Tecnología de Concreto - Cap. 01 - Materiales Conglomerantes

CONCRETO SIMPLE ING. GERARDO A. RIVERA. L.

1. MATERIALES CONGLOMERANTES

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CAPTULO 1

MATERIALES CONGLOMERANTES 1.1 NOTA HISTRICA. El uso de materiales de cementacin es muy antiguo. Los egipcios ya utilizaban yeso calcinado y puro. Los griegos y romanos empleaban caliza calcinada y posteriormente, aprendieron a mezclar cal con agua, arena y piedra triturada o ladrillo y tejas quebradas; ste es conocido como el primer concreto de la historia. Un mortero de cal no endurece con el agua y para la construccin con agua, los romanos mezclaban cal con ceniza volcnica o con tejas de arcilla quemada, finamente trituradas. La slice activa y la almina que se encuentran en las cenizas y en las tejas se combinaban con la cal para producir lo que fue conocido como cemento puzolnico, proveniente del nombre del pueblo de Puzzuoli, cerca del Vesubio, donde se encontraron por primera vez esas cenizas volcnicas. El nombre de cemento puzolnico se utiliza hasta nuestros das para describir cementos obtenidos de moler materiales naturales a temperatura normal. Algunas de las estructuras romanas en las cuales la mampostera se una con morteros, tales como el Coliseo de Roma y el "Pont du Gard", cerca de Nimes (sur de Francia), han sobrevivido hasta esta poca, con su material de cementacin an duro y firme. En la edad media hubo una disminucin general en la calidad y el uso del cemento, y solamente en el siglo XVIII se encuentra un adelanto en el conocimiento de los cementos. En 1756, JOHN SMEATON fue comisionado para reconstruir el faro de Eddyston, en la costa de Cornwall, y encontr que el mejor mortero se obtena cuando se mezclaba "puzolana" con caliza que contena una alta cantidad de material arcilloso. (Puzolana: Material silceo o slico-aluminoso que posee propiedad puzolnica, es decir, el material una vez pulverizado tiene la aptitud de reaccionar qumicamente en presencia de agua con hidrxido de calcio a la temperatura ambiente, formando compuestos que poseen propiedades hidrulicas, o sea, que el material finamente dividido tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua y formar compuestos estables). Al reconocer el papel de la arcilla, que hasta entonces se consideraba indeseable, SMEATON fue el primero en conocer las propiedades qumicas de la cal hidrulica. A partir de esto, se desarrollaron otros tipos de cementos hidrulicos, como el "cemento romano" que obtuvo JOSEPH PARKER por calcinacin de ndulos de caliza arcillosa, que vinieron a culminar en la patente del "cemento Portland" efectuada en 1824 por Joseph Aspdin, un constructor de Leeds (Inglaterra). Este cemento se preparaba calentando una mezcla de arcilla finamente triturada y caliza dura en un horno, hasta eliminar CO2, esta temperatura era mucho ms baja que la necesaria para la formacin de clinker, Aspdin llam su cemento "CEMENTO PORTLAND" debido a la semejanza de color y calidad entre el cemento fraguado y la piedra Portland - una caliza obtenida en una cantera de DORSET (INGLATERRA)-.



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A ASPDIN se le reconoce como el inventor del "cemento Portland", aunque su mtodo de fabricacin fue conservado en secreto (su patente se escribi en forma tan confusa y oscura que durante algn tiempo, nadie pudo imitar su producto). El prototipo del cemento moderno fue obtenido en 1845 por ISAAC JOHNSON, quien quem una mezcla de arcilla y caliza hasta la formacin de clinker, con la cual se produjo la reaccin necesaria para la formacin de un compuesto fuertemente cementoso. JOHNSON describi claramente sus experimentos y encontr que la temperatura de calcinacin deba elevarse hasta el mximo que pudiera lograrse, claro est, con los mtodos y equipos de ese tiempo. Tomando como base los experimentos de JOHNSON, la fabricacin del cemento Portland se inici en varias factoras, no solo en Inglaterra, sino en algunos pases de Europa. La cantidad producida fue muy pequea y nicamente cerca del ao de 1900, empez el crecimiento notable de la industria del cemento, debido a dos factores: a) Experimentos realizados por los franceses VICAT y LE CHATELIER y el alemn MICHAELIS, con los cuales se logr producir cemento de calidad uniforme de modo que pudiera ser usado en la industria de la construccin y b) Dos invenciones mecnicas muy importantes los HORNOS ROTATORIOS para la calcinacin y el MOLINO TUBULAR para la molienda, con esas dos mquinas pudo entonces producirse el cemento Portland en cantidades comerciales, induciendo as el rpido crecimiento de sta industria. 1.2 CAL Cal area es el producto resultante de la descomposicin por el calor de las rocas calizas. Si stas son puras y se calientan a temperatura superior a 900oC se verifica la siguiente reaccin:

CaCO3 + calor = CaO + CO2 El carbonato de calcio (CaCO3) se descompone, dando anhdrido carbnico (CO2) que es gaseoso y se desprende junto con los humos del combustible y xido de calcio o cal viva (CaO). La cal viva (CaO) es un producto slido, de color blanco, amorfo aparentemente, pues cristaliza en el sistema regular, cuando se funde a 2570oC. La cal viva es inestable, pues presenta una gran avidez por el agua reaccionando de la siguiente manera:

CaO + H2O = Ca(OH)2 + 15100 caloras Produciendo hidrxido de calcio Ca(OH)2 o cal apagada, desprendiendo calor, elevndose la temperatura a unos 160oC, pulverizndose y aumentando considerablemente el volumen aparente. Esta avidez por el agua es tan grande que el CaO absorbe el vapor de agua de la atmsfera y la de las substancias orgnicas, produciendo efectos custicos.



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El hidrxido de calcio Ca(OH)2 o cal apagada es un cuerpo slido, blanco, amorfo, pulverulento, algo soluble en el agua, a la que le comunica un color blanco. En mayor cantidad forma con el agua una pasta llamada masilla de cal, la cual tiene la propiedad de endurecerse lentamente en el aire, enlazando los cuerpos slidos, por lo cual se emplea como aglomerante. Este endurecimiento recibe el nombre de fraguado y es debido primeramente a una desecacin por evaporacin del agua con la cual se form la pasta, y despus, a una carbonatacin por absorcin del anhdrido carbnico del aire, formndose carbonato de calcio y agua, reconstituyendo la caliza de cual se parti.

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O Esta reaccin es muy lenta, pues empieza aproximadamente a las 24 horas de amasar la pasta y termina al cabo de unos 6 meses, por lo que las obras en que se emplea tardan mucho en secarse y adquirir la solidez definitiva. La reaccin se verifica solo en aire seco; en el hmedo con mucha dificultad y no se realiza dentro del agua, pues la disuelve, no sirviendo en obras hidrulicas. La cal apagada al fraguar experimenta una contraccin volumtrica, que unida al peso propio de la obra, produce fisuras o grietas. 1.2.1 CLASIFICACIN. Las calizas naturales casi nunca son la especie qumica carbonato de calcio, pues la acompaan otros cuerpos como: arcilla, magnesio, hierro, azufre, lcalis y materias orgnicas, las cuales al calcinarse, de no volatilizarse, comunican a la cal propiedades que dependen de la proporcin en que entran a formar parte en la piedra caliza y clasifican a las cales en: 1) Cal grasa: Si la caliza primitiva contiene hasta un 5% de arcilla, la cal que produce al calcinarse se le denomina cal grasa, y al apagarse da una pasta fina blanca y untuosa, que aumenta mucho de volumen, permaneciendo indefinidamente blanda en sitios hmedos y fuera del contacto del aire, y en el agua termina por disolverse. 2) Cales ridas o magras: Son las que proceden de calizas que an teniendo menos del 5% de arcilla, contiene adems magnesio en proporcin superior al 10%. Al aadirle agua forma una pasta gris que endurece menos y desprende ms calor que las cales grasas. Al secarse en el aire se reduce a polvo y en el agua se deslen y disuelven. Por estas malas cualidades no se usan en construccin. 3) Cales hidrulicas: Proceden de la calcinacin de calizas que contienen ms del 5% de arcilla; dan un producto que rene, adems de las propiedades de las cales grasas, la de poderse endurecer y consolidar (fraguar) en sitios hmedos y debajo del agua. Esto es debido a que en la coccin, en primer lugar, se produce una evaporacin del agua de cantera hasta 110oC; hacia los 700oC empiezan a descomponerse los silicatos que forman las arcillas, y a los 900oC se descompone el carbonato de calcio. A temperatura ms elevada reaccionan los productos resultantes: xido de calcio CaO, xido de slice SiO2 y almina AL2O3, formndose silicatos y aluminatos de calcio lo cual constituye el aglomerante llamado cal hidrulica.



