Influencia de la variabilidad de la resistencia del espécimen de prueba de mortero en las resistencias a la compresión y flexión de un prisma de hormigón

Materiales:

Resistencia a la compresión del mortero

El mortero se especifica por proporciones o por propiedades. El método de proporción es simplemente una receta de mortero o ciertos volúmenes de materiales cementosos y agregados combinados con agua que da una mezcla viable. La experiencia muestra que, si se sigue una receta específica, se obtiene de manera consistente un mortero con ciertas características de rendimiento. El muestreo, prueba o medición de propiedades en el laboratorio o en el campo no se requiere de un mortero especificado por la proporción.

El método de propiedad de la especificación del mortero permite la flexibilidad de construcción, pero requiere que el mortero tenga valores medios mínimos de ciertas propiedades mecánicas, incluida la resistencia a la compresión. Los valores de las propiedades mecánicas del mortero, que se comparan con los valores mínimos especificados, se determinan mediante pruebas de laboratorio de acuerdo con el requisito prescrito en ASTM C270, Especificación estándar para morteros para mampostería unitaria. Una vez que se obtienen los valores medios mínimos de las propiedades mecánicas, las cantidades de materiales cementosos y agregados utilizados en la preparación del mortero de laboratorio se convierten en proporciones volumétricas para hacer el mortero en el sitio de construcción.

Fuerza compresiva

Un mortero específico para la propiedad debe desarrollarse primero en el laboratorio, a través de un procedimiento de prueba y error, para determinar una mezcla que cumpla con la especificación de propiedad de ASTM C270. Las mezclas de prueba deben hacerse con los materiales que se utilizarán en el sitio de construcción como se especifica en las especificaciones del proyecto y se prepararán de acuerdo con las especificaciones estrictas descritas en ASTM C270. Una de estas especificaciones estrictas es que el agua se agrega para obtener un flujo de solo 110 ± 5%. La cantidad de agua para obtener dicho flujo es significativamente menor que la utilizada en la preparación del mortero en el sitio de construcción. Antes de que comience la construcción, la mezcla de mortero debe pasar por una evaluación de prueba previa a la construcción. Para las pruebas de preconstrucción, el mortero se mezcla con las cantidades volumétricas de los materiales que se utilizarán en la construcción y debe tener una consistencia similar a la del mortero de campo. Para lograr dicha consistencia en el campo, la cantidad de agua agregada es significativamente mayor que la utilizada durante el procedimiento de prueba y error del laboratorio para desarrollar una mezcla de mortero adecuada. Durante la evaluación previa a la construcción, el mortero se prueba para establecer valores de referencia para la evaluación comparativa del mortero de campo. Los valores obtenidos durante la evaluación previa a la construcción del mortero no deben compararse con los valores obtenidos durante el desarrollo de la mezcla porque, lo más importante, durante el desarrollo de la mezcla, el mortero se mezcla hasta obtener una consistencia más seca. Durante la evaluación de la construcción, el mortero se prueba para obtener valores para la comparación con los valores de referencia establecidos durante la evaluación previa a la construcción y para determinar la uniformidad del mortero de lote a lote.

Un mortero con propiedades específicas típicamente tiene tres valores diferentes de resistencias a la compresión promedio: uno obtenido durante el desarrollo de prueba y error de la mezcla según ASTM C270, uno obtenido durante la evaluación previa a la construcción y otro obtenido durante la evaluación de la construcción. Se espera que los valores obtenidos durante las evaluaciones de construcción y preconstrucción sean similares entre sí, pero significativamente más bajos que los obtenidos durante el desarrollo de la mezcla de prueba y error.

