3.-ciencia y tecnología de los materiales [ing. alberto villarin]

5/21/2018 3.-Ciencia y Tecnolog a de Los Materiales [Ing. Alberto Villarin]

http:///reader/full/3-ciencia-y-tecnologia-de-los-materiales-ing-alberto-villar

Profesor: Alberto Villarino Otero Pgina 1/128Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Alberto Villarino OteroIngeniero de Caminos, Canales y Puertos

CIENCIA Y TECNOLOGIA

DE LOS

MATERIALES



g , y

Escuela Politcnica Superior de vila Asignatura: Ciencia y Tecnologa de los MaterialesIngeniera Tcnica de Obras Pblicas Prlogo


PRLOGO

La obra esta especialmente diseada para la docencia de la asignatura de Ciencia y Tecnologa de los

Materiales de la titulacin Ingenieria Tcnica de Obras Pblicas de la Escuela Politcnica Superior de vila,

con el fin de que el ingeniero tcnico aprenda los conceptos y temas mas importantes en dicho campo.

Debido a que la Ciencia y Tecnologa e los materiales engloba un campo extenssimo, es evidente que la

obra constituye un breve resumen, intentado tratar los temas de mayor relevancia y centrndose en los

materiales de construccin, ya que son aquellos con los que el ingeniero tcnico de obras pblicas mas

contacto tendr en su vida profesional.

La obra se estructura en siete temas. En el primer tema Las rocas en la construccin, se estudian los

distintos tipos de rocas as como sus aplicaciones en el campo de la construccin. En el segundo y tercer

tema la cal y el yeso respectivamente, se explican las propiedades, proceso de obtencin y aplicaciones deambos materiales.

El cuarto tema los materiales cermicos se explican las materias primas para la obtencin de dichos

productos y se detalla la tipologa de sus dos materiales principales, los ladrillos y las tejas

En el tema cinco el cemento. Constituye un resumen de la RC-08 donde se detallan los componentes y

tipologa aa como las aplicaciones de los cementos de dicha normativa.

El tema seis pretende ser un pequeo resumen de el hormign donde se identifiquen los componentesprincipales, los mtodos de puesta en obra y las aplicaciones en le campo de la ingenieria civil.

Por ultimo el tema siete engloba los aspectos ms importantes de los materiales bituminosos, tales como

tipologa y utilizacin.

Y finalmente desear que la obra sea de inters para los que decidieron hacer de la ingeniera su vida y su

profesin y agradecer a los autores de otros libros que han hecho posible esta obra.

Alberto Villarino Otero vila Febrero 2011



Escuela Politcnica Superior de vila Asignatura: Ciencia y Tecnologa de los MaterialesIngeniera Tcnica de Obras Pblicas Prlogo


ISBN: En TramitacinDepsito legal: En Tramitacin



Escuela Politcnica Superior de vila Asignatura: Ciencia y Tecnologa de los MaterialesIngeniera Tcnica de Obras Pblicas ndice


INDICE

Pgina

1. LAS ROCAS EN LA CONSTRUCCIN ......................................................................................... 5

1.1 CLASIFICACIN DE LAS ROCAS ................................................................................... 5

1.2 PROPIEDADES DE LAS ROCAS................................................................................... 12

1.3 ENSAYOS EN LAS ROCAS............................................................................................ 16

1.4 FABRICAS DE PIEDRA .................................................................................................. 18

1.5 DEFECTOS EN LAS OBRAS DE PIEDRA ..................................................................... 18

2. LA CAL .......................................................................................................................................... 20

2.1 TIPOS DE CALES ........................................................................................................... 20

2.2 PROPIEDADES DE LAS CALES.................................................................................... 242.3 PROCESO DE FABRICACIN DE LA CAL.................................................................... 25

2.4 APLICACIONES DE LA CAL........................................................................................... 26

3. EL YESO ....................................................................................................................................... 34

3.1 TIPOS DE YESOS........................................................................................................... 34

3.2 PROPIEDADES DEL YESO............................................................................................ 36

3.3 PROCESO DE FABRICACIN DEL YESO.................................................................... 38

3.4 ENSAYOS EN EL YESO................................................................................................. 40

3.5 APLICACIONES DEL YESO ........................................................................................... 40

4. MATERIALES CERMICOS ........................................................................................................ 43

4.1 MATERIAS PRIMAS........................................................................................................ 43

4.2 PROCESO DE FABRICACIN DE LOS MATERIALES CERMICOS.......................... 45

4.3 LADRILLOS..................................................................................................................... 48

4.4 TEJAS.............................................................................................................................. 52

4.5 OTROS PRODUCTOS CERMICOS............................................................................. 55

5. EL CEMENTO ............................................................................................................................... 57

5.1 INTRODUCCIN............................................................................................................. 57

5.2 COMPONENTES DEL CEMENTO PORTLAND............................................................. 58

5.3 CLASIFICACIN DE LOS CEMENTOS ......................................................................... 62

5.4 CARACTERISTICAS FISICAS Y MECNICAS DE LOS CEMENTOS.......................... 73

5.5 CARACTERISTICAS LIMITACIONES E INDICACIONES.............................................. 75

5.6 PROCESO DE FABRICACIN DEL CEMENTO PORTLAND ....................................... 78



Escuela Politcnica Superior de vila Asignatura: Ciencia y Tecnologa de los MaterialesIngeniera Tcnica de Obras Pblicas ndice


6. EL HORMIGN ............................................................................................................................. 83

6.1 INTRODUCCIN............................................................................................................. 83

6.2 CLASIFICACION DE LOS HORMIGONES..................................................................... 86

6.3 COMPONENTES DEL HORMIGN ............................................................................... 88

6.4 DOSIFICACION DE HORMNES ..................................................................................... 986.5 FABRICACION, TRANSPORTE Y PUESTA EN OBRA DEL HORMIGON.................... 99

6.6 PROPIEDADES CARACTERISTICAS DEL HORMIGN FRESCO ............................ 105

6.7 PROPIEDADES CARACTERISTICAS DEL HORMIGN ENDURECIDO................... 108

6.8 TIPIFICACIN O DESIGNACION DE HORMIGONES................................................. 109

6.9 APLICACIONES DEL HORMIGN............................................................................... 110

7. MATERIALES BITUMINOSOS ................................................................................................... 113

7.1 TIPOS DE MATERIALES BITUMINOSOS.................................................................... 113

7.2 PROPIEDADES DE LOS BETUNES ASFLTICOS..................................................... 121

7.3 APLICACIONES MATERIALES BITUMINOSOS.......................................................... 123

8. BIBLIOGRAFIA Y WEBGRAFIA ................................................................................................ 128



Escuela Politcnica Superior de vila Asignatura: Ciencia y Tecnologa de los MaterialesIngeniera Tcnica de Obras Pblicas Tema 1: Las Rocas en la Construccin


1. LAS ROCAS EN LA CONSTRUCCIN

1.1 CLASIFICACIN DE LAS ROCAS

Roca: agregado de partculas minerales, de estructura homognea y sin forma determinada.

Mineral: sustancia qumica homognea y natural que se presenta en la naturaleza como producto de

distintos procesos qumicos.

Rocas gneas o Eruptivas

o Intrusivas

-Granitoideas

-Porfdicas

o Efusivas

- Rocas Metamrficas

- Rocas sedimentarias o Silceas

o Arcillosas

o Clcicas

ROCAS IGNEAS

Son aquellas que se han formado como producto del enfriamiento de magmas o masas fundidas. Estn

divididas a vez en Intrusivas, aquellas que se enfran lentamente dentro de la corteza terrestre y salen

posteriormente al exterior; y efusivas, aquellas que sufren un enfriamiento brusco en el exterior (peores

condiciones). Las rocas intrusivas, debido a que su formacin tiene lugar en el interior de la tierra,

presentan gran robustez y homogeneidad en sus caractersticas. Las rocas gneas estn compuestas

por: oxigeno, Aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, etc.

Rocas Granitoideas

Formadas por 2 3 minerales esenciales simplemente adheridos. a solidificacin es lenta , las molculas

afines se agrupan formando cristales de mayos tamao, teniendo lugar el fenmeno en una etapa de

forma lenta. Las rocas granitoideas ms importantes son: granitos, sienita, diorita, gabro ,diabasa,ofita

serpentina.





Granito

Roca gnea consolidada a gran profundidad. Compuesta por cuarzo, feldespato y mica +- 30, 50 y

20%.La mica puede ser biotita (color oscuro) o moscovita (color claro).Pueden ser de grano grueso,

medio o fino. La tonalidad la aportan los feldespatos, pueden ser: gris ,rosas, verdosas, amarillas. Tiene

como principales caractersticas:

-Difcil labrado

-Distintos acabados

-Peso especfico 2,6-2,7 Kg/dm3

-Resistencia admisible 800-2700 Kg/cm2

Su principal alteracin es la caolinizacin de los feldespatos, que se produce por congelacin del agua

absorbida, la roca pierde cohesin y resistencia.