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La composicin qumica de la cal hidrulica vara segn su hidraulicidad entre los siguientes lmites:

SiO2 15-26% CaO 51-66% Al2O3 2-10% Fe2O3 0,5-5%

Las cales dbilmente hidrulicas tienen una masa unitaria suelta comprendida entre 500 y 600 kg/m3; las medianamente hidrulicas de 600-800 kg/m3 y las eminentemente hidrulicas de 800-900 kg/m3; la densidad por lo general vara de 2600 a 2900 kg/m3 segn su ndice hidrulico. Sobre la malla #70 estas cales dejan un residuo del 3 al 5% y de 20-25% en la malla #170. El mortero 1:3 amasado con arena normal y conservado en agua, alcanza a los 28 das de 15 a 80 kg/cm2 de resistencia a la compresin segn su hidraulicidad. 1.3 YESO Es el producto resultante de la deshidratacin parcial o total del algez o piedra de yeso. Reducido a polvo y amasado con agua, recupera el agua de cristalizacin, endurecindose. El yeso se encuentra muy abundante en la naturaleza, en los terrenos sedimentarios, presentndose bajo dos formas: cristalizado, anhidro (CaSO4) llamado anhidrita, y con dos molculas de agua (CaSO4.2H2O) denominado piedra de yeso o algez. CLASIFICACIN Anhidrita : es incolora o blanca, cuando est pura, y coloreada en azul, gris, amarillo o rojiza, cuando contiene arcilla: xido de hierro, slice, etc. Cristaliza en el sistema rmbico, su densidad es aproximadamente 2,46 g/cm3 y su dureza igual a 3 en la escala de Mohs. De estructura compacta y sacaroidea, absorbe el agua rpidamente, convirtindose en yeso o algez, aumentando su volumen de 30 a 50%, y esta dilatacin produce grandes trastornos en los estratos que los contienen. En estado puro tiene una composicin de:

SO3 58,82% CaO 41,18%

Algez o piedra de yeso: se presenta cristalizado en el sistema monoclnico, formando rocas muy abundantes, y se puede clasificar, ya sea segn su estructura, o de acuerdo con su nivel de hidratacin. La piedra de yeso o algez en cualquiera de sus variedades, cuando est pura, es incolora o blanca, pero generalmente contiene impurezas adquiriendo coloraciones: amarilla, gris o rojiza, etc., debidas a la arcilla, xido de hierro, slice, caliza, etc., en pequeas proporciones.



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El algez tiene una densidad que por lo general vara de 2,28-2,32 g/cm3 y una dureza en la escala de mohs de 2, su composicin es:

SO3 46,51% CaO 32,56% H2O 20,93%

Teniendo en cuenta su estructura podemos encontrar las siguientes variedades: YESO FIBROSO, formado por el CaSO4.2H2O puro, cristalizado en fibras sedosas confusamente. Con l se obtiene un buen yeso para mezclas. YESO ESPEJUELO, cristaliza en voluminosos cristales, que se exfolian fcilmente en lminas delgadas y brillantes. Proporciona un buen yeso para estucos y modelados. YESO EN FLECHA, cristalizado en forma de punta de lanza formando macla; con l se obtiene un yeso excelente para el vaciado de objetos muy delicados. YESO SACARINO, o de estructura compacta; cuando es de grano muy fino, recibe el nombre de alabastro y es usado para decoracin y escultura. Este alabastro se diferencia del calizo por no producir efervescencia con los cidos. YESO CALIZO, o piedra ordinaria de yeso; contiene hasta un 12% de carbonato de calcio. Da un buen yeso endurecindose mucho despus de fraguado. El calor acta sobre la piedra de yeso deshidratndola, de tal forma que hace que se pueda obtener las distintas variedades que se usan en construccin. Por lo tanto, podemos clasificarlo de la siguiente forma: YESO NEGRO O GRIS, es un yeso semihidratado 60% que se obtiene del algez que presenta gran cantidad de impurezas, directamente calcinado; por lo que se ennegrece con los humos y cenizas de los combustibles. Sobre el tamiz #70 deja retenido entre el 30-50%. Se emplea en obras como bvedas, tabiques, etc. YESO BLANCO, es el que contiene un 80% de semihidratado y est bien molido, dejando del 1 al 10% de residuo sobre el tamiz #70. Se emplea para enlucir paredes, estucos y blanqueos. ESCAYOLA, es el yeso blanco de la mejor calidad; contiene 90% de semihidratado, finura del 1% sobre el tamiz #70; est formado casi exclusivamente por semihidratado de fraguado rpido y se emplea para vaciados, molduras y decoracin.



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1.3.1 CARACTERSTICAS TCNICAS DE LOS YESOS

CARCTERSTICAS YESO NEGRO YESO BLANCO ESCAYOLA Composicin qumica

CaSO4 . H2O 50% 66% 80% Finura (residuo)

Tamiz #70 (210 m) 20% 10% 2% Tamiz #170 (88 m) 50% 20% 16%

Fraguado Inicio 2-5 min ** 2-5 min ** 4-15 min

5-15 min * 5-15 min * Fin < 30 min



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El proceso de fabricacin del cemento consiste en moler finamente la materia prima, mezclarla minuciosamente en una cierta proporcin y calcinarla en un horno rotatorio de gran dimensin, a una temperatura de 1300 a 1400 oC, a la cual el material se sintetiza y se funde parcialmente, formando bolas conocidas como clinker. El clinker se enfra y a continuacin, se adiciona un poco de yeso y en los ltimos tiempos, material puzolnico, que se tritura hasta obtener un polvo fino; el producto comercial resultante es el cemento Portland, utilizado a gran escala en todo el mundo. La mezcla y la trituracin de materias primas pueden efectuarse tanto en hmedo como en seco, de donde provienen los nombres de proceso "hmedo" o "seco". El mtodo de fabricacin a seguir depende, de la naturaleza de las materias primas usadas y principalmente de factores econmicos. Estos dos procesos son los ms usados a nivel comercial, pero existen otros mtodos empleados en la fabricacin del cemento a pequea escala, que son, entre otros, el semiseco, la fabricacin con horno vertical y fabricacin con horno de parrilla de preparacin (Lepol).

