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MATERIALES II

II.2 CEMENTO La palabra cemento es nombre de varias sustancias adhesivas. Deriva del latín caementum, porque

los romanos llamaban opus caementitium (obra cementicia) a la grava y a diversos materiales

parecidos al concreto que usaban en sus morteros, aunque no eran la sustancia que los unía.

Antiguamente se aplicaba a los morteros en general, hasta que en 1792, se patentó el primer cemento

natural o romano, producto resultante de la cocción caliza y arcilla. A principio del siglo XIX se

descubrió que si la caliza primitiva contenía arcilla, o se le añadía en proporciones del 8 al 20% el

producto resultante de la cocción, reducido a polvo, tenía propiedades hidráulicas.

Clasificación Existen varias formas de clasificación según el fraguado, la composición química y la aplicación:

a) Por su fraguado, los cementos pueden ser rápidos o lentos, según este termine antes o

después de una hora

b) Por su composición química: naturales, Pórtland, escorias, puzolánicos, aluminosos,

sulfatados, etc.

c) Por sus aplicaciones: de alta resistencia inicial, resistente a los sulfatos

Fabricación del cemento La fabricación de cementos comprende una serie de operaciones comunes a todos ellos; la

fabricación del cemento Pórtland, el más utilizado, se fabrica en siete etapas básicas:

1. Elección de las materias primas

2. Extracción de la caliza

3. Trituración y molienda de la materia prima (caliza).

4. Preparación de las mezclas de los materiales en las proporciones correctas, para obtener el

polvo crudo, que puede ser:

a. Por vía húmeda, o

b. Por vía seca

5. Calcinación del polvo crudo, o cocción

6. Molienda del producto calcinado, conocido como clínker, junto con una pequeña cantidad de

yeso.

7. Almacenamiento y envasado

PROCESO DE MANUFACTURA DEL CEMENTO En la actualidad los materiales utilizados para la fabricación de la escoria son la piedra caliza, y la

arcilla, se muelen en seco (proceso seco), o con agua (proceso húmedo). La mezcla pulverizada se

Ing. Antonio Manzano Torres Facultad de Arquitectura UMSNH 1

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calcina en hornos a una temperatura que va de 1.400 ºC, la escoria se enfría rápidamente para evitar

la transformación del silicato tricálcico, principal componente del cemento portland, en silicato bicálcico

y óxido de calcio.

La masa de escoria enfriada se mezcla con yeso y otros varios aditivos (sales de naftaleno sulfonado

y formaldehido, que controlan el tiempo de fraguado y otras propiedades) y por último la escoria se

tritura en un molino, se criba y almacena.

Elección de las materias primas Es difícil encontrar en la naturaleza calizas con la cantidad precisa de arcilla para fabricar este

material, se recurre a la mezcla de rocas calizas y arcillas naturales en proporciones determinadas.

También se pueden emplear productos artificiales calizos, escorias de altos hornos y, como arcilla,

arena de residuos de minerales de hierro. La extracción de la caliza suele hacerse a cielo abierto por

voladura con dinamita; la arcilla se extrae con picos o palas y excavadoras, la trituración se realiza con

machacadoras de mandíbulas, trituradoras de martillos o rodillos, entre otra maquinaria.

Extracción de Caliza Una vez localizado el banco de calizas que puede encontrarse en la superficie o en mantos inclinados,

por lo que deberá ser explotado por métodos subterráneos.

Una vez tronada, la caliza es extraída desde los puntos de producción por una flota de palas LHD (de

8 yd3), hacia el sistema tolva-buzón y descargada sobre camiones (EJC) de 30 toneladas, o bien es

transportado por la pala a los sistemas de vaciado centrales.

Al descargar en las chimeneas de vaciado, la caliza pasa a través de parrillas y cae por chimeneas

verticales de 2,5 m. de diámetro, denominadas "buitras", allí se carga el ferrocarril mediante buzones

neumáticos desde las buitras, el ferrocarril, con una locomotora y once carros de 15 toneladas


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transporta el material hasta una tolva de descarga que permite un vaciado al chancador primario con

el convoy en movimiento.

Trituración y molienda de la materia prima (calizas) El material es reducido mediante un chancador primario, tipo mandíbula, que alimenta silos de

acumulación. Estas tolvas cargan el skip de 17. ton., que corre en forma automática a través del pique

vertical y descarga sobre el túnel principal, desde donde mediante una cinta transportadora es

conducido al exterior.

Posteriormente las calizas son descargadas en tolvas que alimentan la planta de chancado

secundario que por medio de chancadores de martillos y harneros reduce el producto a diámetros

menores a 5/8". Posteriormente un tractor empujador (Bulldozer Caterpillar D8N) maneja el stock de

piedra chancada y asegura la homogeneización. Finalmente la caliza es transportada por vía férrea

hasta la Planta Industrial.

Preparación de las mezclas de los materiales en las proporciones correctas El mezclado puede ser hacerse por vía seca o vía húmeda.

