CEMENTO 1. DEFINICION: Se definen como cementos los conglomerantes hidráulicos que, convenientemente amasados con agua, forman pastas que fraguan y endurecen a causa de las reacciones de hidrólisis e hidratación de sus constituyentes, dando lugar a productos hidratados mecánicamente resistentes y estables tanto al aire como bajo agua. Los cementos se pueden definir como aquellas sustancias adhesivas, naturales o artificiales, con las que se pueden formar masas plásticas, que son capaces de unir entre sí a fragmentos o masas de materiales sólidos con una distribución granulométrica determinada, que generalmente recibe el nombre de agregado, formando un conjunto totalmente compacto. Asimismo con la masa plástica de cemento pueden unirse distintas piezas entre sí, realizarse recubrimientos, enlucir, realizar reparaciones, etc. La unión se produce mediante el endurecimiento del cemento desde el estado plástico. 2. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL CEMENTO. Mediante análisis empíricos, definimos las siguientes propiedades, que nos ayudan a elegir y conformar un cemento en función del uso que le queremos dar: La finura o superficie específica: Una de las etapas del proceso de fabricación del cemento es la molienda del Clinker con el yeso. La hidratación de los granos de cemento ocurre desde el interior, por lo que el área superficial constituye el material de hidratación. Al reducir el espesor de esta capa aumenta la velocidad de hidratación lo que posteriormente conlleva a una menor resistencia a la fisura. En definitiva, el tamaño de los granos definirá la posterior resistencia a fisura del cemento. Definimos como firmeza, la capacidad que tiene el cemento de conservar su volumen después de fraguar. Esta propiedad puede verse afectada por la presencia de cantidades excesivas de cal libre. El paso del estado plástico al estado endurecido de una masa de cemento se denomina tiempo de fraguado, es un proceso muy exotérmico y depende de varios factores:
La composición química del cemento La cantidad de agua ( a mayor cantidad mayor rápidez) La temperatura ambiente: A menor temperatura se produce un ralentizamiento del proceso. Sin embargo por encima de los 32 grados el aumento de velocidad se invierte La finura del material
Llamamos falso fraguado a la rigidez prematura que se presenta en los primeros minutos tras la adición de agua. Se diferencia de la anterior en que no despide calor de forma apreciable y desaparece al mezclar nuevamente la pasta. Se debe a la parcial deshidratación del yeso en los hornos.
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La resistencia a la compresión es, en términos estructurales la capacidad más destacable de los cementos, y puede verse afectada por el paso del tiempo, la incidencia de las inclemencias meteorológicas y el mal almacenamiento del Clinker. Aumenta de manera elevada en los primeros días tras la conformación y en algunos cementos, paulatinamente durante largos periodos de tiempo. El peso especifico que se define como la relación entre la cantidad dada y el volumen absoluto es una propiedad fundamentalmente usada para determinar la mezcla y es muy similar en todos los cementos Portland. La consistencia normal se define como aquella fluidez determinada por una cierta cantidad de agua. Tiene relación con la calidad del cemento y el tiempo de fraguado. EL requerimiento de agua varía entre distintos cementos y puede llegar a suponer una variación de un 20-30% 3.- COMPONENTES DEL CEMENTO Como se ha mencionado los componentes principales del cemento Portland lo constituyen los silicatos y los aluminatos de calcio, estos compuestos se forman por la asociación química de diferentes óxidos como el oxido de calcio (CaO), que se representa químicamente en forma abreviada por la letra C, la sílica (SiO2) que se representa por S, la alúmina (Al2O3) que se representa por A y el óxido de fierro (Fe2O3) representado por F. Los compuestos principales resultado del proceso de fusión química en el horno son cuatro, sus nombres, formulas químicas abreviadas y abreviaciones comunes se citan a continuación:
Adicionalmente se forman compuestos secundarios como MgO, SO3, K2O, Na2O y otros. Los dos últimos óxidos, el de potasio y el de sodio se conocen como los álcalis del cemento, normalmente estos compuestos se restringen en un 0.6% por peso en forma combinada, esta restricción obedece a que arriba de este porcentaje y bajo condiciones ambientales favorables, los álcalis reaccionan en forma expansiva con algunos agregados de origen volcánico, provocando la desintegración del concreto. Para producir un cemento Portland se espera que la presencia de los diferentes óxidos se encuentre dentro de los rangos indicados en la tabla. Como se puede observar, los óxidos de calcio y de sílice son los más abundantes en los cementos, su variación en porcentaje, al igual que la de los demás óxidos está regida por las proporciones de los ingredientes en bruto alimentados al proceso de producción, pequeñas variaciones en los porcentajes de óxidos arrojan variaciones muy importantes en los compuestos principales del cemento. Las variaciones en porcentaje de los compuestos principales definen los diferentes tipos de cemento que se conocen. La tabla presenta los tipos de cemento Portland convencionales en las obras de ingeniería civil. 2
Composición del Cemento Portland.
