variar en la mineralogía de sus componentes o las condiciones físicas de sus partículas, tales como, la distribución de tamaños, textura y forma. Todos estos factores tienen un efecto en el comportamiento del concreto. Los agregados son cualquier partícula sólida o partículas añadidas intencionalmente al concreto que ocupan un espacio rodeado por pasta de cemento, de tal forma, que en combinación con esta proporcionan resistencia mecánica, al mortero o concreto en estado endurecido y controlan los cambios volumétricos que normalmente tienen lugar durante el fraguado del cemento, así como los que se producen por las variaciones en el contenido de humedad de las estructuras. La calidad de los agregados está determinada por el origen, por la distribución granulométrica, forma y superficie, densidad. Se han clasificado en agregado grueso y agregado fino, fijando un valor en tamaño de 4,76 mm a 0.075 mm para el agregado fino o arena y de 4,76 mm en adelante para el agregado grueso. Frecuentemente la fracción de agregado grueso es subdividida dentro de rangos, tales como 4,76 mm a 19 mm para gravilla y de 19 mm a 51 mm para la grava. La selección del tamaño de agregado grueso para un concreto reforzado está en función del tipo de estructura y separación de las armaduras de acero. 9.1 DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO (NTC 237)  Objeto. Esta guía tiene por objeto presentar los procedimientos adecuados para llevar a cabo el ensayo de densidad y absorción del agregado fino, según la NTC 237.11 . Muestreo. El muestreo se debe llevar a cabo de acuerdo con la NTC 129.12. 11. Ibíd., Método para determinar la densidad y la absorción del agregado fino. Santafé de Bogotá: El Instituto, 1995, 12p. [NTC 237]. 12 Ibíd., Práctica para la toma de muestras de agregados. Santafé de Bogotá: El Instituto, 1995, 10p. [NTC 129].. 52.

(53) . Preparación de la muestra de ensayo..  Obtenga aproximadamente 1 kg de agregado fino de la muestra usando los procedimientos aplicables descritos en la NTC 237.  Seque la muestra de ensayo en un platón hasta obtener una masa constante a una temperatura de 110 ± 5 °C. Permita que se enfríe hasta una temperatura cómoda de manipular, sumerja la muestra totalmente por un periodo no menor en agua durante 24 h ± 4 h.  En el caso que los valores de absorción y densidad se vayan a usar en la dosificación de mezclas de concreto con agregados en su condición de humedad natural, el requerimiento de secado inicial hasta obtener masa constante puede ser eliminado y, si las superficies de las partículas se han mantenido húmedas, se puede también eliminar el humedecimiento por 24 h.  Decante el exceso de agua con cuidado para evitar la pérdida de finos, extienda la muestra sobre una superficie plana no absorbente expuesta a una suave corriente de aire tibio, y revuélvala frecuentemente para asegurar un secado homogéneo.  Continúe esta operación hasta que la muestra de ensayo se aproxime a la condición de flujo libre de las partículas.  Para determinar si hay o no-humedad superficial sobre las partículas constituyentes del agregado fino se realiza el ensayo de cono para la humedad superficial, de la siguiente manera: sostenga el molde firmemente sobre una superficie lisa no absorbente con el diámetro superior hacia abajo.  Coloque una porción del agregado fino parcialmente seco de manera suelta en el molde llenándolo hasta que se rebose y acumulando material adicional por encima del borde superior del molde sosteniéndolo con los dedos de la mano, en forma de copa.  Apisone ligeramente el agregado fino dentro del molde con 25 caídas libres del pisón. Cada caída debe comenzar aproximadamente 5 mm sobre la superficie superior del agregado fino.  Permita que el pisón caiga libremente. Ajuste la altura de caída hasta la nueva elevación de la superficie después de cada apisonada, distribuyéndolos sobre la superficie.  Remueva la arena suelta de la base y levante el molde verticalmente. Si la humedad superficial está todavía presente, el agregado conservará la forma del molde.. 53.