Figura 1.1. Horno Rotatorio en una Fbrica Productora de Cemento. Fbrica Lamali Olavarra . Provincia de Buenos Aires (Argentina) 1.5.1.1 Proceso hmedo Cuando se emplea marga, este material se tritura finamente y se dispersa en agua en un molino de lavado, el cual es un pozo circular con brazos revolvedores radiales con rastrillos, los cuales rompen los aglomerados de materias

Eddtah Gsbp slidas. La arcilla tambin se tritura y se mezcla con agua, generalmente es un molino de lavado semejante al anterior.

nseguida se bombean las dos mezclas de forma tal que se mezclen en proporciones eterminadas y pasen a travs de una serie de Cribas. La lechada resultante fluye a estanques e almacenamiento. Si se emplea caliza, debe barrenarse, triturarse, generalmente en dos rituradoras, una ms pequea que la otra, y luego depositarse en un molino de bolas, con rcilla dispersa en agua. All se contina el molido de la caliza hasta el grado de finura de arina, y la lechada resultante se bombea a estanques de almacenamiento.

eneralmente hay varios tanques de almacenamiento en los cuales se guarda la lechada; la edimentacin de los slidos suspendidos se impide mediante la agitacin mecnica o por urbujeo de aire comprimido. El contenido de cal de la lechada est determinado por la roporcin de materiales calcreos o arcillosos.



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Un ajuste final para obtener la composicin qumica requerida puede efectuarse mezclando lechadas de diferentes tanques de almacenamiento, utilizando a veces un sistema complicado de tanques de mezclado. De aqu en adelante, el proceso es el mismo, sin importar la naturaleza original de las materias primas. Finalmente, la lechada con contenido de cal deseado pasa a un horno rotatorio. Se trata de un cilindro de acero de gran tamao recubierto de material refractario, con dimetro interior hasta de 5 m, y una longitud que a veces alcanza 150 m, el cual gira lentamente alrededor de su eje, levemente inclinado respecto a la horizontal. La lechada se deposita en el extremo superior del horno mientras se aade carbn pulverizado mediante la insuflacin de un chorro en el extremo inferior, donde la temperatura alcanza 1300 a 1500 oC. El carbn no debe tener un contenido demasiado alto de cenizas y merece una mencin especial puesto que se consume hasta 350 kg para fabricar una tonelada de cemento. Cuando la lechada desciende dentro del horno, encuentra progresivamente mayores temperaturas. Primero se elimina el agua y se libera CO2; posteriormente, el material seco sufre una serie de reacciones qumicas hasta que, finalmente, en la parte ms caliente del horno, un 20 a 30 por ciento del material se vuelve lquido y la cal, la slice y almina vuelven a combinarse. Despus la masa se funde en bolas de dimetros que varan entre 3 y 25 mm, conocidas como clinker. El clinker cae dentro de enfriadores de diferentes tipos que a menudo favorece un intercambio de calor con el aire que despus se usa para la combustin del carbn pulverizado. Un horno de grandes dimensiones puede producir ms de 700 toneladas de cemento al da. El clinker fro, que es caractersticamente negro, reluciente y duro, se mezcla con yeso para evitar un fraguado relmpago del cemento. La mezcla se efecta en un molino de bolas compuesto de diversos compartimientos, los cuales tienen bolas de acero cada vez ms pequeas. En algunas plantas se emplea un sistema de circuito cerrado de mezcla donde el cemento descargado por el molino pasa a travs de un separador, y las partculas finas se trasladan a un silo de almacenamiento por medio de una corriente de aire, mientras que las partculas mayores vuelven a pasar por el molino. El circuito cerrado de mezcla evita la produccin de una gran cantidad de material excesivamente fino o de una pequea cantidad de material demasiado grueso, fallas que a menudo se presentan en sistemas de molido de circuito abierto. Una vez que el cemento se ha mezclado satisfactoriamente, cuando alcanza a tener hasta

partculas por kg, est en condiciones para empacarse en los conocidos sacos de papel (por lo general de 50 kg), en tambores o para transporte a granel.

12101,1



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1.5.1.2 Procesos seco y semiseco En los procesos seco y semiseco, las materias primas se trituran y adicionan en las proporciones correctas en un molino de mezclado, donde se secan y se reduce su tamao a un polvo fino. El polvo seco llamado grano molido crudo, se bombea al silo de mezclado y se hace un ajuste final en la proporcin de materiales requeridos para la manufactura del cemento. Para obtener una mezcla ntima y uniforme, se mezcla el grano crudo, generalmente mediante aire comprimido, induciendo un movimiento ascendente del polvo y reduciendo su densidad aparente. El aire se bombea por turnos sobre cada cuadrante del silo y esto permite al material aparentemente ms pesado de los cuadrantes no aireados, moverse lateralmente hacia el cuadrante aireado. De este modo, el material aireado tiende a comportarse como un lquido y por aireado sucesivo de todos los cuadrantes, que se completa en un perodo y alrededor de una hora, se obtiene una mezcla uniforme. En algunas plantas de cemento se emplean sistemas de mezclado continuo. El grano molido y mezclado se pasa por un tamiz y se deposita en una cuba rotativa llamada granulador. Simultneamente, se agrega agua en una cantidad correspondiente a un 12 por ciento de la masa del grano molido adicionado. De esta forma, se obtienen pastillas duras de alrededor de 15 mm de dimetro interior. Esto es conveniente, si se introdujera directamente el polvo en el horno, se impedira el flujo en el aire y el intercambio de calor necesarios para las reacciones qumicas de la formacin del clinker del cemento. Enseguida, las pastillas se meten al horno y las operaciones posteriores son las mismas que en el proceso de fabricacin en hmedo. Sin embargo, como el contenido de humedad de las pastillas es slo del 12 por ciento, comparado con el 40 por ciento de la lechada empleada en el proceso hmedo, el horno utilizado en el proceso seco tiene dimensiones considerablemente menores. La cantidad de calor requerida es mucho ms baja puesto que hay que eliminar alrededor de slo un 12 por ciento de humedad, aunque ya se ha utilizado previamente calor adicional para remover la humedad original de las materias primas (generalmente del 6 al 10 por ciento). El proceso es, por lo tanto, bastante econmico, pero slo si las materias primas estn relativamente secas. En tal caso, el consumo total del carbn puede ser tan pequeo como 100 kg por tonelada de cemento. En las figuras Nos. 1.1 y 1.2 se muestra un bosquejo de cada uno de los procesos de fabricacin del cemento.



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Figura No. 1.2 Fabricacin del cemento Proceso hmedo 1.6.13

Figura No. 1.3 Fabricacin del cemento Proceso seco 1.6.13



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1.5.2 COMPOSICIN QUMICA DEL CEMENTO PORTLAND Se ha visto que las materias primas utilizadas en la fabricacin de cemento Portland consisten principalmente de cal, slice, almina e hierro (tabla No. 1.2).

XIDO CONTENIDO (%) CaO 60 67 SiO2 17 25 Al2O3 3 8 Fe2O3 0,5 6,0 MgO 0,1 4,0

lcalis 0,2 1,3 SO3 1 3

Tabla No. 1.2 Lmites de composicin aproximados para cemento Portland (Tipo 1). 1.6.8

Estos compuestos interactan en el horno, para formar una serie de productos ms complejos, hasta alcanzar un estado de equilibrio qumico, con la excepcin de un pequeo residuo de cal no combinada (CaO), que no ha tenido suficiente tiempo para reaccionar. Sin embargo, el equilibrio no se mantiene durante el enfriamiento, y la velocidad de ste afecta el grado de cristalizacin y la cantidad de material amorfo, conocido como vidrio, difieren considerablemente de las de compuestos cristalinos de una composicin qumica nominal similar. Otra complicacin aparece debido a la interaccin de la parte lquida del clinker con los compuestos cristalinos ya presentes. No obstante, se puede considerar que el cemento se encuentra en un estado de equilibrio congelado, es decir, que los productos congelados reproducen el equilibrio existente durante la temperatura de formacin del clinker. De hecho, se hace esta suposicin para calcular la composicin de compuestos de los cementos comerciales; la composicin "potencial" se calcula a partir de las cantidades medibles de xidos que estn presentes en el clinker, como si se hubiera producido una cristalizacin completa de los productos en equilibrio. Se suelen considerar cuatro compuestos como los componentes principales del cemento; se enumeran en la tabla No. 1.3, junto con sus smbolos de abreviacin. Esta anotacin abreviada, utilizada por los qumicos del cemento, describe cada xido con una letra, a saber:

CaO = C ; SiO2 = S ; Al2O3 = A ; y Fe2O3 = F. Anlogamente, el H2O del cemento hidratado se indica por una H.