Composición Típica de los Cementos Portland.
3.1.- TIPOS DE CEMENTO PORTLAND: Tipo, nombre y aplicación I: Normal. Para uso general, donde no son requeridos otros tipos de cemento. IA: Normal. Uso general, con inclusor de aire. II: Moderado. Para uso general y además en construcciones donde existe un moderado ataque de sulfatos o se requiera un moderado calor de hidratación. IIA: Moderado. Igual que el tipo II, pero con inclusor de aire. III: Altas resistencias. Para uso donde se requieren altas resistencias a edades tempranas. IIIA: Altas resistencias. Mismo uso que el tipo III, con aire incluido. IV: Bajo calor de hidratación. Para uso donde se requiere un bajo calor de hidratación. V: Resistente a la acción de los sulfatos. Para uso general y además en construcciones donde existe un alto ataque de sulfatos.
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Tipo I Este tipo de cemento es de uso general, y se emplea cuando no se requiere de propiedades y características especiales que lo protejan del ataque de factores agresivos como sulfatos, cloruros y temperaturas originadas por calor de hidratación. Entre los usos donde se emplea este tipo de cemento están: pisos, pavimentos, edificios, estructuras, elementos prefabricados. Tipo II El cemento Pórtland tipo II se utiliza cuando es necesario la protección contra el ataque moderado de sulfatos, como por ejemplo en las tuberías de drenaje, siempre y cuando las concentraciones de sulfatos sean ligeramente superiores a lo normal, pero sin llegar a ser severas (En caso de presentarse concentraciones mayores se recomienda el uso de cemento Tipo V, el cual es altamente resistente al ataque de los sulfatos). Genera normalmente menos calor que el cemento tipo I, y este requisito de moderado calor de hidratación puede especificarse a opción del comprador. En casos donde se especifican límites máximos para el calor de hidratación, puede emplearse en obras de gran volumen y particularmente en climas cálidos, en aplicaciones como muros de contención, pilas, presas, etc. La Norma ASTM C 150 establece como requisito opcional un máximo de 70 cal/g a siete días para este tipo de cemento. Tipo III Este tipo de cemento desarrolla altas resistencias a edades tempranas, a 3 y 7 días. Esta propiedad se obtiene al molerse el cemento más finamente durante el proceso de molienda. Su utilización se debe a necesidades específicas de la construcción, cuando es necesario retirar cimbras lo más pronto posible o cuando por requerimientos particulares, una obra tiene que ponerse en servicio muy rápidamente, como en el caso de carreteras y autopistas. Tipo IV El cemento Pórtland tipo IV se utiliza cuando por necesidades de la obra, se requiere que el calor generado por la hidratación sea mantenido a un mínimo. El desarrollo de resistencias de este tipo de cemento es muy lento en comparación con los otros tipos de cemento. Los usos y aplicaciones del cemento tipo IV están dirigidos a obras con estructuras de tipo masivo, como por ejemplo grandes presas. La hidratación inicia en el momento en que el cemento entra en contacto con el agua; el endurecimiento de la mezcla da principio generalmente a las tres horas, y el desarrollo de la resistencia se logra a lo largo de los primeros 30 días, aunque éste continúa aumentando muy lentamente por un período mayor de tiempo. En la fabricación del cemento se utilizan normalmente calizas de diferentes tipos, arcillas, aditivos -como el mineral de fierro cuando es necesario- y en ocasiones materiales silicosos y aluminosos. Estos materiales son triturados y molidos finamente, para luego ser alimentados a un horno rotatorio a una temperatura de 1,400 grados centígrados y producir un material nodular de color verde oscuro denominado CLINKER. LOS CEMENTOS PERUANOS. La norma ASTM C 150y la correspondiente norma NTP 339.009 especifican 5 tipos de cementos Portland de los cuales en el Perú se utilizan los 3 tipos estándar siguientes. 4
Tipo I: Que es un cemento de uso general cuando no se necesitan propiedades especiales de otros cementos. Tipo II: Que es un cemento de uso general que tiene resistencia moderada a los sulfatos y moderado calor de hidratación. Tipo V: Que es un cemento recomendado en aquellos casos en que se requiere resistencia a los sulfatos. CLINKER PORTLAND Es fabricado mediante un proceso que comienza por combinar una fuente de cal, tal como las calizas; una fuente se sílice y alúmina, como las arcillas; y una fuente de óxido de hierro, tal como el mineral de hierro. Una mezcla adecuadamente dosificada de los materiales crudos es finamente molida y luego calentada a una temperatura suficientemente alta; alrededor de los 1500°C, a fin de que se produzcan las reacciones entre los componentes del cemento. El producto obtenido del horno es conocido como clinker de cemento Portland. Después de enfriado