• Vía húmeda: fue el primer método empleado. Consiste en unir los materiales en forma de

líquidos, mezclados con agua, obteniéndose mezclas muy homogéneas que proporcionan a

los cementos características constantes y de alta calidad.

• Vía seca: se emplea cuando las materias son duras y no contienen arena. Hay que extraer la

humedad de cantera antes de su pulverización.

En ambos casos es necesario mezclar producción de varios puntos de extracción, para conseguir la

ley (calidad) requerida para alimentar a la planta y maximizar así el uso del recurso geológico. El

control de calidad se inicia con un detallado levantamiento geológico de las galerías, complementado

con el muestreo de las perforaciones de producción, de manera que se pueden construir planos de


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leyes de los sectores a explotar y realizar, en consecuencia, tronaduras selectivas. Además, el mineral

es nuevamente muestreado en forma sistemática antes de ingresar al stock, pudiéndose efectuar

correcciones si la situación así lo requiere.

De aquí en adelante los procesos restantes se llevan a cabo en la planta industrial, y comienza con la

recepción de materias primas.

• La caliza proveniente del banco o mina es recepcionada desde el Tren Calero hacia las

canchas de acopio en el interior de la Planta.

• La caliza de alta ley es recepcionada desde camiones y su origen es tanto mineral o bien de

depósitos de conchuelas que aportan el carbonato de calcio y los minerales de fierro, alúmina

y sílice, necesarios para la formación del clinker en las etapas posteriores.

• Desde las canchas de acopio, cada una de estas materias primas es alimentada a tolvas, de

acuerdo a su calidad y luego dosificadas, para obtener la correcta fórmula que ha de ser

pulverizada para el posterior tratamiento de cocción que tendrá la mezcla formada.

Trituración y molienda de los materiales La mezcla formada y controlada en forma horaria por personal de producción, es enviada mediante

cintas de transporte, a dos grandes molinos de bolas, con el objeto de obtener un producto


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homogéneo y muy fino, requerido para la exitosa etapa de cocción a la que será sometida

posteriormente.

Los molinos de bola son grandes tubos horizontales, accionados por motores que los hacen girar y

que requieren gases calientes para secar la materia prima en la molienda y constan de dos cámaras

separadas por un diafragma central. En el interior de cada cámara hay una importante cantidad de

bolas de acero de distinto tamaño que posibilita la reducción de tamaño del material alimentado.

Un circuito seleccionador permite asegurar el correcto tamaño del producto final, el que es enviado

mediante regueras y elevadores hasta doce grandes silos que lo mantienen en acopio para luego ser

transportado en forma neumática a los hornos.

Calcinación del polvo crudo, o cocción Desde los silos el polvo de caliza "crudo" se lleva a los hornos rotatorios. Estos son enormes cilindros,

ligeramente inclinados, con longitudes que fluctúan entre los 51 y 123 metros están revestidos

internamente con ladrillo refractario, capaz de soportar altas temperaturas.

El horno posee una gran cámara de precalcinación en donde se produce la decarbonatación del

crudo, es decir la transformación química del carbonato de calcio en óxido de calcio y liberación de

dióxido de carbono. En su interior el material y los gases alcanzan temperaturas de 1450 y más de

2000 grados celsius respectivamente, se produce la calcinación de la caliza, formándose un material

semivitrificado, compuesto principalmente por silicatos, aluminatos y ferritos de calcio, que tienen altas

propiedades aglutinantes al mezclarse con el agua. Este producto se denomina Clinker.


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Finalmente, el producto es enfriado mediante una moderna enfriadora de parrillas, tecnología que

permite una alta recuperación del calor del producto, ahorrando energía térmica en el horno.

Molienda del producto calcinado, conocido como clínker. La fabricación del cemento, requiere del clinker fabricado en los hornos además de yeso que permite

regular el fraguado de la mezcla de cemento con agua y adiciones como Puzolana y cenizas de

centrales térmicas, que dan propiedades hidráulicas especiales al producto final. Todos estos

materiales son dosificados y posteriormente mezclados y molidos en grandes molinos de bolas de dos

cámaras y diafragma intermedio, que permiten reducir el tamaño de los componentes hasta polvo fino.

El circuito de molienda puede tener separadores y filtros de mangas, que permiten separar el producto

de la corriente del aire de ventilación.

La calidad y propiedades del cemento, quedan determinadas por la participación de cada uno de estos

componentes, así como de la fineza final del producto.

Almacenamiento y Envasado Una vez producido, el cemento es enviado desde la molienda, por sistemas de transporte neumático,

mediante una red de cañerías, hasta los silos de almacenamiento, donde el producto se mantiene en

condiciones aptas para su entrega.

El envasado se realiza en bolsas de papel de 50 kg, o en contenedores de 1500 Kg (Bigbags)

pudiendo utiliza despacho a granel en ferrocarriles o camiones.


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Para el despacho en bolsas de papel se debe contar con un sistema de llenado de sacos y un

paletizador automático.

CLASES DE CEMENTOS Una primera división se establece entre los cementos artificiales y los naturales.

