Un Aparato Barato para Probar la Resistencia del Concreto

English

He visto tanto concreto desmoronandose aquí que yo pensaba que sería una buena idea presentar unos talleres sobre la fabricación del concreto. Pero primero yo necesitaba una prueba rápida y fácil para la resistencia del concreto y un aparato barato para hacer las pruebas. No era necesario una prueba estándar absoluto sino sólo una prueba para comparar las resistencias relativas de diferentes tandas de concreto. Un desafío y una oportunidad se presentó cuando un grupo de estudiantes del noveno vino a pedir ayuda con un proyecto de ciencias. Ya que teníamos sólo dos semanas para completar el proyecto, teníamos que hacerlo con los materiales que teníamos a mano y teníamos que hacerlo en corto tiempo. La idea de concreto se miró adecaudo y podríamos presentarla como una demostración del método cientifico para probar una hipótesis.


 


 
Ésto es el aparato que improvisé de los materiales que yo tenía esparcidos en mi taller.












 

Se podía aplicar una fuerza medida a la palanca al verter cuidadosamente una cantidad medida de agua en el balde.







 

De la ley de palancas se podía calcular la fuerza aplicada a la muestra.

 



Para esta experimento hicimos una tanda de concreto de 5 partes de arena a 1 parte de cemento Portland (por volumen). Agregamos suficiente agua para hacer una mezcla plástica.








 
 

Para moldes usamos envases para yogúr de un cuarto y echamos la misma cantidad medida de la mezcla en cada envase para hacer un disco 3,5 cm de grueso y 9,5 cm de diámetro. Después de echar la mezcla, se golpeó ligeramente los envases a la mesa varias veces para asentar la mezcla.







En este experimento hubieron cuatro tratamientos y tres réplicas de cada tratamiento.

Los tratamientos fueron:

1. Secado rápido
Localmente un error común en hacer concreto es dejarlo destapado para secarlo al aire libre, incluso aveces en el pleno sol. Incluso se usa el término "secar" en vez de "curar" o "fraguar" para describir el endurecimiento del concreto. Por consiguiente para este tratamiento dejamos las muestras endurecer destapadas en los envases durante la noche y el día siguiente las sacamos y las dejamos a secar al aire libre durante la semana del curado.

2. Tapado
Raras veces la gente aquí tapa el concreto fresco para curarlo, en parte debido al costo y al esfuerzo adicional y en parte porque no se entiende la importancia de éste. En este tratamiento tapamos los evases con tapaderas ceñidas por el período del curado.

 3. Bajo agua
La creencia general es que el concreto no endurece bajo agua. Continuamente he estado frustrado cuando los trabajadores meten las palas y las cucharas en un balde de agua para dejarlas durante la noche en vez de limpiarlas porque iban a ocuparlas el día siguiente y ellos pensaban que el agua mantendría blando el concreto. En este tratamiento, después de dejar el concreto fraguar durante una hora, cuidadosamente echamos una capa de agua de 3 cm de profundidad sobre el concreto ahora firme y lo dejamos inundado por la duración del período del curado.

4. Extra agua
Una práctica común aquí es hacer una mezcla con demasiada agua. Ya que se mezcla la mayoría del concreto a mano con palas en vez de una mezcladora, es mucho más fácil revolver una mezcla líquida que una más dura. En este tratamiento usamos la misma mezcla que usamos en los otros tratamientos y agregamos más aqua para hacer una mezcla más líquida. Después de una hora, cuando el concreto ya estaba dura pero todavía tenía una capita de agua encima, agregamos una capa de agua iguál al tratamiento "bajo agua."





 

El día sigiente... 














Dejamos todas las muestras a curar por 7 días, cuando regresaron los estudiantes para probarlas. Se removió cada muestra del molde y cuidadosamente se colocó en el aparato a fin de que el perno apretó precisamente en el centro del disco.










 
Se vertió lentamente una cantidad medida de agua en el balde hasta que fracturó el disco.










 

Los estudiantes apuntaron los datos y los llevaron al colegio donde ellos hicieron los cálculos y escribieron un informe.