(54)  Cuando el agregado fino se asienta levemente, ello indica que ha alcanzado la condición superficialmente seca. Algunos agregados finos angulares o materiales con alta proporción de finos pueden no asentarse en el ensayo de cono una vez se alcance la condición superficialmente seca. Este puede ser el caso si los finos son transportados por el aire al dejar caer un puñado de la arena desde el ensayo de cono a unos 100 a 150 mm sobre la superficie. Para estos materiales la condición saturada y superficialmente seca se debe considerar como el punto en que un lado de agregado fino se asienta levemente al remover el molde.  Si el agregado se sienta totalmente significa que se encuentra seco . Procedimiento..  Se determinan todas las masas y se registran con una aproximación de 0,1 g.  Llene parcialmente el picnómetro con agua. Inmediatamente introduzca dentro del picnómetro 500 ± 10 g de agregado saturado y superficialmente seco, y llene con agua adicional hasta aproximadamente el 90% de la capacidad. Gire, invierta y agite el picnómetro para eliminar todas las burbujas de aire. Ajuste su temperatura hasta 23 ± 2°C, si es necesario por inmersión en agua en circulación, y lleve el nivel del agua en el picnómetro hasta su capacidad calibrada. Determine la masa total del picnómetro, con la muestra y el agua.  Remueva el agregado fino del picnómetro, séquelo hasta obtener masa constante a una temperatura de 110 ± 5°C, enfríelo al aire a una temperatura ambiente por 1 ± 1/2 h, y determine su masa.  Determine la masa del picnómetro lleno hasta su capacidad de calibración con agua a 23 ± 2°C. . Cálculos. Los cálculos se realizan de acuerdo con la norma NTC 237.. 54.

(55) Figura 19. Tronco cono estado Triple S.. Fuente: Autores. Figura 20. Mediciones con el tronco cono estado Triple S.. Fuente: Autores.. 55.

(56) Figura 21. Formato recolección de datos: densidad y absorción agregado fino.. Fuente: Autores. 56.

(57) 9.2 DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO (NTC 176)  Objeto. Esta guía tiene por objeto presentar los procedimientos adecuados para llevar a cabo el ensayo de densidad y absorción del agregado grueso, según la NTC 176.13 . Muestreo. Muestre el agregado de acuerdo con la NTC 129.14. La masa mínima de la muestra de ensayo se da en la tabla 2. Tabla 2. Masa mínima de la muestra de ensayo. Tamaño Máximo Masa Mínima de Nominal, la Muestra de Ensayo, mm kg 12,5 o menos 19,0 5,0 37,5 50 63 75 90 100 112 125 150. 2 3 4 5 8 12 18 25 40 50 75 125. Fuente: Autores.  Procedimiento. Seque una muestra al horno a 110 ± 5°C durante 24 h ó hasta obtener una masa constante, déjela enfriar al aire hasta que sea manipulable, sumerja la muestra en agua durante 24 h, luego envuélvala en un paño y seque la superficie hasta obtener una apariencia opaca, determine su masa al aire, inmediatamente determine su masa sumergida en agua y finalmente seque al horno a 110 ± 5°C durante 24 h ó hasta obtener una masa constante y registre este dato. . Cálculos. Los cálculos se realizan de acuerdo con la NTC 176.. 13. Ibíd., Método de ensayo para determinar la densidad y la absorción del agregado grueso. Santafé de Bogotá: El Instituto, 1995, 14p. [NTC 176]. 14 Ibíd., Práctica para la toma de muestras de agregados. Op. cit.. 57.

(58) Figura 22. Formato recolección de datos: densidad y absorción agregado grueso.. Fuente: Autores.. 58.

(59) 9.3 ANÁLISIS GRANULOMETRICO (NTC 7715 y 7816)  Objeto. Esta guía tiene por objeto presentar los procedimientos adecuados para llevar a cabo el ensayo para la determinación de la distribución de los tamaños de las partículas que componen los agregados finos y gruesos, a través del proceso de tamizado NTC 77.  Muestreo. En el laboratorio se deben recibir cantidades de muestra que cumplan con lo descrito en la NTC 129 o cuatro veces la cantidad descrita abajo:  Agregado Fino - La muestra de ensayo del agregado fino debe tener una masa, luego de ser secada, aproximadamente las siguientes cantidades:  Agregado con por lo menos el 95% del material que pasa el tamiz No 8 (2,36 mm) 1OO gr.  Agregado con por lo menos 85% del material que pasa el tamiz No 4 (4,75 mm) y más del 5% retenido en el tamiz No 8 (2,36 mm) 5OO gr.  Agregado Grueso - La masa de la muestra de agregado grueso debe conformarse a partir de los siguientes valores: Tabla 3. Masa de la muestra de agregado grueso. Tamaño Máximo Muestra de Nominal Aberturas Ensayo(Kg. Masa Cuadradas (mm) Mínima) 9,5 12,5 19,O 25,O 37,5 5O,O. 1 2 5 1O 15. 63,O 75,O 9O,O 1OO,O 112,O 125,O 15O,O. 2O 35 6O 100 15O 2OO 3OO 5OO. Fuente: Autores. 15. Ibíd., Métodos para el análisis por tamizado de los agregados finos y gruesos. Santafé de Bogotá: El Instituto, 1994, 10p. [NTC 77]. 16 Ibíd., Método para determinar por lavado el material que pasa el Tamiz 75 um en agregados minerales: norma técnica colombiana. Santafé de Bogotá: El Instituto, 1995, 7p. [NTC 78].. 59.

