5. ENSAYO Y EMPLEO DE MATERIALES

5.1 Ensayo de compresión
5.2 Ensayo de consistencia
5.3 Toma de una muestra de cemento
5.4 Ensayo y empleo de la arena
5.5 Relación agua-cemento (en peso)
5.6 Relación cemento-arena (en peso)
5.7 Ensayos complementarios

El ensayo y empleo de materiales es una parte fundamental de su integridad y permite que todas las partes interesadas en la fabricación de embarcaciones de ferrocemento se muestren satisfecha de los resultados. Existen dos grupos de ensayos. El primero se refiere a las condiciones exigidas en la producción diaria y puede realizarse normalmente en el propio taller (véase la sección 6.1-6.6). El segundo grupo son los ensayos más exigentes para atender a las prescripciones de las sociedades de clasificación y también la investigación detallada que se querrá hacer de un determinado tipo de construcción antes de iniciar los trabajos (véase la sección 5.7).

A los efectos del presente documento nos concentraremos en el primer grupo ya que las prescripciones de las sociedades de clasificación varían de una a otra. En la mayor parte de los casos se dispondrá de datos sobre el proyecto y la resistencia de materiales suficientes para poder decidir que el método y tipo de construcción elegido es apropiado para la embarcación.

Figura 6 Gráfico granulométrico

5.1 Ensayo de compresión

El ensayo de compresión se realiza con muestras en forma de cubo o cilíndricas tomadas de una muestra representativa de las mezclas durante el moldeo del casco de ferrocemento, y cualquiera de la sección que se moldee en otro día. Las dimensiones de los cubos o cilindros serán estipuladas por los organismos locales de ensayo.

Cubos de ensayo

Los moldes para fabricar los cubos de ensayo serán de acero o hierro fundido, con la superficies interiores paralelas entre sí y terminadas a máquina. No deben utilizarse moldes de madera. Cada molde debe tener una placa de base metálica con una superficie plana que aguante el molde e impida las fugas. Es esencial mantener el molde y la placa de base limpios y ambos deben lubricarse ligeramente par impedir que el mortero se adhiera a los lados. No debe ejercerse un esfuerzo excesivo al juntar los lados.

El cubo, de 100 mm de lado, debe llenarse en tres capas procedentes de tres mezclas distintas. Cada capa debe apisonarse por lo menos 25 veces con una barra de acero de 600 mm de longitud que tenga en su extremo una cara constituida por un cuadrado de 16 mm de lado y cuyo peso se ajuste a la norma local. La superficie del cubo debe quedar lisa.

Hay varias instituciones, como por ejemplo universidades, escuelas de ingenieros, etc., que en circunstancias normales dispondrán de instalaciones para llevar a cabo los ensayos.

Por lo común se producen seis cubos por moldeo y se envían dos de ellos para someterlos a ensayo a los 7, 28 y 96 días del moldeo. La experiencia indica que los resultados mínimos obtenidos deberían ser del siguiente orden:

	1b/in2	kg/cm2
7 días	4500	315
28 días	5500	387
96 días	6000	422

En el Reino Unido, a lo largo de muchos moldeos y utilizando cubos de 150 mm, los resultados fueron superiores a:

	1b/in2	kg/cm2
7 días	6000	422
28 días	7500	527
96 días	9000	633

Las sociedades de clasificación tienen sus propios procedimientos y prescripciones mínimas de resistencia.

Las probetas deben curarse a una temperatura no inferior a 10ºC y de la misma manera que se cura el casco y durante el mismo tiempo. Las probetas deben llevarse al laboratorio de ensayo el séptimo y vigesimoctavo día después de su toma y envueltas en un trapo de arpillera humedecida o similar.

Los datos de los ensayos de los tubos deben irse anotando sucesivamente en el expediente correspondiente a la embarcación de que se trate (véase la figura 7) como referencia de los datos de resistencia según los distintos moldeos.

5.2 Ensayo de consistencia

Este ensayo se realiza para medir la consistencia de la mezcla. La variación de los valores de la consistencia obtenida indica la variación del contenido de agua o de las proporciones de la mezcla, por lo que es útil para comprobar la calidad del mortero producido.

El aparato utilizado para el ensayo consiste en un molde de acero de 100 mm de diámetro en la parte superior, 200 mm en la inferior y 300 mm de altura, y se utiliza en combinación con un atacador de acero de 16 mm de diámetro y 600 mm de longitud redondeado en un extremo (estas dimensiones variarán según las normas locales). El interior del molde debe estar limpio antes de someterlo a ensayo y éste debe colocarse sobre una superficie plana y dura. Se llena el molde con cuatro capas, cada una de las cuales se compacta 25 veces con el atacador. Una vez compactada la capa superior se enrasa el nivel del mortero. Se limpia el mortero que pueda escaparse por la base del molde y éste se levanta verticalmente.

La consistencia será la diferencia entre la altura de la mezcla antes y después de haber levantado el molde. Si alguna probeta se quiebra lateralmente o se desploma debe repetirse el ensayo.