Nombre del Compuesto Frmula Abreviatura Silicato diclcico 2CaO . SiO2 C2S Silicato triclcico 3CaO . SiO2 C3S

Aluminato triclcico 3CaO . Al2O3 C3A Aluminoferrito tretaclcico 4CaO . Al2O3 . Fe2O3 C4AF

Tabla No. 1.3 Compuestos principales del cemento Portland. 1.6.8



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En realidad los silicatos que se encuentran en el cemento no son compuestos puros, pues contienen pequeas cantidades de xidos en soluciones slidas. Estos xidos tienen efectos importantes en los ordenamientos atmicos, las formas cristalinas y las propiedades hidrulicas de estos silicatos. El silicato diclcico (C2S) endurece lentamente y contribuye en gran parte al aumento de resistencia a edades mayores de una semana, se considera que a los 180 das ha reaccionado aproximadamente un 50% nicamente. El silicato triclcico (C3S) endurece rpidamente y es el factor principal del fraguado inicial y del rpido endurecimiento. En general, la resistencia prematura (durante el primer mes) del cemento es mayor al aumentar los porcentajes de C3S. El aluminato triclcico (C3A) libera una gran cantidad de calor durante los primeros das de endurecimiento, en la primera semana se hidrata casi completamente contribuyendo ligeramente con la resistencia temprana. Su principal funcin es facilitar la reaccin de la slice con la cal. Los cementos con un bajo contenido de C3A son especialmente resistentes a los suelos y aguas que contengan sulfatos. La formacin del aluminoferrito tetraclcico (C4AF) reduce la temperatura de calcinacin en el horno rotatorio, ayudando, por tanto, a la fabricacin del cemento. Se hidrata con relativa rapidez (a los tres das casi en su totalidad), pero contribuye muy poco a la resistencia. Los clculos de composicin potencial del cemento Portland basados en el trabajo de R.H. Bogue y otros investigadores, se denominan generalmente como "composicin Bogue". Existen adems otros mtodos para calcular la composicin, pero el tema queda fuera del alcance del presente captulo. Fuera de los compuestos principales citados en la tabla No. 1.3, existen algunos "compuestos menores" como: MgO, TiO2, Mn2O3, K2O y Na2O, que generalmente no sobrepasan de un pequeo porcentaje de la masa del cemento. Dos de los componentes menores revisten especial inters: Los xidos de sodio y potasio, Na2O y K2O, conocidos como "lcalis" (aunque en el cemento existen tambin otros lcalis). Se ha encontrado que estos componentes reaccionan con algunos agregados y que los productos de esa reaccin ocasionan una desintegracin del concreto, adems de afectar la rapidez con que el cemento adquiere resistencia. Debido a esto, se debe destacar que el trmino "compuesto menor" se refiere principalmente a la cantidad, pero no necesariamente a su importancia. La cantidad de lcalis y Mn2O3 puede determinarse rpidamente utilizando un espectrofotmetro. Dos conceptos importantes que son indicativos de la calidad de un cemento son: - El residuo insoluble, determinado por el tratamiento con cido clorhdrico, es una medida de la adulteracin del cemento, que proviene principalmente de las impurezas del yeso. La NTC 321 limita el residuo insoluble al 3,0% de la masa del cemento, para cementos Portland tipos 2, 3, 4 y 5.



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- La prdida al fuego muestra la medida de carbonatacin e hidratacin de la cal libre y el magnesio libre, debido a la exposicin del cemento a la atmsfera. La mxima prdida al fuego (a 1000 oC) del cemento, permitida por la NTC 321, es de 4,0 % para cementos Portland tipos 2, 3 y 5; para cemento Portland tipo 4 mximo 3,5%. 1.5.3 TIPOS DE CEMENTO PORTLAND A medida que varan los contenidos de C2S, C3S, C3A, C4AF se modifican las propiedades del cemento Portland, por lo tanto se pueden fabricar diferentes tipos con el fin de satisfacer ciertas propiedades fsicas y qumicas para situaciones especiales. CEMENTO PORTLAND TIPO 1: Es el destinado a obras de hormign en general, al que no se le exigen propiedades especiales. CEMENTO PORTLAND TIPO 1-M: Es el destinado a obras de hormign en general, al que no se le exigen propiedades especiales pero tiene resistencias superiores a las del tipo 1. CEMENTO PORTLAND TIPO 2: Es el destinado en general a obras de hormign expuestas a la accin moderada de sulfatos y a obras donde se requiera moderado calor de hidratacin. CEMENTO PORTLAND TIPO 3: Es el que desarrolla altas resistencias iniciales. CEMENTO PORTLAND TIPO 4: Es el que desarrolla bajo calor de hidratacin. CEMENTO PORTLAND TIPO 5: Es el que ofrece alta resistencia a la accin de los sulfatos. CEMENTO PORTLAND CON INCORPORADORES DE AIRE: Son aquellos a los que se les adiciona un material incorporador de aire durante la pulverizacin; para identificarlos se les coloca una "A" as por ejemplo cemento Portland tipo 1-A o tipo 3-A, etc. CEMENTO PORTLAND BLANCO: Es el que se obtiene con materiales debidamente seleccionados que le confieren una coloracin blanca; prcticamente cumple las especificaciones del cemento Portland tipo 1 (NTC 1362). En Colombia se produce cemento Portland tipo 1; algunas fbricas producen otros tipos de cemento Portland generalmente son destinados para obras especficas.

Tipos de Cemento Portland Composicin ( % ) C2S C3S C3A C4AF

1 Normal 24 50 11 8 2 Moderado 33 42 5 13 3 Alta resistencia inicial 13 60 12 8 4 Bajo calor de hidratacin 50 26 5 12 5 - Resistencia a los sulfatos 40 40 4 9

Tabla No. 1.4 Composicin tpica calculada de los diferentes

tipos de cemento Portland. 1.6.10



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La resistencia relativa de los concretos hechos con los diferentes tipos de cemento Portland, tomando como base para la comparacin el cemento Portland tipo 1, se muestra a continuacin. Estos valores son caractersticos para los concretos con curado hmedo hasta el momento en que se prueban.

Tipos de Cemento Portland % Resistencia a la compresin 1 DA 7 DAS 28 DAS 3 MESES

1 Normal 100 100 100 100 2 Moderado 75 85 90 100 3 - Alta resistencia inicial 190 120 110 100 4 Bajo calor de hidratacin 55 55 75 100 5 - Resistencia a los sulfatos 65 75 85 100

Tabla No. 1.5 Resistencia relativa aproximada del concreto segn el tipo de cemento Portland.1.6.10

1.5.4 PROPIEDADES DEL CEMENTO PORTLAND La mayor parte de las especificaciones para cemento Portland establecen lmites a la composicin qumica y algunas propiedades fsicas (NTC 121 y 321),1.6.7 por lo tanto, el conocimiento de algunas de estas propiedades es provechoso para interpretar los resultados de las pruebas del cemento. 1.5.4.1 Densidad La densidad del cemento Portland vara generalmente entre 2,90 y 3,20 g/cm3 dependiendo bsicamente de la cantidad y densidad del material puzolnico que se adicione. La densidad de un cemento no indica la calidad del mismo; su uso principal radica en dosificacin y control de mezclas. La densidad del cemento se determina generalmente con el frasco de LE CHATELIER (NTC 221). Este frasco permite determinar el volumen correspondiente a una cierta masa de cemento (64 g), por el desplazamiento de un lquido colocado dentro del frasco. El lquido empleado es kerosene libre de agua o nafta con una gravedad no inferior a 62o A.P.I., ya que no es posible emplear agua pues el cemento iniciara sus reacciones de hidratacin.