el clinker es molido con una adición de cerca de 6% de sulfato de calcio (yeso) para formar el cemento Portland. CEMENTO PORLAND NORMAL Es el producto obtenido por la pulverización del clinker Portland con la adición eventual de sulfato de calcio. El cemento Portland normal deberá cumplir con los requisitos indicados en las Normas NTP o ASTM para los tipos I, II, V los cuales se fabrican en el Perú. El cemento Portland tipo I se empleara en todos aquellos casos en que no se requieren en el concreto las propiedades especiales especificadas para otros tipos. El cemento Portland tipo II se recomienda para construcciones de concreto expuestas a moderado ataque por sulfatos o en aquellos casos en que se requiere un moderado calor de hidratación. Este cemento tendrá un contenido de aluminato tricalcico (C3A) menor del 8% y dará concretos con menores cambios de volumen, menor tendencia ala exudación; mayor resistencia al ataque por sulfatos; y menor generación de calor, así como adecuadas resistencias tanto en las edades iniciales como en las finales. El cemento Portland tipo V se recomienda cuando se requiere concretos con alta resistencia a la acción de los sulfatos: alta resistencia en compresión, o baja generación de calor. Este cemento tendrá un contenido de aluminato tricalcico (C3A) menor del 5%. CEMENTOS HIDRÁULICOS MEZCLADOS Estos cementos han sido desarrollados debido al interés de la industria por la conservación de la energía y la economía en su producción. La norma ASTM C 595 reconoce la existencia de cinco tipos de cementos mezclados: Cemento Pórtland de escoria de alto horno - Tipo IS. Cemento Pórtland puzolana - Tipo IP y Tipo P. Cemento de escoria - Tipo S. Cemento Pórtland modificado con puzolana - Tipo I (PM). Cemento Pórtland modificado con escoria - Tipo I (SM). Tipo IS El cemento Pórtland de escoria de alto horno se puede emplear en las construcciones de concreto en general. Para producir este tipo de cemento, la escoria del alto horno se muele junto con el clinker de cemento Pórtland, o puede también molerse en forma 5
separada y luego mezclarse con el cemento. El contenido de escoria varía entre el 25 y el 70% en peso. Tipo IP y Tipo P El cemento Pórtland IP puede ser empleado en construcciones en general y el tipo P se utiliza en construcciones donde no sean necesarias resistencias altas a edades tempranas. El tipo P se utiliza normalmente en estructuras masivas, como estribos, presas y pilas de cimentación. El contenido de puzolana de estos cementos se sitúa entre el 15 y el 40 % en peso. Tipo S El cemento tipo S, de escoria, se usa comúnmente en donde se requieren resistencias inferiores. Este cemento se fabrica mediante cualquiera de los siguientes métodos: 1) Mezclando escoria molida de alto horno y cemento Pórtland. 2) Mezclando escoria molida y cal hidratada. 3) Mezclando escoria molida, cemento Pórtland y cal hidratada. El contenido mínimo de escoria es del 70% en peso del cemento de escoria Tipo I (PM) El cemento Pórtland tipo I (PM), modificado con puzolana, se emplea en todo tipo de construcciones de concreto. El cemento se fabrica combinando cemento Pórtland o cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana fina. Esto se puede lograr: 1) Mezclando el cemento Pórtland con la puzolana 2) Mezclando el cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana 3) Moliendo conjuntamente el clinker de cemento con la puzolana 4) Por medio de una combinación de molienda conjunta y de mezclado. El contenido de puzolana es menor del 15% en peso del cemento terminado. Tipo I (SM) El cemento Pórtland modificado con escoria, TIPO I (SM), se puede emplear en todo tipo de construcciones de concreto. Se fabrica mediante cualquiera de los siguientes procesos: 1) Moliendo conjuntamente el clinker con alguna escoria granular de alto horno 2) Mezclando escoria molida y cal hidratada 3) Mezclando escoria, cemento Pórtland y cal hidratada El contenido máximo de escoria es del 25% del peso del cemento de escoria. A todos los cementos mezclados arriba mencionados, se les puede designar la inclusión de aire agregando el sufijo A, por ejemplo, cemento TIPO S-A. Además, en este tipo de cementos, la norma establece como requisito opcional para los cementos tipo I (SM), I (PM), IS, IP y los denominados con subfijo MS o MH lo siguiente: moderada resistencia a los sulfatos y/o moderado calor de hidratación y en caso del tipo P y PA, moderada resistencia a los sulfatos y/o bajo calor de hidratación. La Norma ASTM C 1157 establece los requisitos de durabilidad para los cementos hidráulicos cuando se utilicen en aplicaciones especiales o para uso general. Por ejemplo, donde se requieran altas resistencias tempranas, moderada a alta resistencia a los sulfatos, moderado o bajo calor de hidratación y opcionalmente baja reactividad con los agregados reactivos a los álcalis.