(60)  Mezclas de agregados finos y gruesos. Se debe cumplir con los requisitos de los numerales 7.5, 7.6 y 7.7 NTC 77. . Procedimiento..  Se seca la muestra hasta que alcance una masa constante a una temperatura 110C  5C.  Se deben seleccionar los tamaños adecuados de los tamices, encajando los tamices en forma descendente, el proceso se puede hacer en forma manual o mecánica siguiendo los procedimientos descritos en la norma.  Se pesa la cantidad necesaria según la tabla No 1 el material tiene que estar seco y tamiza mecanicamente o manualmente usando la serie de tamices ensamblados en forma decreciente, luego determine la masa retenida en cada tamiz. . Cálculos..  Los cálculos se realizan de acuerdo con el numeral 9 de la norma NTC 77.  El resultado se expresa en porcentaje de material que pasa y se realiza una gráfica e papel semi logarítmico el tamaño de las partículas vs. el porcentaje que pasa.  En los agregados finos se calcula el módulo de finura que es la sumatoria de los % retenidos acumulados desde el tamiz 150 micras hasta el tamiz 4,75 mm.. 60.

(61) Figura 23. Tamices Laboratorio U. Católica.. Fuente: Autores. Figura 24. Tamizado a los agregados.. Fuente: Autores.. 61.

(62) Figura 25. Formato recolección de datos: granulometría.. Fuente: Autores.. 62.

(63) 10. PRUEBAS PRINCIPALES QUE SE DEBE REALIZAR AL CONCRETO EN ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO 10.1 TIEMPO DE FRAGUADO DEL CONCRETO  Objeto. Esta guía tiene por objeto presentar los procedimientos adecuados para la determinación de los tiempos de fraguado del concreto por penetración según la norma NTC 890.17 . Equipo..        . Molde de fraguado. Malla nº 4 o tamiz nº 4. Varilla apisonadora. Bandeja no absorbente. Jeringa o pipeta. Penetro. Metro con sus respectivas agujas. Pedazo de madera o balzo.. . Acondicionamiento..  Seleccione una muestra representativa de concreto para ensayar. De suficiente volumen, para proporcionar un mortero resultante capaz de llenar el molde de fraguado, después de un tamizado en una malla Nº 4.  La muestra retenida en la malla se desecha, y la muestra que pasó es la muestra a ensayar. Se vierte en el molde de fraguado en una sola capa sin llenarlo totalmente dejando una distancia mínima de 13 mm y máxima de 25.4 mm desde el borde del molde hasta el nivel del mortero o muestra.  Se apisona el mortero con la varilla de apisonado dando de 25 a 28 golpes en forma de espiral sin golpear el fondo del molde. Se pueden dar unos golpes en el contorno del molde con la misma varilla, esto con la finalidad de ayudar a sacar las burbujas de aire, cerrar los orificios dejados por el apisonado y para nivelar.  El molde se deja en un sitio en lo posible nivelado, con unas condiciones de temperatura en un rango de 20º C a 25º C, con una toalla húmeda se cubre el molde sin que haga contacto con el mortero.. 17. Ibíd., Ingeniería Civil y Arquitectura: determinación del tiempo de fraguado de mezclas de concreto por medio de su resistencia a la penetración. Santafé de Bogotá: El Instituto, 1995, 5p. [NTC 890].. 63.