Cementos artificiales Son cementos hidráulicos obtenidos por la cocción a elevadas temperaturas (1450 °C) de una mezcla

artificial perfectamente homogeneizada y dosificada de caliza y arcilla que después se muele

finamente.

• Cemento Pórtland. Se atribuye a José Aspind la invención del cemento Pórtland, patentado

en 1824. Para su fabricación se recurrió a obtener cal, que una vez mezclada con arcilla, se

volvía a cocer en hornos y se pulverizaba el producto resultante. Como la temperatura de

cocción era baja, el cemento era de mala calidad, posteriormente se elevó la temperatura

cercana al punto de fusión. De acuerdo con la Norma Oficial Mexicana (NOM), el cemento

portland es el que proviene de la pulverización del clínker obtenido por fusión incipiente de

materiales arcillosos y calizos, que contengan óxidos de calcio, silicio, aluminio y fierro en

cantidades convenientemente dosificadas y sin más adición posterior que yeso sin calcinar,

así como otros materiales que no excedan del 1% del peso total y que no sean nocivos para el

comportamiento posterior del cemento, como pudieran ser los álcali.

La composición química del cemento portland es:


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óxido de calcio (CaO), 65%

dióxido de silicio (SiO2) 20 %

trióxido de aluminio (Al2O3) 5 %

óxido férrico (Fe2O3) 5 %

óxido de magnesio (MgO) menor del 5 %

• Cementos siderúrgicos. Se distinguen dos clases, el cemento Pórtland siderúrgico y el

cemento Pórtland de alto horno. Para la obtención de estos cementos, se parte de escorias

(subproducto o deshecho de la fabricación del hierro). Se obtienen por una mezcla íntima del

70% clinker y, el resto, de escoria granulada o sulfato cálcico.

• Cementos puzolánicos. Son el producto de una mezcla resultante de puzolana y clínica, con

la adición eventual de algez para regular el fraguado. Se llama puzolana al producto natural

de origen volcánico capaz de fijar cal a temperaturas ambiente y formar materiales con

propiedades hidráulicas. En general, se consideran puzolanas otros productos artificiales con

análogas características como son las cenizas de gran finura, que se recogen de la

combustión en las centrales térmicas.

• Cementos de adición. Son cementos preparados con clínica y otros materiales cuyas

resistencias mecánicas pueden ser inferiores a las de los cementos tipo Pórtland o

siderúrgicos. Se distinguen dos clases: el cemento siderúrgico clínica, obtenido por una

mezcla de 70% de escoria, y el resto de clínica y sulfato cálcico; y el cemento de adición

corriente, que se obtiene por mezcla de clínica con materiales tales como margas, calizas

puzolánicas, escorias o cemento natural.

• Cemento aluminoso. Presenta el mismo proceso de elaboración, salvo que los materiales

que intervienen en su elaboración son:

óxido de aluminio (Al203) 50 %

óxido de calcio (CaO) 40 %

óxido férrico (Fe2O3) 5 %

dióxido de silicio (SiO2 ) 5 %

• Supercemento. Se trata del cemento Pórtland de altas resistencias iniciales y se distingue en

particular por una mayor finura y una composición de materias primas algo distinta,

añadiéndose substancias en proporción inferior al 6% como, por ejemplo, cal, sin aumentar el

azufre y la magnesia. Este ligero aumento de cal da origen a que sea más vulnerable a las

aguas agresivas, pero lo hace más apto para el concreto armado por sus grandes resistencias

mecánicas iniciales. El tiempo de fraguado es similar al del Pórtland normal, pero su


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endurecimiento es más rápido. Esta ventaja permite reducir los plazos de descimbrado, ya

que a los 3 o 4 días da resistencias superiores al 50% en comparación con el Pórtland normal.

• Cemento Pórtland blanco. Es un cemento artificial, obtenido mediante materias primas como

la creta y el caolín, sin contenido de magnesio ni hierro, ya que estos cuerpos son los que le

dan al cemento su característico color gris.

• Cementos expansivos. Son aquellos cuya composición tiene la propiedad de aumentar de

volumen durante los procesos de fraguado y endurecimiento.

• Cementos Grapiers. Cementos artificiales de fraguado lento, obtenidos por la Grapier de la

cal, cuando de ellos se separa la cal libre que los acompaña.

• Cementos mixtos. Son los que se obtienen de una mezcla, en proporción variable, de un

cemento natural y Grapiers de cal después de la calcinación.

• Cementos naturales. Son cementos obtenidos por la calcinación de margas (rocas calizas y

arcillosas) a una temperatura necesaria para la expulsión del anhídrido carbónico, y

pulverizada el producto obtenido. Se denominan también cementos romanos, por endurecer

debajo del agua, igual que los morteros que emplearon los romanos, hechos con cal grasa y

puzolana. Pueden ser de fraguado lento o rápido.