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Cementos Especiales Cementos para Pozos Petroleros Estos cementos, empleados para sellar pozos petroleros, normalmente están hechos de clinker de cemento Pórtland. Generalmente deben tener un fraguado lento y deben ser resistentes a temperaturas y presiones elevadas. El Instituto Americano del Petróleo (American PetroleumInstitute) establece especificaciones (API 10-A) para nueve clases de cemento para pozos (clases A a la H). Cada clase resulta aplicable para su uso en un cierto rango de profundidades de pozo, temperaturas, presiones y ambientes sulfatados. También se emplean tipos convencionales de cemento Pórtland con los aditivos adecuados para modificar el cemento. Cementos Plásticos Los cementos plásticos se fabrican añadiendo agentes plastificantes, en una cantidad no mayor del 12% del volumen total, al cemento Pórtland de TIPO I ó II durante la operación de molienda. Estos cementos comúnmente son empleados para hacer morteros y aplanados. Cementos Pórtland Impermeabilizados El cemento Pórtland impermeabilizado usualmente se fabrica añadiendo una pequeña cantidad de aditivo repelente al agua como el estearato de sodio, de aluminio, u otros, al clinker de cemento durante la molienda final.
3.2.- CLASIFICACIÓN GENERAL DE TIPOS DE CEMENTO Cementos de Albañilería Estos son cementos hidráulicos diseñados para emplearse en morteros, para construcciones de mampostería. Están compuestos por alguno de los siguientes: cemento Pórtland, cemento Pórtland puzolana, cemento Pórtland de escoria de alto horno, cemento de escoria, cal hidráulica y cemento natural. Además, normalmente contienen materiales como cal hidratada, caliza, creta, talco o arcilla. La trabajabilidad, resistencia y color de los cementos de albañilería se mantienen a niveles uniformes gracias a los controles durante su manufactura. Aparte de ser empleados en morteros para trabajos de mampostería, pueden utilizarse para argamasas y aplanados, mas nunca se deben emplear para elaborar concreto. Cementos Expansivos El cemento expansivo es un cemento hidráulico que se expande ligeramente durante el período de endurecimiento a edad temprana después del fraguado. Debe satisfacer los requisitos de la especificación ASTM C 845, en la cual se le designa como cemento tipo E-1. Comúnmente se reconocen tres variedades de cemento expansivo: E-1(K) contiene cemento Pórtland, trialuminosulfatotetracálcicoanhídro, sulfato de calcio y óxido de calcio sin combinar. E-1(M) contiene cemento Pórtland, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio. E-1(S) contiene cemento Pórtland con un contenido elevado de aluminato tricálcico y sulfato de calcio. Cemento Portland Blanco El cemento Pórtland blanco difiere del cemento Pórtland gris únicamente en el color. Se fabrica conforme a las especificaciones de la norma ASTM C 150, normalmente con respecto al tipo I ó tipo III; el proceso de manufactura, sin embargo, es controlado de tal manera que el producto terminado sea blanco. El cemento Pórtland blanco es fabricado con materias primas que contienen cantidades insignificantes de óxido de hierro y de manganeso, que son las sustancias que dan el color al cemento gris. El cemento blanco 7
se utiliza para fines estructurales y para fines arquitectónicos, como muros precolados, aplanados, pintura de cemento, páneles para fachadas, pegamento para azulejos y como concreto decorativo. Cementos Portland especiales Los cementos Portland especiales son cementos que se obtienen de la misma forma que el Portland, pero que tienen características diferentes a causa de variaciones en el porcentaje de los componentes que lo forman. Portland férrico: El Portland férrico está caracterizado por un módulo de fundentes de 0.64. Estosignifica que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se obtiene introduciendocenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Este tipo de composición comportapor lo tanto, además de una mayor presencia de Fe2O3, una menor presencia de3CaOAl2O3 cuya hidratación es la que desarrolla más calor. Por este motivo estoscementos son particularmente apropiados para ser utilizados en climas cálidos. Losmejores cementos férricos son los que