Figura 1.4. Equipo utilizado en el ensayo de Densidad del Cemento. Frasco de Le Chatelier y Bao Mara



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1.5.4.2 Finura La importancia de la finura en el cemento radica en que a mayor finura el cemento desarrolla mayor resistencia pero desprende ms calor; esto es debido principalmente, a que granos gruesos pueden durar varios aos en hidratarse, e inclusive no llegar jams a realizarlo totalmente, mientras que, cuanto ms fino sea el cemento, mayor ser la cantidad de material que se hidrata, ya que la superficie total en contacto con el agua es mucho mas grande. Al hidratarse un mayor porcentaje de la masa total del cemento, sta masa reacciona, logrando un desarrollo mas alto de resistencia, pero como desprende calor al realizar este proceso, tambin ser mayor la cantidad de calor desprendido. La medida de la finura se expresa por el rea de las partculas contenidas en una masa unitaria del material, lo cual se denomina "Superficie Especfica" y sus unidades de medida son unidades de rea por unidades de masa as por ejemplo cm2/g o m2/kg. La finura del cemento se puede medir por tamizado (NTC 226 o 294) o con el permemetro de Blaine (NTC 33) o con el turbidmetro de Wagner (NTC 597). El ensayo de tamizado (Figura No. 1.5), consiste en hacer pasar una cantidad de material (50 g por el tamiz 74m (#200) o 1 g por el mtodo de lavado por el tamiz 44 m (#325)); se determina la cantidad de partculas en porcentaje por masa que queda retenido en el tamiz.

100)100(2 cRsRc = (con el tamiz 74 m) o Rc = Rs(100 c) (con el tamiz 44 m)

Siendo: Rc: Porcentaje retenido Rs: Masa del material retenido c: Factor de correccin del tamiz Si el porcentaje retenido es mayor a un 10% sobre el tamiz 44 m, se recomienda realizar otros ensayos de control de calidad como por ejemplo determinar el tiempo de fraguado y la resistencia a la compresin con el fin de definir si este cemento puede ser usado en una obra. Como con este ensayo no podemos conocer realmente la granulometra (tamao de las partculas) del cemento que pasa el tamiz, este ensayo es simplemente de chequeo.

Figuras 1.5 Equipo utilizado en la determinacin de la finura, por el Mtodo del Tamizado

(Tamiz 74 m).



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El ensayo que determina la finura del cemento con el permemetro de BLAINE, sirve de control de calidad del cemento y se basa en la medida de la permeabilidad que ofrece una capa de cemento, colocada en determinadas condiciones de compactacin, al paso del aire. La muestra se coloca en forma estandarizada en el aparato de Blaine y se determina el tiempo en que un lquido normalizado se demora en pasar por dos marcas intermedias. La superficie especfica se calcula:

TTpSpS = TKS = (1.1)

Donde: S = Superficie especfica de la muestra en ensayo (m2/kg). Sp = Superficie especfica de la muestra patrn (m2/kg). T = Tiempo determinado para la muestra en ensayo (s). Tp = Tiempo determinado para la muestra patrn (s). K = Constante de calibracin del aparato de Blaine. La superficie especfica por permemetro de Blaine en m2/kg debe ser como mnimo 280, de acuerdo con la NTC 121, para todos los diferentes tipos de cemento. El mtodo del turbidmetro de Wagner, para medir la finura del cemento, se fundamenta en la variacin de la turbidez de una suspensin de cemento en un lquido (kerosene), en funcin del tiempo y basados en la Ley de STOKES que relaciona este tiempo con la sedimentacin de las partculas en suspensin. El resultado que arroja este ensayo que determina la superficie especfica, debe ser como mnimo 1600 cm2/g para cualquier tipo de cemento.

Figuras 1.6. Equipo utilizado en la determinacin de la finura, por el Mtodo del Permemetro de Blaine.



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1.5.4.3 Consistencia normal Con el propsito de poder determinar algunas propiedades del cemento como tiempos de fraguado o estabilidad volumtrica, se debe realizar una mezcla de cemento y agua llamada pasta; puesto que las propiedades de la pasta se ven afectadas por las cantidades de cada uno de los componentes que entran a formar parte de la mezcla, se debe preparar una pasta "normalizada", con la cantidad de agua necesaria para que la hidratacin del cemento sea lo ms exacta posible; sta pasta se denomina de consistencia normal. La pasta de consistencia normal se determina mediante la NTC 110; el ensayo consiste en averiguar la cantidad de agua en porcentaje con respecto a la masa de cemento usada (500 g) que debe tener la pasta de tal manera que al colocarla en el aparato de "Vicat" (Figura No. 1.7.) la penetracin de una sonda de dimetro 1 cm y masa 300 g (todo el conjunto) sea en 30 s de 101 mm; por lo general, el porcentaje de agua vara entre 23 y 33%.

Figura 1.7. . Aparatos de Vicat utilizados en la Determinacin de la Pasta de Consistencia Normal para los Ensayos relacionados con el Fraguado. 1.5.4.4 Fraguado Fraguado se refiere al paso de la mezcla del estado fluido o plstico al estado slido. Aunque durante el fraguado la pasta adquiere alguna resistencia, para efectos prcticos es conveniente distinguir el fraguado del endurecimiento, pues este ltimo trmino se refiere al aumento de resistencia de una pasta de cemento fraguada.



