Uso de la Cal en Morteros

Calerías e Industrias S.A

La Cal

• Características Principales: - Propiedades Aglomerantes - Alta Finura

- Alta Alcalinidad (pH ≈ 12).

• La Cal proviene de la piedra caliza (CaCO3) al igual que el cemento

• Usos en la Construcción: Se utiliza en la elaboración de morteros, como un complemento ideal del cemento.

Cal VivaCaO

Calcinación

Piedra CalizaCaCO3

Dióxido de CarbonoCO2

H2O

Hidratación

Desprendimiento de calor

Carbo

natac

ión

Dióxido de CarbonoCO2

H2O

Incorporación de Calor

Ciclo de la Cal

CaCO3 + Calor = CaO + CO

2

CaO + H2O = Ca(OH)2

Ca(OH) 2

+ C

O 2 =

CaC

O 3Hidróxido de Calcio

Ca(OH)2

Tipos de Cales• Cal viva: CaO

• Cal Hidratada: CaO + H2O ↔ Ca(OH)2

• Cal Hidráulica: Ca(OH)2 + compuestos hidráulicos.

- Cal Hidráulica natural: los compuestos hidráulicos provienen de la piedra caliza

- Cal Hidráulica artificial: los compuestos hidráulicos se les agrega

artificialmentePara la elaboración de morteros sólo se acepta el uso de cales hidratadas y cales hidráulicas hidratadas

Fraguado de las cales

• Cal HidratadaEl endurecimiento se produce cuando el contenido de humedad ha diminuido lo suficiente, en este momento el hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono del aire (CO2) formando carbonato de calcio. Este proceso no puede realizarse bajo agua. El fraguado ocurre lentamente desde el exterior hacia el interior del mortero.

• Cal Hidráulica El fraguado se produce en forma uniforme y requiere de agua. El fraguado hidráulico se debe a la presencia de componentes hidráulicos, como la sílice y el aluminato, que reaccionan con la cal formando silicatos y aluminatos que son los que aportan la resistencia al mortero. A diferencia de la cal hidratada, no depende de un secado rápido para obtener resistencia temprana, endureciendo aun en condiciones de humedad.

Requisitos que se exigen a la Cal

Según su uso:

• Para la elaboración de morteros de junta de albañilería armada → NCh 1928

• Para los morteros diferentes a los morteros de junta de albañilería armada → NCh 2256/1

ComponentesCal

AéreaCal

Hidráulica

CaO + MgO mín 80 30

MgO máx 5 -

SiO2 mín - 12

Fe2O3 + Al2O3 + SiO2 mín - 15

CO2 (en Fábrica) máx 5 8

(en Obra) máx 7 -

Residuos Insolubles máx

5 -

Características Cal Aérea

Cal Hidráulica

Norma Ensayo

Finura    

NCh150 Tamiz 0,63 %, máx 0,5 0,5

Tamiz 0,160 %, máx - 5

Tamiz 0,080 %, máx 10 15

Superficie específica14000 - NCh159

Blaine cm2/g mín

Índice Plasticidad12 - NCh 1517

% mín

Tiempo de Fraguado    

NCh 152 Tiempo inicio, h mín - 2

Tiempo final, h máx - 48

Retentividad de agua85 75 NCh2259

%, mín

Resistencia a la compresión - 2 NCh 158

28 días MPa, mín

Resistencia a la flexión - 0,8 NCh 158

28 días MPa, mín

NCh 1928

Tabla 1: Requisitos Químicos

Tabla 2: Requisitos Físicos

Componentes Cal hidratadaCal hidráulica

Natural Artificial

CaO(libre), mínimo 50% 23% 8%

MgO, máximo 6% 3% 7%

CO2, máximo 5% 5% 10%

SO3 - 4% 4%

CaracterísticasCal

Hidratada

Cal hidráulicaNorma de

EnsayoNatural Artificial

Finura:Tamiz 0.63mm, %máx.Tamiz 0.080mm, %máx.

1%8%

1%12%

1%20%

ASTM C110

Retentividad, %mín. 70% 65% 60% NCh2259

Tiempo de fraguado:Inicio, h, mín.Término, h, máx.

- 2482

2482

NCh152

Resistencia a la compresión2) 28 días, MPa, mín.

2,0 2,5NCh158

Tabla 2: Requisitos Físicos

NCh 2256/1

Tabla 1: Requisitos Químicos

El Mortero

• Material Compuesto de:

Cemento Arena Agua

+ Aditivos y/o Adiciones

++

El cemento por su alto poder aglutinante, le otorga al mortero la capacidad de fraguar, de endurecer y adquirir resistencia en el tiempo, sobre y bajo el agua.

