ENSAYOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN EN CEMENTOS

Comparativa de las Normas de EnsayoASTM C109/C109M-11 y UNE-EN 196-1:2005

José María Cruz OriaMaster de Ciencia y Tecnología de Nuevos Materiales. Curso 2016/2017

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MARCO NORMATIVO/LEGISLATIVO

La norma UNE-EN 196-1 es norma de referencia para las normas de especificaciones:

• UNE-EN 197-1:2011 Cemento. Parte 1: Composición, especificaciones y criterios de conformidad de los cementos comunes.

• UNE-EN 413:2011 Cementos de Albañilería. Parte 1: Composición, especificaciones y criterios de conformidad.

• UNE-EN 14216:2005 Cemento. Composición, especificaciones y criterios de conformidad de los cementos especiales de muy bajo calor de hidratación.

• UNE-EN 15368:2011 Conglomerante hidráulico para aplicaciones no estructurales. Definición, especificaciones y criterios de conformidad.

• UNE-EN 14647:2006 Cemento de Aluminato de calcio. Composición, especificaciones y criterios de conformidad.

• UNE-EN 450-1:2013 Cenizas volantes para hormigón. Parte 1: Definiciones, especificaciones y criterios de conformidad.

• UNE 80303-1:2013 Cementos con características adicionales. Parte 1: Cementos resistentes a los sulfatos.

• UNE 80303-2: 2011 Cementos con características adicionales. Parte 2: Cementos Resistentes al agua de mar

• UNE 80305:2012 Cementos Blancos.

• UNE 80307:2001 Cementos para usos especiales

La norma ASTM C109 es norma de referencia para las normas de especificaciones:

• C150 Specification for Portland Cement

• C91 Specification for Mansory Cement

• C595 Specification for Blended Hydraulic Cements

• C618 Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for use in Concrete

• C989 Specification for Slag Cement for use in Concrete and Mortars

• C1157 Performance Specification for Hydraulic Cements

• C1328 Specification for Plastic (Stucco) Cement

• C1329 Specification for Mortar Cement

PATRÓN DE ENSAYOComún a ambas normas

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+

+

Cemento

Arena

MorteroFresco

Probetasde Mortero

FACTORES CON INFLUENCIA EN LOS RESULTADOS DEL ENSAYO

• Relaciones Cemento/Agua/Arena en el mortero

• Tipo y granulometría de la arena

• Temperatura en la fase de amasado

• Método de amasado

• Forma del compactado de la pasta dentro del molde

• Temperatura y Humedad en las primeras 24 horas de curado

• Temperatura de curado

• Dimensiones de las probetas

• Velocidad de carga de la prensa

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ASTM C109/C109-11

EQUIPAMIENTO: AMASADORA

• Debe funcionar eléctricamente

• Debe Mover de dos formas diferentes la pala: movimiento planetario y giro sobre sí misma

• Debe tener dos programas de velocidades

• Constar de una pala de acero inoxidable con dimensiones y tolerancias definidas

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EQUIPAMIENTO: MOLDE

• Moldes de 2 in cúbicos o 50 mm cúbicos.

• Los moldes no deben tener más de tres compartimentos para tres probetas

• No deben desmontarse en más de dos piezas

• deben estar hechos de metal duro (>55HRB)

• El conjunto debe ser totalmente estanco

• La norma establece requisitos y tolerancias a las dimensiones, la planeidad, ángulos entre caras adyacentes, etc.

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EQUIPAMIENTO: ELEMENTOS PARA EL ENMOLDADO Y COMPACTADO

Compactado:

• Apisonadores de sección transversal de 0,5-1 in ó 13-25 mm, y de longitud 5-6 in ó 120-150 mm

• de material semejante a la goma o de madera

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Enmoldado:

• Pala como elemento de ayuda con una hoja de acero de 4-6 in ó 100-150 mm

EQUIPAMIENTO: CÁMARA HÚMEDA Y BALSAS DE CURADO

• Balsas de Curado: • deben estar construidas de

materiales que no se corroan• deben estar provistas de un sistema

de control de la temperatura9

• Cámara Húmeda: • Especie de vitrina o pequeña habitación con temperatura y

humedad controladas.• Tª entre los 73,5 ± 3,5 °F o 23,0 ± 2,0 °C• Humedad • Es necesario tener un registro de temperaturas que han de

tomarse cada 15 min.