Utilizando la mezcla y la relación agua-cemento correctas antes de realizar un moldeo cualquiera, la consistencia media obtenida con varios ensayos nos dará el margen de consistencia aceptable cuando se realice el moldeo. Como la mezcla es una mezcla de mortero, la consistencia puede resultar exagerada con un pequeño aumento de la relación agua-cemento. Por lo tanto, ello resulta una referencia práctica, pero no debe convertirse en un factor predominante cuando las exigencias de la construcción impongan la plena impregnación del refuerzo durante el moldeo.

5.3 Toma de una muestra de cemento

Si existiera alguna duda acerca de la calidad del cemento adquirido, puede mandarse una muestra del mismo para someterla a ensayo, siempre que se disponga de medios para ello.

La muestra de cemento tomada para los ensayos debe ser representativa de la remesa y conviene tomarla dentro de la semana siguiente a su entrega. Debe consistir en una mezcla de 12 muestras parciales por lo menos tomadas de 12 sacos distintos de la remesa. La muestra debe pesar por lo menos 7 kg y entregarse sellada en un envase hermético, en cuyo exterior se indicarán todos los detalles pertinentes.

5.4 Ensayo y empleo de la arena

"Abultamiento" de la arena

Cuando las mezclas se especifican por volumen, se supone que la arena está seca. El volumen de un peso determinado de arena, sin embargo, variará según el contenido de humedad. Pesos iguales de arena seca o empapada tienen prácticamente el mismo volumen, pero el mismo volumen de arena húmeda puede ocupar un volumen un 40% superior. Este fenómeno se conoce con el nombre de "abultamiento".

Figura 7 Ejemplo de formulario para consignar los datos del cubo de prueba

Fecha de moldeo ...................................................				Tipo de casco .......................
Cubo No	Fecha de la prueba	Edad en la prueba	Peso del cubo	Carga de ruptura	Carga de ruptura	Observaciones sobre la fabricación y la prueba
17
17
128
128
196
196

El fenómeno puede demostrarse llenando un cajón medidor con arena seca. Si se empapa la arena con agua el nivel de aquélla bajará un poco. Cuando el cajón se llena con arena mojada y se inunda la superficie la caída del nivel será mucho mayor.

A menos que se tenga en cuenta el "abultamiento" al hacer lotes por volumen, la cantidad de arena en el mortero puede ser demasiado pequeña. Este es uno de los motivos por el que es preferible la medición por peso. El abultamiento se produce con menor frecuencia cuando se utilizan arenas finas.

Ensayo para descubrir impurezas

Los suministradores de arena suelen normalmente lavarlas para eliminar la arcilla, el cieno y otras impurezas que de encontrarse presentes en cantidades excesivas darían lugar a un mortero de baja calidad. Una orientación sobre la cantidad de arcilla y cieno presentes en la arena puede obtenerse con el ensayo de decantación. Cuando dicho ensayo arroja una cantidad excesiva indica que hay que proceder a ensayos más sensibles.

El ensayo consiste en verter unos 50 ml de una solución de sal común al 1% (aproximadamente una cucharilla de café por medio litro) en un cilindro medidor de 250 ml. La arena, en las condiciones recibidas, se agrega luego gradualmente hasta que su nivel superior llega a los 100 ml, después de lo cual se agrega más solución para que el nivel del líquido llegue a los 150 ml. A continuación se agita el cilindro vigorosamente y se deja que su contenido se deposite durante unas tres horas. Se mide el espesor de la capa de cieno y se expresa como porcentaje de la altura de la arena que queda debajo de la capa de cieno.

La cantidad de arcilla y cieno en la arena se considera aceptable si no excede del 10%.

De no disponerse de un cilindro medidor se obtendrán resultados parecidos utilizando un frasco de mermelada lleno de arena hasta una altura de 50 mm a la que se agrega la solución hasta llegar a los 75 mm, después de lo cual se deja reposar durante tres horas. El espesor de la capa de cieno en este caso no deberá ser superior a 3 mm.

Las impurezas orgánicas pueden comprobarse fácilmente llenando una botella graduada con la arena recibida hasta la altura de 115 ml y agregándole a continuación una solución al 3% de hidróxido sódico (sosa caústica), en agua hasta que el nivel del líquido tras la agitación sea de 200 ml. Este tipo de solución puede adquirirse en cualquier droguería. A continuación se cierra la botella, se agita vigorosamente y se deja reposar durante 24 horas. Si al final de dicho tiempo el color de la solución por encima de la arena es más oscuro que el color normal de la norma BS 812, o una norma local parecida, deben realizarse ensayos de laboratorio para determinar si la arena resulta aceptable.

Análisis granulométrico de la arena

Este análisis se llevará a cabo todas las veces que sea necesario para mantener la correcta granulación de la arena que va a utilizarse. La granulación de un agregado de arena para el ferrocemento se encuentra pasando una muestra representativa de la arena seca a través de una serie de tamices de la norma BS Nos. 7, 14, 25, 52, 100 (o normas locales equivalentes), empezando por el tamiz más grueso. Conviene anotar los resultados obtenidos (véase la figura 8) comparándolos con la envolvente aceptable (véase la figura 6). Esta envolvente variará ligeramente de la que se muestra en la figura según las normas de trabajo, pero el autor de estas líneas la ha utilizado durante muchos años.