Aplicaciones en la construccin

-Arcos y piezas constructivas trabajando a compresin

-Adoquinado, Balasto y macadam, previo machaqueo

-Balasto. piedras sueltas de machaqueo. Gran dureza. Tamao homogneo sin finos. Granulometra

unimodular o casi. Tienen gran coeficiente de rozamiento interno, por lo que se emplean generalmente -

en reparto de cargas concentradas al terreno (vas de tren)

-Macadam. Parecido al balasto. Granulometra unimodular. Se receban con arena y es usado en

carreteras-Ornamentacin

-Fuentes

-Arcos de puertas

-Pavimentacin

-Adoquines

-Losas

Localizacin en Espaa

-Galicia-Macizo hercnico

-Pirineos

-Sierra de Guadarrama

-Sierra de Gredos





Sienita

Caractersticas parecidas al granito, pero no contiene cuarzo. Se localiza de forma cercana a la

Superficie.

Aplicaciones en la construccin-Roca ornamental decoracin

Gabros

Grano muy grueso de color gris o verde .Alta resistencia.


-Ornamentacin

-Afirmado de carreteras


-Sevilla y Crdoba

Diabasa

Roca muy pesada, se presenta asociada a cuarzo, olivino, magnetita o pirita normalmente amarillenta o

verdosa.


-Ornamentacin

-Adoquinado

-Afirmado de carreteras


-Cordillera Vasco-cantbrica

OfitaVariedad de la diabasa. Color verde. Altsima resistencia.


-Ornamentacin

-Adoquinado

-Investigaciones en hormigones de alta resistencia.


-Coord. Vasco-cantbrica,Cdiz.





Serpentinita

Roca compuesta de grano fino, presenta venas y ramificaciones.

Aplicacin principal:

-Ornamentacin.


-Galicia

-Sevilla

-Pirineos

-Macizo hercnico

Rocas Porfdicas

Son rocas gneas con consolidacin en dos fases. Una primera lenta formando cristales mayores y una

segunda rpida formando cristales menores. Estas dos fases tienen lugar en regiones altas de la

litosfera, en grietas, formando filones. Las rocas porfdicas son: prfidos granticos, sienticos y diorticos


-Roca ornamental


-Pirineos, Guadarrama y Andaluca.

Rocas Volcnicas

Consolidacin en el exterior y de forma brusca.El brusco enfriamiento produce la formacin de partes

con caractersticas vtreas, (mayor fragilidad).

-Lparita

-Pumita o pmez

-Perlita

-Traquita-Fonolita

-Andesita

-Basalto

-Conglomerados volcnicos


-Conglomerados ligeros

-Obras de fbrica ornamentando

-Adoquinados y afirmados de carreteras






-Murcia

-Sierra de Gata

-Canarias.

Rocas Metamrficas

Tienen caractersticas entre las rocas eructivas (gneas) y loas sedimentarias. Tienen aspecto de

eructivas y se presentan en yacimientos anlogos a las sedimentarias. Presentan micro estructura

cristalina debido a efectos de aumentos de presin o temperatura. Adems, presentan macro estructura

esquistosa u hojosa (rompen en planos), aunque no se presenta en capas paralelas ni de espesor

constante. La direccin de la estratificacin no coincide normalmente con la de la esquistosidad. Son

Rocas de resistencia moderada, que suelen partir en planos.

-Gneis

-Micacitas

-Talcocitas

-Filitas


-Recubrimientos

-Chapados

Gneis

Se compone de cuarzo, feldespato y mica. Estructura hojosa y pizarrosa


-Cercanos a los granitos

Rocas Sedimentarias

Formadas por los siguientes procesos:

1. Desintegracin de rocas existentes

2. Transporte por agua o aire

3. Sedimentacin mecnica o qumica

4. Consolidacin de compuestos.

Debido a su formacin, la mineraloga es muy sencilla, con componentes muy estables y poco alterables.

Normalmente estn muy estratificadas y no suelen presentar estructura cristalina.





Rocas silceas

Compuestas por cuarzo, calcedonia u palo. Existen agregadas, sueltas y aglomeradas.

- Silex o pedernal

- Gravas y arenas

- Areniscas- Cuarcitas

- Arcosa

- Macio

- Conglomerados

- Grauwaca

Areniscas

Roca aglomerada formada por arenas unidas mediante cemento de naturaleza variable Muy porosas y

permeables al agua, por lo que son peligrosas (utilizarlas) en climas fros/hmedos Debido a su fcil talla

son muy buenas para la sillera. Se localizan en Vascongadas, Baleares, Levante.

Conglomerados

Similar a las areniscas, pero compuestas por rocas de mayor tamao que la arena.Se empelan en

mampostera

Rocas Arcillosas

Formadas por la aglomeracin de los materiales ms finos procedentes de la descomposicin de otrasrocas.

-Arcilla

-Caoln

-Margas

-Pizarra

-Filadio

Arci lla

Agregado de partculas muy finas de minerales procedentes de rocas gneas desintegradas. Estncompuestas bsicamente por Silicatos alumnicos hidratados. Estructura de lminas cristalinas

microscpicas.Vara de volumen en funcin de la humedad. Presenta mucha superficie especfica.

Admite mucha cantidad de agua, hasta que se vuelve prcticamente impermeable.


-Ncleos de presas de materiales sueltos.

-Impermeabilizacin de elementos importantes de obras singulares

-Cermica, Materiales refractarios





Caoln

Arcilla muy pura y de alta calidad, de color blanco normalmente, procede de descomposicin. de los

feldespatos. Se localizan en :Galicia, Levante, Macizo hercnico, Sierra del Guadarrama.

Aplicaciones en la construccin-Materiales refractarios

-Fabricacin de cemento blanco

-Elaboracin de porcelanas.

Marga

Roca comprendida entre la arcilla y la caliza.(mezcla de ambas, muchos tipos de margas entre ambas)

Distintos colores aunque principalmente grisceo. Estructura compacta y terrosa con estratificacin. Se

aplica para la fabricacin de cemento y se localiza en Levante.

Pizarra

Proceden del metamorfismo de las arcillas. Estructura folial (la mica se orienta en planos paralelos

dndole su caracterstica de marca de exfoliacin). Normalmente tonos oscuros, si bien pueden variar

por alteraciones puntuales. Se aplica para recubrimientos y se localiza en: Segovia, Galicia, Extremadura

Clasificacin segn su resistencia a flexin

-Clase A -- 2.5 Kg/cm

-Clase B -- 1.5 Kg/cm

Rocas clcicas

Combinaciones naturales de calcio, oxgeno y un no metal. Frecuentemente tienen origen orgnico

-Caliza -Caliza marmrea

-Conglomerados calizos -Mrmol

-Doloma -Anhidrita

-Algez -Alabastro

CalizaEl mineral que las forma es la calcita (carbonato clcico).Frecuentemente formada por caparazones de

organismos vivos, unidos por un cemento de tipo calcreo. Otras veces procede de concentracin de

aguas con alto contenido calizo. Se disuelven en presencia de cidos. Peso especfico 2,4-2,8 tn/m3.. Se

localiza en: Vasco-cantbrica, Aragn, Andaluca


-Sillera, Mampostera

-Fabricacin del cemento

-Fabricacin de cal hidrulica, pinturas





Mrmol

Caliza cristalina, alterada por el calor de magmas gneos, presiones y presencia de agua. Abundante

colorido producido por las impurezas. Se localiza en: Pirineos, Sierra nevada.

Aplicacin en la construccin-Orrnamental y pavimentos

Anhidr ita

Sulfato clcico anhidro

Aplicacin en la construccin

-Fabricacin de conglomerantes

Al jez

Sulfato clcico dihidratado. Normalmente de color blanco o gris. Se localiza en: Catalua, Levante,

Aragn y Madrid.

Aplicacin en la construccin

-Imprescindible en la fabricacin del yeso.

-Prohibida su utilizacin en hormigones

1.2 PROPIEDADES DE LAS ROCAS

1.Estructura

Forma en que se disponen los distintos agregados minerales que componen cada una de las rocas

existentes.