• Cementos naturales de fraguado lento. Se fabrican con margas de composición similar a la

mezcla de los crudos empleados para la fabricación del cemento Pórtland, aunque

diferenciándose en que no hay que preparar los crudos ni añadir substancias para retardar el

fraguado. Como es difícil encontrar rocas de composición química homogénea, no se puede

obtener un cemento de características constantes. La cocción se realiza en hornos verticales

a temperaturas de 1,000 °C. Su fraguado se inicia aproximadamente a 30 minutos del

amasado y termina a las 12 horas.

• Cementos naturales rápidos. Se obtienen al calcinar a 1,000°C rocas margas que

contengan del 25% al 40% de arcilla. Recién fabricados, fraguan instantáneamente, debiendo

ser ensilados algún tiempo para que tarden en empezar a fraguar de 3 a 5 minutos y terminen

antes de los 30.

NORMALIZACIÓN Con la globalización económica, México se vio obligado a actualizar la normalización del cemento,

mismo que tiene un fin, principalmente de actualizarse a nivel mundial y con ello, cumplir con las

exigencias internacionales.

Apoyados con la Ley Federal de Metrología y Normalización, se formo el grupo de Normalización del

ONNCCE, para realizar la revisión y actualización de las normas técnicas del cemento, así se creó la

NORMA MEXICANA NMX C-414-ONNCCE-1999, "INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION-


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CEMENTOS HIDRAULICOS-ESPECIFICACIONES Y METODOS DE PRUEBA", misma que entró en

vigor a partir del 19 de Octubre de 1999.

Con el cambio de norma, se canceló las anteriores NMX C-001, NMX C-002 y NMX C-175, que regían

las especificaciones para cementos portland, cementos puzolanicos y cementos con escoria granular

de alto horno, respectivamente y la nueva clasificación tomará en cuenta tres características propias

de la mezcla de cemento, que son las adiciones que este tiene, características especiales y

resistencia de acuerdo a las tablas siguientes:

Clasificación del Cemento por sus Adiciones

CPO Cemento Portland Ordinario

CPP Cemento Portland Puzolánico

CPEG Cemento Portland con Escoria Granulada de Alto Horno

CPC Cemento Portland Compuesto

CPS Cemento Portland con Humo de Sílice

CEG Cemento con Escoria Granulada de Alto Horno

Clasificación por Características Especiales

RS Resistente a los Sulfatos

BRA Baja Reactividad Alcali - Agregado

BCH Bajo Calor de Hidratación

B Blanco

Clasificación por su Clase Resistente

Resistencia N/mm2 Mínimo a 3 días Mínimo a 28 días Máximo a 28 Días

20 -- 20 40

30 -- 30 50

30 R 20 30 50

40 -- 40 --

40 R 30 40 --

La letra R indica que un cemento es de resistencia inicial alta, las unidades de reporte se modificaron

a N/mm2, en vez de kg/cm2 (1 N/mm2 = 10.2 kg/cm2)

La Nomenclatura es ahora la siguiente:


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Consideremos un Cemento Portland Ordinario de Clase resistente 30, de resistencia inicial alta y con

las características especiales de Resistente a los Sulfatos, se debe presentar como: CPO 30 R RS

Consideremos un Cemento Portland Puzolánico de Clase resistente 30, de resistencia inicial alta y

con las características especiales de Resistente a los Sulfatos, Baja Reactividad Alcali Agregado, se

debe presentar como: CPP 30 R RS/BRA

Cemento Tipo II Normas de Calidad NMX C-414-ONNCCE-1999 de México y la ASTM C-150 de Norteamérica.

USOS: El Cemento CPO 30 R es lo mejor para la construcción de: losas, trabes, castillos, zapatas,

firmes, pisos y en la elaboración de prefabricados como tubos de albañal y blocks, entre otros.

VENTAJAS: Por su composición química, el Cemento CPO 30 R genera menor calor de hidratación

que un cemento T I, con lo que se disminuye notablemente la formación de fisuras y lo hace resistente

al ataque moderado de agentes agresivos del agua y del suelo, principalmente de sulfatos y salitre. Se

tiene mayor rendimiento, durabilidad y resistencias más elevadas que las obtenidas con cementos

convencionales, lo que significa una mayor economía.

Cemento Puzolánico.

Normas de calidad NMX C-414-ONNCCE-1999 de México y ASTM C-595 de Norteamérica.

USOS: El Cemento CPP30 R mejora los resultados en la construcción de: pisos, firmes, castillos,

trabes, zapatas, losas, columnas y aún en aquellas obras donde se requiere mayor resistencia al

ataque de medios agresivos en suelos salitrosos y/o cercanos al mar.

VENTAJAS: La puzolana es un ingrediente activo que tiene como función básica formar un

aglomerante con los productos liberados por la hidratación del cemento. Además, durante la

elaboración del concreto, actúa como agregado fino, lo que permite sustituir parte de arena por grava.

El concreto obtenido es muy plástico y puede trabajarse fácilmente por lo que requiere menos agua de

lo que indica su apariencia.

Como resultado se tiene acabados más tersos e impermeables, de mayor resistencia al ataque de

sulfatos, reacción alcalina, agregado y lluvia ácida.