tienen un módulo calcareo bajo, en efecto estoscontienen una menor cantidad de 3CaOSiO2, cuya hidratación produce la mayorcantidad de cal libre (Ca (OH)2). Puesto que la cal libre es el componente mayormenteatacable por las aguas agresivas, estos cementos, conteniendo una menor cantidad, son más resistentes a las aguas agresivas. Cemento puzolánico: Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente enla región del Lazio y la Campaña, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en lasproximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio. Posteriormente se hageneralizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitruvio describía cuatrotipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja. Mezclada con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento pozolánico, y permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua.Esta propiedad permite el empleo innovador del hormigón, como ya habían entendidolos romanos: El antiguo puerto de Cosa fue construido con puzolana mezclada con calapenas antes de su uso y colada bajo agua, probablemente utilizando un tubo, paradepositarla en el fondo sin que se diluya en el agua de mar. Los tres muelles sonvisibles todavía, con la parte sumergida en buenas condiciones después de 2100años. La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y puede obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolánico contiene aproximadamente: 55-70% de clinker Portland 30-45% de pozolana 2-4% de yeso Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca (OH)2), se tendrá una menor cantidad de esta última. Pero justamente porque la cal es el componente que es atacado por las aguas agresivas, el cemento puzolánico será más resistente al ataquede éstas. Por otro lado, como el 3CaOAl2O3 está presente solamente en elcomponente constituido por el clinker Portland, la colada de cemento puzolánico desarrollará un menor calor de reacción durante el fraguado. Este cemento es por lotanto adecuado para ser usado en climas particularmente calurosos o para coladas degrandes dimensiones. 3.3. Cemento siderúrgico La pozolana ha sido sustituida en muchos casos por la ceniza de carbón provenientede las centrales termoeléctricas, escoria de funciciones o residuos obtenidos calentando el cuarzo. Estos componentes son introducidos entre el 35 y hasta el 80%. 8
El porcentaje de estos materiales puede ser particularmente elevado, siendo que seorigina a partir de silicatos, es un material potencialmente hidráulico. Esta debe sinembargo ser activada en un ambiente alcalino, es decir en presencia de iones OH-. Espor este motivo que debe estar presente por lo menos un 20 % de cemento Portlandnormal. Por los mismos motivos que el cemento pozolanico, el cemento siderúrgico también tiene buena resistencia a las aguas agresivas y desarrolla menos calordurante el fraguado. Otra característica de estos cementos es su elevada alcalinidadnatural, que lo rinde particularmente resistente a la corrosión atmosférica causada porlos sulfatos. Reacciones de hidratación CaO.Al2O3 + 10H2O → CaO.Al2O3 10H2O (cristales hexagonales) 2(CaO.Al2O3) + 11 H2O → 2CaO.Al2O3 8H2O + Al (OH)3 (cristales + hielo) 2(2CaO.SiO2) + (x+1) H2O → 3CaO.2SiO2 xH2O + Ca (OH)2 (cristales + hielo) Mientras el cemento Portland es un cemento de naturaleza básica, gracias a la presencia de cal Ca (OH)2, el cemento aluminoso es de naturaleza sustancialmenteneutra. La presencia del hidróxido de aluminio Al (OH)3, que en este caso se comportacomo ácido, provocando la neutralización de los dos componentes y dando comoresultado un cemento neutro. 4.