Tipos de estructura

-Granitodea: minerales de tamaos parecidos simplemente adheridos-Porfdica: roca formada por pasta, matriz, que aloja granos de mayor tamao

-Estratificada: alojamiento de minerales en bandas

-Esquistosa: alojamiento de minerales en banda de pequeo espesor

-Clstica: cementacin de minerales o rocas sueltas

-Laminar: roca fcilmente exfoliable

-Sacarodea: estructura de laminillas brillantes entrelazadas en todos los sentidos (azcar)

-Fibrosa: fibras paralelas o radiales

-Granuda: compuesta por granos

-Compacta: estructura homognea





-Porosa: estructura heterognea

-Cristalina: componentes cristalizados

-Vtreas: constituidas por elementos amorfos

2.FracturaAspecto que presentan las caras cuando se rompe una roca, est ligada a la estructura

- Plana - Escalonada - Ondulada - Hojosa

- Astillosa - Terrosa - Concoidea

3. Dureza

Resistencia de las rocas a dejarse penetrar o rayar por otro cuerpo.Depende de los minerales que la

componen y cohesin de la misma

Tipos de rocas segn dureza

-Rocas blandas (sierra de dientes)

-Rocas semiduras (dientes de dureza especial)

-Rocas duras (sierra de arena)

-Rocas muy duras (sierra de diamante)

Escala de Mohs de dureza

Ordenado de menor a mayor dureza1.Talco

2.Yeso

3.Calcita

4.Fluorita

5.Apatito

6.Feldespato

7.Cuarzo

8.Topacio

9.Corindn10.Diamante

4. Cohesin

Fuerza de unin ntima entre los componentes de la roca

-Coherentes: requiere gran trabajo su trituracin

-Friables: se desmenuzan fcilmente

-Sueltas: constituidas por granos sueltos





5. Homogeneidad

Llmase a la propiedad de las rocas de no presentar defectos puntuales o lineales que aminoren su

resistencia.

6.Heterogeneidades-Grietas o pelos: Fisuras rellenas de materiales ms blandos

-Coqueras o cavidades: huecos producidos normal/ por destruccin de restos orgnicos

-Ndulos (rocas sedimentarias): bolas de mayor dureza (dificultan trabajo). Incrustaciones ms duras que

la roca en la que estn incrustadas.

7.Densidad

Va= Volumen aparente

h i = Vol. Huecos inaccesibles.

ha= Vol. Huecos accesibles.

Vre

= vol. Relativo (Va h

a)

Vr= Vol. Real

La densidad es la relacin entre el peso y el volumen de una roca. D=P/V

-Densidad real (Dr).Dr=P/Vr .Relacin entre peso y volumen descontando poros

-Densidad relativa (Dre).Dre=P/Vre

-Densidad aparente (Da). Da=P/Va .Sin descontar poros

Las rocas tienen, en general, una Da de 2700 Kg/m3

. En una roca compacta, la Da y Dr son

prcticamente iguales ya que tienen pocos huecos.

8. Compacidad

Relacin entre la densidad aparente y la real

C = Da / Dr

9. PorosidadLa porosidad es la relacin entre el volumen de huecos y el volumen aparente de la muestra.

Pa = h / V = 1 C. Se suele expresar en %.

-Rocas gneas. Debido a su enfriamiento lento, su porosidad es reducida.

-Rocas volcnicas. Al tener un enfriamiento rpido su porosidad es elevada.

-Porosidad absoluta (Pab). Y Porosidad relativa (Pre ).





10.Permeabilidad

Facilidad que presenta un medio para ser atravesado por el agua ante una diferencia de presin. La

permeabilidad puede aumentar o disminuir con el tiempo si el agua agranda o colmata los poros. La

permeabilidad puede variar al aumentar la diferencia de presin, as como con el aumento de

temperatura.

Las rocas en presencia de agua se comportan de manera diferente.

-Las calizas(roca impermeable) con grietas se disuelven y se agrandas sus grietas.

-En las areniscasla humedad colmata sus poros.

-Las arcillas se impermeabilizan

11.Capilaridad

Facilidad que presenta una roca para que un fluido ascienda a travs de los poros de dicha roca.

12. Flexibilidad

Propiedad de los materiales por la que pueden deformarse por la accin de una fuerza hasta una

determinada tensin, volviendo a recuperar su estado inicial al cesar la fuerza.Las rocas tienen una flexibilidad muy pequea.

13.Resis tencia Mecnica

Es una de las principales caractersticas de las rocas. En presencia de agua resisten menos.

Normalmente no se suelen disponer de forma que tengan que soportar esfuerzos de traccin

Resistencia a compresin. Relacin entre la carga de rotura y la seccin sobre la que acta esta. En

las rocas calizas, la resistencia a compresin depende del proceso de formacin; en los mrmoles influye

la total o parcial cristalizacin; en las areniscas del cemento que las aglomera; en las metamrficas deltipo y grado del metamorfismo. En general, la resistencia a compresin es directamente proporcional a la

uniformidad de su estructura fsica e inversamente proporcional al tamao de sus granos. Las rocas

estratificadas son ms resistentes cuando se ejerce el esfuerzo perpendicular al plano de la

estratificacin que cuando es paralelo.

Resistencia a traccin: En las rocas, la resistencia a traccin es pequea, pues depende de la

cohesin y esta es muy dbil. Por norma general, la resistencia a traccin es 1/30 de la resistencia a

compresin.





14.Tenacidad

Resistencia de las rocas a la rotura por choque

15.Resis tencia a la abrasin

Es la resistencia al desgaste producido por frotamiento de un material extrao. Importante parapavimentos

16. Propiedades trmicas

Baja conductibilidad trmica

Alta inercia trmica (toman calor y lo desprenden lentamente)

17. Heladicidad

Propiedad de deteriorarse o disgregarse con las heladas. La resistencia al hielo en las rocas depende de

la porosidad

18. Resistencia al fuego

Son poco resistentes al fuego y debido a que los minerales que las componen tienen diferentes

coeficientes de dilatacin y es lo que da lugar a baja resistencia a las altas temperaturas. Si una roca

est sometida a altas temperaturas y por aplicacin de agua se enfra rpidamente, la superficie tendera

a contraerse pero se lo impide el ncleo aun caliente, producindose un agrietamiento de la capa

superficial.

19. Durabilidad

Es la actitud de una roca para resistir la accin atmosfrica. Rocas de grano suelto ms sensibles que

las de grano fino. Adems, las rocas son atacadas por el CO2, O

2y el agua de lluvia (lluvia acida).

1.3 ENSAYOS EN LAS ROCAS

Determinacin de la dureza

Rayando con las rocas de la escala de Mohs.La roca tendr el valor medio entre la que raya y la

siguiente que la raya a ella.

Densidad aparente

Secando una muestra de la roca 110 - 120 C. As conocemos el peso seco de la muestra. El volumen

se determina mediante peso de la muestra en agua destilada.En el caso de arenas o arcillas, no exponer

los materiales a ms de 60C para no alterar las propiedades de los mismos





Densidad real

Se obtiene pulverizando la muestra mediante machaqueo y obteniendo peso en seco y volumen de la

muestra mediante introduccin en un picnmetro.

PorosidadEl volumen de huecos se obtiene en funcin de la densidad real y la densidad aparente. El volumen total

ser el de la roca

Permeabilidad

Mediante exposicin de la roca ante agua a presin, midiendo en un tiempo determinado el volumen de

la roca que la atraviesa.

Capilaridad

Secado de la probeta hasta peso constante e introduccin en recipiente con volumen de agua constante,

midiendo el volumen de agua que absorbe en relacin con el tamao de la muestra.

Resistencia mecnica

La muestra se somete a flexin en una prensa en modo biapoyado.

Resistencia al choque

Nmero de golpes que admite la roca sin romper sometida a la cada de una bola de acero de un

determinado peso desde una altura fija.

Resistencia a la abrasin

Se obtiene por medicin del desgaste de muestra sometida a la abrasin mediante colocacin en prensa

a presin determinada y en contacto con superficie que gira. Entre ellas se coloca un abrasivo para

aumentar el desgaste de la muestra.

Caractersticas de la abrasividad de las rocas

El desgaste aumenta con el agua, llegando al doble que en condiciones secas. Los granitos, prfidos y

basaltos son la rocas con mayor resistencia a la abrasin, del orden de 5 veces la de las calizas y lasareniscas.

Resistencia a la helada

Exposicin de la muestra en agua a -15 durante 4 horas y posteriormente 1 hora a 10, proceso que se

repite 20 veces apreciando visualmente el posterior estado de la roca.

Resistencia al fuego

Comparacin entre la resistencia a compresin de una muestra en situacin normal con una que ha sido

sometida a temperaturas de 500-900 C.





Resistencia a ambientes agresivos

Comparacin entre el peso de la muestra en situacin normal, y habiendo sido sometida a Anhdrido

Carbnico y Acido Sulfrico.

1.4 FABRICAS DE PIEDRA

Silleras

Obra ejecutada con sillares o sillarejos, los cuales se sostienen por yuxtaposicin, sentndose unos

sobre otros mediante mortero

-Sillar: Son bloques de piedra labrada con sus tres dimensiones del mismo orden de magnitud, 40 cm.

Pesan entre 75 y 150 Kg

-Sillarejos : sillar pequeo que se puede izar con la mano

Los sillares se pueden colocar a soga (dimensin mayor del sillar paralela al muro) o a tizn (dimensin

mayor perpendicular al muro).