EQUIPAMIENTO: PRENSA DE COMPRESIÓN

• Se puede usar una prensa hidráulica o de tornillo

• Puede expresar la carga máxima de forma digital o con un dial con una precisión del ±1%

• Plato superior esféricamente asentado

• Se establecen requisitos de dureza y planeidad para el dispositivo de rotura

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MATERIALES: ARENA

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Dimensiones malla cuadrada 1,180 0,600 0,425 0,300 0,150

% Rechazo 0 0 a 4 25 a 35 70 a 80 96 a 100

PROCEDIMIENTO: COMPOSICIÓN DEL MORTERO

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Relación Cemento:Arena

Relación Agua:Cemento

Cementos Portland (ASTM C150) 1:2,75 0,485

Cementos Portland con aire ocluido (ASTM C150)

1:2,75 0,460

Otros Cementos 1:2,75se necesita un ensayo

de consistencia para su determinación

PROCEDIMIENTO: AMASADO

El procedimiento de amasado debe ser el siguiente:

1. Se vierte el agua dentro del recipiente

2. Echar el cemento y comenzar el amasado haciendo un ciclo a baja velocidad durante 30 segundos.

3. Añadir la arena lentamente durante los 30s siguientes amasando a velocidad baja.

4. Parar el amasado y comenzar otro período de 30s a velocidad alta

5. Parar el amasado durante 90 s, y durante los primeros 15s limpiar las paredes del cazo de material.

6. Hacer otro ciclo de amasado durante 60s a velocidad rápida.

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Velocidades de Rotación de la amasadoraRotación (1/min) Movimiento Planetario (1/min)

Velocidad Lenta 140±5 62 aprox.Velocidad Rápida 285±10 125 aprox.

PROCEDIMIENTO: ENMOLDADO Y COMPACTADOEl método manual es el método de referencia. Se establecen condiciones para la cualificación de métodos alternativos de enmoldado y compactado., que pasan por comprar y ensayar muestras de referencia al CCRL (Cement and Concrete Reference Laboratory).

1. Se comenzará dentro de no más de dos minutos y 30 s después de completado el amasado.

2. Se pone una primera capa de pasta de aproximadamente 25mm en todos los compartimentos del molde.

3. Con el apisonador, se compactará el mortero 32 veces en 10 s. en 4 rondas.

4. Cuando el compactado de la primera capa de mortero haya concluido en todos los cubos, se rellenan los moldes con el mortero sobrante, forzando la compactación con los dedos y con el apisonador.

5. Al terminar el apisonado, la pasta de mortero en la parte superior de todos los cubos debe sobresalir ligeramente respecto a la superficie de los moldes.

6. Se nivelarán las caras superiores de los cubos. En esencia, el nivelado se hace recogiendo el mortero sobrante cuidadosamente con la paleta a ras de la superficie del molde y suavizando las protuberancias con el borde de la pala con movimientos de vaivén.

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PROCEDIMIENTO: CURADO

• Conservar las probetas entre 20 y 72 horas en la cámara húmeda justo después de terminar el enmoldado. Temperatura de 23 ± 2 °C

• Pasadas 24 horas, se puede proceder a la inmersión en las balsas

• Agua de las balsas saturada en Cal a 23 ± 3 °C

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PROCEDIMIENTO: ROTURA A COMPRESIÓN

• Las probetas deben ensayarse en cuanto se saquen de la cámara húmeda (en el caso de roturas a 24 horas) o en cuanto se saquen de las balsas (en el resto de casos).