Materiales Componentes

Este agregado conforma el esqueleto del mortero, es el componente mayoritario, por lo que es considerado como el componente de mayor influencia en la característica de los morteros en estado fresco y endurecido.

Desempeña dos funciones en los procesos de fabricación del mortero.Agua de amasado: produce la hidratación del cemento, la cual es necesaria para que el mortero pueda desarrollar su fraguado, endurecimiento y sus propiedades de resistencia, además de también lubrica la mezcla. Agua de curado: se utiliza para mantener la humedad interna del mortero con el fin de continuar la hidratación del aglomerante y endurecimiento del mortero.

Morteros

Resistencia ExcesivaRígidos

Poco TrabajablesEscasa Retentividad de Agua

Alta Retentividad de Agua

Mayor TrabajabilidadMayor Adherencia

Mayor Plasticidad

Mayor ImpermeabilidadMenor Resistencia

Los morteros cuyo aglomerante es sólo cemento poseen resistencias excesivas, ya que esta es mayor que los elementos a unir, son rígidos, poco trabajables y tienen una escasa capacidad de retención de agua, esto origina retracciones, las que a su vez conducen al fisuramiento.

Cemento:Arena:Agua

Cemento:Cal:Arena:Agua

Es por esta razón, que se le ha incorporado cal a los morteros para que posean una alta capacidad de retención de agua, sean más flexibles, plásticos, trabajables, aumenten la adherencia y la impermeabilidad del mortero, sin embargo, disminuye la resistencia a la compresión.

Morteros

“Para aprovechar las propiedades cohesivas del cemento y adhesivas de la cal, se recomienda una combinación de estos materiales para la elaboración de un mortero de excelente calidad.”

Si sólo se utiliza cal en la elaboración de morteros, éstos presentarían bajas resistencias a la compresión y se endurecerían muy lentamente, es por esto que:

Aplicaciones del MorteroMortero de Junta

Para los morteros de junta Soprocal posee la única cal hidráulica natural presente en el mercado chileno “Cal para mortero Hidráulica”, esta cal cumple con los requisitos que se le exigen la NCh 1928. Como los morteros de junta tienen una función estructural esta cal es ideal para su uso, debido a que aporta sus propiedades de trabajabilidad retentividad y adherencia, pero sin una gran disminución de resistencia, ya que al poseer componentes hidráulicos tiene la capacidad de adquirir resistencia a corto plazo.

Mortero de Estuco

Para los morteros de estuco Soprocal creo el producto “Cal para Estucos” el cual es una cal hidratada más aditivos. Esta cal otorga al mortero una gran trabajabilidad, e impermeabilidad al mortero y especialmente un alto poder de retención de agua, que es fundamental para los estucos, ya que por la gran superficie en que están expuestos estos tienen una mayor posibilidad de ceder al ambiente el agua de amasado y perjudicar el proceso de fraguado, lo cual se evita con la incorporación de esta cal.

Propiedades del Mortero

• Propiedades en Estado Fresco:-Trabajabilidad- Retentividad

• Propiedades en el Estado Endurecido:- Resistencia Mecánica- Adherencia- Impermeabilidad- Retracción

Las propiedades principales que debe poseer un mortero para su buen desempeño son:

Trabajabilidad

• Extenderse con facilidad

• Introducirse en las juntas verticales

• Resistir las deformaciones de la pasta fresca

La trabajabilidad es la propiedad de mayor importancia del mortero de junta en estado fresco, permite al mortero:

Trabajabilidad

Aporte de la cal a a la trabajabilidad del mortero:

Forma de sus partículas:

Disminución del tamaño de poros

Debido a la forma plana hexagonal de sus partículas, le permite deslizarse unas sobre las otras pero sin separarse completamente

Se produce una disminución de los tamaños de los poros del mortero provocando una mayor atracción entre partículas, lo que le confiere una mayor cohesión a la mezcla lo que aumenta la trabajabilidad.

Retentividad

Morteros con baja retentividad pierden humedad perjudicando:

- Trabajabilidad- Hidratación del aglomerante

- Proceso de fraguado- Resistencia Final- Adherencia

Mortero alta retentividad Mortero baja retentividad

La retentividad es la propiedad del mortero de retener el agua de amasado.

RetentividadUn mortero con una buena retentividad evita la exudación, que genera los siguientes problemas :

- Agua Superficial: Se forma una capa delgada de agua en la superficie implicando una menor resistencia en la superficie del mortero.

