CORRELACIÓN ENTRE LAS FASES DEL PERFIL TÉRMICO DEL CONCRETO OBTENIDO EN CONDICIONES DE AISLAMIENTO TÉRMICO CON LOS
TIEMPOS DE FRAGUADO.
PRESENTA POR:
IVÁN DARÍO DUARTE CASAS
20122279025
DIEGO MAURICIO VARGAS GONZÁLEZ
20122279005
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.
CORRELACIÓN ENTRE LAS FASES DEL PERFIL TÉRMICO DEL CONCRETO OBTENIDO EN CONDICIONES DE AISLAMIENTO TÉRMICO CON LOS
TIEMPOS DE FRAGUADO.
AUTORES:
IVÁN DARÍO DUARTE CASAS
20122279025
DIEGO MAURICIO VARGAS GONZÁLEZ
20122279005
TRABAJO DE GRADO PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
DIRECTOR:
ING. RODRIGO ESQUIVEL
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.
NOTA DE ACEPTACIÓN
EL trabajo de grado titulado: Correlación entre las fases del perfil térmico del concreto obtenido en condiciones de aislamiento térmico con los tiempos de fraguado, de los autores Iván Darío Duarte Casas y Diego Mauricio Vargas González, cumple con los requisitos para optar al título de Ingeniero Civil.
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Firma Tutor
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Firma jurado
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Firma jurado
AGRADECIMIENTOS
Este Trabajo de Grado es el producto del esfuerzo realizado durante varios semestres y no sería posible sin el acompañamiento de muchas personas durante el tiempo que estuvimos estudiando Ingeniería Civil. Por esta razón, nos gustaría agradecer a todos ellos que nos apoyaron y estuvieron con nosotros durante este proceso. Les agradecemos enormemente a nuestra familia y amigos, por su apoyo incondicional, que permitieran la realización de este proyecto con su impulso constante, por darnos motivación en todo momento y no permitir claudicar en momentos difíciles. Un especial agradecimiento a la Universidad Distrital y todos sus maestros que con su disposición incondicional para atender las dudas y resolver los problemas que se presentaban, la Universidad nos prestó un espacio irremplazable para nuestro desarrollo como profesionales. El ingeniero Oxiris Quitian que oriento el proceso de desarrollo de la idea que culmino con el presento proyecto. En especial debemos agradecer al Ingeniero German Arbeláez que con su gran aporte e incondicional esfuerzo por ver el desarrollo del proyecto, con constante seguimiento y aportes técnicos y bibliográficos en los temas relacionados, a él un especial reconocimiento por su incondicional dedicación al desarrollo en el desarrollo de este proyecto. A Industrias Krauquer una mención por permitirnos entrar en sus instalaciones, facilitarnos las herramientas y equipos para el desarrollo del proyecto, así como la disposición para realizar capacitaciones en el manejo de los mismos. Agradecemos a todos los que intervinieron de alguna manera en el desarrollo del proyecto como en el transcurso de la carrera.
CONTENIDO
RESUMEN ... 10
INTRODUCCIÓN ... 11
1 PRESENTACIÓN DEL PROYECTO ... 12
1.1 IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN ... 12
1.2 JUSTIFICACIÓN ... 12
1.3 OBJETIVOS ... 13
OBJETIVO GENERAL ... 13
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 13
2 MARCO TEÓRICO ... 14
2.1 ESTADO DEL ARTE... 14
2.2 MARCO CONCEPTUAL ... 16
2.2.1 CALORIMETRÍA DEL CONCRETO ... 16
2.2.2 PERFIL TÉRMICO ... 18
2.2.3 CALIDAD CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO ... 21
2.2.4 MADUREZ DEL CONCRETO ... 22
2.3 MARCO NORMATIVO ... 23
2.4 MARCO GEOGRÁFICO ... 23
2.5 GLOSARIO ... 25
3 METODOLOGÍA ... 27
3.1 OBTENCIÓN DE MATERIA PRIMA ... 27
3.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS Y GRAFICAS DE TEMPERATURA VS.
RESISTENCIA DE PENETRACIÓN. ... 28
4 PROCEDIMIENTO ... 29
4.1 LABORATORIO CALORIMETRÍA DEL CONCRETO ... 29
4.1.1 SELECCIÓN MUESTRA ... 29
4.1.2 PROCESO TOMA DE MUESTRAS ... 29
4.1.3 REGISTRO DE TEMPERATURAS DE CONCRETO ... 30
4.2 . LABORATORIO FRAGUADO DEL CONCRETO ... 38
4.2.1 TOMA DE MUESTRA ... 38
4.2.5 REGRESIÓN LOGARÍTMICA DE TIEMPOS DE FRAGUADO ... 46
4.2.6 IDENTIFICACIÓN DE FASES DE CALORIMETRÍA, FRAGUADO INICIAL Y FRAGUADO FINAL ... 48
6.2 ANÁLISIS ESTADÍSTICO ... 65
CONCLUSIONES ... 66
BIBLIOGRAFÍA ... 66
FIGURAS
Figura 1 Resistencia como función de la madurez del concreto ... 17Figura 2 Perfil térmico de dos concretos diferentes. ... 18
Figura 3 Diferencial máximo de temperatura. ... 20
Figura 4 Modelo típico de calidad característica (Resistencia vs ∆T). ... 22
Figura 5 Embalaje muestra de concreto para elaboración de perfil térmico. ... 29
Figura 6 Neveras de almacenamiento de mezcla del concreto ... 30
Figura 7 Perfil térmico, se representa la variación de temperatura debida a la generación de calor de hidratación del cementante, y el descenso de la misma se debe a que la reacción de hidratación pierde la intensidad de las primeras horas de curado. ... 33
Figura 8 Lectura de la variación de temperatura Concreto de 3000 PSI. ... 34
Figura 9 Continuación lectura de la variación de temperatura Concreto de 3000 PSI ... 35
Figura 10 se representa la variación de temperatura debida a la generación de calor de hidratación del cementante, y el descenso de la misma se debe a que la reacción de hidratación pierde la intensidad de las primeras horas de curado. ... 36
Figura 11 Determinación fase 1 ... 37
Figura 12 Determinación fase 2. ... 38
Figura 14 Toma muestra de cilindro para elaboración de la curva del tiempo de
fraguado. ... 39
Figura 15 Cilindros ensayados con la perforación de las muestras diferentes agujas. ... 40
Figura 16 Concreto finalizando el periodo de estabilidad térmica Pero no ha ocurrido el fraguado inicial. ... 40
Figura 17 Agujas para calcular la resistencia a la penetración del concreto. ... 41
Figura 18 Lectura en lbs de la resistencia a la penetración con la aguja # 2. ... 41
Figura 19 Tiempos de Fraguado Concreto de 5000 PSI ... 42
Figura 20 Gráfica resistencia a la penetración del concreto en cada instante. ... 43
Figura 21 Tiempos de Fraguado Concreto de 3000 PSI ... 44
Figura 22 Gráfica resistencia a la penetración del concreto en cada instante. ... 45
Figura 23 Log-Log mostrando la línea recta para determinar los tiempos de fraguado usando análisis de regresión Concreto de 5000 PSI. ... 52
Figura 24 Gráfica Log-Log mostrando la línea recta para determinar los tiempos de fraguado usando análisis de regresión Concreto de 3000 PSI. ... 53
Figura 25 Correlación entre la resistencia a la penetración y la temperatura a un tiempo determinado. ... 56
TABLAS
RESUMEN
El tiempo de fraguado y endurecimiento es un periodo dentro del cual se producen reacciones químicas del cemento y el agua, que llevan a un proceso, que dependiendo de las propiedades de la mezcla se produce la reacción exotérmica a diferentes velocidades de dando origen a nuevos compuestos, haciendo que el concreto se endurezca y aglutine al agregado de la mezcla, poniéndose fuerte y denso, adquiriendo de este modo consistencia y cierta resistencia, la importancia de este tiempo es la que nos permite determinar el momento en el cual se puede colocar y realizar los acabado en el concreto.