Mampostera

Obra de albailera ejecutada con piedra en bruto o preparada nicamente con martillo para aplanar

alguna de sus caras. No suelen pesar menos de 25 Kg.

-Mampostera en seco

-Mampostera ordinaria (con mortero)

-Mampostera careada: Los mampuestos tienen una cara plana, por lo que las paredes hacia fuera

quedan lisas

-Mampostera concertada: los mampuestos estn combinados de modo que encajan unos con otros

1.5 DEFECTOS EN LAS OBRAS DE PIEDRA

Defectos inherentes a las piedrasLos estratos ms blandos se erosionan con mayor facilidad (rocas sedimentarias principalmente)

Presencia de pequeas fisuras en las piedras

Inherentes a la mano de obra

Colocacin de los planos de estratificacin paralelos a la direccin del esfuerzo

Por acciones qumicas

Lluvia cida: Disolucin de las calizas mediante disolucin del carbonato clcico en agua que contienen

alta cantidad de anhidrido Carbnico. Gases de la combustin

SO2 + O == SO3





SO3 + H2O ==H2SO4

H2SO4 + CO3 Ca (calizas) = SO4CA + CO2 + H2O

Eflorescencias: cristalizacin de sales solubles en poros y Superficie de la piedra.Se materializa por

manchas blancas en la superficie.

Debido a acciones fsicas

Presencia de grietas en las rocas debido a los diferentes coeficientes de dilatacinde los minerales que

componen las rocas diferente exposicin al sol de las caras debidos a acciones fsicas. Tensiones que

se producen en las rocas por cambios de volumen que se derivan de los cambios de humedad de las

rocas. Tensiones del agua helada en el interior

Proteccin de las rocas

Interesa la proteccin superficial de las rocas. Se protege mediante pintura con silicato

potsico 1,5 kg / m2.



Escuela Politcnica Superior de vila Asignatura: Ciencia y Tecnologa de los MaterialesIngeniera Tcnica de Obras Pblicas Tema 2: La cal


2. LA CAL

2.1 TIPOS DE CALES

Los materiales ligantes son aquellos materiales que por medio de una transformacin fsica, qumica o

fsico-qumica son capaces de unir entre s otros materiales. Se clasifican en 2 grandes grupos:

Aglomerantes: Son aquellos ligantes que para unir otros materiales sufren una reaccin fsica bien sea

la evaporacin de disolventes, de agua, enfriamiento, etc. Algunos de estos materiales son: el barro,

asfalto, betn, brea, resinas, pegamentos, silicona, plsticos y pinturas.

Conglomerantes : para unir materiales sufren una reaccin qumica llamada fraguado. Se subdividen en:

Areos: si slo fraguan en el aire. A este grupo pertenecen la cal area y el yeso

Hidrulicos: fraguan en el aire y en el agua. En este grupo se incluyen la cal hidrulica y el cemento

La cal es uno de los materiales de construccin ms antiguos ya que la ms remota utilizacin de la cal

de que se tiene noticia cierta es de unos 4000 aos antes de Jesucristo en el revestimiento de las

pirmides de Egipto. Se sabe que en la Muralla China se emple ampliamente el mortero de cal. Conoci

el pueblo romano con ms perfeccin el proceso de fabricacin. Vitrubio estableci especificaciones para

el uso de la cal en morteros, en enlucidos y en carreteras, en base a las cuales se construy la Va Apia.

La mayor contribucin de los romanos a la tecnologa de la cal fue la adicin a la cal viva de cenizas

volcnicas ricas en slice, con lo cual se obtena un material que fraguaba bajo el agua a diferencia de la

cal viva sin ninguna adicin, que no fraguaba ms que al aire.

Durante siglos se ha considerado como caliza impura, inadecuada para la fabricacin de cal, la que

contena arcilla, hasta que en el siglo XVIII, en Inglaterra, se comprob que con esta caliza se obtena

una cal de mayor calidad. Vicat, en la segunda dcada del siglo XIX, defini la teora de la hidraulicidad

afirmando que, cuando la caliza contiene una cierta proporcin de arcilla ntimamente mezclada, da

lugar, por coccin, a una cal hidrulica. Incluso lleg a fabricar una cal hidrulica artificial mezclando la

arcilla y la caliza y cociendo despus dicha mezcla. Por modificaciones y mejoras sucesivas delexperimento de Vicat, se lleg al cemento Portland. Este destron a la cal hidrulica, adquiriendo

rpidamente la hegemona que hoy tiene en el campo de los conglomerantes.

Se llama cal a todo producto, sea cual fuere su composicin y aspecto fsico, que proceda de la

calcinacin de piedras calizas. Como consecuencia de las variaciones de composicin de la roca de

partida pueden obtenerse una serie de cales, que varan desde las cales muy puras; altamente clcicas,

hasta altamente hidrulicas, con contenidos de xido de calcio de un 50% y an menos. As obtenemos

dos tipos fundamentales de cales:

Cales areas: Cales que se componen principalmente de xido e hidrxido de calcio y magnesio, los

cuales endurecen lentamente al aire por la accin del CO2 de la atmsfera. No presentan propiedades





hidrulicas, es decir, no endurecen con el agua y se obtienen a partir de rocas calizas con contenidos en

carbonatos superiores al 95%.

Cuando a una caliza ms o menos pura la sometemos a una coccin (900-1000C) se verifica la

siguiente reaccin CO3Ca + calorCO2+ CaO

El carbonato clcico CO3Ca se descompone, dando anhdrido carbnico CO2, que es gaseoso y se

desprende junto con los humos del combustible, y xido de calcio CaO

Denominndose al CaO cal viva, cuando se presenta en terrones, recibe el nombre de cal en terrones

.La cal viva es un producto inestable, por tener gran avidez para el agua, con la que reacciona de la

siguiente manera: CaO + H2O = Ca (OH)2 + 15.100 caloras

Producindose hidrxido clcico Ca(OH)2 o cal apagada, desprendindose calor, elevndose la

temperatura a unos 160 C., pulverizndose y aumentando considerablemente de volumen aparente.

Esta avidez para el agua es tan grande que absorbe el vapor de agua de la atmsfera y la de las

sustancias orgnicas, produciendo efectos custicos. Cuando el agua aadida ha sido la indispensable

para formar el hidrxido se denomina cal en polvosiendo un producto polvoriento. Si una vez formada

la cal en polvo se sigue aadiendo agua se forma cal en pasta

La cal apagada o hidratada en pasta tiene la propiedad de endurecerse lentamente en el aire,

enlazando los cuerpos slidos, por lo cual se emplea como aglomerante. Este endurecimiento recibe elnombre de fraguado, y es debido primeramente a una desecacin por evaporacin del agua con la que

se formo la pasta, y despus, a una recarbonatacin por absorcin del anhdrido carbnico del aire: Ca

(OH)2 + CO2= CO3Ca + H2O, formndose carbonato clcico y agua, reconstituyendo la caliza de que se

parti.

Esta reaccin es muy lenta, pues empieza a las veinticuatro horas de amasar la pasta y termina al cabo

de los seis meses, por lo que las obras en que se emplea tarda mucho en secarse y adquirir la solidez

definitiva. Se verifica slo en aire seco; en el hmedo, con mucha dificultad, y no se realiza dentro del

agua, pues la disuelve, no sirviendo para obras hidrulicas. Por otro lado, al fraguar experimenta unacontraccin o disminucin de volumen, que unida a la que experimenta por el peso propio de la obra,

produce asientos y grietas.

Las calizas naturales casi nunca son la especie qumica carbonato de calcio, pues le acompaan otros

cuerpos como la arcilla, magnesia, 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 se clasifican en cales grasas, magras e hidrulicas.

Cal grasa: si la caliza primitiva contiene como mximo un 5% de xido de magnesio, la cal que se

produce al calcinarse se le denomina cal grasa y al apagarse da una pasta fina trabada y untuosa,





blanca, que aumenta mucho de volumen, permaneciendo indefinidamente blanda en sitios hmedos y

fuera del contacto del aire, y en el agua termina por disolverse.

Cales magra: son las que proceden de calizas que contienen ms de un 5% de xido de magnesio. Al

aadirles agua forman una pasta gris poco trabada, que se entumece menos y desprende ms calor quelas cales grasas. Al secarse en el aire se reducen a polvo, y en el agua se deslen y disuelven. Por estas

malas cualidades no se usan en construccin.

Cal hidrulica: material conglomerante, pulverulento e hidratado que se obtiene calcinando calizas que

contienen arcillas (slice y alumina), a una temperatura casi de fusin, para que se forme el xido clcico

libre necesario para permitir su hidratacin y, al mismo tiempo, deje cierta cantidad de silicatos de calcio

deshidratados que den al polvo sus propiedades hidrulicas. Las cales hidrulicas, despus de

amasadas con agua, se endurecen en aire, y tambin en el agua, siendo sta ltima propiedad las que

las caracteriza.