- Perdida de Agua: La exudación produce pérdida de agua del mortero ya colocado, afectando su trabajabilidad y disminuyendo de su capacidad de soporte.

- Conductos Capilares: Se forman conductos capilares en el mortero que constituyen posteriormente vías permeables

Retentividad

Aporte de la cal a a la retentividad del mortero:

Mayor Superficie Específica

Partícula de cemento Partícula de cal

La cal aporta una mayor retentividad al mortero debido a que posee partículas de menor tamaño que el cemento. La mayor superficie específica produce una mayor área envolvente, lográndose de esta forma la adsorción de una mayor cantidad de agua, aumentando de esta forma la retentividad de la mezcla.

Resistencia a la Compresión

Falla Albañilería

Resistencia Albañilería < Mortero

Falla Conjunto

Resistencia Albañilería = Mortero

Aunque la resistencia a la compresión no es la principal característica de un mortero, es una propiedad fácil de medir y puede relacionarse con otras propiedades, es por esto que se utiliza como el principal criterio para seleccionar el tipo de mortero a utilizar.

En los morteros de junta la resistencia debe estar condicionada por las unidades de albañilería, ya que si el mortero fuera más resistente que éstas, no se obtendría ninguna ventaja estructural, puesto que la falla se produciría al llegar a la resistencia última de las unidades. Lo que se busca es que en el momento que se produzca la falla, ésta traspase a los dos materiales.

Mortero con Cal

Resistencia a la Compresión

Mortero sin Cal

Aporte de la cal a a la resistencia a la compresión del mortero:

• Disminución de la rigidez del mortero

• Disminución de la resistencia excesiva para evitar la falla tipo escalerilla y lograr el comportamiento MONOLITICO

Adherencia• Es la capacidad que posee la unión mortero-unidad de resistir solicitaciones

internas y externas. Constituye la principal propiedad que se le exige al mortero, ya que, en el caso de los morteros de junta, permite que el muro trabaje monolíticamente y en el caso de los estucos permite que el mortero no se desprenda del muro o se sople.

• Principales solicitaciones que enfrenta el muro:

- De expansión y contracción del mortero y de la unidad.

- Cargas de la estructura y del viento.

- Cargas horizontales producidas por el sismo.

Mecanismos que generan la adherencia

La adherencia se produce a través de un proceso físico-químico generado por la introducción de mortero en los poros de las unidades o del sustrato. La pasta se introduce en los poros capilares, donde se produce la hidratación y cristalización de los componentes del aglomerante, generando un mecanismo de anclaje, lo origina la adherencia.

Adherencia

Aporte de la cal a a la adherencia del mortero:

La mayor trabajabilidad y el menor tamaño de partículas que otorga la adición de cal al mortero permite que éste se introduzca con mayor facilidad dentro de los poros del sustrato o de la unidad, lo que aumenta la adherencia del mortero.

Por otra parte la mayor retentividad que aporta la cal, evita que al producirse la succión por la unidad o el sustrato, se introduzca sólo el agua y no la pasta, lo que perjudicaría drásticamente la adherencia.

Permeabilidad

• La cantidad de agua absorbida por el muro depende de los siguientes efectos:

- La presión del viento y de la lluvia.

- La fuerza de succión capilar de los poros del muro.

- La presión hidrostática del agua alojada en los conductos capilares.

La permeabilidad del conjunto de albañilería es la propiedad que permite el paso de un fluido a través de su estructura interna.

Disminución capilares

Permeabilidad

• Disminución de tamaño de poros

• Autocurado de Fisuras

Aporte de la cal a la impermeabilidad del mortero:

La cal debido a su menor tamaño de partículas disminuye el tamaño de poros del mortero diminuye la permeabilidad de este.

El agua penetra en la fisura disuelve una pequeña cantidad de calcio, el cual reacciona con el dióxido de carbono del aire formando carbonato de calcio que tapa la fisura. Esto produce que, a los morteros que se le incorpora cal, tengan una mayor durabilidad e impermeabilidad.