En los sistemas industrializados utilizados en la actualidad que requieren fraguados rápidos, altas resistencias a temprana edad y rápida rotación de formaletas, ya que permitirá contar con una metodología práctica, económica y de fácil aplicación, para tener un control en tiempo real para tomar decisiones acertadas relacionadas con el avance de la obra ayudando a minimizar los riesgos de agrietamiento, determinar los tiempos de retiro de formaletas y así evitar fisuración, así como también es útil en la solución de problemas en retardo de fraguado.
INTRODUCCIÓN
Hace décadas se viene estudiando la madurez del concreto, un proceso unido al incremento e temperatura del material resultado de la variación del calor que se produce durante la hidratación del cemento. Este fenómeno ocurre durante las primeras 24 horas después de producido el concreto debido a que es en este tiempo que es más alta la intensidad de la reacción.
La medición de la madurez permite conocer de forma confiable el desempeño mecánico del concreto, por lo que se hace necesario tener un control de temperatura de la mezcla durante el tiempo de curado o su respectiva edad equivalente. Estas mediciones permiten determinar si el tiempo es el indicado para desencofrar, cortar, o tensionar en los pre-esfuerzos, entre otros.
El alcance del presente proyecto es verificar la relación existente entre las fases relevantes que presenta el perfil térmico de un concreto para sistemas industrializados, obtenido en condiciones de aislamiento térmico, y los tiempos de fraguado determinados por el método estándar de resistencia a la penetración, para conocer con un alto grado de certeza, por métodos indirectos, y de fácil aplicación, el estado del proceso de fraguado del concreto
1 PRESENTACIÓN DEL PROYECTO
1.1 IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN
Actualmente en la construcción colombiana los tiempos de ejecución de obra son cada vez más cortos y exigentes, esto ha venido generando serios inconvenientes que obstaculizan el desempeño de cada actividad. El control de concreto en obra se queda corto y no es un examen completo para las mezclas recibidas en obra, solo con los asentamientos y toma de cilindros no es suficiente poder determinar de manera rápida y confiable las propiedades del concreto, sea premezclado o hecho in situ. En la actualidad los concretos industrializados se ven sometidos a cargas iniciales y condiciones extremas, y sin una información en tiempo real y al instante que permita generar acciones oportunas y sin esperar los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio, se puede generar un método de control sencillo y eficaz que permita conocer como ocurre el proceso de fraguado y resistencia inicial del concreto.
No se cuenta con un proceso óptimo que permita mejorar los tiempos de obra para realizar la respectiva fundición de concreto en cualquier actividad que se requiera, es por esto que se hace necesaria la búsqueda de alternativas que promuevan la eficiencia de los procesos dentro de los proyectos de obras civiles.
Esto para reducir costos de la disposición de formaleta, tiempo, personal y cada uno de los materiales requeridos, solventar problemas técnicos que actualmente se presentan, como lo es poder tener un concreto de excelente calidad.
1.2 JUSTIFICACIÓN
El proyecto busca hacer uso de técnicas de instrumentación y muestreo, para determinar el comportamiento del concreto en términos de sus tiempos de fraguado, el cual se podrá determinar partiendo de un perfil térmico de una muestra de concreto en condiciones de aislamiento térmico. El conocimiento del fraguado del concreto nos permitirá manejar los tiempos de ejecución en la obra, ayudando a cumplir las programaciones estimadas.
Esta optimización del proceso podrían presentar las siguientes ventajas:
No se generará inestabilidad de los elementos vaciados; igualmente, se podrá tomar correctivos en la menor brevedad de tiempo sin necesidad de conocer los resultados de resistencia a la compresión que técnicamente se obtiene a 3, 7, 14 y 28 días.
Optimizará drásticamente los tiempos actuales que se manejan en construcción que pueden llegar a ser demasiado largos.
Económicamente reduce costos de operación en la actividad de vaciado de concreto que sea requerida.
Los anteriores beneficios promueven el empleo de técnicas, procesos y procedimientos más que necesarios requeridos en la actualidad para que el sector de la construcción pueda ir avanzando y mejorando a medida que se van dando las condiciones en el mercado global de la actualidad y situaciones venideras.
1.3 OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar la correlación existente entre las fases relevantes que presenta el perfil térmico de un concreto para sistemas industrializados, obtenido en condiciones de aislamiento térmico, y los tiempos de fraguado determinados por el método estándar de resistencia a la penetración, para conocer con un alto grado de certeza, por métodos indirectos, y de fácil aplicación, el estado del proceso de fraguado del concreto.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar la construcción de una curva tiempo vs temperatura (en condiciones de aislamiento térmico) generando un perfil térmico para cada muestra representativa del tipo de concreto a ensayar, con el fin de conocer las fases del comportamiento de la muestra en cuanto a su resistencia a la penetración. Realizar la curva resistencia de penetración vs tiempo de cada muestra de
concreto recibido en obra por medio de la NTC 890.
Realizar la correlación de las curvas obtenidas determinando las fases del comportamiento del concreto.
2 MARCO TEÓRICO
2.1 ESTADO DEL ARTE
La revista Journal of Building Engineering en el año 2015 en su documento Prediction of compressive strength at early age of concrete - application of maturity, realizó una publicación acerca del estudio en la relación existente entre la madurez del concreto y la temperatura existente en la reacción del calor de hidratación, el estudio se realizó en cuatro tipos de concreto, concreto auto compactado, concreto de alta resistencia, concreto de alta resistencia con fibras sintéticas, concreto de alta resistencia con fibras metálicas, el método que analizo 4 tipos de concreto estableciendo cuatro variables de análisis y el comportamiento en los distintos tipos de concretó, el estudio utilizo una herramienta para estimar la madurez del concreto basándose en la ecuación de Arrhenius, encontrando un factor de tiempo equivalente que permitirá conocer la resistencia a edades tempranas. En el documento citan la relación entre la madurez del concreto y el perfil térmico del mismo el cual se determina por medio de mediciones de temperatura a concretos distintas prestaciones y en el cual es fundamental el tiempo de fraguado, en el estudio se estudia tiempo de fraguado en 5 horas y así analizar el concreto con un mismo nivel de madurez, el procedimiento consiste en la determinación de la temperatura del concreto, la medición del desarrollo de la resistencia a la compresión, determinación de la energía de activación y edad equivalente mediante la aplicación del concepto de madurez. [1]
resistencia del concreto respecto a la temperatura. Los estudios sirvieron a la sociedad de hormigón del reino unido para actualizar el informe de la sociedad técnica del hormigón en el año 1997. [2]
En Colombia el ingeniero civil Rodrigo N. Quimbay Herrera en el año 2011 describió la importancia y las publicaciones de las calorimetrías en el concreto y las posibles aplicaciones en el campo de la construcción en el documento: Adecuada aplicación del control térmico y de madurez del concreto (calorimetrías del concreto) en la determinación de tiempos de desmolde y descimbre en vivienda, en el documento se relaciona la presente relación entre la temperatura, la resistencia y la madurez del concreto, factores indispensables en la evaluación a edades tempranas del concreto, herramienta que permite optimizar los tiempos de ejecución tanto en sistemas industrializados como sistemas convencionales, muestras de los ensayos realizados en distintas obras de Bogotá. La instrumentación in situ de los concretos es una herramienta útil en determinación de soluciones constructivas, como en la toma de decisiones al momento de realizar reparaciones de concretos de resistencias bajas detectadas a edades tempranas. [3]
2.2 MARCO CONCEPTUAL
2.2.1 CALORIMETRÍA DEL CONCRETO
El concreto es un material que sufre variaciones de temperatura. Durante el proceso de hidratación del cemento experimenta aumentos de temperatura y es un proceso microscópico que se evidencia con mayor notoriedad en los concretos masivos.