Segn las normas espaolas las cales se clasificanen:

Cal area tipo I: Se emplean en revocos (enfoscados), blanqueos y morteros en general

Cal area tipo II: Se emplea en trabajos toscos, en morteros para sentar fbricas y para fbricas de

ladrillos silico-calcreos

Las cales hidrulicas se clasifican en 3 tipos:

SiO2+ Al2O3+ Fe2O (mnimo) CO2mximoCal hidrulica I 20% 5%Cal hidrulica II 15% 5%

Cal hidrulica III 10% 5%SiO2+ Al2O3+ Fe2O= silicatos, aluminatos y ferritos

Las cales a emplear en la estabilizacin de suelos vienen definidas por la Norma UNE-EN 459-1 Cales

para la construccin. Parte 1: Definiciones, especificaciones y criterios de conformidad. Se trata de

Norma armonizada para las Cales para la Construccin, incluyendo, por supuesto, las obras de

ingeniera civil. Para la estabilizacin de suelos, se emplean las cales areas.





Segn esta norma, estas presentan las siguientes formas:

Cales clase Q: Cales areas viva constituidas principalmente por xido de calcio (CaO) y de magnesio

(MgO), producidos por la calcinacin de caliza. Dentro de este tipo se encuentran la CL 90-Q y la CL 80-

Q. Donde el nmero 90 indica un 90% mnimo de CaO + MgO y





2.2 PROPIEDADES DE LAS CALES

Hidraulicidad

Es la relacin entre los silicatos y aluminatos respecto al xido de calcio

ndice de hidraulicidad= (SiO2+ Al2O3 + Fe2O3[arcilla] / CaO + MgO [caliza]). (tantos por ciento, peso, de

los distintos componentes, antes de la coccin).

De menor a mayor ndice de hidraulicidad:

-Cal area

-Cal dbilmente hidrulica

-Cal medianamente hidrulica

-Cal hidrulica normal

-Cal eminentemente hidrulica

Densidad

La densidad real de la cal area es del orden de 2,25 kg/dm3. Para las cales hidralicas oscila entre 2,5

y 3,0 kg/dm3. La densidad de conjunto de las cales puede estimarse en torno al 0,4 kg/dm3. para las

cales areas y de 0,5 a 0,9 kg/dm3. para las hidrulicas.

Fraguado

El fraguado de la cal es un proceso qumico; consiste en la evaporacin del exceso de agua empleado

en amasar la pasta, seguido de una sustitucin del agua por el CO 2de la atmsfera, pasando de nuevo

del hidrxido al carbonato clcico. Como el anhdrido carbnico seco no reaccionara con el hidrxidoclcico seco, es necesario que exista algo de humedad presente. El tiempo de fraguado de las cales

areas no se especifica en las normas espaolas, pero puede afirmarse que se trata de un

conglomerante de fraguado lento. En las cales hidrulicas no solo se produce la carbonatacin del

hidrxido clcico sino tambin la hidratacin de los silicatos y aluminatos presentes. El fraguado de

cualquier tipo de cal hidrulica no debe comenzar antes de 2 horas ni terminar despus de 48 horas.

Estabilidad de volumen

La cal sufre un aumento de volumen una vez colocada en obra (varios meses despus). Se acusa en

grietas horizontales del enlucido coincidiendo con las juntas de los ladrillos.Las causas ms frecuentes de este aumento de volumen son:

-Presencia de magnesio sin hidratar. Su hidratacin es muy lenta y puede suceder meses despus de

ser colocada en obra con la consabida expansin.

-La existencia de cal libre (sin hidratar) al realizar la fbrica . Al apagarse despus aumenta de volumen.





Resistencia mecnica

Las cales tienen una resistencia no mayor de 50 Kp/cm2

por lo que se emplean en piezas no resistentes.

2.3 PROCESO DE FABRICACIN DE LA CAL

El proceso de fabricacin de las cales consiste en las siguientes etapas:

1 Eleccin de materias primas

Dentro de las distintos tipos de piedras calizas

2 Explotacin de canteras

Sondeos, explotaciones en galera o a cielo abierto, Arranque mediante explosivos, etc

3 Trituracin previa

En general el material obtenido en cantera vara enormemente: desde granos de 1 mm. hasta

fragmentos de 30-40 cms. Antes de pasarle al horno se requiere un machaqueo previo, el cual puede ser

seguido o no de una molienda, segn el tipo de horno que se disponga.

4 Calcinacin

La temperatura ms corriente de coccin de la cal area es de 900-1000C. La temperatura ms

corriente de coccin de la cal hidrulica es del orden de 1200C. Se utilizan distintos tipos de hornosintermitentes (rudimentarios y de cuba) y continuos (verticales y rotatorios)

5 Apagado de la cal

Sistemas de apagado:

-Al aire

-Por aspersin

-Por fusin

-En autoclaves

-Hidratadores mecnicos

La velocidad de hidratacindepende de los siguientes factores:

-De la composicin qumica de la cal viva

-De las cantidades fsicas de la cal viva

-De la temperatura de coccin de la caliza

6 Cribado, almacenaje y expedicin

La cal viva no puede almacenarse durante mucho tiempo porque se apaga fcilmente al aire. Se envasa

en sacos o recipientes lo ms impermeables y hermticos posible. Las cales hidrulicas se someten a

cernido tras el apagado, suele venderse en terrones, aunque algunas veces se suministra molida a la





finura deseada por el cliente. La cal hidratada puede suministrarse en polvo o en pasta, con las mismas

precauciones que se ha citado antes, para evitar su carbonatacin, requiere varias precauciones para su

conservacin. Debe conservarse en almacenes muy secos y sin contacto alguno con el aire. Es

frecuente su envasado en sacos de papel.

2.4 APLICACIONES DE LA CAL

Tiene un amplio campo de utilizacin en muchos mbitos, los ms importantes en construccin son el

darle trabajabilidad a los morteros y para el esgrafiado, nos centraremos en los usos de la cal en la

construccin

Morteros

Unin de agua+ conglomerante +rido fino

El mortero est destinado a unir una serie de elementos pequeos (piedras o ladrillos) para constituir una

unidad de obra con caractersticas propias. Durante la evaporacin del agua de una pasta de cal, se

produce una contraccin elevada que fcilmente da lugar a grietas. Esta retraccin puede reducirse

mediante la adicin de arena a la pasta, es decir, no utilizando pasta de cal sino morteros de cal. Si se

aade poca arena la retraccin ser alta; si se aade mucha arena bajarn la plasticidad y la resistencia

Revocos y Enfoscados

Se denomina revoco al revestimiento exterior de mortero de agua, arena y cal o cemento, que se aplica,

en una o ms capas, a un paramento enfoscado previamente. El enfoscado es una capa de mortero

empleada para revestir una pared o un muro. En los enfoscados se utiliza mortero de cemento,

aunque ocasionalmente se puede aadir tambin algo de cal. El enlucido es una de las ltimas unidades

de obra que se realizan, por lo que no interesa que su fraguado sea lento, pues retrasara el uso de la

obra.

Recubrimientos / Blanqueos

La cal se usa para blanquear como pintura al temple

Estabilizacin de suelos en carreteras

Las tipos de explanadas se pueden conseguir con distintos tipos de suelos mediante estabilizacin

La estabilizacin de un suelo in situes la mezcla homognea y uniforme de un suelo con cal o con

cemento, y eventualmente agua, en la propia traza de la carretera, la cual convenientemente

compactada, tiene por objeto disminuir la susceptibilidad al agua del suelo, aumentar la capacidad de

soporte del suelo, controlar la erosin y los cambios de volumen. Con ello se pueden aprovechar suelos

mediocres e incluso francamente inadecuados en el cimiento de los firmes.





La estabilizacin puede ser mecnica, por mezcla de dos o ms suelos de diferentes caractersticas, a

fin de obtener un suelo de caractersticas suficientes en cuanto a granulometra, plasticidad o

impermeabilidad, etc. se refiere. Uno de los suelos es el existente en la traza y el otro es de aportacin

para mejorara sus propiedades. Se trata de una tcnica de posibilidades muy limitadas y que en la

actualidad se utiliza solo en vas de baja intensidad de trfico.Ms a menudo, la estabilizacin se lleva a cabo incorporando aditivos que actan fsica o qumicamente

sobre las propiedades del suelo. Los ms utilizados son el cemento y la cal, pero tambin se emplean

escorias granuladas, cenizas volantes, ligantes hidrocarburados fluidos, cloruro sdico, cloruro clcico,

etc. En los procesos de estabilizacin con aditivos, el grado de estabilizacin que puede alcanzarse

depende fundamentalmente del tipo de suelo, del aditivo utilizado, de la cantidad aadida (aunque

algunos suelos de buena granulometra y reducida plasticidad pueden resultar muy modificados aun con

proporciones muy bajas de aditivo) y, muy especialmente, de la ejecucin.