(64) . Procedimiento..  Después de dos horas de hacer contacto el agua y el cemento, se revisa la consistencia y que tanta agua está exudando de la muestra. En caso que ya tenga una consistencia suficiente para mover el molde, se puede retirar el agua de exudación de esta.  Para retirar el agua de exudación de la muestra se coloca un pedazo de madera de 1 cm de espesor a un costado de la base del molde, con la finalidad de que el molde quede inclinado. Se deja aproximadamente 2 minutos en esa posición, se retira el agua con una jeringa o con una pipeta y se vuelve el molde a la posición inicial. Este procedimiento se hace las veces que sea necesario, cada vez que se vaya a insertar una aguja o hasta que deje de exudar la muestra.  Para insertar las agujas, se harán en un tiempo de 10 s ± 2 s a una profundidad de 25.4 mm.  Las inserciones de las agujas deben hacerse de mayor a menor área. La distancia entre inserciones no debe ser menor a 13 mm y la distancia entre el molde y la inserción con la aguja no debe ser menor a 25.4 mm.  El resultado dado por el penetro metro, y la hora en que fue hecha la inserción. Se tendrán en cuenta, tomando como hora cero, la hora de contacto del agua con el cemento. Si el resultado es mayor a 200 lbs/f se descarta y se procederá a insertar la aguja siguiente. La última aguja debe arrojar un resultado mayor a 100 lbs/f para terminar el ensayo.  El tiempo de las inserciones se harán a criterio del técnico, no se tendrán en cuenta los tiempos según la NTC 890. . Cálculos. Los cálculos se realizan teniendo en cuenta la NTC 890.. 64.

(65) Figura 26. Formato recolección de datos: tiempo de fraguado del concreto por resistencia a la penetración y exudación.. Fuente: Autores.. 65.

(66) 10.2 MASA UNITARIA Y RENDIMIENTO  Objeto. Esta guía tiene por objeto presentar los procedimientos adecuados para determinar la masa por metro cúbico de concreto fresco mezclado de acuerdo con la NTC 1926.18  Muestra. La muestra de concreto fresco se obtiene de acuerdo con la NTC 1377.19 . Procedimiento.  Moldes. En moldes cuyo volumen sea menor de 11L el concreto se compacta por apisonado para evitar la pérdida excesiva de aire atrapado. Para los moldes de 11L o más, el método de compactación se selecciona de acuerdo con el asentamiento, a menos que el método de compactación esté establecido en las especificaciones bajo las cuales se está llevando a cabo el trabajo. Los métodos de compactación apisonados y vibrados.  Los concretos con un asentamiento de 25 a 75 mm se apisonan.  Los concretos con un asentamiento inferior a 25 mm se compactan por vibración.  Apisonado: El concreto se coloca en el molde en tres capas de aproximadamente igual volumen Cuando se usan moldes nominales de 14 L o menos cada capa se apisona con 25 golpes de la varilla; Cuando se usan moldes nominales de 28 L cada capa se apisona con 50 golpes; y para moldes más grandes se apisona con un golpe por cada 20 cm² de superficie. La capa inferior se apisona a través de toda su profundidad pero sin que la varilla golpee fuertemente el fondo del molde. Los golpes se distribuyen uniformemente sobre la sección transversal del molde y para las dos capas superiores la varilla se introduce aproximadamente 25 mm dentro de la capa anterior. Después de que cada capa ha sido apisonada, se golpean los lados del molde de 10 a 15 veces con el mazo apropiado (ver norma) hasta cerrar cualquier vacío dejado por la varilla y para liberar cualquier burbuja grande de aire que pueda haber quedado atrapada. La última capa se coloca rebosando ligeramente el borde superior del molde.  Enrasado: Después de la compactación, enrase la superficie superior del concreto y afínela suavemente con el acrílico teniendo cuidado de dejar lleno el 18. Ibíd., Concretos: método de ensayo para determinar la densidad (masa unitaria), el rendimiento y el contenido de aire por gravimetría del concreto. Bogotá: El Instituto, 2013, 8 p. [NTC 1926]. 19 Ibíd., Ingeniería Civil y Arquitectura: elaboración y curado de especímenes de concreto para ensayos en el laboratorio. Bogotá: El Instituto, 2010, 10p. [NTC 1377].. 66.

(67) molde. El enrasado se realiza mejor presionando el acrílico sobre la superficie del molde cubriendo cerca de dos terceras partes de la superficie y retirando el acrílico con un movimiento de aserrado para dar terminado sólo al área originalmente cubierta. Luego se coloca el acrílico sobre el tope del molde cubriendo los dos tercios originales de la superficie y se hace avanzar con una presión vertical y un movimiento de aserrado hasta cubrir la superficie completa del molde. Varias enrasadas con el acrílico inclinadas producirán una superficie terminada lisa.  Determinación de la masa: Después del enrasado, retire el exceso de concreto del exterior del molde y determine la masa neta del concreto en el molde. . Cálculos. Los cálculos se realizan de acuerdo con la norma NTC 1926.. 67.

(68) Figura 27. Formato recolección de datos: ensayo de masa unitaria.. Fuente: Autores.. 68.