La prueba de resistencia a la compresión de muestras de mortero, como la utilizada durante el desarrollo de prueba y error de la mezcla y las evaluaciones de construcción y preconstrucción, establece una de las características del mortero endurecido. Los valores de la prueba de resistencia a la compresión del mortero de campo no son representativos de la resistencia a la compresión real del mortero en la pared de mampostería y no son apropiados para el uso en la predicción de la resistencia a la compresión que alcanzaría el mortero en la mampostería. La resistencia a la compresión medida de un espécimen de mortero moldeado es menor que la del mismo mortero en la mampostería, principalmente debido a las diferencias en el contenido de agua del mortero y la forma del espécimen. La resistencia a la compresión del mortero está influenciada por el contenido de agua del mortero en el momento del fraguado. Debido a que las muestras de mortero moldeadas no están en contacto con las unidades de mampostería de absorción y no están sujetas a otros mecanismos de pérdida de agua, tienen un mayor contenido de agua que el mortero en la mampostería. Mayor contenido de agua resulta en una menor resistencia a la compresión. El tamaño y la forma de la muestra también afectan la resistencia a la compresión. Los cilindros y los cubos presentan diferentes resistencias incluso cuando se fabrican con la misma mezcla de mortero, y el uso de cualquiera de las configuraciones de espécimen produce resistencias más bajas que las que se obtendrían si un espécimen que tenga el mismo tamaño y configuración de una junta de mortero típica pueda probarse de manera confiable. Además, el mortero en una junta de mampostería se encuentra en un estado de estrés diferente al de la probeta de cilindro o cubo analizada por su resistencia a la compresión no confinada.

Investigación previa

Como se describió anteriormente, la resistencia a la compresión medida de un espécimen de mortero moldeado es más baja que la resistencia del mismo mortero en la mampostería. Se han realizado investigaciones para tratar de determinar la resistencia a la compresión del mortero in situ. En la mayoría de los casos, sin embargo, se realizó una investigación para determinar la resistencia a la compresión del mortero en las estructuras históricas existentes, que generalmente se construyeron con morteros débiles con una resistencia a la compresión muy baja. Según el conocimiento de los autores, no se ha intentado determinar una correlación entre las resistencias a la compresión de un mortero de laboratorio y un mortero in situ debido a las dificultades asociadas con la obtención de muestras de mampostería sin perturbaciones y la falta de un procedimiento estandarizado para la prueba de tales especímenes.

Un programa piloto de investigación

El objetivo de la investigación presentada en este documento fue determinar una correlación entre las resistencias a la compresión del mortero fabricado a partir de la misma mezcla pero utilizando diferentes configuraciones de muestras. Se mezclaron varios lotes de morteros con diferente contenido de agua, y se hicieron muestras moldeadas de diferentes configuraciones para pruebas de resistencia a la compresión.

Materiales

Tanto el mortero tipo N como el tipo S se usaron en esta investigación. La mezcla de mortero premezclado se usó para hacer que todo el mortero mitigara la variabilidad de los ingredientes.

El agua tiene un papel integral en la resistencia a la compresión del mortero y es el único determinante de la fluidez. ASTM C1437, Método de prueba estándar para el flujo de mortero de cemento hidráulico, establece una prueba de flujo de mortero como medio para medir la cantidad de agua presente en la pasta de mortero. Sin embargo, el flujo rara vez está emparejado con un contenido de agua específico. En el campo, los albañiles agregan agua hasta que se alcanza la consistencia trabajable deseada. Diferentes preferencias de fluidez del mortero pueden incluso existir entre diferentes albañiles. Por lo tanto, los contenidos de agua variables se utilizaron en esta investigación para determinar el grado en que se vio afectada la resistencia a la compresión del mortero.

Procedimientos de mezcla

El mortero utilizado se preparó utilizando los procedimientos enumerados en ASTM C305, Práctica estándar para la mezcla mecánica de pastas de cemento hidráulico y morteros de consistencia plástica. Esta norma específica el aparato que se utilizará para mezclar el mortero, así como la temperatura y la humedad, y proporciona un procedimiento paso a paso. Sin embargo, la introducción del material en el recipiente de mezcla se modificó ligeramente para adaptarse al uso de mezcla de mortero embolsado en lugar de materias primas. Después de mezclar los componentes del mortero durante el tiempo especificado, se utilizó una pequeña muestra de mortero para realizar una prueba de flujo de mortero de acuerdo con la norma ASTM C1437.