Este fenómeno ocurre durante las primeras 24 horas después de producido el concreto debido a que es en este tiempo que es más alta la intensidad de la reacción.
Por esto, se desarrolló el método de la calorimetría, el cual permite monitorear las resistencias y verificar los tiempos de corte en juntas de construcción de pavimentos de concreto convencional y fast track, permite la supervisión de actividades de construcción de elementos prefabricados, el análisis de tiempos de tensionamiento en vigas fundidas in-situ para la construcción de puentes y viaductos y ayuda a minimizar los riesgos de agrietamiento en elementos de concreto masivo, entre otros. En los sistemas industrializados de construcción sirve con el fin de determinar los tiempos de retiro de formaletas y así evitar fisuración, así como también es útil en la solución de problemas en retardo de fraguado.
El procedimiento para estimar la resistencia del concreto por el método de la madurez está regido por la Norma Técnica Colombiana 3756, donde se define que la madurez del concreto puede expresarse como el Factor temperatura-tiempo. Sin embargo otra expresión de la madurez podría ser la edad equivalente, que se refiere al tiempo de curado equivalente a una temperatura de referencia de 20 °C. Esto indica que cuando el procedimiento de curado se realiza a temperaturas superiores a la mencionada, la edad equivalente es mayor al tiempo que indica nuestro reloj, situación que se invierte al realizar el curado a temperaturas inferiores [5].
Aunque la medición de la madurez es un mecanismo confiable para conocer el desempeño mecánico del concreto (Ver Figura 1), está limitada por la necesidad de mantener la medición de temperatura de la mezcla hasta el momento en que el tiempo equivalente de curado (o edad equivalente) corresponde con la resistencia que es- tamos esperando para tomar decisiones críticas de obra: desencofrar, cortar o tensionar cables de pre-esfuerzo, elevar un pre-fabricado, validar el cumplimiento de f’c, etc. Es por esto que, en concretos normales de resistencia especificada a 28 días, sería necesario mantener una instrumentación por varias semanas lo cual supondría un desperdicio de recursos costoso y a veces innecesario.
Figura 1 Resistencia como función de la madurez del concreto
FUENTE [6]
Por otra parte, la temperatura que experimenta un elemento de concreto es consecuencia no solo del desarrollo de calor de hidratación del cemento que contiene la mezcla; también lo es de su tamaño, geometría y de la protección a la que es sometido después del vaciado (grado de confinamiento de la formaleta y/o conductividad térmica del material con el que está fabricada, implementación de cámaras de curado autógeno, entre otras).
contenido de materiales cementantes suplementarios, relación agua-cementante; contenido y tipo de aditivos). Por lo explicado arriba, la aplicación del método de la madurez tiene sentido en operaciones de prefabricación, donde los requerimientos de resistencia deben cumplirse a edad muy temprana, el tamaño y geometría de los elementos suele ser estándar, y las condiciones de temperatura y humedad son controladas durante el colado y el proceso de fraguado (o por los menos tienden a ser estables).
Las limitaciones del método de madurez se pueden superar construyendo un perfil térmico del concreto en condiciones adiabáticas, es decir, sin pérdida ni ganancia de calor. O en términos más prácticos: si se aísla una muestra de concreto de la influencia de la temperatura ambiente, se generará un perfil térmico como el que muestra la Figura 2. Sobre el perfil térmico es posible identificar fácilmente una serie de variables que definen el real potencial del concreto sin influencia de factores externos [6].
Figura 2 Perfil térmico de dos concretos diferentes.
FUENTE [6]
2.2.2 PERFIL TÉRMICO
intensidad de las primeras horas de curado permitiendo que el calor generado se disipe.
El perfil de temperatura que describe una muestra de concreto instrumentada en condiciones de aislamiento térmico es proporcional a la huella adiabática de calor la cual por considerarse semejante a la “huella digital” de un concreto producido con ciertos materiales dosificados de acuerdo con un diseño de mezcla específico determina la reproducibilidad del tipo de concreto que se está instrumentando. La variable del perfil térmico que permite establecer tal reproducibilidad es el Diferencial máximo de temperatura (∆Tmax), el cual corresponde a la diferencia entre la Temperatura inicial (To) y la Temperatura máxima (Tmax). (Ver Figura 3) En el perfil térmico, obtenido en condiciones adiabáticas, es posible identificar fácilmente varias zonas:
Zona de estabilidad térmica (II), en la cual la tempera- tura del concreto es estable. Esta zona corresponde al tiempo de manejabilidad del concreto. Cuando el perfil térmico no muestra esta zona, quiere decir que el tiempo de manejabilidad es muy breve o que ha pasado mucho tiempo entre la fabricación del concreto y el inicio de las lecturas de temperatura (atribuible a una demora del viaje de concreto a la obra o al retraso en la toma de la muestra de calorimetría).
Zona de fraguado (III - IV), en la cual la temperatura del concreto se incrementa significativamente hasta llegar a un valor máximo. En un punto intermedio de esta zona se presenta el fraguado inicial. El fraguado final se presenta en un tiempo muy cercano al momento en el que se presenta la temperatura máxima (tiempo en Tmax). La identificación y entendimiento de esta zona permite disminuir la incertidumbre cuando los elementos estructurales presentan retardos de fraguado imputables a bajas temperaturas de curado (en la noche especialmente) o a errores de dosificación.
Figura 3 Diferencial máximo de temperatura.
FUENTE [6]
El Diferencial máximo de temperatura (∆Tmax) es directamente proporcional a la resistencia mecánica de un tipo específico de concreto producido con ciertos y determinados materiales. En otras palabras, a mayor ∆Tmax hay mayor resistencia, y viceversa. Esta correlación ha sido comprobada a través del control de decenas de miles de metros cúbicos de concreto durante más de una década. La gran ventaja de utilizar el ∆Tmax es que en la mayoría de los casos se puede obtener dentro de las primeras 24 horas posteriores a la producción del concreto, permitiendo así establecer el desempeño potencial del mismo. Esta condición hace de la medición calorimétrica un sistema oportuno para la construcción de edificios con sistemas industrializados, en los que se requiere alto grado de certidumbre para avanzar a los ritmos esperados, pues unos pocos días después de vaciados los muros y losas de un apartamento, la estructura ha avanzado varios pisos.
2.2.3 CALIDAD CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO
Con el fin de que la calorimetría del concreto pueda utilizarse como mecanismo para estimar el desempeño potencial del concreto, es necesario contar con un número estadísticamente adecuado de muestras, y realizar sobre ellas paralelamente los siguientes ensayos:
Pruebas para establecer el perfil térmico en condiciones adiabáticas, y de éste obtener el Diferencial máximo de temperatura (∆Tmax).
Ensayos representativos de resistencia, basados en la NTC 550 (Elaboración y curado de especímenes en obra) y la NTC 673 (Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros normales de concreto).
Al aplicar una serie de técnicas estadísticas apropiadas sobre los datos de calorimetría y resistencia, se obtiene un modelo de Calidad Característica que no es otra cosa que una correlación entre Diferencial máximo de temperatura (∆Tmax) y la Resistencia a diferentes edades.
En la Es importante dejar claro que cada tipo de concreto cuyo diseño de mezcla se ha realizado con unos materiales específicos debe tener un modelo de calidad característica para que pueda ser controlado por calorimetría [6].
Figura 4 se observa que en el punto donde se intersecta la línea azul
correspondiente a la resistencia mínima esperada (a 28 días en el ejemplo de la gráfica) con la línea negra que representa la resistencia especificada (f’c), se halla el ∆T crítico que constituye el criterio de aceptación o rechazo del ensayo de calorimetría. Cabe resaltar que la resistencia mínima esperada es el valor de resistencia correspondiente al décimo percentil más bajo del conjunto de datos que se están empleando para generar el modelo.
Figura 4 Modelo típico de calidad característica (Resistencia vs ∆T).