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El fraguado es causado por una hidratacin selectiva de los componentes principales. El C3A puro al entrar en contacto con agua presenta una reaccin muy violenta y lleva a un inmediato endurecimiento, esto produce un aspecto desfavorable en el cemento debido a que las mezclas endureceran a muy corto plazo y no podran ser transportadas y colocadas sino con muchos problemas. Para prevenir esto, al clinker se le agrega yeso (CaSO4.2H2O); el C3A y el yeso reaccionan para formar un compuesto inestable e insoluble llamado sulfoaluminato de calcio (3CaO.AL2O3.3CaSO4.31H2O). Posteriormente, los silicatos empiezan a hidratarse y comienza por consiguiente a fraguar formando una pasta de consistencia semislida (fraguado inicial); luego el sulfoaluminato de calcio se descompone lentamente dejando libre al C3A que se hidrata conjuntamente con el C4AF dndole a la pasta una consistencia slida produciendo de esta forma el fraguado final. En la prctica se utilizan los trminos de fraguado inicial y fraguado final para describir etapas del fraguado elegidas arbitrariamente. Los tiempos de fraguado de la pasta, se emplean como control de calidad del cemento (NTC 121), y se pueden determinar con las agujas de GILLMORE (NTC 109) o con el aparato de VICAT que es el mtodo ms utilizado (NTC 118). El ensayo empleando las agujas de GILLMORE consiste en someter una pasta de consistencia normal a la penetracin de unas agujas. Cuando la aguja de dimetro 1/12" (2,12 mm) y de masa 1/4 lb (113,4 g) no penetra en la pasta, sino que deja una ligera huella, se dice que se ha producido el fraguado inicial; el tiempo total transcurrido desde que se agreg agua al cemento hasta cuando no penetr la aguja se denomina "tiempo de fraguado inicial" y no debe ser menor de 60 minutos para cualquier tipo de cemento. Posteriormente, la pasta se lleva a la penetracin de otra aguja de dimetro 1/24" (1,06 mm) y masa 1 lb (454 g), cuando la aguja no penetre se dice que se ha producido el fraguado final. El tiempo total transcurrido, desde que se prepar la pasta, se llama "tiempo de fraguado final" el cual no debe ser mayor a 10 horas para cualquier tipo de cemento. El ensayo ms utilizado para determinar los tiempos de fraguado y que sirve de control de calidad del cemento, es empleando el aparato de VICAT (Figura No. 1.7.). El ensayo consiste en someter una pasta de consistencia normal a la penetracin de una aguja de 1 mm de dimetro y masa 300 g (todo el conjunto), a diferentes intervalos de tiempo. Cuando la penetracin de la aguja de dimetro 1mm en 30 s es de 25mm se dice que ha transcurrido el tiempo de fraguado inicial el cual no debe ser menor de 45 minutos para cualquier tipo de cemento. Cuando la aguja (dimetro 1mm) no penetra, sino que deja una ligera huella se dice que ha transcurrido el tiempo de fraguado final el cual no debe ser mayor a 8 horas para cualquier tipo de cemento. 1.5.4.5 Falso fraguado Se da el nombre de falso fraguado a una rigidez prematura y anormal del cemento, que se presenta dentro de los primeros minutos despus de haberlo mezclado con agua.



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El falso fraguado se pone en evidencia por una gran prdida de plasticidad, sin generar mucho calor poco despus de haberse realizado la mezcla. Cuando esta pasta endurecida se remezcla, sin adicionar agua, su plasticidad se recupera y fragua normalmente sin prdida de resistencia. Si por el contrario, la mezcla no recupera su plasticidad y desprende calor en forma apreciable se dice que lo que ocurri fue un fraguado relmpago, o sea un verdadero fraguado pero en muy corto tiempo. Un falso fraguado muy marcado puede causar dificultades desde el punto de vista de la colocacin y manipulacin, pero esto no es probable donde el concreto se mezcla generalmente por un tiempo largo, como ocurre en un camin mezclador, o cuando ste es remezclado antes de colocarlo o transportarlo, como sucede en operaciones de concreto bombeado. Esto debe ser ms digno de atencin cuando se mezcla por un tiempo corto en mezcladoras fijas y se transporta en equipos sin agitador, como sucede en algunos tipos de obras. El falso fraguado es motivado generalmente por deshidratacin del yeso cuando se mezcla con un clinker demasiado caliente (mayor a 120oC), se produce hemihidrato (CaSO4.2H2O) o anhidrita (CaSO4) y cuando se mezcla el cemento con el agua, estos compuestos se hidratan para formar yeso. Para evitar la deshidratacin del yeso, en la prctica normal se enfra el clinker antes de la molienda. Otra causa del falso fraguado puede asociarse con los lcalis del cemento; al almacenarse el cemento, los lcalis pueden carbonatarse y los carbonatos alcalinos reaccionan con Ca(OH)2 liberado por la hidrlisis del C3S para formar CaCO3, este precipita e induce a una rigidizacin de la pasta. El fraguado relmpago se debe principalmente a falta de yeso al molerse clinker y yeso; el C3A presente en el clinker, al no haber yeso entra en contacto con el agua reaccionando rpidamente, produciendo el endurecimiento de la pasta. Una prueba para determinar si un cemento puede presentar falso fraguado se describe en la NTC 297. El ensayo consiste en preparar una pasta con una consistencia tal que al someterla a la penetracin de una sonda de dimetro 1 cm y masa 300 g, dicha penetracin sea de 344 mm en 30 s; este valor se toma como penetracin inicial (Pi). Despus de realizada la lectura inicial se deja la pasta 5 minutos en reposo y se repite el proceso efectuado para la penetracin inicial; la lectura obtenida corresponde a la penetracin final (Pf). Pf

% de penetracin final = * 100 (1.2) Pi

La norma NTC 121 especifica, como requisito opcional, que el porcentaje de penetracin final mnimo debe ser 50% para cualquier tipo de cemento.



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1.5.4.6 Estabilidad volumtrica El cemento que muestra grandes expansiones luego de fraguado se conoce con el nombre de cemento expansivo; este es el peor defecto que puede presentar un cemento pues las obras hechas con l quedan seriamente amenazadas. Es esencial que la pasta de cemento, una vez fraguada, no sufra un gran cambio en volumen en particular no debe de haber una expansin apreciable, la cual, bajo condiciones de esfuerzo, podra ocasionar un rompimiento de la pasta de cemento endurecida. Tal expansin puede tener lugar debido a una hidratacin retardada o lenta o a otra reaccin de algn compuesto presente en el cemento endurecido, particularmente CaO, MgO o CaSO4 (yeso). Si las materias primas adicionadas al horno contienen ms cal de la que puede combinarse con los otros xidos, el exceso permanecer en estado libre. Esta cal fuertemente calcinada se hidrata solo en forma muy lenta y puesto que la cal apagada ocupa un volumen ms grande que el xido de calcio original, se produce una expansin. Un cemento tambin puede tener variaciones de volumen debidas a la presencia de MgO, el cual reacciona con el agua en forma similar al CaO. El sulfato de calcio es el tercer compuesto capaz de causar expansin; si el contenido de yeso sobrepasa la cantidad que puede reaccionar con el C3A durante el fraguado, se presentar una variacin de volumen en forma de expansin lenta. Por esta razn, las norma NTC 321 especifica la cantidad mxima de SO3, en porcentaje, que debe tener un determinado tipo de cemento, as por ejemplo, para cemento Portland tipo 1 se admite hasta un 3,5%. Puesto que la variacin de volumen del cemento no se manifiesta, sino hasta despus de un perodo de meses o aos, es esencial probar aceleradamente la variacin de volumen del cemento. Las pruebas ms utilizadas para determinar si un cemento es expansivo o no, son: "Expansin al autoclave" (norma NTC 107) y "Determinacin de la expansin por el mtodo de las agujas de LE CHATELIER" (norma NTC 1514). El ensayo de "Expansin al autoclave" (Figura No. 1.8.), consiste en someter a hidratacin acelerada una muestra de cemento fraguada (despus de 24 horas en cmara hmeda); lo cual se logra sometiendo unas barras de 1"x1"x10" (25,4 x 25,4 x 254 mm) hechas de pasta de consistencia normal a la accin de un hervidor (presin manomtrica del vapor de agua saturado 20,7 kg/cm2) durante 3 horas; antes y despus del ensayo las longitudes de las barras se miden exactamente con un comparador. El aumento expresado en porcentaje de la longitud inicial se denomina Expansin al autoclave, el cual debe ser como mximo 0,8% para todos los tipos de cemento (norma NTC 121). long. final - long. inicial % Expansin al autoclave = * 100 (1.3) long. inicial



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Si el ensayo da un resultado desfavorable, se puede hacer un reensayo usando muestras nuevas, dentro de los 28 das siguientes al del ensayo. En este caso se deben ensayar tres muestras distintas y el promedio de los resultados obtenidos con ellas ser la expansin del cemento al autoclave, la cual no debe ser mayor al 0,8% para poder utilizar el cemento.