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Cemento Clase G El cemento Clase G es el material que se emplea en la cementación de pozos petroleros, desde la

superficie hasta 2440 m. de profundidad. La elaboración de este cemento está regida por las Normas

API, que marcan los parámetros que debe cumplir. Las pruebas a que se somete son una simulación

de las condiciones a que será sometido al cementar el pozo. Para las pruebas físicas se deberá

realizar mediante lechadas (agua-cemento) y para la cual la especificación que marca la norma API,

deberá ser una mezcla de agua-cemento del 44% en peso.

Las pruebas que se realizan para satisfacer los requerimientos físicos que marca la norma y controlar

su calidad son:

• Agua Libre

• Resistencia a la Compresión

• Tiempo de espesamiento

• Análisis Químico

En la perforación de Pozos, para la extracción de Petróleo Crudo se emplea el cemento especial para

la cementación (revestimiento de las paredes) de dichos pozos, con el principal objetivo de fijar

correctamente la tubería de explotación.

Las temperaturas y presiones a las cuales se efectúan normalmente las cementaciones son

superiores a 150° C y 200 Bars, a una profundidad muy cercana a los 10,000 m.

El origen de este cemento fue en los Estados Unidos de Norteamérica en los años de 1940-1950, por

la firma Halliburton, que es una empresa que se dedica a la cementación, posteriormente en

Alemania, Inglaterra y Francia.

Cemento Blanco Normas de Calidad NMX C-414-ONNCCE-1999 de México y de ASTM C-150 de Norteamérica.

USO: El Cemento Blanco es ampliamente empleado en acabados de casas, escaleras, terrazas,

fachadas, etc., además en la fabricación de mosaicos, terrazos y piedra artificial. También es utilizado

en la elaboración de monumentos, criptas, como base para la fabricación del pegazulejo y como

ingrediente del tirol.


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VENTAJAS: Blancura y resistencia superiores a sus similares. Versatilidad, luminosidad y belleza para

sus acabados ya que permite el empleo de colorantes minerales para ampliar la gama decorativa.

Gran plasticidad que permite trabajarlo fácilmente. Su durabilidad e impermeabilidad le permiten ser

utilizado como recubrimiento de albercas.

PRUEBAS EXPERIMENTALES AL CEMENTO a) Sanidad del cemento Pórtland por medio de autoclave. Esta prueba proporciona el índice de

expansión potencial diferida causada por la hidratación del CaO, del NgO o de ambos

( )100f i

i

L LExpansión de la autoclave x

L−

=

La sanidad por expansión en autoclaves debe ser como máximo del 0.80% para cemento Pórtland

normal y 0.50% para cemento puzolánico

b) Módulo de finura del cemento. Esta prueba se realiza en términos de la superficie específica,

expresada como área total superficial en cm2 por gramo de cemento mediante al aparato de

Blaine.

s

s

S TST

=

s

s

S TS

Tηη

=

Donde:

S= Superficie específica de la prueba (cm2/gr)

Ss=Superficie específica de la muestra patrón

usado en la calibración del aparato (cm2/gr)

T=Intervalo de tiempo medido de la caída de

presión en el manómetro para la muestra en seg.

Ts= Intervalo de tiempo medido de la caída de

presión en el manómetro para la muestra patrón

usado en la calibración del aparato en seg.

N=Viscosidad del aire a la temperatura de la

prueba

El requisito físico del cemento Pórtland debe ser:

Aspecto a controlar I II III IV V

Finura específica en cm2/gr

Método de permeabilidad del aire

Valor promedio mínimo 2800 2800 2800 2800

Valor mínimo en cualquier muestra 2600 2600 2600 2600


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c) Densidad aparente del cemento. Proporciona el peso por unidad de volumen sin tomar en

cuenta los vacíos del cemento y tiene especial importancia para el porporcionamiento del

concreto.

64

f i

W grDensidadV L L

= =−

s

W=Peso en grs

V=Volumen de la muestra

Li=Altura inicial del menisco

Lf=Altura final del menisco

APLICACIONES Los cementos mas utilizados en la construcción son los artificiales y, entre estos, el cemento Pórtland

corriente o normal, empleado para obras de albañilería en general, concreto simple y armado, y

prefabricados no resistentes. El cemento Pórtland de alta resistencia inicial se emplea para

prefabricados, concreto pretensazo y trabajos de cimbrado rápido.

Los cementos siderúrgicos se utilizan para el concreto armado y en masa en ambientes agresivos, y

en concretos compactos y de grandes volúmenes.

Los cementos puzolánicos se emplean en obras marítimas, vertedores industriales y sanitarios, y para

morteros de gran plasticidad.

Los cementos de adición se emplean para cimentaciones y cimentaciones hidráulicas de concreto en

masa y también para pavimentos de industrias químicas.

Los cementos auminosos están destinados a obras de carácter temporal, cimentaciones urgentes,

para taponar vías de agua y en trabajos expuestos al calor.