FUENTE [6]
2.2.4 MADUREZ DEL CONCRETO
temperatura, medido de la mezcla de concreto durante el periodo de curado, calcula un índice que es un indicativo de la madurez del concreto al final de ese periodo. Las funciones más comunes para el cálculo del índice de madurez son la función de la edad equivalente y la función del factor tiempo-temperatura, siendo esta ultima la más empleada debido a su simplicidad. La hipótesis del método es que dos concretos iguales con la misma madurez presentan la misma resistencia a compresión, aunque hayan estado sometidos a diferentes condiciones de exposición. Por ejemplo, un concreto curado en bajas temperaturas tardara más tiempo en alcanzar una madurez específica comparada con un concreto curado a temperaturas altas.
2.3 MARCO NORMATIVO
Determinación del tiempo de fraguado de mezclas de concreto por medio de su resistencia a la penetración - NTC 890 – 1995.
Procedimiento para estimar la resistencia del concreto por el método de la madurez - NTC 3756 – 1995.
Elaboración y curado de especímenes en obra - NTC - 550 – 2000.
Ensayo de la resistencia a la compresión de cilindros normales de concreto. NTC - 673 – 2010.
2.4 MARCO GEOGRÁFICO
El proyecto Atalaya del Tunjo es un proyecto de vivienda ubicado en el municipio de Facatativá en el departamento de Cundinamarca. Se ubica a 36 km de Bogotá, sobre la carretera Bogotá-Villeta-honda-Medellín. Es la segunda ciudad del departamento de Cundinamarca con mayor población en la cabecera urbana (solo detrás de Soacha) y la tercera en población total debido al crecimiento del área metropolitana de la ciudad de Bogotá este municipio se ha convertido en una opción viable para buscar vivienda.
Figura 5 Vista desde aérea (desde torre grúa) del proyecto.
FUENTE EL AUTOR
Figura 6 Vista desde aérea (desde torre grúa) del acero de los muros.
FUENTE EL AUTOR
En cuanto a las condiciones climáticas referentes en la ubicación de la obra y que influyeron directamente en la ejecución del proyecto, se encuentra en un clima frío que tiene como temperatura media anual los 14 °C [1]. Dichas condiciones climáticas varían a lo largo del día, en las horas de la mañana y la noche se puede tener temperaturas de 8 °C y alrededor del medio día es el momento en el cual la temperatura ronda los 20 °C. Estas variaciones de temperatura terminan afectando el comportamiento del concreto.
2.5 GLOSARIO
Calorimetría: mide el calor en una reacción química o un cambio de estado usando un instrumento llamado calorímetro. Pero también se puede emplear un modo indirecto calculando el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno [9].
Compuesto: Sustancia pura que contiene más de un elemento.
Concreto: Es una mezcla de cemento, agua, arena y grava que se endurece o fragua espontáneamente en contacto con el aire o por transformación química interna hasta lograr consistencia pétrea [10].
Endurecimiento: Es el resultado de reacciones químicas de hidratación entre los componentes del cemento [11].
Fraguado: Es el proceso de endurecimiento y pérdida de plasticidad del hormigón (o mortero de cemento), producido por la desecación y recristalización de los hidróxidos metálicos — procedentes de la reacción química del agua de amasado— con los óxidos metálicos presentes en el clínker que compone el cemento [12].
Reacción exotérmica: Es aquella reacción donde se libera calor, esto significa que la energía de las moléculas de los productos es menor que la energía de las moléculas de los reaccionantes [13].
3 METODOLOGÍA
El procedimiento para la realización del proyecto se realizó en tres fases donde se determinó la ubicación, las materias primas y se escogieron los laboratorios a realizar, los laboratorios se elaboraron bajo el método de ensayo y error. El proyecto es un desarrollo experimental, realizando un análisis de resultado por medio del estudio de graficas obtenidas y elaboración de patrones.
3.1 OBTENCIÓN DE MATERIA PRIMA
Para definir el tipo materia prima a utilizar se buscó un material de fácil acceso que contara con las especificaciones técnicas necesarias para conservar una homogeneidad en el insumo y evitar obtener resultados dispersos. La concretera Cemex Colombia es una empresa con el manejo de productos de alta calidad, la Obra escogida para el estudio cuenta con el suministro de concretos de diferentes tipos provenientes de concretos. El concreto escogido para los ensayos es el concreto industrializado de dos referencias: El primero es concreto SIUF 5000 Psi, es un concreto súper fluido con una muy baja consistencia y asentamientos medidos por el ensayo de expansión de 60-65 cm, el segundo insumo es el concreto OUTINORD 3000 Psi de consistencia normal con asentamientos entre 4” y 5”. Los dos concretos presentan características diferentes realizando un análisis de resultados completo con muestras similares.
3.2 LABORATORIO DE CALORIMETRÍA Y RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN
muestras para cada referencia de concreto, obteniendo 60 graficas que permitieron el posterior análisis físico y estadístico del fraguado.
3.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS Y GRAFICAS DE TEMPERATURA VS. RESISTENCIA DE PENETRACIÓN.
4 PROCEDIMIENTO
4.1 LABORATORIO CALORIMETRÍA DEL CONCRETO
4.1.1 SELECCIÓN MUESTRA
En el proceso de selección de muestras inicia con el embalaje de muestras para cada uno de los respectivos laboratorios que se realizan simultáneamente.
Para elaborar el perfil térmico es necesario empacar la mezcla de concreto en un recipiente donde no pierda humedad y esté en condiciones ideales de temperatura para que la termocupla no obtenga datos de la temperatura influenciadas por factores externos. A continuación se realiza la toma de la muestra en un cilindro metálico de 6”, para controlar la temperatura de este se deja una termocupla en este ensayo para analizar las variaciones de temperatura.
4.1.2 PROCESO TOMA DE MUESTRAS
Se realiza la toma de muestras en un polietileno que evita que se pierda la humedad del concreto y se introduce en un recipiente que permita conservar la temperatura de la reacción.
Figura 7 Embalaje muestra de concreto para elaboración de perfil térmico.
Figura 8 Neveras de almacenamiento de mezcla del concreto
FUENTE EL AUTOR
4.1.3 REGISTRO DE TEMPERATURAS DE CONCRETO
4.1.3.1 CONCRETO DE 5000 PSI
Tabla 1 Lectura de la variación de temperatura Concreto de 5000 PSI.
Lectura Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Ensayo 4 Ensayo 5 Ensayo 6 Ensayo 8 Ensayo 11 Ensayo 12 Ensayo 20
0 32,17 28,53 30,81 28,09 30,49
0,25 26,67 29,76 29,17 32,54 29,54 30,49 28,76 31,11 28,17 30,69
0,5 26,86 30,15 29,39 32,54 29,74 30,69 28,85 31,25 28,09 30,82
0,75 27,13 30,45 29,43 32,59 29,90 30,82 29,03 31,18 28,32 30,95
1 27,39 30,42 29,50 32,94 30,06 30,95 29,30 31,38 28,75 31,21
1,25 27,57 30,62 29,75 33,25 30,30 31,21 29,44 31,37 29,55 31,48
1,5 27,70 31,09 29,69 33,67 30,54 31,48 29,62 31,94 29,49 31,66
1,75 28,16 31,15 29,88 33,95 30,79 31,66 29,96 32,14 30,38 31,87
2 28,40 31,31 29,93 34,36 31,00 31,87 30,16 32,07 31,18 32,19
2,25 28,80 31,43 30,05 35,10 31,35 32,19 30,43 31,97 31,73 32,55
2,5 29,16 31,70 30,22 35,74 31,71 32,55 30,87 32,03 32,99 33,12
2,75 29,60 31,93 30,45 36,98 32,24 33,12 31,38 32,66 34,31 33,58
3 30,29 32,21 30,68 37,84 32,76 33,58 32,13 33,03 35,47 34,26
3,25 30,96 32,62 30,98 39,19 33,44 34,26 32,93 33,36 37,38 35,02
3,5 31,81 33,03 31,21 40,82 34,22 35,02 33,89 33,91 39,45 36,01
3,75 32,81 33,68 31,73 42,63 35,21 36,01 35,14 34,47 41,22 37,14
4 33,85 34,31 32,21 44,90 36,32 37,14 36,62 35,13 43,51 38,59
4,25 35,04 35,17 32,71 47,89 37,70 38,59 38,48 36,01 44,90 40,08
4,5 36,42 36,26 33,52 50,45 39,16 40,08 40,59 37,00 46,18 41,40
4,75 37,91 37,50 34,29 52,40 40,53 41,40 43,07 38,16 47,43 42,81
Tabla 2 Continuación lectura de la variación de temperatura Concreto de 5000 PSI.