Muestras de formas y tamaños

Se usaron cubos de mortero de 2 pulgadas estándar y muestras de cilindros de 2 × 4 pulgadas para las pruebas de resistencia a la compresión. De acuerdo con ASTM C780, Método de prueba estándar para la construcción previa a la construcción y evaluación de morteros para mampostería simple y reforzada, cuando se comparan las resistencias a la compresión de muestras de cubos y cilindros de la misma mezcla, la resistencia a la compresión del cilindro es aproximadamente el 85% del cubo. fuerza compresiva. La primera fase de prueba se organizó para verificar la disparidad de resistencia a la compresión entre las muestras de cubo y cilindro.

Además, los cubos curados se cortaron a espesores de aproximadamente ¼, 3⁄8, ½, 5⁄8 y 7⁄8 pulgadas. Estas rodajas de mortero también se utilizaron para pruebas de resistencia a la compresión. Los espesores utilizados en esta investigación se seleccionaron para proporcionar un rango más amplio, aunque el grosor de la junta del mortero del lecho se especifica generalmente como 3⁄8 pulgadas con una tolerancia permitida de más o menos 1⁄8 pulgadas.

Resistencia a la compresión de los cubos frente a los cilindros

Se hicieron morteros con seis variaciones de contenido de agua y se sacaron un mínimo de siete especímenes de cada lote de mortero para comparar la resistencia a la compresión de cubos y cilindros. La resistencia a la compresión de las muestras se obtuvo de acuerdo con el requisito y la metodología descritos en ASTM C109, Métodos de prueba estándar para la resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulicos. Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión de los cubos y cilindros se presentan en la Figura 1.

Los resultados muestran pequeñas discrepancias ya que la resistencia a la compresión esperada del mortero Tipo N con un flujo de 5,6 pulgadas parece ser ligeramente más baja, la resistencia a la compresión del mortero Tipo S con un flujo de 5 pulgadas parece ser ligeramente mayor y la resistencia a la compresión del cubo del mortero Tipo S con flujo de 5 pulgadas parece ser ligeramente más alto. En general, los resultados indican que a medida que aumenta el flujo, debido al aumento del contenido de agua, la resistencia a la compresión disminuye. Los resultados promedio de las pruebas indican que la resistencia a la compresión del cilindro es aproximadamente del 73% y el 65% de la resistencia a la compresión del cubo para los morteros de Tipo S y Tipo N, respectivamente. Se esperaba la menor resistencia a la compresión de los cilindros debido a su mayor relación de esbeltez y la probabilidad de un mayor número de fallas y planos de falla debido a su mayor tamaño. Si bien las proporciones son ligeramente más pequeñas que las proporcionadas en ASTM C780, los valores son similares a los obtenidos por otros investigadores (Elwell y Fu 1995, Parsekian et al. 2014).

Resistencia a la compresión de muestras de mortero fino

No existe una norma ASTM para determinar la resistencia a la compresión de las muestras de mortero extraídas de un conjunto de mampostería. Sin embargo, la prueba de perforación doble (DPT) se ha utilizado para determinar la resistencia a la compresión de las muestras de mortero delgado. El DPT determina la resistencia a la compresión de las muestras de mortero delgado mediante la compresión del área central de la muestra con varillas de acero. El DPT permite cierta simulación de confinamiento de juntas de mortero. El DPT implica el uso de dos varillas de acero afiladas en los extremos para crear una superficie de carga circular con un diámetro de inch pulgadas. Las varillas o punzones comprimen ambos lados de una capa de mortero.

Cada tipo de mortero utilizó tres variaciones del contenido de agua, y se hicieron dos lotes para cada contenido de agua. En la mayoría de los casos, los dos lotes con el mismo contenido de agua produjeron flujos de mortero casi idénticos, y se combinaron simplemente. Sin embargo, en un caso, a pesar de las mediciones cuidadosas, un lote del mortero Tipo N no produjo flujos similares, por lo que se mantuvieron separados. Se moldearon varios cubos de mortero de 2 pulgadas: algunos se probaron de acuerdo con la norma ASTM C109 y algunos se cortaron a espesores de aproximadamente ¼, 3⁄8, ½, 5⁄8 y 7⁄8 pulgadas para la prueba de doble golpe.

Los resultados de las pruebas de Double Punch se muestran en la Figura 2. Los resultados muestran claramente que el espesor de la muestra afecta la resistencia a la compresión del mortero y, para los resultados presentados en este documento, la resistencia a la compresión aumentó con la disminución del espesor. Hay un pequeño aumento en la resistencia a la compresión de las muestras de 5⁄8 pulgadas a las de 7/8 pulgadas, ya que las muestras de 7⁄8 pulgadas son más gruesas que el diámetro de la perforadora. Otra observación general es que la resistencia a la compresión aumenta con la disminución del flujo de mortero o la disminución del contenido de agua. Las pequeñas discrepancias observadas para el Tipo N se deben a las variaciones normales de las pruebas de mortero (Jessop y Langan 1979).

La Tabla muestra las resistencias a la compresión de los cubos que se probaron para comparaciones con los resultados de DPT. También se presentan las resistencias a la compresión aproximadas de un espécimen de 3⁄8 pulgadas de espesor para cada flujo de mortero; estos valores se obtuvieron a partir de la interpolación de los valores presentados en la Figura 2.

La Tabla también muestra el porcentaje de aumento en las resistencias a la compresión para muestras de mortero de cubo en comparación con una muestra de 3⁄8 pulgadas. Para todos los casos, excepto para el mortero Tipo N con un flujo de 5.1 pulgadas, la resistencia a la compresión aumentó más del doble cuando se comparó la resistencia del cubo con la resistencia típica de la muestra de mortero de 3⁄8 pulgadas.

Estos resultados tienen implicaciones significativas relacionadas con la resistencia a la compresión del mortero en un ensamblaje de mampostería. Durante la evaluación de la construcción, se prueba el mortero y se determina un valor de resistencia a la compresión. Sin embargo, el valor obtenido no debe utilizarse para hacer un juicio de la resistencia a la compresión del mortero en el conjunto de mampostería. Sin embargo, si la resistencia a la compresión del mortero en el conjunto de mampostería se compara erróneamente con la del mortero probado durante la evaluación de la construcción, los resultados de la investigación que se presentan en este documento confirman que la resistencia a la compresión del cubo de mortero estándar será significativamente menor que la resistencia a la compresión del mortero. mortero in situ. Las razones son (a) que los cubos son más gruesos, lo que produce menores resistencias a la compresión; (b) los cubos se curan en moldes no absorbentes que tienen un mayor contenido de agua y por lo tanto una menor resistencia a la compresión; y (c) los cubos se prueban bajo compresión no confinada, lo que resulta en una menor resistencia a la compresión.

Conclusiones

Las siguientes conclusiones se hacen a partir de la investigación presentada:

1. El contenido de agua afecta la resistencia a la compresión del mortero.
2. La forma del espécimen influye en la resistencia a la compresión del mortero.
3. El espesor de la muestra influye en la resistencia a la compresión del mortero.

Los resultados presentados muestran que una junta de mortero in situ de 3⁄8 pulgadas tendrán una resistencia a la compresión significativamente mayor sobre una muestra de cubo hecha del mismo mortero y probada de acuerdo con las normas prescritas de ASTM.

Agradecimientos a la revista “Estructura”, mayo 2019