Cuando se trata nicamente de mejorar ligeramente las propiedades de un suelo por adicin de una

pequea cantidad de aditivo, es usual hablar de suelo mejorado con; en cambio, la mezcla que

ofrece finalmente una resistencia y rigidez apreciables suele designarse como suelo estabilizado con.

Las tcnicas de estabilizacin propiamente dicha se aplican no solo en la formacin de explanadas, sino

tambin para construir capas de firme, en cuyo caso a veces se emplean los mismos suelos de la traza,

pero en otras ocasiones se recurre a suelos de prstamo. Cuando la mezcla se va a destinar a capas de

firme suele, en general, realizarse en central, mientras que para la formacin de explanadas se realiza in

situ.

En la estabilizacin in situ con cal se obtiene una mezcla de suelo, cal rea (viva o apagada) y agua. Los

suelos ms apropiados para estabilizar con cal son los de granulometra fina, de plasticidad apreciable, y

en particular, de elevada humedad natural. Segn el tipo de suelo, se emplean proporciones (sobre la

masa seca del suelo)del 2 al 7 por 100 de cal, si bien no se suele sobrepasar el 5 por 100.Los tipos de

cales empleadas en la estabilizacin de suelos son:

-Cal area viva. Compuesta principalmente por oxido de calcio y de magnesio.

-Cal area hidratada o apagada. Compuesta principalmente por Hidrxido de calcio resultante de la

hidratacin controlada (Apagada) de las correspondientes cales vivas.

Los suelos estabilizados in situ con cal se emplean para:

-Formacin de explanada tipo E1 y E2

-Construccin de terraplenes con suelos marginales o inadecuados

-Reducir la humedad de un suelo permitiendo transitar por l





Efectos de la cal en suelos estabilizados

a. Uno de los efectos ms importantes de la cal en el suelo es el de cambiar apreciablemente su

plasticidad. Con suelos de baja plasticidad (IP15) disminuye el IP.Tambin aumenta la humedad ptima de compactacin, lo que permite la densificacin de suelos de

elevada humedad natural que, de otro modo, no permitiran la construccin del firme u otras capas sobre

ellos. El aumento del lmite plstico y de la humedad ptima de compactacin permite su puesta en obra

con mayor facilidad.

b. Los suelos estabilizados in situ con cal se comportan a corto plazo como materiales granulares. No

obstante, las reacciones puzolnicas que se general entre la cal y algunos silicatos y aluminatos de los

suelos arcillosos conducen a que, a largo plazo, el suelo estabilizado se transforme en un material

relativamente rgido, cuya resistencia mecnica va creciendo con el tiempo (aumenta la capacidad

portante hasta valores entre 30 y 50 Kp/cm2.

c. Vara la granulometra y la red capilar del suelo, convirtindose la capa en una barrera que impide la

penetraron del agua superficial e impide la ascensin del agua del suelo por capilaridad.

d. Facilita la desecacin de suelos pantanosos.

e. Facilita la disgregacin de los terrones de arcilla durante la pulverizacin

Por su lado el material denominado suelo estabilizado in situ con cemento se obtiene por la mezcla de un

suelo granular, suficientemente disgregado, con cemento, agua y eventuales adiciones seguida de una

compactacin y de un curado adecuados. Se emplean proporciones de cemento que,generalmente, nosuperan el 6 por 100 sobre la masa seca del suelo. La normativa espaola considera dos tipos de suelos

mejorados con cemento S-EST 1 Y S-EST 2 y un tipo de suelo estabilizado con cemento el S-EST 3.Los

tipos de cementos empleados en la estabilizacin de suelos sern de clase resistente media o baja,

siendo ms recomendable el empleo de cementos de alto contenido en adicciones por:

-Tener un fraguado y un endurecimiento lento, para permitir un margen de tiempo suficiente para las

operaciones de puesta en obra

-No desarrollar en corto plazo resistencias muy elevadas, al no ser necesarias

-No tener gran calor de hidratacin-Reducir a un mnimo la figuracin por retracciones

Los suelos estabilizados in situ con cemento se emplean para:

-Formacin de explanadas tipo E1, E2 y E3

-Mejorar las caractersticas de cualquier suelo, y especialmente su capacidad de soporte

Los suelos ms adecuados para una estabilizacin con cemento son los de tipo granular, con finos de

plasticidad reducida, con los cuales, es posible obtener, con una dotacin moderada de cemento, las

caractersticas exigidas.





(*) Para la realizacin de estos ensayos, las probetas se compactarn, segn la NLT-310, con la densidad especificada en la

frmula de trabajo.

(**) Para la capa de coronacin de la categora de explanada E1 definida en la Norma 6.1- IC de Secciones de firme, este valor

ser del noventa y siete por ciento (97%).

La ejecucin de un suelo estabilizado in situ con cal o cementoincluye las siguientes

operaciones:

1. Caracterizacin del suelo en el laboratorio

2. Estudio de la mezcla y obtencin de la frmula de trabajo. La frmula de trabajo indicar:

-La dosificacin mnima de conglomerante

-El tipo de conglomerante a utilizar

-El contenido de humedad del suelo antes de la mezcla-El contenido de humedad del suelo estabilizado en el momento de su compactacin

-La compacidad a obtener, mediante el valor mnimo de la densidad del Proctor Modificado

-El ndice CBR o Resistencia a Compresin Simple a 7 das exigible

-El plazo de trabajabilidad en el caso de suelos estabilizados con cemento

3. Preparacin de la superficie existente

4. Disgregacin del suelo

El suelo se escarificara y disgregara hasta que no existan elementos ni terrones con tamao superior a

80 mm.

5. Humectacin o desecacin del suelo

La humedad del suelo deber ser tal que permita que, con el quipo que se vaya a realizar la

estabilizacin, se consiga el grado de disgregacin requerido y su mezcla con la cal o cemento sea total

y uniforme.





6. Distribucin del aditivo

La cal o cemento se distribuirn uniformemente mediante equipos mecnicos con la dosificacin fijada

en la formula de trabajo.

7. Ejecucin de la mezclaInmediatamente despus de la distribucin del conglomerante deber procederse a su mezcla con el

suelo, todo el conglomerante se deber mezclar con el suelo disgregado antes de haber transcurrido una

hora desde su aplicacin. Se deber obtener una dispersin homognea, lo que se reconocer por un

color uniforme de la mezcla y la ausencia de grumos. En obras complementarias (pistas de obra,

caminos agrcolas, etc.) y de pequeas dimensiones se puede realizar el mezclado mediante varias

pasadas con aperos agrcolas: gradas de discos, arados de vertedera, chsels, rotocultores (rotabator),

etc. Estos son baratos y disponibles en cualquier lugar del mundo. Tambin puede realizarse la mezcla

con la hoja de motoniveladora, pero slo en obras secundarias donde se est buscando el secado y/o un

tratamiento leve del suelo. Para la estabilizacin con cal y cemento de capas soporte de infraestructuras

civiles, cuyas especificaciones son muy exigentes por razones obvias de calidad, la maquinaria

especfica para realizar el mezclado son los estabilizadores de suelos,o equipos pulvimezcladores de

eje horizontal.

8. Compactacin

En el momento de iniciar la compactacin, la mezcla deber estar disgregada en todo su espesor y su

humedad ser la correspondiente a la de la ptima del Ensayo Proctor Modificado. Se compactara hasta

alcanzar la densidad especificada

9. Terminacin de la superficie

Dentro del plazo de trabajabilidad de la mezcla se podr hacer un refino con motoniveladora para

conseguir la rasante y seccin definida en los planos, y posterior recompactacin de la siguiente

corregida.

10. Ejecucin de juntas

Se dispondrn juntas transversales y/o longitudinales, en el caso de estabilizaciones con cemento,

cuando el proceso constructivo se interrumpa ms del tiempo de trabajabilidad de la mezcla.

11. Curado y proteccin superficial

En los suelos estabilizados con cemento o con cal para formacin de explanadas se aplicara un riego de

curado para mantener la humedad del suelo estabilizado, y adems se prohibir la circulacin de

vehculos ligeros en los 3 primeros das y la circulacin de vehculos pesados en los 7 primeros das. En

el caso de estabilizaciones para ejecucin de terraplenes con suelos marginales o inadecuados, o para

reducir la humedad de los suelos, se podr extender la siguiente capa de terrapln, inmediatamente

despus de la terminacin de la superficie, prescindiendo en este caso del curado final. Antes de





iniciarse la estabilizacin in situ del suelo ser perceptiva la realizacin de un tramo de prueba, para

comprobar la Formula de Trabajo y el funcionamiento de los equipos necesarios.