Figura 1.8. Equipo de Expansin al Autoclave

La prueba con las "agujas de LE CHATELIER" consiste en llenar 6 pares de agujas con pasta de consistencia normal, luego se colocan placas de vidrio sujetndolas firmemente contra las bases de las agujas con pinzas metlicas y se mide la separacin en mm de las agujas, despus se introducen en agua a temperatura de 212oC durante 24 horas. Al cabo de este tiempo se sacan las agujas del agua se separan las placas de vidrio y se comprueba que la separacin es la misma. Posteriormente se mantienen 3 pares de agujas, ya sin placas de vidrio, en la misma agua, durante 6 das al cabo de los cuales se vuelve a medir y anotar la separacin en mm. La diferencia entre esta lectura y la inicial es la expansin en fro, probablemente debida a exceso de yeso o cal libre fcilmente hidratable por el cemento, o ambos. Los otros 3 pares de agujas, se colocan sin las placas de vidrio, en agua hirviendo durante 3 horas, al cabo de este tiempo se suspende la ebullicin y se dejan enfriar los moldes dentro del agua, hasta que alcancen la temperatura de 212oC. Se mide de nuevo la separacin de las agujas en mm, la diferencia entre esta lectura y la inicial (a las 24 horas) es la expansin en caliente, probablemente debida a exceso de cal libre o de xido de magnesio libre fcilmente hidratable. La expansin del cemento se toma como el mayor valor entre la expansin en fro y en caliente, esta expansin est limitada para cementos Portland a mximo 10 mm. Si la expansin excede este valor, se repite la prueba con una muestra de cemento aireado durante 7 das, la expansin en este caso no debe exceder de 5 mm. Un cemento que no satisfaga por lo menos uno de estos dos criterios no debe usarse.



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1.5.4.7 Calor de hidratacin. El calor de hidratacin es el calor generado cuando reaccionan el cemento y el agua. La cantidad de calor generado depende principalmente de la composicin qumica del cemento; a tasa de generacin de calor la afecta la finura y temperatura de curado, as como la composicin qumica. De acuerdo con las reacciones qumicas, la hidratacin de compuestos del cemento es exotrmica, y pueden liberar hasta 500 joules por gramo (120 caloras/gramo). Puesto que la conductividad del concreto es relativamente baja, acta como aislante, y en el interior de una masa grande de concreto, la hidratacin puede producir un fuerte aumento en temperatura. Al mismo tiempo, la masa exterior del concreto pierde algo de calor, de modo que se produce un fuerte gradiente de temperatura y durante el enfriamiento posterior del interior, pueden producirse graves agrietamientos. Esto es especialmente importante en estructuras como aquellas de gran masa, donde la rapidez y la cantidad de calor generado son importantes; si no se disipa este calor rpidamente, puede ocurrir una importante elevacin de temperatura en el concreto, lo cual puede resultar inconveniente al ir acompaada de una dilatacin trmica. El enfriamiento posterior del concreto endurecido a la temperatura ambiente puede crear contracciones en la masa conocidas como retraccin de fraguado, y originar esfuerzos perjudiciales. En el otro extremo, el calor producido por hidratacin puede impedir el congelamiento del agua en los capilares de concreto recientemente aplicado, en aguas heladas y es, por lo tanto, ventajoso que haya una fuerte dispersin de calor. Sin duda, es aconsejable conocer las propiedades productoras de calor de diferentes cementos para poder elegir el cemento ms adecuado para cada finalidad. Para efectos prcticos no importa necesariamente el calor total de hidratacin sino la velocidad de desarrollo del calor. La misma cantidad total de calor producida en un perodo mayor, puede dispersarse en mayor grado, con menor aumento consecuente de la temperatura. Para variedades usuales del cemento Portland, Bogue observ que aproximadamente una mitad de calor total se libera entre uno y tres das; aproximadamente 3/4 en 7 das y 83 al 91 por ciento del total del calor en 6 meses. De hecho el calor de hidratacin depende de la composicin qumica del cemento, y el calor de hidratacin del cemento es aproximadamente igual a la suma de los calores de hidratacin de los compuestos individuales, hidratados por separado. El calor de hidratacin es la cantidad de calor en caloras por gramo de un cemento deshidratado, dispersado por una hidratacin completa a una temperatura dada. El mtodo ms comn para medir el calor de hidratacin consiste en determinar el calor de solucin de cemento deshidratado e hidratado en una mezcla de cido ntrico y fluorhdrico; la diferencia entre estos dos valores representa el calor de hidratacin (norma NTC 117). En la tabla No. 1.6 se muestra la cantidad de calor de hidratacin, liberado por cada uno de los compuestos principales puros, a diferentes edades. En la tabla No. 1.7 se consigna el calor de hidratacin, generado por los diferentes tipos de cemento Portland, expresado en porcentaje respecto al cemento Portland tipo 1 que se ha tomado como base.



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CALOR LIBERADO (Caloras / g) COMPUESTO

7 DAS 28 DAS 6 MESES TODO HIDRAT. C2S 20 45 60 62 C3S 110 120 120 120 C3A 185 205 207 207

C4AF 40 50 70 100 Tabla No.1.6 Calor de hidratacin de los compuestos principales puros.1.6.8

TIPO DE CEMENTO % A LOS 7 DAS 1 100 2 80-85 3 Hasta 150 4 40-60 5 60-65

Tabla No.1.7 Calor de hidratacin para los diferentes tipos de cemento, expresado como un porcentaje de la cantidad de calor liberado por el cemento Portland tipo 1, a los 7 das.1.6.8

1.5.4.8 Resistencia del cemento La resistencia mecnica del cemento endurecido es la propiedad del material que posiblemente resulte ms obvia en cuanto a los requisitos de usos estructurales. Por lo tanto no es sorprendente que las pruebas de resistencia estn indicadas en todas las especificaciones del cemento. La resistencia de un mortero o concreto depende de la cohesin de la pasta de cemento, de su adhesin a las partculas de los agregados y en cierto grado, de la resistencia del agregado mismo.

No se efectan pruebas de resistencia en pasta de cemento puro, debido a las dificultades experimentales de moldeo, que originaran una gran variacin en los resultados. Para determinar la resistencia del cemento se utilizan morteros, es decir, mezcla de agua, cemento y agregado fino; de proporciones determinadas, hechos con materiales especficos en condiciones estrictamente controladas. Figura 1.9. Equipo utilizado en la determinacin de las distintas Resistencias del Cemento.



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Existen varias formas de prueba de resistencia: tensin directa, compresin directa y flexin. Esta ltima determina en realidad la resistencia a la tensin por flexin, porque, como es bien sabido la pasta de cemento es considerablemente ms resistente a la compresin que a la tensin. La prueba para determinar la resistencia a la tensin del cemento se realiza de acuerdo con la norma NTC 119. El ensayo se hace empleando, generalmente, un mortero que tenga una parte de cemento por tres de agregado fino seco. El agregado fino debe ser de slice natural, normalizado para el ensayo, que pase el tamiz #20 (841m) y quede retenido en el tamiz #30 (595m). La cantidad de agua que se utiliza en la mezcla est en funcin del agua para consistencia normal. El mortero se coloca en moldes especiales en forma normalizada y durante las primeras 24 horas los moldes con el mortero se mantienen en cmara hmeda y el resto del tiempo, hasta el da del ensayo, las briquetas sueltas se colocan en agua. Por lo general, se elaboran 9 briquetas, de las cuales 3 se ensayan a los 3 das, 3 se ensayan a los 7 das y 3 se ensayan a los 28 das. Las muestras defectuosas o las que den resistencias que difieran en ms del 15 % del promedio de las hechas con la misma mezcla y ensayadas al mismo tiempo, no se tienen en cuenta para determinar la resistencia a la tensin. Si una vez descartadas las muestras y los valores obtenidos de la resistencia o ambos se dispone de un solo valor para determinar la resistencia, debe repetirse el ensayo. La resistencia a la compresin del cemento se determina de acuerdo con la norma NTC 220 y es la resistencia que se emplea como control de calidad del cemento. El ensayo se hace preparando un mortero hecho de una parte de cemento y 2,75 partes de arena natural de slice, normalizada para el ensayo y cuya gradacin se muestra en la tabla No. 1.8.