Los cementos naturales son los menos utilizados en la construcción; con los de fraguado lento se

realizan trabajos de albañilería en general y morteros de baja resistencia; los de fraguado rápido se

destinan a trabajos complementarios de albañilería, aristas o doblado de bóvedas.

II.3 AGREGADOS PÉTREOS Son aquellos materiales que se emplean en las revolturas de concreto y mortero, con el fin de reducir

los cambios volumétricos, así como el consumo de cemento. Por mortero se entiende una mezcla de

agua, cemento y arena sin agregado grueso, mientras que el concreto será el compuesto elaborado

además con agregado grueso. Por cuanto a su tamaño, los agregados se dividen en dos grandes

grupos: fino y grueso.

Los requisitos que deben llenar en general los agregados son que deben estar constituidos por

materiales resistentes y duraderos, exentos de partículas detrimentales que motiven alteraciones

volumétricas, o que afecten la hidratación del cemento, de ningún modo deben tener impurezas tales


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como carbón, yeso, mica o trozos de madera, ni materiales solubles como limo y arcilla, entre otros,

que deberán eliminarse por decantación o lavado. Deberán además estar bien graduados y

clasificadas de acuerdo con los tamaños que las especificaciones de obra estipulen. Los tamaños en

que usualmente se clasifican los agregados son los que se indican a continuación:

Tamaños

Mínimo Máximo

Arena 0 mm 5 mm 3/16”

Grava muy pequeña 5 mm 3/16” 10 mm 3/8”

Grava pequeña 10 mm 3/8” 19 mm ¾”

Grava mediana 19 mm ¾” 38 mm 1 ½”

Grava grande 38 mm 1 ½” 76 mm 3”

Grava extra grande 76 mm 3” 152 mm 6”

La eficiencia de la clasificación o del cernido deberá ser tal que cualquiera de los agregados

clasificados no contengan más del 10% de partículas menores del tamaño mínimo estipulado, ni más

de 5% de partículas mayores del tamaño máximo respectivo.

Su densidad no será menor de 2.45, excepto cuando se trate de agregados para concretos ligeros.

Los agregados no deberán contener minerales atacables por los álcalis que motiven expansión en el

concreto, como ópalo, calcedonia, pedernal, vidrio volcánico, etc. Cuando se tenga algún indicio, duda

o sospecha acerca de la indeseable presencia de estos minerales, se someterán muestras

representativas de los agregados a la investigación de un laboratorio de materiales competente.

De manera general, los agregados deberán lavarse para remover la arcilla, el limo y la materia

orgánica. En la prueba colorimétrica, la arena deberá acusar un contenido de materia orgánica que no

exceda el máximo permitido. El contenido del material más fino que la malla No. 200, no deberá

exceder del 5% en la arena, ni el 1% los agregados gruesos.

GRAVAS O AGREGADO GRUESO El agregados gruesos consiste generalmente en piedra triturada, grava, escoria de altos hornos u otro

material inerte de características similares y que satisfaga los requisitos correspondientes a los

agregados en general, y además los siguientes: los contenidos de terrones de arcilla, fragmentos

suaves y partículas de sílice amorfo de fácil desintegración, no deberán exceder los siguientes límites

máximos, expresados en porcentaje en peso: 0.25, 5.0 y 1.0 respectivamente.


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Por no se trata de concreto sujetos al desgaste, como pavimentos y pisos, en la prueba que se haga

(según norma ASTMC131), no deberá producirse desgaste mayor del 10% después de 100

revoluciones, ni mayor del 50% después de 500. Además de los agregados anteriormente

mencionados, también se emplean agregados ligeros, cuando se desea obtener un concreto de poco

peso. Los agregados ligeros, que consisten principalmente en piedra pómez, lavas, tobas y escorias,

vermiculita, carlita y arcilla expansiva, deben estar constituidos por partículas durables, de baja

densidad, limpias, bien graduadas y que no motiven cambios volumétricos detrimentales en el

concreto.

CLASIFICACION Corrientemente se utiliza la siguiente clasificación para las gravas :

1. GARBANCILLO, de 5 a 20 mm de diámetro

2. GRACILLA, de 20 a 30 mm de diámetro

3. GRAVA MENUDA, de 30 a 50 mm de diámetro

4. GRAVA MEDIA, de 40 a 60 mm de diámetro

5. GRAVA GRUESA, de 50 a 80 mm de diámetro

6. MORRO, de 80 a 150 mm de díametro

ARENAS O ÁRIDOS Se llama arena al material granular fino (generalmente menor de cinco milímetros de diámetro) que

resulta de la desintegración o de la trituración de las rocas. Debe satisfacer los requisitos

correspondientes a los agregados en general y además los siguientes:

• no deberá contener más de 1% en peso de terrones de arcilla

• su granulometría deberá satisfacer o aproximarse a los límites que se indica la

continuación % retenido entre las mallas indicadas

Malla No Mínimo Máximo

3/8” a 4 0 5

4 a 8 5 201

8 a 16 10 201

16 a 30 10 30

30 a 50 15 25

50 a 100 12 20

Pasa 100 3 7 1 Si lo retenido entre las mallas No 4 y 8 no excede del 15%, lo retenido entre las mallas No 8 y 16 puede subir

hasta un 25%


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De manera amplia se llama arena un conjunto de partículas de tamaño inferior a 6.5 milímetros que se

desprenden de las rocas compuestas, por la acción de las lluvias y demás meteoros. Según el tamaño

de sus granos reciben las arenas varias denominaciones como: gruesa, mediana, fina y muy fina.:

según su procedencia se dividen en: de río, de mar, de mina, de hoya, etc.. Sus granos son unas

veces redondos y angulosos otras, con menos frecuencia, cristales enteros o incompletos.