Lectura Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Ensayo 4 Ensayo 5 Ensayo 6 Ensayo 8 Ensayo 11 Ensayo 12 Ensayo 20
5 39,59 39,08 35,28 54,06 42,00 42,81 45,51 39,43 48,52 44,20
5,25 41,47 40,76 36,39 55,44 43,52 44,20 47,48 40,99 49,63 45,75
5,5 43,41 42,95 37,58 56,73 45,17 45,75 49,21 42,65 50,42 47,45
5,75 45,37 45,46 38,94 57,94 46,93 47,45 50,75 44,48 51,12 49,29
6 47,09 48,17 40,55 59,15 48,74 49,29 52,20 46,15 52,10 50,97
6,25 48,62 50,51 42,16 60,24 50,38 50,97 53,56 47,70 53,14 52,55
6,5 49,77 52,57 43,94 61,15 51,86 52,55 54,80 49,11 53,81 54,02
6,75 50,74 54,29 45,75 62,02 53,20 54,02 56,00 50,45 54,79 55,31
7 51,69 55,88 47,35 62,71 54,41 55,31 57,17 51,47 55,34 56,47
7,25 52,40 57,32 48,82 63,27 55,45 56,47 58,19 52,52 55,73 57,51
7,5 53,15 58,58 50,11 63,85 56,42 57,51 59,14 53,41 56,09 58,45
7,75 53,86 59,91 51,29 64,15 57,30 58,45 59,75 54,39 56,48 59,24
8 54,39 60,89 52,35 64,49 58,03 59,24 60,40 55,16 57,36 60,03
8,25 54,98 61,86 53,35 64,87 58,77 60,03 60,93 55,78 57,37 60,63
8,5 55,44 62,65 54,13 65,10 59,33 60,63 61,32 56,58 57,85 61,21
8,75 55,79 63,26 55,08 65,30 59,86 61,21 61,62 57,18 58,03 61,65
9 56,18 63,75 55,85 65,35 61,65 61,87 57,56 58,17 62,09
9,25 56,45 64,28 56,54 65,44 62,09 62,11 58,14 58,45 62,44
9,5 56,65 64,55 57,25 65,52 62,44 62,25 58,47 58,68 62,74
9,75 64,92 57,78 65,53 62,74 62,47 58,73 58,87 62,97
10 65,16 58,20 65,56 62,97 62,50 59,05 58,47 63,16
Figura 9 Perfil térmico, se representa la variación de temperatura debida a la generación de calor de hidratación del cementante, y el descenso de la misma se debe a que la reacción de hidratación pierde la intensidad de las primeras horas de curado.
4.1.3.2 CONCRETO DE 3000 PSI
Figura 10 Lectura de la variación de temperatura Concreto de 3000 PSI.
Lectura Ensayo 7 Ensayo 9 Ensayo 10 Ensayo 13 Ensayo 14 Ensayo 15 Ensayo 16 Ensayo 17 Ensayo 18 Ensayo 19
0 25,85 28,05
0,25 28,63 29,25 27,03 28,72 27,91 27,82 25,2 28,41 28,41 28,72
0,5 28,57 29,27 27,93 29,23 28,15 28,23 25,26 28,75 28,75 29,23 0,75 28,54 29,67 27,93 30,02 28,53 28,69 25,52 29,04 29,04 30,02
1 28,52 29,43 27,73 30,66 28,93 29,31 25,66 29,09 29,09 30,66
1,25 28,59 29,49 29,03 31,44 29,32 29,95 25,76 29,64 29,64 31,44
1,5 28,6 29,49 28,57 32,3 29,78 30,65 25,94 29,74 29,74 32,3
1,75 28,75 29,52 29,03 33,25 30,23 31,34 26,09 30,14 30,14 33,25
2 28,9 29,45 29,59 34,48 30,80 32,26 26,26 30,61 30,61 34,48
2,25 29,02 30,28 29,56 35,82 31,42 33,19 26,5 31,17 31,17 35,82
2,5 29,2 30,31 30,53 37,13 32,22 34,48 26,73 31,79 31,79 37,13 2,75 29,5 30,49 31,09 37,91 32,98 35,71 26,95 32,25 32,25 37,91
3 29,85 30,84 31,41 38,52 33,70 36,68 27,35 32,66 32,66 38,52
3,25 30,16 31,09 32,1 39,06 34,28 37,48 27,65 33,10 33,10 39,06
3,5 30,57 31,39 32,73 39,61 34,75 38,04 27,99 33,58 33,58 39,61 3,75 30,78 31,84 33,46 40,14 35,21 38,44 28,46 34,06 34,06 40,14
4 31,33 32,18 34,24 40,6 35,68 38,94 28,86 34,59 34,59 40,6
4,25 31,81 32,64 35,04 41,02 36,22 39,38 29,43 35,13 35,13 41,02
4,5 32,17 33,14 35,89 41,53 36,83 39,93 30,05 35,68 35,68 41,53
4,75 32,6 33,7 36,84 41,98 37,33 40,26 30,67 36,28 36,28 41,98
Figura 11 Continuación lectura de la variación de temperatura Concreto de 3000 PSI
Lectura Ensayo 7 Ensayo 9 Ensayo 10 Ensayo 13 Ensayo 14 Ensayo 15 Ensayo 16 Ensayo 17 Ensayo 18 Ensayo 19
5 33,22 34,32 37,87 42,38 37,91 40,72 31,31 36,95 36,95 42,38
5,25 33,69 34,98 38,86 42,65 38,64 41,21 32,2 37,55 37,55 42,65
5,5 34,13 35,84 39,75 43,04 39,24 41,48 33,07 38,19 38,19 43,04 5,75 34,59 36,9 40,62 43,38 39,94 41,78 34,11 38,87 38,87 43,38
6 35,09 37,82 41,32 43,66 40,74 42,27 35,13 39,47 39,47 43,66
6,25 35,54 38,53 41,82 43,97 41,26 42,47 35,93 39,97 39,97 43,97
6,5 35,92 39,08 42,34 44,25 41,78 42,84 36,55 40,40 40,40 44,25 6,75 36,47 39,44 42,8 44,46 42,18 43,06 37,09 40,79 40,79 44,46
7 36,96 39,71 43,14 44,62 42,55 43,36 37,48 41,11 41,11 44,62
7,25 37,28 40 43,37 44,98 42,88 43,55 37,92 41,41 41,41 44,98
7,5 37,66 40,15 43,85 45,08 43,26 43,86 38,34 41,69 41,69 45,08 7,75 38,08 40,56 44,02 45,19 43,55 43,94 38,8 41,96 41,96 45,19
8 38,46 40,81 44,24 45,34 43,93 44,19 39,27 42,21 42,21 45,34
8,25 38,83 41 44,45 45,55 44,17 44,32 39,6 42,46 42,46 45,55
8,5 39,22 41,36 44,65 45,55 44,44 44,4 40,03 42,70 42,70 45,55 8,75 39,43 41,51 44,72 45,65 44,71 44,64 40,3 42,83 42,83 45,65
9 39,81 41,79 45,02 45,79 44,96 44,71 40,72 43,10 43,10 45,79
9,25 39,95 41,89 45,05 45,72 45,19 44,83 41,03 43,15 43,15 45,72
9,5 40,32 42,12 45,19 45,82 45,42 44,96 41,34 43,36 43,36 45,82 9,75 40,47 42,37 45,33 45,79 45,56 44,98 41,59 43,49 43,49 45,79
10 40,78 42,51 45,37 45,86 45,74 45 41,9 43,63 43,63 45,86
Figura 12 se representa la variación de temperatura debida a la generación de calor de hidratación del cementante, y el descenso de la misma se debe a que la reacción de hidratación pierde la intensidad de las primeras horas de curado.