Figura 8 Ejemplo de formulario para el ensayo granulométrico de la arena

Muestra No.................... Peso total de la muestra gramos			Muestra obtenida de .............
Tamiz No.	Peso retenido en cada tamiz en gramos	Peso total que pasa por el tamiz en gramos	% que pasa por cada tamiz	% Ideal
7				100
14				68-96
25				35-65
52				10-36
100				2-10
Bandeja

Observaciones:

Fecha del ensayo: ....................

Firma:- ....................

Si el tamizado se hace a mano se agita cada tamiz por separado sobre una bandeja limpia durante no menos de dos minutos. Caso de que el tamizado sea mecánico un juego de tamices debe agitarse durante 15 minutos por lo menos. El material retenido en cada tamiz, junto con todo material que se haya quitado de la rejilla, se pesa y se anota el resultado. De esta manera cabe calcular el porcentaje en peso que pasa por cada tamiz. El tamizado no será exacto si queda demasiado material en la rejilla después de su agitación.

5.5 Relación agua-cemento (en peso)

Las dos propiedades esenciales del mortero fraguado son su duración y resistencia. Ambas propiedades están estrechamente relacionadas con la densidad. En general, cuanto más compacto es el mortero más resistente y duradero será. El mortero debe ser denso para que resulte impermeable al agua y proteja los refuerzos metálicos debidamente.

La resistencia y durabilidad del mortero viene determinada por la cantidad de agua utilizada para la mezcla pero la granulación general del agregado tiene un efecto indirecto. Los agregados finos exigen más agua que los gruesos para conseguir el mismo grado de docilidad. De ello se desprende que en la práctica la granulación del agregado incide en la cantidad de agua que debe agregarse.

Se ha demostrado que la resistencia del mortero depende primordialmente de las proporciones relativas de agua y cemento. Cuanto mayor es la proporción de agua, más débil será el mortero. Hay que tener siempre en cuenta un margen para la humedad presente en la arena. He aquí una lista normal de relaciones agua-cemento:

Galones imperiales por 112 lb de cemento	litros por 50 kg	Relación agia cemento en peso
3,5	15.5	0.31
4,0	18.0	0.36
4,5	20.0	0.40
5,0	22.5	0.45
5,5	24.5	0.49
6,0	27.0	0.54

La relación agua-cemento para la construcción en ferrocemento que da la resistencia y docilidad requeridas se sitúa en la región de 0,35 - 0,45, si bien de acuerdo con las normas provisionales fijadas por la sociedad de clasificación Det Norske Veritas no debe excederse del coeficiente del 0,40.

Si debido a las condiciones locales se necesita una mezcla más trabajable tal vez sea preciso utilizar agregados para reforzar la trabajabilidad siempre que resulten adecuados (véase el párrafo 4.8).

5.6 Relación cemento-arena (en peso)

Se ha determinado que la relación cemento-arena se sitúa entre 0,4 y 0,6 para la arena seca. La experiencia ha demostrado que este valor debería acercarse a 0,6, aunque se han construido muchas embarcaciones utilizando el cociente de 0,5.

5.7 Ensayos complementarios

Para que una embarcación reúna las condiciones necesarias para su clasificación deberán realizarse con toda seguridad más ensayos. Por supuesto, muchos de estos ensayos pueden ser utilizados por el constructor para ampliar la información sobre una forma determinada de construcción que pueda entenderse aún cuando la estructura no se construya de acuerdo con las normas. Es evidente que hará falta disponer de los medios de ensayo debidos y las muestras tomadas deberán ser de las dimensiones que se ajusten al equipo de ensayo.

Pruebas de resistencia a la tracción y a la compresión de material reforzado

Pueden realizarse pruebas de la resistencia a la tracción del ferrocemento para determinar la relación entre los esfuerzos de tracción y el alargamiento.

Prueba de resistencia a la tracción de muestras no reforzadas

La resistencia a la tracción puede determinarse mediante pruebas con un "cilindro" partido utilizando un dispositivo similar al de la prueba de resistencia a la compresión. Sin embargo, la auténtica resistencia a la tracción se situará entre el 50 y el 70% de la resistencia a la tracción correspondiente a la escisión.

Pruebas de flexión con material reforzado

Pueden llevarse a cabo ensayos de flexión del ferrocemento para determinar la relación entre el momento de flexión, los esfuerzos de flexión a la tracción y el alargamiento.

Pruebas de fatiga por flexión

También pueden realizarse pruebas de fatiga por flexión tomando muestras de la construcción del casco.

Prueba de resiliencia

Puede llevarse a cabo una prueba de resiliencia utilizando paneles reforzados representativos sobre los que se deja caer un peso. El fallo se produce cuando aparece una grieta en el panel de muestra.

Deben consignarse los datos siguientes correspondientes a todas las muestras sometidas a prueba:

a) número de identificación
b) dimensiones de la muestra
c) historial de la curación y condiciones de humedad durante la prueba
d) defectos de la muestra, de existir, y edad
e) condiciones ambientales en el momento de la prueba