RetracciónSe produce debido a los cambios de volumen:

• Por pérdidas de agua de amasado• Por cambios de Temperatura

Mortero sin Cal Mortero con Cal

Retracción

• Aporte de la cal a disminución de la retracción en el mortero:

- Aumento del tiempo de fraguado

- Aumento de la retentividad del mortero

- Disminución del calor de hidratación de la pasta

Requisitos de los Morteros

• Según su uso:

• Para los morteros de junta de albañilería armada → NCh 1928

• Para los morteros diferentes a los morteros de junta de albañilería armada → NCh 2256/1

Requisitos Principales de los Morteros

Requisitos

Mortero de Junta Mortero de Estuco

Norma de Ensayo

Albñ. Armada

Albñ.Confinada

Exterior InteriorUnidadeshechas amaquina

Unidades hechas a mano

Unidades hechas amaquina

Resist. mecánica,mín. 28 días [MPa]

10 5 10 2,5 1,0 NCh 158

Adherencia,mín. 28 días [MPa]

0,20 0,15 0,2 0,21) NCh24712)

Consistencia,Recomendada [mm]

180-2202) 180-2203) 180-2004) NCh 2257/1

Retentividad, mín. [%]

70 50-605) 60-706) NCh 2259

1) Para morteros colocados sobre superficies nuevas.2) Esta norma es para los morteros de estuco, aun se encuentra en estudio la norma para morteros de junta (NCh 2258).3) Para las unidades que se emplean en condición próxima a la saturación (ladrillos cerámicos de cualquier tipo), para las unidades

que se colocan en estado de humedad natural (bloques de hormigón y similares) deben tener morteros con consistencia de 220mm a 240mm.

4) Para estucos colocados manualmente, cuando se empleen equipos mecanizados (mortero proyectado, estucadoras mecánicas, entre otros) es necesario estudiar cada caso en particular

5) Si el ambiente de exposición es adverso durante la colocación (altas temperatura, fuertes vientos, radiación solar directa) se recomienda valores de retentividad cercanos al 70%

6) En ambientes rigurosos es conveniente que la retentividad sea superior a 60% y también cuando la absorbencia del parámetro es alta (tabla 7).

Sistemas de Dosificación• Especificación por Proporciones:

- Dadas en Peso- Dadas en Volumen

• Especificación por Requisito:- R. compresión- Retentividad- Contenido de aire, etc..

Los métodos de dosificación más utilizados son los del libro “Manual del Mortero” y de la norma ASTM C270.

Método de Dosificación

Para la determinación de la dosificación de un mortero debe partirse de la siguiente relación básica:

C/pc + K/pk + F/pf + A + H = 1000 (litros)Donde:C = dosis de cemento por m3 de mortero (kg)pc = peso especifico real del cemento (kg/l)K = dosis de cal por m3 de mortero (kg)pk = peso especifico real de la cal (kg/l)F = dosis de arena por m3 de mortero (kg)pf = peso especifico real de la arena (SSS) (kg/l)A = dosis de agua libre por m3 de mortero (l)H = contenido de aire por m3 de mortero (l) Los pasos para la elaboración de la dosificación son:

1. Determinar la dosificación a emplear en volúmenes aparentes 1: k’: f ’ Donde: k’= proporción en volumen de cal en relación con el cemento. f ’= proporción en volumen de arena en relación con el cemento.

2. Realizar una estimación del contenido de aire y agua de la mezcla. Esta estimación quedará definida por la trabajabilidad, el porcentaje de cal y el módulo de finura del árido,según la siguiente tabla.

Manual del Mortero

 

 MF=3.20

 

 MF=2.70

 

 MF=2.20

 

 MF=1.80

  H

% de cal <25 25-50 >50 <25 25-50 >50 <25 25-50 >50 <25 25-50 >50

ARENA TAMAÑO MAXIMO 5mm

fluidez Dosis de agua y aire (l/m3)

baja 260 265 270 280 285 290 310 315 320 350 355 360 30

media 270 275 280 290 295 300 320 325 330 360 365 370 30

alta 290 295 300 310 315 320 340 345 350 380 385 390 40

muy alta 310 315 320 330 335 340 360 365 370 400 405 410 40

ARENA TAMAÑO MAXIMO 2.5mm

fluidez Dosis de agua y aire (l/m3)

baja 295 300 305 315 320 325 345 350 355 385 390 395 40

media 305 310 315 325 330 335 365 370 375 405 410 415 40

alta 325 330 335 345 350 355 375 380 385 415 420 425 50

muy alta 345 350 355 365 370 375 395 400 405 435 440 445 50

ARENA TAMAÑO MAXIMO 1.25mm

fluidez Dosis de agua y aire (l/m3)

baja 335 340 345 355 360 365 385 390 395 425 430 435 50

media 345 350 355 365 370 375 395 400 405 435 440 445 50

alta 365 370 375 385 390 395 415 420 425 455 460 465 60

muy alta 385 390 395 405 410 415 435 440 445 475 480 485 60

Tabla: Estimación dosis de agua y aire

3.Transformar las proporciones en volumen a proporciones en peso c : k : f k = k’ x dk. f = f’ x df. c = 1 x dc

Donde:c = proporción en peso de cemento.k = proporción en peso de cal. f = proporción en peso de arena. dc = densidad aparente del cemento (kg/l).dk = densidad aparente de la cal (kg/l).df = densidad aparente de la arena (SSS) (kg/l).