• Velocidad de Rotura entre 900 y 1800 N/s

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Tolerancia permitida en los tiempos de roturaEdad de Rotura Tolerancia permitida

24 horas ± 30 minutos3 días ± 1 hora7 días ± 3 horas

ss28 días ± 12 horas

Registrar la carga máxima de la prensa, y calcular la resistencia máxima a Compresión de la siguiente forma:

Fm=P/Adonde, fm es la resistencia a compresión máxima en psi o MPaP es la carga total máxima de rotura en lbf o NA es el área sobre la que se ha aplicado la carga en in2 o mm2

UNE-EN 196-1:2005

EQUIPAMIENTO: AMASADORA

• Debe funcionar eléctricamente

• Debe Mover de dos formas diferentes la pala: movimiento planetario y giro sobre sí misma

• Debe tener dos programas de velocidades

• Constar de una pala de acero inoxidable con dimensiones y tolerancias definidas

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EQUIPAMIENTO: MOLDE

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• Moldes de 40x40x160 mm

• Se deben poder preparar tres probetas al mismo tiempo.

• Las piezas del molde deben estar todas identificadas para hacer el montaje siempre de la misma forma y asegurar que todas pertenezcan al mismo conjunto

• Deben estar hechos de acero (>55HV200)

• El Espesor de las paredes debe ser de al menos 10 mm

• El conjunto debe ser totalmente estanco

• La norma establece requisitos y tolerancias a las dimensiones, la planeidad, ángulos entre caras adyacentes y rugosidad.

• Para la correcta extensión de las capas de mortero dentro del molde en el proceso del enmoldado se usará una tolva y dos espátulas que controlarán el espesor de las capas de mortero.

• Se establecen dimensiones y tolerancias para las espátulas y la tolva.

EQUIPAMIENTO: ELEMENTOS PARA EL ENMOLDADO

• Consta de una mesa rectangular unida por dos brazos a un eje de rotación.

• Bajo la mesa un martinete de superficie redondeada, y bajo éste un yunque de cara plana. Existen requisitos de dureza para ambos.

• Masa de 20,0±0,5Kg para el conjunto mesa, brazos, molde vacío, tolva y sistema de fijación.

• Leva que provoca una caída libre de 15±0,3 mm

• Debe constar de un motor y dar 60 golpes en 60±3 s.

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EQUIPAMIENTO: ELEMENTOS PARA EL ENMOLDADO Y COMPACTADO

EQUIPAMIENTO: CÁMARA HÚMEDA Y BALSAS DE CURADO

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• Balsas de Curado: • Deben estar construidas de materiales que no

se corroan.• Deben estar provistas de un sistema de control

de la temperatura que asegure 20,0 ± 1,0 °C• En cada balsa se deben almacenar los

cementos de semejante composición química.

• Cámara Húmeda: • Especie de vitrina o pequeña habitación con

temperatura y humedad controladas.• Tª entre los 20,0 ± 1,0 °C y Humedad >90%• Es necesario tener un registro de temperaturas

que han de tomarse cada 15 min.

EQUIPAMIENTO: PRENSA DE COMPRESIÓN

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• Precisión del ±1% de la carga registrada

• Plato superior esféricamente asentado

• Dispositivo de rotura con platos de carburo de tungsteno o acero endurecido de mínimo HV600• dimensiones 40,0±0,1 mm

MATERIALES: ARENA

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Distribución granulométrica de la arena normalizadaDimensiones de malla cuadrada

(mm) 2,00 1,60 1,00 0,50 0,16 0,06

Rechazo (%) 0 7±5 33±5 67±5 87±5 99±1

PROCEDIMIENTO: COMPOSICIÓN DEL MORTERO

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Agua225g

Arena1.350g

Cemento450g

Relación Cemento:Arena Relación Agua:Cemento

1:3 0,500

PROCEDIMIENTO: AMASADO

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El procedimiento de amasado debe ser el siguiente:

1. Se vierte el agua y el cemento dentro del recipiente

2. Inmediatamente después de entrar en contacto el agua y el cemento, se pone en marcha la amasadora a velocidad lenta, iniciándose los tiempos de amasado.