Tamiz % Acumulado retenido 149 (#100) 98 2 297 (#50) 75 2 595 (#30) 2 2

1.19 mm (#16) 0

Tabla No. 1.8 Gradacin de la arena normalizada para el ensayo de resistencia a la compresin del cemento.1.6.7

La cantidad de agua de amasado, para los cementos Portland sin adiciones, debe ser aquella que produzca una relacin mnima de agua/cemento de 0,485 (a/c=0,485) y para efecto de comparacin, sobre cementos Portland con adiciones, se emplea la mesa de flujo (% fluidez entre 100 y 115%).



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El mortero se coloca normalizadamente en moldes especiales (cubos de 50mm de lado). Durante las primeras 24 horas los moldes con el mortero se mantienen en cmara hmeda y el resto del tiempo los cubos sueltos se colocan en agua hasta el da del ensayo. Por lo regular, se elaboran mnimo 9 cubos, para ensayar 3 a los 3 das, 3 a los 7 das y 3 a los 28 das. Los cubos defectuosos o los que den resistencias que difieran en ms del 10% del promedio de todas las muestras hechas de la misma mezcla y ensayadas al mismo tiempo, no deben tenerse en cuenta para determinar la resistencia a la compresin. Si una vez descartadas las muestras y los valores obtenidos de la resistencia solo se dispone de un valor para determinarla, debe repetirse el ensayo.

RESISTENCIA A LA COMPRESIN MNIMA (kg / cm2) TIPOS DE CEMENTO 1 DA 3 DAS 7 DAS 28 DAS

1. Normal - 80 150 240 2. Moderado - 105 175 - 3. Alta resistencia 100 210 - - 4. Bajo calor de hidratacin

- - 70 175

5. Resistencia a los sulfatos

- 85 155 210

Tabla No. 1.9. Resistencia a la compresin mnima que deben desarrollar los diferentes tipos

de cemento (norma NTC 121); realizando el ensayo de acuerdo con la norma NTC 220.1.6.7

La resistencia a la flexin se determina de acuerdo con la norma NTC 120 y el ensayo consiste en preparar un mortero hecho de una parte de cemento y 2,75 partes de arena, la cual debe cumplir los mismos requisitos exigidos para el ensayo de resistencia a la compresin (norma NTC 220). La cantidad de agua debe ser la que me produzca una fluidez del mortero de 1105% en la mesa de flujo. La mesa de flujo es un dispositivo que permite someter el mortero a impactos; el mortero se coloca en forma normalizada sobre el plato de la mesa de flujo y se mide el aumento del dimetro de la base despus de dar 25 golpes en 15 s (norma NTC 111). Dimetro final - Dimetro inicial %Fluidez = * 100 (1.4) Dimetro inicial Una vez preparado el mortero, cumpliendo las condiciones anteriores, se procede a llenar unos moldes de 4x4x16 cm en forma estandarizada; durante las primeras 24 horas los moldes con el mortero se mantienen en cmara hmeda y el resto del tiempo hasta el da del ensayo las viguetas sueltas se sumergen en agua. Se recomienda elaborar mnimo 9 viguetas para probar 3 a los 3 das, 3 a los 7 das y 3 a los 28 das. Las viguetas se prueban simplemente apoyadas con carga en el punto medio y la resistencia a la flexin (RF) en kg/cm2 se determina de la siguiente manera:



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P*L RF vigueta = (3 / 2) x (1.5) B*H 2 Donde: P= Carga mxima aplicada (kg). L= Distancia entre apoyos (cm). B= Ancho de la seccin en el punto de falla (cm). H= Altura de la seccin en el punto de falla (cm). Las viguetas defectuosas o las que den resistencias que difieran en ms del 10% del promedio de todas las muestras hechas de la misma mezcla y ensayadas al mismo tiempo, no deben tenerse en cuenta para determinar la resistencia a la flexin. Si una vez descartadas las muestras y los valores obtenidos de la resistencia solo se dispone de un valor para determinarla, debe repetirse el ensayo. 1.5.5 ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO PORTLAND En COLOMBIA la masa del saco de cemento es de 50 kg, aunque algunas pocas fbricas producen sacos de 42,5 kg y tambin se estn comercializando sacos de 25 kg. En el saco de cemento debe ir impreso: el nombre del fabricante, el tipo de cemento, la masa del saco y la licencia de fabricacin. El cemento Portland que se mantiene seco conserva sus cualidades indefinidamente. El cemento almacenado en contacto con la humedad fragua ms despacio y desarrolla menos resistencia que el cemento seco. El aire de la bodega donde se almacene el cemento debe estar tan seco como sea posible, debern taparse todas las grietas y aberturas. Los sacos de cemento no se deben almacenar sobre suelos hmedos, se deben colocar sobre plataformas que pueden ser de madera. Los sacos de cemento se debern estibar juntos para reducir la circulacin de aire, pero no se deben apoyar contra los muros. Los sacos que se van a almacenar durante largos perodos se deben cubrir con lonas u otras cubiertas impermeables. Cuando se use el cemento, deber fluir libremente y no contener terrones. Si los terrones no se rompen con facilidad o la calidad del cemento es dudosa, se deber ensayar el cemento mediante las pruebas de: finura, tiempos de fraguado y resistencia, los resultados se compararn con los valores especificados.



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1.6 REFERENCIAS 1.6.1 - ASSO, Orus. Materiales de construccin. La Habana, Cuba. Editorial cientfico tcnica.

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septiembre 23 de 1988, seccin E. Cali (Colombia). 1.6.4 - Cdigo colombiano de construcciones sismo-resistentes. Decreto 1400 de 1984.

Captulos C.3, Seccin C.3.2. Bogot (Colombia). 1984. 1.6.5 - DUDA, Walter H. Manual tecnolgico del cemento. Barcelona (Espaa): Tcnicos

asociados. 1977. 1.6.6 - GOMA, P. El cemento Portland y otros aglomerantes Barcelona (Espaa): Tcnicos

asociados. 1979. 1.6.7 - ICONTEC. Normas tcnicas colombianas para el sector de la construccin - I. Bogot

(Colombia): Legis editores s. a. 1989. 1.6.8 - NEVILLE, A. M. Tecnologa del concreto tomo I y II. Mxico: Instituto mexicano del

cemento y del concreto. Primera edicin, tercera reimpresin. 1980. 1.6.9 - PAPADAKIS Michel Y VENUAT Michel. Fabricacin, caractersticas y aplicaciones de

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1.6.10 - PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (P.C.A.). Proyecto y control de mezclas de

concreto. Mxico: Limusa. Primera edicin. 1978. 1.6.11 - REZOLA IZAGUIRRE, Julin. Caractersticas y correcta aplicacin de los diversos

tipos de cemento. Barcelona (Espaa): Tcnicos asociados. 1976. 1.6.12 - SANCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnologa del concreto y del mortero. Bogot

(Colombia): Pontificia Universidad Javeriana. 1987. 1.6.13 - VILLEGAS R, Bernardo. Boletines Nos. 2 y 3, Cemento y Hormign. Medelln

(Colombia). ANDI.

CAPTULO 1MATERIALES CONGLOMERANTESComposicin qumicaFraguadoResistencia

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