Pedí una copia del informe pero no se me entregaron, así que no tengo los datos para presentar aquí. Pero según las observaciones mientras hicimos las medidas, podemos sacar en conclusión el sigiente:

   1.   El concreto endurece perfectamente bien bajo agua.

   2.   Las muestras curadas bajo agua y las muestras tapadas con un sello impermeable hicieron el concreto más resistente.

   3.  Las muestras que secaron rapidamente hicieron el concreto más débil.

    4.  Agregar demasiada agua debilitó el concreto significativamente.


Ahora me gustaría repetir esta práctica con otros grupos de jovenes. (He concluido que es una perdida de tiempo hacerlo con adultos, que ya tienen sus creencias y maneras de hacer y no están abiertos a cambios.)

Hay varios otros errores que veo comúnmente que podriamos tratar en experimentos diferentes:

 a. Una mezcla sucia. Aquí la arena y la grava empleadas en hacer el concreto se sacan de los cauces de los ríos y, dependiente en cuando y donde se saca, ésta puede incluir una cantidad variable de cieno. Nunca he visto que alguien lave la arena ni probar su contenido de cieno. Cuando el transporte de agua sea difícil, frecuentement se saca el agua de una zanja o un chorro lodoso cercano. Las mezcladoras son raras aquí y lo más común es mezclar el concreto directamente sobre el suelo. Se limpia raspando un sitio para quitar el monte y basura, se apila la grava y arena allí, se echa el cemento Portland encima y se mezcla todo a mano con palas. En el proceso, cantidades significativas de tierra son agregadas a la mezcla.

Propongo un experimento con cinco tratamientos:

   1.   Agua limpia y arena lavada mezclada sobre una superficia limpia

    2.  Agua limpia y arena directa del rio mezclada sobre una superficia limpia

    3.  Agua lodosa y arena lavada mezclada sobre una superficia limpia

    4.  Agua limpia y arena lavada mezclada sobre el suelo

    5.  Agua lodosa y arena directa del río mezclada sobre el suelo

 Una mezcla pobre en cemento. Una práctica común es medir los ingredientes en paladas. Por lo tanto las proporciones de cemento, arena y grava pueden variar dependiente del contenido de la humidad y la textura de la arena y grava y del cuidado de la persona haciendo la mezcla. A causa del costo de cemento Portland, hay una tendencia a agregar un poco de arena extra para que el cemento rinda más. Se agrege extra arena también para hacer un poco más seca la mezcla si se agrege sin querer desmasiada agua.

Propongo un experimento con cuatro tratamientos:

    1.  Una mezcla de 4 partes de arena con 1 parte de cemento Portland

    2.  Una mezcla de 5 partes de arena con 1 parte de cemento Portland

    3.  Una mezcla de 6 partes de arena con 1 parte de cemento Portland

    4.  Una mezcla de 7 partes de arena con 1 parte de cemento Portland

 c. Remezclar el concreto parcialmente endurecido. La práctica usual es mezclar una bolsa entera de cemento de una vez, no obstante del tiempo requerido para usarlo. Si la mezcla se pone demasiada dura mientras se usa, se agrega más agua y se remezcla, frecuentemente varias veces durante del día. No es inusual que los trabajadores dejen un montón de mezcla endureciendo mientras almuercen. Después de regresar ellos meramente agregan agua, la remezclan y continuan a trabajar. También si un poco de concreto sobra de una tanda, meramente se mezcla el sobrante con la tanda nueva.

Propongo un experimento con cuatro tratamientos:

    1.  Poner una porción de la mezcla directamente en el molde, taparla y dejarla a curar.

    2.  Después de media hora, agregar suficiente agua para hacer la mezcla más plástica y poner otra porción en el molde, taparla y dejarla a curar.

    3.  Después de otra media hora, una segunda vez agregar más agua y poner la muestra en el molde, taparla y dejarla a curar.

    4.  Después de otra media hora, una tercera vez agregar más agua y poner la muestra en el molde, taparla y dejarla a curar.

 d. Falta de armadura. En un país pobre, el acero es caro, y a pesar el dicho "barato sale caro," mucho concreto está hecho sin reforzamiento.

Propongo un experimento con dos tratamientos:

    1.  Muestras no reforzadas

    2.  Muestras reforcadas con un disco de malla para gallinero

A Cheap Device for Testing the Strength of Concrete

español

I have seen so much crumbling concrete here that I decided that it would be a good idea to hold a couple of workshops on making concrete. But first I needed a quick and easy test for the strength of concrete and an inexpensive device to do the testing. We did not need to test to an absolute standard but simply to compare the relative strengths of different batches of concrete. A challenge and an opportunity presented itself when a group of ninth graders came to me asking for help with a science project. Since we had only two weeks in which to complete the project, it had to be done with materials that we had on hand, and it had to be something that we could do in a short time. My concrete idea seemed to fill the bill, and we could present it as a demonstration of the scientific method to test a hypothesis.