3. Después de 30s de amasado, se añade regularmente la arena durante los 30s siguientes. Se pone la amasadora en velocidad rápida y se continúa el amasado durante otros 30s.

4. Se para la amasadora durante 90s. En los primeros 30s, se retira por medio de una espátula de goma o de plástico todo el mortero adherido a las paredes laterales y al fondeo del recipiente y se coloca en el centro de la amasadora.

5. Se continúa el amasado a velocidad rápida durante 60s.

Velocidades de Rotación de la amasadoraRotación (1/min) Movimiento Planetario (1/min)

Velocidad Lenta 140±5 62±5Velocidad Rápida 285±10 125±10

PROCEDIMIENTO: ENMOLDADO Y COMPACTADO

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Se enmoldan las probetas inmediatamente después de la preparación del mortero. El llenado de los moldes se realiza en dos tandas, de la siguiente forma:

1. Con el molde y la tolva firmemente unidos a la mesa de la compactadora, se introduce en cada molde la primera de las dos capas de mortero y se extiende usando la espátula grande.

2. A continuación se compacta la primera capa de mortero con 60 golpes con la compactadora.

3. Se introduce la segunda capa de mortero, asegurándose de que hay excedente de mortero, se iguala con la espátula pequeña, y se compacta con otros 60 golpes.

4. Se retira el molde de la mesa de sacudidas y se separa la tolva, e inmediatamente después se quita el exceso de mortero con una regla plana, manteniéndola casi vertical pero inclinada en la dirección del movimiento, con lentos movimientos transversales de sierra, una vez en cada dirección.

5. Se repite el movimiento con un ángulo más agudo hasta alisar la superficie.

PROCEDIMIENTO: CURADO

• Sin pérdida de tiempo, se coloca cada molde cubierto por una lámina de vidrio (210x185x6 mm) sobre una superficie horizontal, en la cámara húmeda a una temperatura de 20±1 °C y una humedad relativa no menor al 90%.

• El desenmoldado de las probetas para su posterior inmersión en agua debe hacerse entre 20 y 24 horas después del enmoldado.

• Una vez desmoldadas, las probetas se sumergen rápidamente en agua a 20±1 °C en las balsas adecuadas.

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PROCEDIMIENTO: ROTURA A COMPRESIÓN

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Tolerancia permitida en los tiempos de roturaEdad de Rotura Tolerancia permitida

24 horas ± 15 minutos48 horas ± 30 minutos72 horas ± 45 minutos

7 días ± 2 horas28 días o más ± 8 horas

• Las probetas deben ensayarse en cuanto se saquen de la cámara húmeda (en el caso de roturas a 24 horas) o en cuanto se saquen de las balsas (en el resto de casos).

• Las probetas de 40x40x160 mm deben romperse, antes del ensayo a compresión, en dos mitades usando un dispositivo de rotura a flexión o cualquier otro método que no dañe la probeta.

• Velocidad de Rotura entre 2400±200 N/s

PROCEDIMIENTO: EXPRESIÓN DE RESULTADOS

Se registra la carga máxima de la prensa, (Fc) y se calcula la resistencia máxima a compresión (Rc) de la siguiente forma:

Rc=Fc/1600donde, Rc es la resistencia a compresión máxima en MPaFc es la carga total máxima de rotura en N1600 es la superficie sobre la que se aplicado la carga en mm cuadrados. (40 mm x 40 mm)

DIFERENCIAS EN EQUIPAMIENTO

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ASTM C109/C109M-11 UNE-EN 196-1:2005

Amasadora - -

Moldes Moldes cúbicos de 2 in o 50 mm

Moldes prismáticos de 40x40x160 mm

Elementos para la compactación Apisonador manual de madera o goma Compactadora automática

Cámara húmeda - -

Balsas de curado - Diferentes balsas para cada tipo de cemento

Máquina de ensayo de resistencia a compresión - -

DIFERENCIAS EN MATERIALES

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ASTM C109/C109M-11 UNE-EN 196-1:2005

ArenaNaturaleza Silícea.