Igualmente se toman dos fases de referencia mediante los cuales se tiene análisis de la variación de temperatura de la muestra, las fases se caracterizan de la siguiente manera:
Fase 1: Aumento de la temperatura un grado a partir del inicio del ensayo. Fase 2: Momento en el cual se presenta la mayor pendiente.
4.1.3.3 DETERMINACIÓN DE FASES
Figura 13 Determinación fase 1
FUENTE EL AUTOR
Figura 14 Determinación fase 2.
FUENTE EL AUTOR
Para determinar el fase 2 se realiza la observación del perfil térmico observando una constante en las gráficas, la curva presenta dos zonas, la en una la curva es ascendente de forma convexa y luego alcanza la temperatura máxima para convertirse en una curva convexa formando un punto de inflexión. El fenómeno matemático presenta un cambio en el estado del concreto, para esto se calculan las pendientes de la curva generada en el perfil térmico, y se encuentra el punto de inflexión de la gráfica calculando las pendientes, al determinar la pendiente máxima se encuentra el fase 2, se realiza el registro de la temperatura y los tiempos.
4.2 . LABORATORIO FRAGUADO DEL CONCRETO
4.2.1 TOMA DE MUESTRA
enrasa con una llana metálica para que la superficie de contacto con la aguja sea lisa.
Figura 15 Cilindro para elaboración de la curva del tiempo de fraguado.
FUENTE EL AUTOR
4.2.2 PROCEDIMIENTO
Aparato de Vicat en el minuto 200 después de la mezcla del concreto y montada la aguja # 1 de 645 mm. Se deben tomar 2 cilindros para completar el ensayo.
Figura 16 Toma muestra de cilindro para elaboración de la curva del tiempo de fraguado.
Figura 17 Cilindros ensayados con la perforación de las muestras diferentes agujas.
FUENTE EL AUTOR
Figura 18 Concreto finalizando el periodo de estabilidad térmica Pero no ha ocurrido el fraguado inicial.
4.2.3 MEDICIÓN DE RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN CON AGUJAS
Se realiza el montaje de las diferentes agujas normalizadas hasta una profundidad de 25 mm, y se realiza la repetición con la última aguja hasta que se obtengan los valores de fraguado final.
Figura 19 Agujas para calcular la resistencia a la penetración del concreto.
FUENTE EL AUTOR
Figura 20 Lectura en lbs de la resistencia a la penetración con la aguja # 2.
FUENTE EL AUTOR
4.2.4 REGISTRO DE DATOS DE FRAGUADO O MADUREZ DEL CONCRETO
4.2.4.1 CONCRETO DE 5000 PSI
Figura 21 Tiempos de Fraguado Concreto de 5000 PSI
Con la toma de datos en la tabla se realiza el montaje de la gráfica de tiempos de fraguado indicando el fraguado inicial y el fraguado final del concreto, adicionalmente se incluyen las fases relacionadas del perfil térmico.
Figura 22 Gráfica resistencia a la penetración del concreto en cada instante.
4.2.4.2 CONCRETO DE 3000 PSI
Figura 23 Tiempos de Fraguado Concreto de 3000 PSI
Figura 24 Gráfica resistencia a la penetración del concreto en cada instante.
4.2.5 REGRESIÓN LOGARÍTMICA DE TIEMPOS DE FRAGUADO
De acuerdo a la NTC 890 se debe realizar la linealización de la curva de tiempos de fraguado para obtener un comportamiento constante en el fraguado. La línea recta es obtenida a partir de los cálculos registrados mediante los cuales se obtienen los siguientes datos:
A continuación.
Tabla 3 Linealización curva tiempos de fraguado.
0,00275869 228,00 -2,559296 2,357934847 -6,03 5,56 0,00964049 258,00 -2,0159008 2,411619706 -4,86 5,82 0,02210384 288,00 -1,6555322 2,459392488 -4,07 6,05 0,19162332 318,00 -0,7175516 2,50242712 -1,80 6,26 1,18160587 348,00 0,0724726 2,541579244 0,18 6,46
1,30671708 378,00 0,1161816 2,5774918 0,30 6,64
1,66814946 408,00 0,222235 2,610660163 0,58 6,82 1,72375444 438,00 0,2364754 2,641474111 0,62 6,98 3,50311387 468,00 0,5444543 2,670245853 1,45 7,13 4,25934163 498,00 0,6293425 2,697229343 1,70 7,28 10,9069172 528,00 1,037702 2,722633923 2,83 7,41 15,7167482 558,00 1,1963627 2,746634199 3,29 7,54 25,4670818 588,00 1,4059792 2,769377326 3,89 7,67 29,9432829 618,00 1,4762994 2,790988475 4,12 7,79
FUENTE EL AUTOR
4.2.5.1 Calculo de la pendiente
4.2.5.2 Calculo de la ecuación de la recta.
La ecuación de la recta es
RP = Resistencia a la penetración
t = Tiempo transcurrido, y el coeficiente de correlación es 0,999
Para obtener los tiempos de fraguado, la ecuación es reescrita como:
Para el tiempo de fraguado inicial se sustituye el valor 3.5 para RP:
Por lo tanto
Para el tiempo de fraguado final se sustituye el valor 27.6 para RP:
Por lo tanto
4.2.6 IDENTIFICACIÓN DE FASES DE CALORIMETRÍA, FRAGUADO INICIAL Y FRAGUADO FINAL
4.2.6.1 CONCRETO 5000 PSI
Tabla 4 Calculo de la resistencia a la penetración de los fraguados y fases Concreto de 5000 PSI.
Tabla 5 Continuación cálculo de la resistencia a la penetración de los fraguados y fases Concreto de 5000 PSI.
Dato Ensayo 6 Ensayo 8 Ensayo 11 Ensayo 12 Ensayo 20
RP Tiempo RP Tiempo RP Tiempo RP Tiempo RP Tiempo 1 0,00306 211,66 0,00482 207,04 0,00827 234,62 0,35932 245,81 0,00298 183,52
2 0,00918 233,46 0,02341 247,5 0,02065 257 0,628 266,05 0,00964 217,1 3 0,03745 264,71 0,03315 257,43 0,03868 273,56 1,88435 310,89 0,03223 258,15 4 0,10797 290,97 0,13687 302,19 0,45852 349,94 5,15329 358,55 0,09809 302,85 5 0,91748 352,27 0,52824 352,03 2,53002 414,82 24,911 448,28 1,64034 453,67
6 2,74317 388,49 1,89056 406,62 27,8859 455,51 2,11298 470,45 7 5,54505 413,7 3,30849 433,17 4,26304 520,3 8 8,5817 430,16 5,78291 461,4 6,97842 558,42
9 13,0887 446,7 6,53358 467,81 12,0199 603,73 10 22,7918 469,39 13,8456 509,27 20,4997 651,79 11 29,8815 480,89 18,1272 525,02 22,2636 659,56
12 20,9352 533,64 29,3532 686,24
13 23,7155 541,21
14
Fraguado
Inicial 3,5 397,04 3,5 435,94 3,5 428,44 3,5 339,41 3,5 505,78 Fraguado
Final 27,6 477,49 27,6 550,57 27,6 526,26 27,6 454,84 27,6 680,21 Fase Inicial 0,16374 302 0,16671 309 0,11917 306 2,3101 320 0,12621 314
Fase Final 154,732 557 9,66748 489 39,9475 546 27,6685 455 6,60233 554
4.2.6.2 CONCRETO 3000 PSI
Tabla 6 Cálculo de la resistencia a la penetración de los fraguados y fases Concreto de 3000 PSI.