Según la naturaleza de sus elementos las arenas resisten a la acción disolvente de los agentes

atmosféricos, o cambian gradualmente su constitución bajo influencia de aquellos. Las que se

mantienen invariables (de cuarzo puro) y lo mismo las que no contienen más que elementos solubles

(calizas) son impropias para el cultivo; por el contrario, las que contienen mezclados los elementos

estables y los solubles pueden reunir las condiciones necesarias para la vida de las plantas.

Las arenas se presentan con más frecuencia en los terrenos de formación más reciente (aluvial,

diluvial y terciario); pero también se encuentran a veces formando gruesas capas en terrenos de

formación más antigua como el cretáceo y hasta el silúrico.

CLASIFICACION La clasificación más común de la arena esta en función de su tamaño y es la siguiente: Arena fina esta formada por los granos que pasan por un tamiz de mallas de 1 mm., y son retenidas por otro de

0.25 mm. La arena media es la constituida por granos que pasan por un tamiz de 2.5 mm. y son

retenidos por otro de 1 mm. La arena gruesa es la obtenida cuando sus granos pasan por un tamiz de

5 mm. de diámetro y son retenidos por otro de 2.5 mm.

La arena también se puede clasificar según su procedencia: la arena de río es la más corriente y

aceptada ya que, por lo general, no va acompañada de materiales terrosos, y, si las lleva, un simple

lavado las separa fácilmente. La arena de mar es originada por el desmenuzamiento de las rocas por

las olas, pero tiene el inconveniente de llevar sales que entorpecen el fraguado y que hay que lavar

intensamente. La arena de mina también llamada arena fósil, se encuentra depositada en diversos

lugares desde tiempos pasados, limpia de tierras, y sus granos son menos redondos que las de río y

mar, razón por la cual es muy apreciada. La arena virgen es la que proviene de rocas que se están

desmenuzando en la actualidad; se caracterizan por las formas irregulares y ásperas, favoreciendo su

adhesión al aglomerante, pero no deben utilizarse sin someterlas a un buen lavado. Finalmente la

arena de cantera se obtiene artificialmente por el machaqueo de rocas duras, que generalmente

contiene partículas de arcilla que obligan también a lavarla.


MATERIALES II

Las arenas pueden clasificarse de acuerdo al material que les da origen en: cuarzosas que suelen

contener de un 2% a un 20% de detritus de otros minerales, feldespato, mica y cal. A menudo estos

arenas son ferruginosas , lo cual se reconoce porque los granos se cubren de una cáscara de

peroxido de hierro. Mezclados con ellas se puede encontrar piedras preciosas como diamante, rubí,

granate o metales, como oro, platino, estaño, etc. Calizas que se componen de granitos sueltos de

naturaleza calcárea y se presentan comúnmente bajo la forma de arenas movedizas; esta clase de

arenas se encuentra muy a menudo mezclada con restos de animales muy desmenuzados (conchas,

huesos) y también con algo de cuarzo (arena caliza-cuarzosa). Las arenas dolomíticas producidas

por la descomposición de materiales dolomíticos, como el zechstein de Turingia. Las glauconíticas

de característico color verde son el resultado de la mezcla de cuarzo y glaucomita. Las arenas

ferruginosas en cuya composición predomina el hierro magnético mezclado con augita, granate,

zirconio, rubí y cuarzo, contienen también platino y oro; son generalmente producto de la

desintegración de minerales ricos en hierro magnético, que se depositan en tenues capas en el fondo

de los arroyos y de los ríos o en los terrenos cristalinos o volcánicos. Finalmente las volcánicas que

se encuentren con frecuencia en espesas capas sedimentarias en la cercanía de los volcanes;

compuestas de pedacitos de lava y también, muchas veces, de cristales lizados en lava (augita,

leucita, sanidina, granate, etc.). Los granos más gruesos, corresponden a la arena de quija, son los

llamados de pillo o rapilli, y los más finos, semejantes por su tenuidad ligereza de polvo, constituye lo

que se llama ceniza volcánica.

MUESTREO Para la selección de las muestras deberá procurarse que estas sean realmente representativas de la

calidad media de la arena; deberán tomarse en los mismos lugares de explotación, mezclando

porciones de los diversos montones o lotes y procurar que, no sólo intervenga el material de la

superficie, sino que deberán hacerse cortes verticales con pala y tomar arena de la colocada en la

parte interior.