Existen dos mtodos para la ejecucinde la disgregacin, dosificacin, distribucin de la cal o cemento

y del agua, y de mezclado en la estabilizacin de suelos:

Por Va Hmeda: Para carreteras con categora de trafico T00 a T1 cuando la superficie a tratar sea

superior a los 70.000 m2, ser preceptivo el empleo de equipos que integren en una sola maquina las

operaciones de disgregacin, dosificacin y distribucin de la cal o del cemento y del agua, y de

mezclado. El cemento o la cal se dosificaran como lechada. El quipo para su fabricacin tendr un

mezclador con alimentacin volumtrica de agua y dosificacin ponderal del conglomerante.

Por Va Seca: Se realiza cuando la superficie a tratar sea inferior a 70.000 m2o cuando sea conveniente

una reduccin de la humedad natural del suelo. El cemento o la cal se dosificara en polvo. La

disgregacin, la dosificacin y distribucin de cal o cemento y el mezclado se realiza con equiposindependientes que realizan por separado las distintas operaciones.

El equipo de estabilizacin de suelos por va seca est compuesto por

-Un Equipo de Riego de agua, en caso necesario

-Un Equipo de Aportacin de Cal o Cemento (Camiones-Silo Tractor con Tolva)

-Un equipo para mezclar el suelo con la Cal o el Cemento (Estabilizador Rotobator)

-Una Motoniveladora para corregir el perfil de la mezcla

-Un compactador vibratorio de rodillo metlico o compactador de neumticos

El equipo de estabilizacin de suelos por va hmeda est compuesto por

-Un equipo de mezclado y estabilizacinde suelos

-Una motoniveladora para corregir el perfil de la mezcla.





Ejecucin in situ por va seca

Ejecucin in situ por va hmeda

Extendido de la cal por va seca (tractor con tolva) )





Equipo de mezcla del suelo con la cal (estabilizador)

Equipo de mezclado y estabilizacin (va hmeda )

Fabricacin de Ladrillos silico-calcreos

Son ladrillos constituidos por cal y arena, donde sus componentes se mezclan ntimamente con una

cantidad precisa de agua, se moldean por prensado y se someten a un tratamiento de vapor de agua a

presin.



Escuela Politcnica Superior de vila Asignatura: Ciencia y Tecnologa de los MaterialesIngeniera Tcnica de Obras Pblicas Tema 3: El Yeso


3. EL YESO

3.1 TIPOS DE YESOS

El yeso ha sido conocido y utilizado desde la ms remota antigedad, principalmente en pases de clima

seco. Su origen puede ser Oriente Medio. Tambin los egipcios utilizaron el yeso con gran profusin

como muestra la pirmide de Keops despus Grecia y Roma y ms tarde al pueblo rabe. El yeso es

protagonista de la decoracin en la Espaa bajo dominio de los rabes como se puede observar en la

Alhambra de Granada o el Alczar de Sevilla. Su fabricacin, hasta bien entrado el siglo 20, resultaba

costosa, actualmente se han mejorado los sistemas de fabricacin.

La piedra de yeso o aljezse encuentra en la naturaleza y est compuesta por sulfato clcico dihidrato

SO4Ca+ 2H2O

Esta roca es la nica materia prima para la fabricacin del yeso. ste se obtiene por deshidratacin

parcial de dicha roca que, sometida a temperatura no mayor de 170C, pierde molcula y media de agua,

formndose el sulfato clcico hemihidrato SO4Ca + 1/2H2O. Se obtiene as el yeso cocido o

deshidratado , el cual, amasado con agua, una vez pulverizado, se rehidrata formando de nuevo el

dihidrato. Al amasar el yeso con agua en debida proporcin se obtiene una pasta ms o menos trabada

y untuosa que se endurece rpidamente, a este endurecimiento se le conoce como fraguado. Si la

temperatura es mayor que 170C, el dihidrato llega a perder toda el agua de cristalizacin obtenindosela anhidrita solubleSO4Ca, que es muy inestable y que pasa fcilmente a hemihidrato al absorber el

agua atmosfrica.

Si la temperatura es an mayor se forma otro tipo de anhidrita: la anhidrita insoluble, que es estable y

que no fragua si no se aaden determinados acelerantes o catalizadores a la reaccin. Si la temperatura

es an mayor, se forman los yesos hidrulicos. La anhidrita insoluble se encuentra en la naturaleza, pero

en mucha menos cantidad que el aljez..

Afloramiento de AljezSe pueden clasificar los yesos dependiendo de diferentes criterios:





Clasificacin segn las condic iones de coccin

A medida que la temperatura de coccin va aumentando se van obteniendo productos diferentes que, si

bien es verdad que todos son sulfato clcico, sus propiedades y, por tanto, sus usos, son distintos

Hemihidrato-

-De 120-170C

-Se obtiene en autoclave

-Para su formacin es indispensable que se produzca una atmsfera saturada de vapor de agua

-Es ms compacto que el beta

-Tiene mayor compacidad y mejores caractersticas constructivas y resistentes, as como mayor

resistencia a traccin y compresin que los yesos

-Necesita un tiempo de fraguado menos que otros yesos

-Tiene multitud de cristales muy finos y presenta un aspecto sedoso brillante

Hemihidrato-

-Aspecto terroso

-Mayor solubilidad y, por tanto, menos estable

-Mayor contenido energtico y tiempo de fraguado, con un aspecto terroso y no cristalino

-Mayor tiempo de fraguado

-Fabricacin en calderas

Clasificacin segn la normativa (pliego RY-85, derogado por Real Decreto 1371/2007)

Yeso grueso de construccin (YG)

Procede del aljez impuro. Esta fabricado en hornos de baja calidad, por lo que contiene cenizas y restos

de la combustin. Contiene, al menos, un 75% de Hemihidrato. Constituido por: Sulfato clcico

hemihidratado y Anhidrita II artificial (obtenida por coccin de aljez entre 300-600C) y con la posible

incorporacin de aditivos reguladores del fraguado. Antiguamente este yeso se llamaba negro, moreno o

tosco. Suele emplearse para pasta de agarre en la ejecucin de tabicados, en revestimientos interiores y

como conglomerante auxiliar en obra.

Yeso fino de construccin (YF)

Procede del aljez ms puro. Esta fabricado en hornos de alta calidad y no contiene restos de los

productos de la combustin. Tiene una granulometra ms fina que el yeso grueso, con al menos un 80%

de hemihidrato. Est constituido fundamentalmente por sulfato clcico hemihidrato y anhidrita II artificial,

de granulometra ms fina que el anterior, con la posible adicin de aditivos reguladores del fraguado.

Suele emplearse en enlucidos, refinos o blanqueo sobre revestimientos interiores (guarnecido o

enfoscados).Antes, este yeso se llamaba blanco.Yeso Prefabricado (YP)





Est constituido fundamentalmente por sulfato clcico hemihidrato y anhidrita II artificial, con una mayor

pureza y resistencia que los yesos de construccin (YG y YF). Suele emplearse para la ejecucin de

elementos prefabricados para tabiques.

Escayola

Procede del aljez ms puro. No presenta restos de los productos de la combustin, y tiene un molido

final de mayor finura. Se emplea en molduras, decoracin de interiores, techos, tabiques prefabricados y

otras industrias. La Normativa las clasifica en dos tipos, indicando su resistencia mnima a flexotraccin

en Kp/cm2

-E-30: Est constituida fundamentalmente por sulfato clcico hemihidrato con la posible incorporacin de

aditivos reguladores del fraguado y con una resistencia mnima a flexotraccin de 30 kp/cm 2.Suele

emplearse en la ejecucin de elementos prefabricados para tabiques y techos.

-E-35: Es la escayola especial. Est constituida fundamentalmente por sulfato clcico hemihidrato con la

posible incorporacin de aditivos reguladores del fraguado, con mayor pureza que la escayola E-30 y con

una resistencia mnima a flexotraccin de 35 kp/cm2.Suele emplearse en trabajos de decoracin, en la

ejecucin de elementos prefabricados para techos y en la puesta en obra de estos elementos.

En los tipos que se acaban de definir, excepto en el YP, adems de la clase normal existe una clase

lenta, denominada as en funcin de los perodos de trabajabilidad. En la designacin se aadir una L,

separada por una barra. YG/L ; YF/L ; E-30/L ; E-35/L

3.2 PROPIEDADES DEL YESO

Finura de molido

Tiene gran importancia por ejercer una influencia ostensible sobre diferentes propiedades del

yeso.Cuanto mayor sea el grado de finura del yeso, tanto ms completa ser la reaccin con el agua, y

consecuentemente la calidad del producto obtenido.