Dato Ensayo 7 Ensayo 9 Ensayo 10 Ensayo 13 Ensayo 14
RP Tiempo RP Tiempo RP Tiempo RP Tiempo RP Tiempo 1 0,01448 217,08 0,08276 204,1 0,48277 237,32 1,10347 238,04 0,15971 222,37
2 0,17215 271,87 0,58531 270,18 0,72992 248,72 1,92809 264,27 1,0648 270,98 3 0,48628 298,78 0,77363 281,2 1,07756 259,97 3,31557 292,53 2,84296 300,18 4 1,06761 320,92 1,84779 318,59 8,07555 326,76 10,1286 360,61 4,48081 314,76 5 7,38156 382,6 5,83852 375,73 19,6841 361,54 19,1837 406,45 25,3447 377,05 6 20,8518 420,47 6,67259 382,99 37,8113 389,36 19,4617 407,54 33,1142 387,71
7 21,6859 421,98 12,7891 420,44 39,4795 391,27 24,7442 426,3 34,2409 389,06 8 23,6321 425,29 15,8474 433,56 27,2464 434,06 9 32,8069 438,16 18,6276 443,73 36,1432 457,66
10 27,8024 469,95
Fraguado
Inicial 3,5 464,37 3,5 426,26 3,5 352,06 3,5 376,94 3,5 410,93 Fraguado
Final 27,6 582,39 27,6 515,95 27,6 406,65 27,6 443,54 27,6 497,65 Fase Inicial 0,04488 288 0,04503 285 1,38474 330 0,10068 285 0,08467 291
Fase Final 14,5724 543 60,7456 555 1605,44 540 33,1624 450 100,478 561
Tabla 7 Continuación cálculo de la resistencia a la penetración de los fraguados y fases Concreto de 3000 PSI.
Dato Ensayo 15 Ensayo 16 Ensayo 17 Ensayo 18 Ensayo 19
RP Tiempo RP Tiempo RP Tiempo RP Tiempo RP Tiempo 1 0,03724 222,2 0,42087 214,91 0,43813 221,17 0,41656 293,8 0,03724 222,2
2 1,81792 297,61 0,85387 240,7 0,8784 252,67 0,26167 281,52 1,81792 297,61 3 3,67476 313,77 1,95895 274,95 1,9517 294,38 0,480759 297,69 3,67476 313,77 4 5,83766 324,87 3,92827 307,37 4,13701 339,9 6,54256 378,33 5,83766 324,87 5 33,919 370,8 14,8673 380,42 15,1306 435,66 15,0133 408,31 33,919 370,8
6 38,9512 374,68 21,1994 402,67 21,069 464,16 29,2482 434,09 38,9512 374,68 7 24,6747 412,58 24,4922 477,73 32,4733 438,28
8 22,2419 405,78 22,798 471,22
9 29,1926 423,85 30,2054 497,29
Fraguado
Inicial 3,5 397,04 3,5 435,94 3,5 428,44 3,5 339,41 3,5 505,78 Fraguado
Final 27,6 477,49 27,6 550,57 27,6 526,26 27,6 454,84 27,6 680,21 Fase Inicial 0,16374 302 0,16671 309 0,11917 306 2,3101 320 0,12621 314
Fase Final 154,732 557 9,66748 489 39,9475 546 27,6685 455 6,60233 554
4.2.6.3 Grafica de tiempos de fraguado linealizada Concreto de 5000 PSI.
A continuación se realiza la grafica
Figura 25 Log-Log mostrando la línea recta para determinar los tiempos de fraguado usando análisis de regresión Concreto de 5000 PSI.
4.2.6.4 Grafica de tiempos de fraguado linealizada Concreto de 3000 PSI.
A continuación se realiza la grafica
Figura 26 Gráfica Log-Log mostrando la línea recta para determinar los tiempos de fraguado usando análisis de regresión Concreto de 3000 PSI.
FUENTE EL AUTOR
4.3 CORRELACIÓN DE LABORATORIOS DE CALORIMETRÍA Y RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN
en las Tabla 8 Relación entre la resistencia a la penetración y la temperatura concreto de
4.3.1 CONCRETO DE 5000 PSI
Tabla 8 Relación entre la resistencia a la penetración y la temperatura concreto de 5000 PSI.
Tabla 9 Continuación relación entre la resistencia a la penetración y la temperatura concreto de 5000 PSI.
Dato Ensayo 6 Ensayo 8 Ensayo 11 Ensayo 12 Ensayo 20
RP Temp. RP Temp. RP Temp. RP Temp. RP Temp.
1 0,003065 30,54 0,004828 28,85262 0,008276 31,18 0,35932 28,26 0,00964 30,88 2 0,009181 30,78 0,023413 29,32702 0,020658 31,37 0,628009 28,78 0,032235 31,52 3 0,037454 31,15 0,033156 29,40669 0,038682 31,73 1,884353 30,43 0,098093 32,23 4 0,107978 31,58 0,136874 30,10914 0,458527 32,49 5,153299 33,29 1,640347 41,63
5 0,917482 32,9 0,528247 31,41508 2,530027 34,5 24,91103 44,01 2,112989 43,23 6 2,743179 34,29 1,890569 34,77476 27,8859 44,48 4,263049 48,5 7 5,545052 35,73 3,308496 37,32779 6,978425 52,81 8 8,581702 36,93 5,782918 41,34984 12,01994 56,68
9 13,08879 38,46 6,533585 42,54294 20,4997 59,55 10 22,79186 40,64 13,84564 48,56567 22,26362 59,96 11 29,8815 41,67 18,12722 50,13588 29,35325 61,04
12 20,93528 51,0207
13 23,71552 51,73722
14 27,78303 52,68191
Fraguado
Inicial 3,5 34,72 3,5 37,85 3,5 35,11 3,5 31,71 3,5 46,77 Fraguado
Final 27,6 41,35 27,6 52,64 27,6 43,54 27,6 44,42 27,6 60,79 Fase Inicial 0,163746 31,66 0,166718 29,96 0,12 32,14 2,31 30,38 0,13 31,87
Fase Final 154,7323 49,29 9,66748 43,07 39,95 44,48 27,67 43,51 6,6 49,29
Se realizó la construcción de la gráfica de correlación del perfil térmico del concreto y la resistencia a la penetración, relacionando los tiempos en los que ocurrían los diferentes procesos.
Figura 27 Correlación entre la resistencia a la penetración y la temperatura a un tiempo determinado.
FUENTE EL AUTOR
4.3.2 CONCRETO 3000 PSI.
Figura 28 correlación entre la resistencia a la penetración y la temperatura a un tiempo determinado Concreto de 3000 PSI.
5 CALCULO ESTADÍSTICO
5.1 CONCRETO DE -5000 PSI
Paso 1 : Calcular ∑Y, (∑Y)² y ∑ (Y)²
“∑” es el signo de sumatorio y significa simplemente sumar, todos los valores de las variables a la que antecede. "Y" es el símbolo que representa cada uno de los valores medidos.
Para cada tratamiento se calculará:
La suma de todas las observaciones hechas bajo el tratamiento en cuestión, ∑Y.
El cuadrado de esta suma, (∑Y)², multiplicando el valor ∑Ypor sí mismo. La suma de los valores de todas las observaciones hechas bajo el
tratamiento en cuestión, cada una elevada al cuadrado, ∑ (Y)²
Ensayo
Paso 2: Calcular T, T² y la suma de todas las observaciones al cuadrado, S. T, el gran total, es la suma de todas las observaciones hechas a lo largo del
Experimento, independientemente del nivel de tratamiento. Su valor se obtiene sumando los valores ∑Y de todos los tratamientos.
S, la suma de todas las observaciones, cada una elevada al cuadrado, se obtiene sumando los valores ∑ (Y)² de todos los tratamientos.