 

This is the device that I threw together from materials that I had lying around the shop.












 
A measured force could be applied to the lever by slowly pouring a measured amount of water into the bucket.

The force appled to the sample could be calculated from the law of levers

 

For this experiment, we made a single batch of concrete using 5 parts of sand to one part of Portland cement (by volume). We added enough water to mix to a plastic consistency.







 

 

For molds we used one-quart plastic yogurt containers and added the same measured amount of mix to each container to give us a disk 3.5 cm deep and 9.5 cm in diameter. After adding the mix, the containers were tapped on the table several times to firmly settle the mix.












In this experiment there were four treatments and three replications of each treatment.

 The treatments were:

1. Rapid drying
A common error locally in making concrete is to leave it uncovered to let it air dry, sometimes even in the direct sun. They even use the term "drying" instead of "curing" or "setting" to describe the hardening of concrete. Therefore, for this treatment we let the samples harden uncovered in the containers overnight, and the next day we removed them and let them air dry for the one-week curing period.

2. Covered
People here rarely cover their fresh concrete to cure it, partly because of the additional cost and effort and partly because they don't understand its importance. In this treatment, we covered the plastic containers with tight-fitting lids for the duration of the curing period.

 3. Under water
The general belief is that concrete won't harden under water. I have been continually frustrated when my workers put their shovels and trowels into a bucket of water overnight rather than cleaning them, because they are going to use them the next day and they think that the water will keep the adhering concrete soft. In this treatment, after leaving the concrete to set for an hour, we carefully poured a layer of water 3 cm deep over the top of the now firm concrete and left it covered with water for the duration of the curing period.

4. Extra water added
One of the common practices here is to make a soupy mix with far too much water. Since most of the concrete is mixed by hand with shovels rather than in a mixer, it is much easier to turn a soupy mix than a stiff one. In this treatment, we took the same mix that we used in all of the other treatments and added more water until the mix was quite liquid. After the concrete had set (but still had a little layer of water on top), we carefully added water on top as we did with the "under water" treatment.




 

The next day...

















 


All the samples were left to cure for 7 days, when the students returned to test them. Each sample was removed from the mold and carefully placed in the device so that the bolt pressed precisely in the center of each disk.














 
A measured amount of water was then slowly poured into the bucket until the disk fractured.








The students recorded the data and took them back to school, where they were to do all the calculations and write a report.

I had requested a copy of their report, but they never brought me one, so I don't have the data to present here. But based on our observations as we did the measurements, we can draw the following conclusions:
 
1.  Concrete hardens perfectly well under water.

2.  The samples cured under water and the samples covered with a waterproof seal yielded the strongest concrete.

3.  The samples that were dried quickly yielded the weakest concrete.
 
4.  Adding enough water to make a "soupy" mix significantly weakened the concrete.


I am now thinking of repeating this exercise with other youth groups. (I have come to the conclusion that it is a wasted effort to work with adults, who already have their beliefs and ways of doing things and are not open to change.)

There are several other errors that I commonly see that could be addressed in different experiments:

 a.  A dirty mix. The sand and gravel used in making concrete here is dug from river beds, and depending on when and where it was dug can carry varying loads of silt and debris. I have never seen it washed or even tested for silt content. When transport of clean water is difficult, the water used in the mix often is simply dipped from a muddy ditch or stream. Cement mixers are rare here, and most often concrete is mixed directly on the ground. A patch of ground is scraped clear of plants and debris, the sand and gravel are piled on the bare patch, a bag of Portland cement is dumped on the pile, and the whole thing is mixed by hand with shovels. In the process, significant amounts of soil are added to the mix.

I propose an experiment with five treatments:

    1.  Clean water and washed sand mixed on a clean surface

    2.  Clean water and sand dug directly from the river mixed on a clean surface

    3.  Muddy water and washed sand mixed on a clean surface

    4.  Clean water and washed sand mixed directly on the ground

    5.  Muddy water and sand dug from the riverbed mixed directly on the ground

 b. A cement poor mix. A common practice is to measure the ingredients in "paladas" (shovelfuls). The proportions of cement, sand, and gravel therefore can vary depending on the moisture content and the texture of the sand and gravel and the care of the person doing the mixing. Because of the cost of Portland cement, there is a tendency to try to make the cement go further by adding a little extra sand. Extra sand is also added to stiffen the mix if too much water is accidently added.

I propose an experiment with 4 treatments:

    1.  A mix of 4 parts of sand to 1 part of Portland cement

    2.  A mix of 5 parts of sand to 1 part of Portland cement

    3.  A mix of 6 parts of sand to 1 part of Portland cement

    4.  A mix of 7 parts of sand to 1 part of Portland cement

 c. Remixing partially hardened concrete. The usual practice is to mix a whole bag of cement at once, regardless of the time it will take to use it all up. If the mix becomes a little too stiff as it is being used, water is added and the concrete is remixed, sometimes several times throughout the day. It is not uncommon for workers to leave a pile of mix hardening while they break for lunch. Upon their return, they simply add water, remix it, and get on with their work. If a little bit of hardening concrete is left from one batch and they need another, they often just mix the old in with the new batch.

I propose an experiment with four treatments:

    1.  Put a portion of the mix directly into the molds, cover them, and leave them to cure

    2.  After a half hour, add sufficient water to make the stiffening mix plastic again, put another portion into the molds, cover them, and leave them to cure

    3.  After another half hour, add water to the mix a second time, mix it, put another portion into the molds, cover them, and leave them to cure

    4.  After another half hour, add water to the mix a third time, mix it, put another portion into the molds, cover them, and leave them to cure

 d. Failure to reinforce. In a resource-poor country, steel is expensive, and despite the saying here, "lo barato sale caro" (cheap ends up expensive), a whole lot of concrete is poured with no reinforcement.

I propose an experiment with two treatments:

    1.  Samples with no reinforcement

    2.  Samples reinforced with a disk of chicken wire

Secadora Solar de Frutas

English

Aquí mostramos los pasos en la fabricación de una secadora pequeña que se coloca sobre una mesa. (Mi esposa añade, "¡para una mesa BIEN GRANDE!"

Comenzamos con una base de madera.

 








 







 












Se forra la base de madera con lámina galvanizada de calibre 28. Para hacer dobleces nítidos y rectos, se sujeta la lámina entre dos ángulos de hierro.





















 











Se coloca las piezas de los lados primero, seguidas por la pieza del fondo.














 









Para controlar el flujo del aire a través de la secadora, se fabrica una tapadera corrediza de lámina con ventanillas. Primero se recortan las ventanas y luego se doblan los lados hacia arriba.












 









 


Para mantener los insectos fuera de la secadora, se tapa la apertura de abajo con malla mosquera y tela metálica.












También se coloca malla mosquera en el controlador del flujo de aire.













 



Para hacer un acanalado para las ventanillas corredizas, se doblan las aletas del controlador de flujo de aire alrededor de un ángulo de hierro.













Se controla el flujo de aire deslizando la tapadera para cerrar las ventanillas parcialmente o para cerrarlas completamente.


 








 



Se hace una paralluvias estrecha para mantener la lluvia fuera de las ventanillas abiertas.

 













Se colocan sostenes de ángulo de aluminio para sostener las bandejas.


 













Se usa una bisagra larga para sostener la tapadera.


 











Se corta el marco de la tapadera conforme al perfil de la lámina transparente.














Se sella la lámina transparente al marco con masilla de silicón.











 





Se hace un sostén de madera para mantener abierta la tapadera mientras se está trabajando adentro.


 









 




Para evitar que la tapadera se abra demasiado y posiblemente rompa la bisagra, se coloca una cadena en el lado del marco.


 





Se fabrica las bandejas de malla de aluminio enmarcada de ángulo de aluminio. Se amarra con remaches de aluminio.

 

 Vista desde arriba de la bandeja

Vista desde abajo de la bandeja

 

Detalle de una esquina

Detalle de una esquina

Detalle de una esquina


 










 

Las bandejas ya colocadas










 




 





Detalle del burlete de espuma de vinilo en la tapadera

La secadora terminada

 

Las Piezas de Madera

Se hacen las piezas de madera de pino curado con presión. Las dimensiones dadas son de pulgadas. Donde se requiere más de una pieza, el número de piezas está en un círculo. 

Las Piezas de Lámina

Se hacen las piezas de lámina de metal galvanizado de calibre 28. Las dimensiones dadas son de pulgadas. Donde se requiere más de una pieza, el número de piezas está en un círculo.

 

Listado de Materiales