FraguadoAl amasar el yeso hemihidrato con agua endurece en un plazo breve. Este fenmeno se conoce con el

nombre de fraguado del yeso. Una de las propiedades ms caractersticas del yeso es la rapidez de su

fraguado, esto obliga al operario a trabajar con apresuramiento y nicamente permite amasar de una vez

pequeas cantidades. Este problema se soluciona mediante el empleo de catalizadores que actan

sobre la velocidad del fraguado permitiendo regular la misma.





La velocidad de fraguado vara en funcin de:

-Relacin yeso/agua. Al aumentar la relacin Y/A el tiempo disminuye.

-Temperatura ambiente. A mayor temperatura, menor tiempo de fraguado.

-Finura del molido. A mayor finura, mayor superficie especifica, y por lo tanto la reaccin es ms rpida y

completa.-Retardadores y acelerantes

-Tiempo de amasado. El tiempo de fraguado disminuye al aumentar el tiempo de amasado. El amasado

con agua caliente que mantenga la mezcla por encima de 60 C puede mantener la masa fluida durante

horas, ya que el dihidrato es inestable por encima de 42 C.

Los retardadores de fraguado son sustancias que disminuyen la solubilidad del yeso, aumentando su

dureza y su resistencia: alcoholes, azucares

Compuestos orgnicos de elevado peso molecular que actan como coloides protectores: queratina,

casena, gelatinaSon acelerantes del fraguado todos los sulfatos: cido sulfrico, dicromato

potsico,silicato sdico, clorhdrico, nitratos.

Expansin

-La reaccin de hidratacin del yeso es exotrmica, producindose un calor de hidratacin lo que

produce una elevacin de temperatura elevada y rpidas mismo tiempo que se produce este

desprendimiento de calor, se produce tambin una expansin como consecuencia del crecimiento rpido

de los cristales durante el fraguado.

-Facilita el uso en huecos y piezas difcilmente accesibles.

Absorcin de Agua

El yeso es un material que no puede emplearse en lugares expuestos a la accin del agua (exteriores,

etc.).Se ha venido atribuyendo este hecho a su considerable solubilidad en agua.La razn fundamental

del fracaso del yeso ante el agua se encuentra en la rpida prdida de resistencia que experimenta el

material fraguado al absorber agua vidamente a travs de su red capilar. El efecto perturbador del agua

absorbida con posterioridad al fraguado consiste en una accin lubricante de los cristales aciculares del

dihidrato que disminuye la resistencia de rozamiento y, por tanto, la resistencia del material.

Adherencia

En general, la adherencia de las pastas de yeso a las piedras, ladrillos, etc., es buena pero al hierro y al

acero es mejor. La adherencia a la madera y a superficies lisas es deficiente. Puede decirse, en general,

que la adherencia del yeso disminuye con el tiempo y, desde luego, con la presencia de humedad.

Corrosin

El yeso produce corrosin en el hierro y en el acero, sobre todo en presencia de humedad. As pues,

cualquier elemento de estos materiales que deba estar en contacto con yeso debe protegerse por

galvanizacin, pintado, etc.





Resistencia mecnica

Para que se realice la reaccin necesitamos una cantidad exacta de agua, aunque siempre se aade

ms agua por la imposibilidad de amasado y la rapidez de fraguado. Esa agua en exceso permanece en

la pasta hasta que puede evaporarse. Al secarse la pasta fraguada por la evaporacin del agua, el

espacio que ocupaba esta quedara vacio, siendo una pasta porosa y por tanto menos resistente.

La resistencia de los yesos depende de: la naturaleza, la compactacin, la finura, la relacin yeso/agua y

la humedad en el momento de rotura.

Resistencia al fuego

Es bastante resistente al fuego

3.3 PROCESO DE FABRICACIN DEL YESO

1 Obtencin Materia Primas

El sulfato clcico dihidrato abunda mucho en la naturaleza, en Espaa. Es una roca blanca cuando no

est contaminada por impurezas y, en general, presenta colores claros.

2 Explotacin en Canteras

Como el yeso es un material muy barato, tambin lo han de ser todas las operaciones que comprende su

fabricacin. As pues, es casi obligado que la piedra de yeso aflore a la superficie para que se pueda

explotar a cielo abierto. El tipo de explotacin depende de las caractersticas particulares de cada una:

Arranque manual, a mquina, con explosivos, etc., en funcin del volumen de fabricacin. Segn el

sistema de deshidratacin que se vaya a seguir, puede variar el grado de trituracin de la roca cruda.

Segn las dimensiones que se hayan de obtener se utilizan:

-Machacadoras: hasta dimensiones de 2 a 3 cm

-Molinos de martillo: material ms fino

-Trituradoras de martillo: factores de reduccin muy elevados de hasta 20

3 Deshidratacin, Calcinacin o CoccinEl objeto de la coccin es la obtencin del hemihidrato del sulfato clcico o bien de las formas anhidras

del mismo. Los productos obtenidos fraguan por adicin de agua, regenerando el dihidrato, debiendo el

yeso a este fenmeno su carcter de conglomerante. Los hornos utilizados para la coccin del yeso se

dividen en dos grandes grupos segn que el yeso est en contacto directo con los gases de combustin

pudiendo ser: hornos fijos (de tipo rudimentario de cuba, de colmena), hornos rotatorios y de parrilla

mvil. Sin contacto directo con los gases de combustin: hornos fijos (de panadero, autoclaves, calderas)

y hornos rotatorios.





4 Molienda, Almacenamiento y Ensacado

La molienda despus de la coccin, suele hacerse con molino de martillos o de bolas, si interesa obtener

mucha finura en el producto terminado. Aunque el sistema de deshidratacin requiera la molienda previa

del material, generalmente hay que hacer, despus de la calcinacin, una molienda de refino. El yeso

molido suele almacenarse en silos cerrados y aislados de la humedad, con objeto de evitar lahidratacin.

A veces es conveniente e incluso necesario realizar una homogeneizacin de distintas partidas de yeso,

fabricadas en distintas fechas o en distintos hornos, lo cual se lleva a cabo mediante sistemas mecnicos

o neumticos.El ensilado del yeso da lugar a su estabilizacin con la consiguiente mejora de la calidad.

En la mayor parte de las fbricas modernas se utilizan mquinas ensacadoras automticas, las cuales

llenan sacos de papel de cierre tambin automtico. Se ha comprobado que el yeso se conserva

bastante mejor en sacos de papel que en sacos de yute, en los que la permeabilidad al aire hmedo es

mayor.

Molino de Bolas Molino de Bolas





Molino de Martillos

3.4 ENSAYOS EN EL YESO

Tiempo de Fraguado

Principio de fraguado. Se preparan 3 galletas de 5m y se cortan a intervalos regulares de 30 segundos.

El principio de fraguado es el tiempo transcurrido desde el momento en que comienza a aadirse el yeso

hasta que los bordes de la hendidura producida por la hija dejan de unirse.

Final de fraguado. Es el tiempo transcurrido desde el momento en que comienza a aadirse el yeso al

agua hasta que la presin de la yema del dedo ndice no deja huella apreciable.

3.5APLICACIONES DEL YESO

Guarnecidos y Tendidos

Tal vez la mayor aplicacin del yeso en la construccin es el revestimiento de paramentos ms o menos

irregulares que no han de quedar vistos. Para ello se aplica sobre el paramento una primera capa de

yeso YG de a 15 mm. de espesor, y sobre sta, una capa de yeso YF de 1 a 3 mm. La primera capa

recibe el nombre de guarnecido y la segunda, el de tendido.





El guarnecido puede ser a buena vista o maestreado. En el primer caso se extiende con llana y que la

superficie quede perfectamente plana depende de la habilidad y entrenamiento del albail. Tambin

puede extenderse por proyeccin y alisarse con reglas de madera. En el caso de un guarnecido

maestreado, hay que hacer primero las maestras: stas son fajas del espesor fijado y con sus superficies

en un mismo plano que sirven de gua para el guarnecido. Se extiende a mano y se alisa con reglaapoyndose en las maestras. Para el tendido suele emplearse una pasta ms fluda que para el

guarnecido y tanto ms fluida cuanto menor tenga que ser su espesor. Se extiende con llana.El conjunto

del guarnecido y el tendido constituyen el enlucido que no suele quedar visto sino recubierto por pintura,

papel, corcho, etc.

Molduras

Para ste trabajo se utiliza generalmente escayola. La operacin denominada corrido de molduras

consiste en hacer deslizar una terraja con el perfil deseado sobre unas guas. Al moverse la terraja sobre

una masa de escayola recin colocada forma la moldura.

Estuco

Se conoce con este nombre un recubrimiento para muros, brillante y lavable, que se extiende con la

llana. Esta compuesto por escayola o yeso YF molido muy fino, amasado con agua que contiene

gelatina, puede contener tambin pigmentos colorantes. Cuando se ha consegui

3.-ciencia y tecnología de los materiales [ing. alberto villarin]

Documents