4. Determinar la dosis de cemento (C) por m3 de mortero según la relación básica Despejando C queda de la siguiente forma:

C = 1000 – A – H c/pc + k/pk + f/pf

5.Determinar las dosis de cemento, cal y arena para la dosificación empleada.C’ = c x C (kg/m3) K’= k x C (kg/m3) F’ = f x C (kg/m3)

Finalmente, se debe realizar una compensación del contenido de humedad de la arena, debido a que en elcálculo se consideró la arena en estado saturado superficialmente seca.

Método de Dosificación

Los pasos para la elaboración de la dosificación son:

1. Determinar la dosificación a emplear en volúmenes aparentes 1: k : f. k = proporción en volumen de cal en relación con el cemento.f = proporción en volumen de arena en relación con el cemento.

2. Determinar la cantidad de arena (F) que se utilizara en la mezcla

3. Calcular3. Calcular el factor de dosificación, mediante la siguiente expresión: Fd = F / (df x f)

Donde:Fd = factor de dosificación (m3).F = dosis de arena (kg).df = densidad aparente de la arena (sss) (kg/m3).

4. Determinar las dosis de cemento y cal para la dosificación empleadaC = 1 x dc x Fd (kg). K = k x dk x Fd (kg).

Donde:C = dosis de cemento (kg).K = dosis de cal (kg).dc = densidad aparente del cemento (kg/m3).dk = densidad aparente de la cal (kg/m3).

Norma ASTM C270

Método de Dosificación

Dosificaciones RecomendadasUsos de los Morteros Mortero Tradicional Mortero con Cal

Albañilería Armada

1:3 1:0,5:4,5

Albañilería Simple o Confinada con la ladrillos hechos a maquina

Pega de Baldosas

Pega de enchapes de piedra en épocas calurosas

Albañilería simple o Confinada con ladrillos artesanales

1:3 1:1:6

Para bloques y bloquetas de hormigón de albañilería simple a confinada

Pega de enchapes de ladrillos

Estucos exteriores en zonas de alta humedad

Estucos Interiores

1:4 1:2:9Estuco Interior

Capa de Afinado

Comparación Costos*

Dosificaciones Comparadas Costo aprox. [m3] Ahorro [%]

1:3 - 1:0,5:4,5 30.000 24.000 20

1:3 - 1:1:6 30.000 22.000 27

1:4 - 1:2:9 24.000 20.000 17

La utilización de cal en los morteros mejora sus propiedades disminuyendo su costo significativamente

*Los costos se calcularon con los precios promedios de los materiales en Santiago con fecha de noviembre del 2005

Los morteros utilizados tradicionalmente tienen un mayor costo que los morteros cemento:cal:arena un ejemplo de esto se muestra en la siguiente tabla:

Recomendaciones GeneralesMortero de Junta

Llenado correcto de jutas verticales: Se deben llenar completamente las juntas verticales, esta es la zona más vulnerable de la albañilería debido a la mala construcción, esto causa problemas estructurales y de permeabilidad.

Mojado de la unidades: En el caso de la unidades cerámicas se deben mojar antes de la instalación (deben estar saturadas superficialmente secas), en el caso de bloques de hormigón deben colocarse sin mojarlos previamente, para evitar su contracción por secado

Recomendaciones GeneralesMortero de Junta

Curado correcto de la albañilería: Se debe curar la albañilería como mínimo 7 días en el caso de la albañilería de ladrillos cerámicos se puede realizar mediante un rociado de agua, en el caso de bloques de hormigón se debe humedecer por medio de brochas sólo el mortero cuidando no mojar la unidad debido a que puede experimentar cambios de volumen que perjudiquen al conjunto de albañilería

Precauciones con la T° ambiental: La temperatura ambiente en torno a la albañilería no debe bajar de 5°C durante las 72h siguientes a la colación. Cuando la colocación del mortero se efectúe en tiempo caluroso sobre 35°C deben adoptarse medidas para impedir la evaporación del agua de amasado.

Recomendaciones Generales

Mortero de Estuco:

• Punterear paños de hormigón para mejorar la adherencia

• Cargar paños inicialmente (1-1.5cm)

• Al segundo día realizar la terminación hasta llegar a (2-2.5 cm)

• Curar el estuco por 7 días