Composición granulométrica Es un hecho comprobado que las propiedades de resistencia intermedia de los morteros y concretos

dependen de manera directa de las proporciones que guarden entre sí las partículas del material

inerte, pues la mayor o menor resistencia o la mayor o menor impermeabilidad resultan de la cantidad

y forma en que estén distribuido los vacíos, lo que a su vez, es función del grado de acomodamiento

de las partículas.

El análisis granulométrico de una arena se lleva a cabo con ayuda de una servidora mecánica en la

que se colocan la siguientes mallas o cribas:


MATERIALES II

Malla no Distancia entre alambres

200 0.066

100 0.140

50 0.305

30 0.509

20 0.851

10 1.855

6 3.200

Los resultados del análisis granulo métrico se representa gráficamente, tomando como abscisas las

dimensiones de los agujeros de las diversas mallas empleadas y como ordenadas los porcentajes del

material que pasaron por ellos, los complementos al 100% corresponden al porcentaje retenido por las

mallas. La forma de esta curva acusa, desde luego, cuales el tamaño de granos más abundantes

FORMA DE LOS GRANOS Con frecuencia se exigen las especificaciones que el arena debe estar compuesto por partículas con

aristas vivas, a pesar de que muchos lugares sólo se puede disponer de arenas de ríos o de playa con

partículas redondeadas y que han sido usadas satisfactoriamente. La forma de las partículas es

importante porque afecta el porcentaje de vacíos del material, por las partículas rugosas irregulares no

adquieren tanta compasibilidad como las redondas, ya que no ofrecen oportunidad para acuñarse

entre si dando lugar a masas más compactas. En algunos casos se adhiere mejor el cemento a las

caras de las partículas angulosos que a la superficie redondas de las otras, pero este factor ejerce

menos influencia que la densidad de las masas, de modo que los concretos y morteros hechos con

material inerte redondo no son inferiores en resistencia los hechos con material inerte irregular y aún a

menudo estos últimos superan a los primeros. Se pueden hacer concretos de calidad excelente o muy

deficientes con cualquiera de estos materiales, pues son de mayor influencia la naturaleza minera

lógica y la graduación de los tamaños de las partículas, que la forma de estos.

LIMPIEZA DE LA ARENA La arena deberá carecer de fango, para verificar esto se realiza la prueba de colorimetría que consiste

en comparar el color de una muestra cada 24 horas. La muestra estará elaborada por 500 gr de arena

aproximadamente misma que será secada hasta peso constante a una temperatura no mayor a

110°C, se dejará enfriar y se colocará en una botella hasta la marca de 133 cm3 a la que se agregará

sosa cáustica hasta alcanzar la marca de los 206 cm3. Se tapará la botella y se agirtará

vigorozamente por un lapso de 2 minutos como mínimo, posteriormente se dejará reposar por 24 hrs.

Finalmente se comparará el color del líquido de la botella con el vidrio color normal.


MATERIALES II

AGREGADOS PETREOS DE ALTA CALIDAD Es un agregado que presenta las condiciones más favorables para elaborar concretos hidráulicos de

alto desempeño debido a la larga duración que le da su resistencia a los álcalis, a la abrasión, a la

salinidad y a otros agentes y que permite a la vez lograr concretos con mayor resistencia a la fatiga,

impermeabilidad y una minimización de cambios volumétricos. A esto se suman otros beneficios que

proporciona el agregado como son mejores condiciones de manejabilidad del material en la etapa de

fabricación del concreto hidráulico y una importante reducción en el consumo de cemento al diseñar

las mezclas.

Ventajas de los agregados de alta calidad Sin duda las ventajas más significativas son:

• ahorro en el consumo de cemento para los concretos hidráulicos

• mejor adherencia de la pasta de cemento portland al agregado y

• una larga vida útil de los elementos constituidos por este material, que ven incrementadas

sus condiciones de durabilidad.

Es conveniente destacar que la técnica para producir mezclas o concretos de alto nivel de calidad no

se basa exclusivamente en el empleo de grandes proporciones de cemento o aglutinante, sino más

bien en la correcta combinación de aquellos elementos y factores que favorecen la obtención de

mezclas o concretos de calidad adecuada.

PRUEBAS A LOS AGREGADOS PÉREOS

a) Muestreo de agregados pétreos

b) Cuarteo

c) Humedad actual en arenas

d) Humedad superficial y humedad de absorción en arenas

e) Gravedad específica en arenas

f) Determinación del peso volumétrico seco y suelto de una arena PVSS

g) Determinación del peso volumétrico seco y varillado de una arena PVSV

h) Granulometría o análisis granulométrico en arenas

i) Prueba de colorimetría en arena para determinar el contenido aproximado de materia orgánica

en arenas

j) Sedimentación en arena

k) Material que pasa por la malla No 200 en arena

l) Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables en los agregados

m) Densidad de la arena


MATERIALES II

n) Equivalente de arena

o) Muestreo en gravas

p) