Respuesta Mecanica Del Cemento

ESCUELA SUPERIOS POLITECNICA DEL LITORAL

Facultad de ingeniería en Mecánica y Ciencias de la producción

“MODELAMIENTO DE LA RESPUESTA MECANICA DEL CEMENTO PUZOLANICO MEDIANTE LA ADICCION DE ZEOLITA TIPO I Y CUADRADO AL AIRE”

TESIS DE GRADO

Previo a la obtención del titulo de:

INGENIERO MECANICO

Presentada por: XAVIER ENRIQUE FUENTE BAINER

GUAYAQUIL – ECUADOR

Año 2008 

TABLA DE CONTENIDO

Contenido

1. INTRODUCCION 6

CAPITULO 1 7

1. GENERALIDADES 7

1.1 Planteamiento del problema 7

1.1.1 Justificación 9

1.1.1.1 MENOR CALOR DE HIDRATACIÓN 10

1.1.1.2 MAYOR MANEJABILIDAD DE MEZCLAS FRESCAS 10

1.1.1.3 RESISTENCIA MODERADA A LA ACCIÓN DE LOS SULFATOS 10

1.1.1.4 IMPIDE LA ACTIVIDAD ALCALI-SILICE 10

1.1.1.5 RESISTENCIA A AGENTES AGRESIVOS 10

1.2 Hipótesis 11

1.3 OBJETIVOS 11

1.3.1 Objetivo General 11

1.3.2 Objetivo Especifico 11

1.4 Metodología 12

1.5 Estructura de la Tesis 13

2. MARCO TEORICO 14

2.1 Cemento Tipo IV 14

2.1.1 Tipos de Cemento Portland 14

2.1.1.1 Tipo I.- 14

2.1.1.2 Tipo II.- 14

2.1.1.3 Tipo III.- 14

2.1.1.4 Tipo IV.- 14

2.1.1.5 Tipo V.- 14

2.1.2 PROPIEDADES 15

2.2 Zeolita 17

2.4 Diseño Factorial 25

2.4.1 DISEÑOS FACTORIALES 25

2.4.2 TIPOS DE DISEÑOS FACTORIALES 30

2.4.2.1 Diseños factoriales con dos variables independientes 30

2.4.2.2. Diseños factoriales con más de dos variables independientes 30

2.5 APLICACIÓN DE ELEMENTOS FINITOS EN CONCRETOS 31

2.5.1 MODELOS DISCRETOS DE GRIETAS 31

2.5.2 Mecánica de la fractura elástica lineal (LEFM) 31

2.5.3 Modelo de fractura ficticia (FCM) 34

2.5.4 MODELO DE AVERIA DE LA MECANICA DEL CONTINUO 35

2.5.4.1 MODELO DE LA BANDA DE GRIETA 36

2.5.4.2 CONTINUO NO LOCAL 37

2.5.4.3 MODELO DE GRADIENTE 38

2.6 38

3.1 Diseño del Experimento 44

3.2 Materiales 44

3.2.1 PESOS Y DISPOSITIVOS DE MEDICION 44

3.2.2 VASOS GRADUADOS 44

3.2.3 MOLDES DE ESPECIMENES 45

3.2.4 MEZCLADOR, TAZON Y REMO 46

3.2.7 PALETA 46

3.2.8 CUARTO HUMEDO 46

3.2.10 TEMPERATURA Y HUMEDAD 46

3.2.10.1 TEMPERATURA 46

3.2.10.2 HUMEDAD 47

3.2.11 ESPECIMENTES DE PRUEBA 47

3.2.11.1 PREPARACION DE LOS MOLDES 47

3.3 Procedimiento 48

3.4 Cálculos Estadísticos 52

CAPITULO 4 58

4.1 MODELACION DEL COMPORTAMIENTO 58

PROCESO DE MOLIENDA 58

4.2 VALIDACION 67

CAPITULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 98

5.1 CONCLUSIONES 98

5.2 RECOMENDACIONES 99

ANEXOS. 100

BIBLIOGRAFIA 127

1. INTRODUCCION

El mejoramiento continuo de las propiedades del Cemento ha sido estudio de múltiples investigaciones, el uso de materiales locales para la elaboración del mismo posee el propósito primordial de disminuir costos de manufactura para poder competir a nivel Nacional con un producto de menor valor pero iguales propiedades mecánicas.

El cemento Portland o Cemento Tipo IV que se usa actualmente, adquiere sus propiedades mecánicas de los diferentes materiales puzolánicos que lo conforman.

Debido a que, para la elaboración del cemento se requiere de puzolanas, la obtención del mismo por parte de las empresas da un valor agregado a su proceso de elaboración, debido al costo de transportación que debe considerarse en el costo de procesamiento del cemento.

El material puzolánico que se va a usar en esta investigación es la Zeolita, el costo de la zeolita en comparación a otros materiales puzolánicos es relativamente más bajo, así que de demostrar que se alcanzan las mismas o mejores propiedades mecánicas que el cemento, se puede competir a nivel nacional con un producto de menor costo y de buena calidad.

La Zeolita Tipo 1 con la que trabajaremos es extraída de los alrededores de la ESPOL campus Prosperina, la cual se adiciona a la pasta de cemento y posteriormente se le hace un curado al aire, luego se observa en cómo se afecta la Resistencia a la compresión uniaxial de ésta mezcla a lo largo de los 28 días de experimentación.

Usando análisis estadístico a las medidas tomadas, nos ayuda a establecer un modelo matemático el cual se tiene que validar con los datos obtenidos experimentalmente para así poder determinar el porcentaje de error de nuestro experimento.

CAPITULO 1

1. GENERALIDADES

1.1 Planteamiento del problema

El cemento se invento hace 2000 años aproximadamente por los romanos de forma fortuita, al hacer fuego en un agujero recubierto de piedra, con esto ellos consiguieron deshidratar y descarbonatar parcialmente las piedras calcáreas de esa zona, convirtiéndolas en polvo que se deposito entre las piedras, al llover y con el agua dicho polvo formo una masa que unió a las piedras entre si.

En 1824 Joseph Aspdin, un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el nombre a dicha mezcla de Cemento Pórtland y patentaba un material polvoriento que amasado con agua y arena se endurecía formando un conglomerado de aspecto parecido a las piedras calizas de la isla de Pórtland. Probablemente, el material patentado por Aspdin era una caliza hidráulica.

Las investigaciones llevadas a cabo por los padres del cemento Michaelis y Le Chatelier , en 1870 y 1880 , fueron fundamentales y muy meritorias para el desarrollo de este material.

Actualmente, el cemento Pórtland ha llegado a una gran perfección y es el material industrializado de construcción de mayor consumo. Se puede decir que el cemento es el alma del hormigón, es así tanta la importancia que prácticamente este producto va mejorando en toda su producción por el bien de las obras en construcción civil.

El cemento Portland que se usa actualmente adquiere su propiedad de soportar grandes fuerzas de compresión de los materiales puzolánicos, los cuales se usan en su elaboración.

La dificultad de obtener estos materiales ocasiona un incremento en el costo de elaboración del cemento.

Los aditivos usados en la elaboración del cemento tienen la finalidad de mejorar las propiedades mecánicas del cemento, los materiales puzolánicos poseen la función de alterar la dureza del cemento.

Esta investigación se va a enfocar a un material en particular que pertenece al grupo de las puzolanas, este material es la Zeolita, la cual gracias a su estructura molecular y propiedades químicas influye de forma directa en la dureza del cemento, pero existen diferentes tipos de Zeolitas, las cuales varían en sus propiedades dependiendo del lugar de donde hayan sido extraídas.

Debido a que para la elaboración del cemento se hace uso de puzolanas, se ha comprobado que estas en ciertas proporciones ayudan a mejorar las propiedades del mismo, su obtención da un valor agregado a su proceso de elaboración, factores influyentes en su costo de venta.

El costo de la zeolita en comparación a otros materiales puzolánicos es relativamente más bajo, así que si se llegase a demostrar que se pueden alcanzar valores altos de resistencia a la compresión, se podría competir a nivel nacional con un producto de menor costo y propiedades similares o mejores.

Los factores independientes en este análisis serán el porcentaje de zeolita 1 y el tipo de curado, que en este caso será curado al aire, el factor dependiente será el Modulo de Elasticidad.

Se llevara a cabo mediante ensayos de laboratorio los que comprenden primero el curado de la mezcla Cemento tipo I +puzolana y posteriormente el ensayo de compresión.

Para obtener buenos resultados experimentalmente existirán valores que se mantendrán constantes a lo largo del experimento como la relación agua/cemento y la granulometría del material usado, esto lo estableceremos así para reducir en lo más posible variaciones en el resultado.

1.1.1 Justificación

La investigación propuesta se justifica plenamente si se considera que los resultados, encontrados a lo largo del experimento, aumentan la resistencia del cemento.

Esta investigación es muy conveniente por que utilizamos Zeolita tipo 1 extraída de una zona cercana, esta acción posee dos ventajas: primero porque se usarían recursos propios de la provincia y segundo porque se disminuiría el costo de transportar este material desde lugares más lejanos, de obtener los resultados esperados estos dos factores reducirían el costo de elaboración del cemento.

Con los resultados que se obtengan en esta investigación, contribuiremos al conocimiento del comportamiento de un 10% de Zeolita Tipo 1 y un curado al aire en la dureza del cemento.

Después de haber terminado esta investigación, se podría constatar si verdaderamente la Zeolita Tipo 1 posee una influencia directa en la dureza de la mezcla de cemento.

Este estudio y los de otras personas, podrían formar un estudio completo y especializado de las propiedades de la Zeolita Tipo 1 de esta zona.

El agregar puzolanas al cemento produce estas mejoras:

1.1.1.1 MENOR CALOR DE HIDRATACIÓN

La reacción

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