T 643,96 S 21000,58
T² 414688,4
Paso 3: Calcular las sumas de cuadrados, SCI, SCT y SCE
Las sumas de los cuadrados se obtienen de la siguiente forma: Calcular los valores intermedios A y B.
A se obtiene dividiendo, para cada tratamiento, el valor ∑ (Y)² por el número n de observaciones hechas a este nivel de tratamiento y sumando los resultados así obtenidos.
A = 20811,38
B se obtiene dividiendo T² por el número total N de observaciones hechas en el Experimento.
B = 20734,42
Calcular la suma de los cuadrados.
SCI es la suma de los cuadrados relativa al efecto de los tratamientos y se obtiene restando B de A.
SCI = A-B SCI = 76,95
SCT = 266,16
SCE es la suma de los cuadrados relativa al efecto de los errores y corresponde a la diferencia entre la suma de los cuadrados total y la relativa al efecto de los tratamientos.
SCE = SCT-SCI SCE = 189,21
Paso 4: Calcular las medias cuadráticas MCI y MCE
MCI es la media cuadrática de las diferencias entre las observaciones debidas a los tratamientos y se obtiene aplicando la fórmula:
MCI = SCI/(t-1) (t = número de tratamientos del Experimento) MCI = 76,957
MCE es la media cuadrática de las diferencias entre las observaciones debidas a los errores y se obtiene aplicando la fórmula:
MCE = SCE/(N-t). (N = número total de observaciones hechas en el Experimento y t= número de tratamientos).
MCE = 10,51
Paso 5: Calcular el Valor de Contraste, Fc
El Valor de Contraste representa la relación entre la variación media (cuadrática) de las diferencias entre las observaciones debida a los tratamientos, y la variación media (cuadrática) debida a los errores.
Se calcula dividiendo MCI por MCE. Fc = MCI/MCE
Fc = 7,32
Nivel de Confianza: 95,59%
5.2 CONCRETO DE 3000 PSI
Paso 1 : Calcular ∑Y, (∑Y)² y ∑ (Y)²
Ensayo
7 9 10 13 14 15 16 17 18 19
Temperatura Fraguado
Inicial 36,6 33,9 30,6 38,0 35,0 34,7 37,9 35,1 31,7 46,8 Temperatura Fraguado
Final 49,8 41,6 31,8 46,6 42,9 41,4 52,6 43,5 44,4 60,8
∑ Y (∑ Y)² ∑ (Y)²
360,32 129828,1 13162,34 455,44 207421,5 21279,05
Paso 2: Calcular T, T² y la suma de todas las observaciones al cuadrado, S.
T 815,75 S 34441,39
T² 665451,8
Paso 3: Calcular las sumas de cuadrados, SCI, SCT y SCE
A = 33724,97
Calcular la suma de los cuadrados.
SCI = A-B SCI = 452,38 SCT = S-B SCT = 1168,8
SCE = SCT-SCI SCE = 716,42
Paso 4: Calcular las medias cuadráticas MCI y MCE
MCI = SCI/(t-1) (t = número de tratamientos del Experimento) MCI = 452,38
MCE = SCE/(N-t). (N = número total de observaciones hechas en el Experimento y t= número de tratamientos).
MCE = 39,8
Paso 5: Calcular el Valor de Contraste, Fc
Fc = MCI/MCE Fc = 11,36
6 ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS MATEMÁTICOS
En el análisis de datos se realizó la observación inicial del comportamiento del concreto y se analizó la gráfica del perfil térmico observando una relación entre el comportamiento físico y el comportamiento de la gráfica generada. Inicialmente el concreto presenta una estabilidad térmica la caula se observa físicamente con un tiempo de manejabilidad, en un instante de tiempo inicia un proceso acelerado de fraguado pues en un corto lapso de tiempo el concreto pasa de un estado a manejable a un estado de fraguado y endurecimiento extremo. Estos fenómenos se representan gráficamente en el perfil térmico con el inicio de una curva suavizada que tiende a una recta con una mínima pendiente, a continuación la curva inicia su cambio de pendiente en una trazo convexo hasta un punto de inflexión y el inicio del tramo cóncavo concluyendo con trazo en descenso.
Para puntualizar los efectos de la relación entre el fraguado y el perfil térmico generamos la hipótesis de dos fases de comportamiento del concreto los cuales se tomaron del análisis físico y matemático de los resultados de la siguiente forma:
1) Fase 1: En la observación del periodo de manejabilidad del concreto se observan valores similares en la temperatura o el tiempo donde la generación de calor de hidratación del concreto no ha iniciado su incremento acelerado. En la toma de datos se observa que los datos iniciales son similares se plantea la hipótesis que en el momento que la temperatura aumenta un grado será el fase 1, y se espera demostrar que en este instante inicia el fraguado del concreto.
2) Fase 2: En el instante donde la curva generada en el perfil térmico inicia su proceso de desaceleración en el incremento de temperatura o el punto de inflexión de la gráfica donde la pendiente es máxima se definirá como el fase 2, donde se plantea demostrar que ocurre el fraguado final.
y el fraguado pero siempre un instante de tiempo después de la marca de fase inicial. En el análisis con el fase 2 no se presentan estadísticas que puedan establecer una relación entre el fase 2 y el fraguado final el fase 2 acurre ya con el concreto fraguado y aunque puede presentar un fase importante para el análisis del concreto no presenta una información valiosa para el fraguado que es el punto de análisis.
En el análisis entre la resistencia a dos tipos de concreto de diferente resistencias de 3000 psi y 5000 psi se observan una variación de datos en cuanto a tiempo, temperatura y resistencia a la penetración, Si están entre un rango de valores aproximados para los cuales usaremos la estadística aplicada a experimentos de laboratorios en cuanto al análisis de varianza y determinar tendencias en cuanto a los fraguados y el delta de temperatura del fraguado inicial y final.
6.2 ANÁLISIS ESTADÍSTICO
CONCLUSIONES
El desarrollo del presente proyecto hace parte de una investigación experimental que cuenta con un total de 10 muestras por cada clase de concreto analizada, estas no son suficientemente representativas para un análisis estadístico, es necesario realizar 30 muestras por cada clase de concreto como está definido por el título C de la Norma sismo resistente (NSR 10).
A partir de la elaboración de los perfiles térmicos realizados para cada uno de los ensayos, se concluye que en las muestras analizadas el fraguado inicial ocurre después de la fase 1 del perfil térmico, que indica el incremento de la temperatura en un grado. En el fraguado final no hay ninguna relación con la fase 2 del perfil térmico, fase que muestra el punto donde se encuentra la mayor pendiente de la gráfica del perfil térmico, en el periodo donde se incrementa la temperatura y ocurre el fraguado del concreto.
En la comparación realizada entre las fases del perfil térmico del concreto con los tiempos del fraguado estimados por la NTC 890, se encontró que la variación de temperatura del concreto que ocurre entre el fraguado inicial y final depende de la resistencia del mismo, para concretos de 3000 psi la diferencia de temperatura es de 5 grados, para concretos de 5000 psi es 11 grados, para altas la resistencia de diseño del concreto, el valor del diferencial de temperatura entre el fraguado inicial y final será mayor, para bajas resistencias de diseño del concreto, el valor del diferencial de temperatura entre el fraguado inicial y final será menor.
En la correlación grafica entre los tiempos de fraguado y el perfil térmico del concreto, representada en la gráfica resistencia a la penetración y temperatura, se observó que los concretos que presentaron un incremento bajo (entre 6° a 8°) de temperatura entre fraguados inicial y final tuvieron un tiempo de fraguado corto (75 a 78 min), y se concluyó que para disminuir los tiempos de ejecución en las obras es necesario evitar incrementos bruscos de la temperatura del concreto.
con un muestreo aceptado por la norma colombiana, identificando el comportamiento del fraguado del concreto según su resistencia a partir del perfil térmico. No es posible evaluar un concreto con distintas resistencias de diseño.
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