-Proceso de fabricación: Existe una gran variedad de cementos según la materia prima base y los procesosutilizados para producirlo, que se clasifican en procesos de vía seca y procesos de víahúmeda. La materia prima, material calizo y material arcilloso, se tritura, mezcla y muele hasta reducirla a un polvo fino. Los procedimientos de mezcla, los procedimientos de mezcla y molido pueden efectuarse en seco o húmedo. El polvo fino pasa a un horno rotatorio donde es calentado lentamente hasta el punto de clinkerizacion. En la etapa inicial del proceso del calentamiento el agua y el anhídrido carbónico son expulsados. Al acercarse la mezcla a las regiones más calientes del horno se producen las reacciones químicas entre los constituyentes de la mezcla cruda. Durante estas reacciones se forman nuevos compuestos, algunos de los cuales alcanzan el punto de fusión. El productivo resultante, conocido como clinker, cae a uno de los diversos tipos de enfriadores, o se deja enfriar en el aire. Posteriormente se combina con un porcentaje determinado de yeso y el conjunto se muele hasta convertirse en un polvo muy fino al que se le conoce como cemento Portland. Materias Primas Al definir el clinker se indicó que el crudo del cual procede está constituido por mezclas de materiales primas de naturaleza caliza y arcillosa. Las calizas, esencialmente silicatos cálcicos, y las arcillas principales aportadoras de sílice junto con sus intermedias las margas, aportadoras de alúmina y hierro, constituyen las que puede llamarse materias primas principales para la fabricación del cemento Portland. El componente más importante del cemento es la cal, siguiéndola a gran distancia la sílice, a esta la alúmina y finalmente el óxido de hierro. LA CAL. En la antigüedad el aglomerante clásico de los materiales de construcción fue la cal, en la actualidad, cuantitativamente es el componente más importante del cemento. La roca caliza es la que proporciona carbonato de calcio el cual a su vez proporciona la cal que interviene en la formación de los cuatro compuestos principales del cemento. LA SILICE. Se presenta en forma más o menos pura como cuarcita, arenisca o arena de cuarzo. La sílice es un material muy resistente, completamente insoluble en agua, resistente al ataque de los ácidos excepto el fluorhídrico. LA ALUMINA. La alúmina u oxido de alúmina se relaciona con la arcilla que contiene dicho oxido en cantidad considerable. Se considera en la composición normal de la arcilla que el porcentaje de sílice es aproximadamente el doble del correspondiente a la suma 9
de la alúmina es el doble oxido férrico. En química de los cementos la alúmina tiene importancia ya que al igual que la sílice puede unirse en combinación geliforme con la cal y el agua. OXIDO FERRICO. Es el integrante más importante de los minerales férricos y la mayor parte de los minerales lo contienen en forma de orín. Todos los elementos poseen, aun en muy pequeñas cantidades, oxido férrico, excepto el cemento blanco que debe estar libre de este oxido.
EL CONCRETO Definición: Se denomina concreto a la mezcla de cemento, arena gruesa, piedra y agua, que se endurece conforme avanza la reacción química del agua con el cemento. La cantidad de cada material en la mezcla depende de la resistencia que se indique en los planos de estructuras. Siempre la resistencia de las columnas y de los techos debe ser superior a la resistencia de cimientos y falsos pisos. Después del vaciado, es necesario garantizar que el cemento reaccione químicamente y desarrolle su resistencia. Esto sucede principalmente durante los 7 primeros días, por lo cual es muy importante mantenerlo húmedo en ese tiempo. A este proceso se le conoce como curado del concreto. 2.-Características físicas del hormigón Las principales características físicas del hormigón, en valores aproximados, son:
Densidad: en torno a 2.350 kg/m3 Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm2 (15 a 50 MPa) para el hormigón ordinario. Existen hormigones especiales de alta resistencia que alcanzan hasta 2.000 kg/cm2 (200 MPa). Resistencia a tracción: proporcionalmente baja, es del orden de un décimo de la resistencia a compresión y, generalmente, poco significativa en el cálculo global. Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, variando en función de la temperatura y la humedad del ambiente exterior. Tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros parámetros. o De 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia máxima; en una semana 3/4 partes, y en 4 semanas prácticamente la resistencia total de cálculo. Dado que el hormigón se dilata y contrae en magnitudes semejantes al acero, pues tienen parecido coeficiente de dilatación térmico, resulta muy útil su uso simultáneo en obras de construcción; además, el hormigón protege al acero de la oxidación al recubrirlo.
3.- Tipos 3.1. Concreto Simple: El concreto simple se usa para vaciar el falsopiso y contrapiso. En el falsopiso, la proporción recomendable es de 1 volumen de cemento por 12 volúmenes de hormigón. Esta proporción se logra usando: 1 bolsa de cemento con 4 buggies de hormigón y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla pastosa que permita un buen trabajo. Proporción de concreto para falsopiso. 10
En el contrapiso, la proporción recomendable es 1 volumen de cemento por 5 volúmenes de arena gruesa. Esta proporción se logra usando 1 bolsa de cemento con 1 1/2 buggies de arena gruesa y la cantidad de agua necesaria que permita una mezcla pastosa y trabajable. Proporción de concreto para contrapiso
3.2. Concreto Armado: Se llama concreto armado a la unión del concreto reforzado con las varillas de acero. El concreto armado se usa para vaciar las columnas y techos. La proporción recomendable para lograr una resistencia adecuada para una casa de 2 ó 3 pisos es de 1 volumen de cemento por 3 volúmenes de arena gruesa y 3 volúmenes de piedra chancada. Esta proporción se logra usando: 1 bolsa de cemento con 1 buggy de arena gruesa, 1 buggy de piedra chancada y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla pastosa que permita un buen trabajo. La cantidad de agua varía dependiendo del estado de humedad en que se encuentre la arena y la piedra. Si están totalmente secas, para una bolsa de cemento se necesitará 40 litros de agua. Pero si la piedra y la arena están totalmente mojadas, bastará con unos 20 litros. Proporción de concreto para f ' c=175kg/cm2
Con estas proporciones, la resistencia del concreto al cabo de un mes, debe ser 175 kg/cm2. Esto sólo sucederá si el concreto ha sido debidamente preparado, colocado y mojado durante varios días después de su fraguado. 3.2.1.-Propiedades: Las propiedades principales del concreto en estado fresco son: 11
Trabajabilidad: Es el mayor o menor trabajo que hay que aportar al concreto en estado fresco en los procesos de mezclado, transporte, colocación y compactación. La forma más común para medir la "trabajabilidad" es mediante "la prueba del slump". Los instrumentos que se necesitan son una plancha base, un cono y una varilla de metal. Esta prueba consiste en medir la altura de una masa de concreto luego de ser extraida de un molde en forma de cono. Cuanto mayor sea la altura, el concreto será más trabajable. De la misma manera, cuanto menor sea la altura, el concreto estará muy seco y será poco trabajable (ver figura 35).
El primer paso para hacer esta prueba consiste en sacar una muestra de concreto de una determinada tanda de la mezcladora. Con esta muestra se llena el cono mediante tres capas y se chucea con la varilla, 25 veces cada una. Inmediatamente después se nivela el cono, se levanta verticalmente y se le coloca al lado del concreto. Por último, se mide la altura entre el cono y el concreto, colocando la varilla horizontalmente sobre el cono.
Segregación: Ocurre cuando los agregados gruesos, que son más pesados, como la piedra chancada se separan de los demás materiales del concreto. Es importante controlar el exceso de segregación para evitar mezclas de mala calidad. Esto se produce, por ejemplo, cuando se traslada el concreto en buggy por un camino accidentado y de largo recorrido, debido a eso la piedra se segrega, es decir, se asienta en el fondo del buggy.
Exudación: Se origina cuando una parte del agua sale a la superficie delconcreto. Es importante controlar la exudación para evitar que la superficie se debilite por sobreconcentración de agua. Esto sucede, por ejemplo, cuando se excede el tiempo de vibrado haciendo que en la superficie se acumule una cantidad de agua mayor a la que normalmente debería exudar.
Contracción: Produce cambios de volumen en el concreto debido a la pérdida de agua por evaporación, causada por las variaciones de humedad y temperatura del medio ambiente. Es importante controlar la contracción porque puede producir problemas de fisuración. Una medida para reducir este problema es cumplir con el curado del concreto.
Por otro lado, las propiedades del concreto en estado endurecido son:
Elasticidad: Es la capacidad de comportarse elásticamente dentro de ciertos límites. Es decir, que una vez deformado puede regresar a su forma original.
Resistencia: Es la capacidad del concreto para soportar las cargas que se le apliquen. Para que éste desarrolle la resistencia indicada en los planos, debe prepararse con cemento y agregados de calidad. Además, debe tener un transporte, colocado, vibrado y curado adecuado.
4. Componentes activos: El agua Deberá ser potable. De su pureza depende la calidad del concreto.
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El cuidado de la pureza del agua debe estar presente en todo concreto que se elabore, pues su impureza puede impedir el fraguado del cemento. La relación agua/cemento es importante para obtener buenas resistencias. Para ser considerada pura el agua debe estar: • Libre de ácidos como: el sulfhídrico (se desprende de letrinas y algunas aguas minerales), el clorhídrico (proviene de la sal común), el úrico (contenido en la ori- na), el oleico (se encuentra en los aceites), el esteárico (frecuente en muchas grasas), y otros. • Libre de álcalis. Los álcalis son sustancias que tienen la propiedad de disolverse en el agua, como es el caso de las cenizas de ciertas plantas, hidróxidos (como el amonio), o los óxidos (metálicos). • Sin limos, sustancias fangosas formadas de arcilla y restos orgánicos que se depositan en el fondo de es- tanques, fuentes, lagos. • Sin sales, ya sea neutras (sal común, amoniaco, mag- nesio), ácidas (bicarbonato sódico, potásico), o básicas (subacetato de plomo). • Sin grasas, como aceites, mantecas, sebos, glicerinas, jabones, petróleo, etcétera. • Limpia de materia orgánica tal como restos de vegeta- les, de presencia de animales (insectos, peces, u otros). Pasta: Es activa, ocurre reacción química, desprende calor inicial, contracción, gel fragua y endurece. Cumple la función de unir agregados, la durabilidad, resistencia mecánica. Agregados: Es inerte (Sin reacción) Cumple la función de la estabilidad del volumen de la pasa que fue contraído por la hidratación. Relleno económico, dureza y resistencia mecánica. Refuerzo concreto armado: Se usa en acero, fibras. Es inerte (Sin reacción) Cumple la función de la resistencia mecánica y control de grietas. 5. Relaciones:
5.1. La relación agua-cemento: También conocida como razón agua/cemento, a/c, es uno de los parámetros más importantes de la tecnología del hormigón, pues influye grandemente en la resistencia final del mismo. Expresa la íntima relación que existe entre el peso del agua utilizada en la mezcla y el peso del cemento. Como es matemáticamente una razón, debe usarse un signo de división (barra: / ) y nunca un guion. Dado que el peso del agua utilizada siempre es menor que el peso del cemento, el guarismo resultante es menor que la unidad.
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Una relación agua/cemento baja, conduce a un hormigón de mayor resistencia que una relación agua/cemento alta. Pero entre más alta esta relación, el hormigón se vuelve más trabajable. La menor relación a/c para obtener una hidratación completa del cemento se considera igual a 0,42.
5.2. Relacion Arena – Agregado total: Esta relación más reciente, surge de la investigación para reducir cantidad de piedra y aumento de arena para facilitar bombeo especialmente en los concretos premezclados, sin que se pierdan propiedades de la mezcla. En los años 40 la arena representaba 1/3 de la mezcla. Hoy dia el valor (A/A+P) se situa en un rango entre 0,40 y 0,60. 6. Fases de fabricación: Las fases de fabricación del concreto se realiza mediante los siguientes pasos: 1) Selección de componentes de la mezcla: Se definen las propiedades de los componentes. 2) Diseño teórico de la mezcla: Con el método del diseño de mezclas de concreto se determinan las cantidades (dosificación) de los componentes en función a la resistencia mecánica, trabajabilidad, durabilidad y economía precisas para cada caso en particular. La calidad final esta influenciada por el diseño de la mezcla. 3) Ajustes prácticos del diseño teórico: Se deben garantizar las calidades y cantidades definidas en el diseño teórico. 4) Mezclado: La pasta debe cubrir todas las partículas de agregado garantizando una mezcla homogénea, de trabajabilidad adecuada y resistencia prevista en el diseño. La tecnología dependerá del volumen de producción en obra: Poco volumen: a mano, maquinas mezcladoras sencillas. Alto volumen: en planta instalada en obra o premezclado comercial. Se debe escoger adecuadamente el sitio de mezclado. Se deben almacenar cuidadosamente los componentes. Las maquinas deben estar niveladas, limpias y probadas con anteriormente. 5) Transporte: Puede ser en tobos, carretillas, tubos, elevadores, torres grúas, camión de volteo, cintas transportadoras, equipos de bombeo.
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6) Colocaci贸n: Vacio o proyectado 7) Compactaci贸n: Pueden reducir resistencia y durabilidad. La compactaci贸n favorece adherencia con acero entre agregados y pasta, entre sucesivas capas de concreto, un acabado superficial uniforme sin oquedades. Se utilizan barras de acero o vibradores el茅ctricos. 8) Desencofrado: El desencofrado se realiza dependiendo del tipo de cemento, los cuales pueden variar en el factor tiempo.
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