Granulometría más finaTª 73,5 ± 5,5 °F o 23,0 ± 3,0 °C

Naturaleza no especificada.Granulometría más gruesa

Tª 20,0 ± 2,0 °C

Cemento Tª 73,5 ± 5,5 °F o 23,0 ± 3,0 °C Tª 20,0 ± 2,0 °C

Agua Tª 73,5 ± 5,5 °F o 23,0 ± 3,0 °C Tª 20,0 ± 2,0 °C

DIFERENCIAS ENPROCEDIMIENTO

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ASTM C109/C109M-11 UNE-EN 196-1:2005

Composición del mortero

Relación Agua:Cemento

0,485 (ctos. portland)0,460 (ctos portland aire

ocluido)determinar por ensayo de

consistencia (resto de cementos)

0,5

Relación Cemento:arena 1:2,75 1:3Amasado - -

Enmoldado y compactado

Compactación manual cómo método de referencia

Compactación automática con mediante validación con muestras de referencia

Compactación automática como método de referencia

CuradoCámara Húmeda 73,5 ± 3,5 °F o 23,0 ± 2,0 °C

y H.R >95% 20,0 ± 1,0 °C y H.R >90%

Balsas de inmersión 73,5 ± 3,5 °F o 23,0 ± 2,0 °C 20,0 ± 1,0 °C

Rotura a compresión Velocidad de Rotura entre 900 y 1800 N/s

Velocidad de Rotura entre 2400±200 N/s

CORRESPONDENCIADE RESULTADOS

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A través de ensayos interlaboratorios, pueden establecerse relaciones entre las Resistencias obtenidas por la norma ASTM y por la norma UNE-EN para un mismo cemento

Las ecuaciones que mejor se aproximan son las siguientes:

RcASTM = 0.67 * RcEN + 4.46

RcEN = 1.49 * RcASTM - 6.42

“Cemento Estándar del Grupo COLACEM _ Comparación resultados de resistencia a compresión según métodos de ensayo EN y ASTM “. Ponencia en el congreso Técnico FICEM 2014.

REPETIBILIDAD Y REPRODUCIBILIDAD

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Repetibilidad y Reproducibilidad expresadas como coeficiente de variación en %

ASTM C109/C109M-11 UNE-EN 196-1:2005

Repetibilidad

Cementos Portland 3,6 % (7 días)

2,0 % (28 días)Blended Cements 3,4 % (28 días)

Cementos de Albañilería (Mansonery Cements) 7,5 % (28 días)

Reproducibilidad

Cementos Portland 6,4 % (7 días)

4,0 % (28 días) Blended Cements 7,4 % (28 días)

Cementos de Albañilería (Mansonery Cements) 12 % (28 días)

En base a lo anterior, podría concluirse que, usando la norma UNE-EN 196-1, se esperan obtener resistencias a

compresión con menor dispersión que usando la norma ASTM C109, siendo este aspecto el más importante a la hora de

comparar ambas normas de ensayo.

CONCLUSIONESAunque el patrón de ensayo es el mismo, hay variaciones sustanciales en factores fundamentales que afectan de forma importante a los resultados.

• Factores que provocarían tener resultados de resistencia a compresión mayores: • Menor relación agua:cemento• Mayor relación cemento:arena• Mayor temperatura de amasado/curado• Mayor velocidad de rotura• Granulometría de la arena más gruesa• • Mayor grado de compactación

• Se sabe que los resultados obtenidos por la ASTM C109 son menores a los obtenidos por la UNE-EN 196-1 para una misma muestra de cemento; el hecho de que la ASTM trabaje con relaciones agua:cemento más bajas, relaciones cemento:arena mayores y temperaturas de curado mayores, debería provocar que los resultados de resistencias a compresión fueran mayores que los de la norma europea, pero todos estos efectos pasan a un segundo plano frente a la granulometría de arena. La granulometría de la arena usada por la ASTM es muy fina pasando el 100% por el tamiz de 1,18 mm y parece que ello le pasa factura a la resistencia del mortero.

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GRACIAS

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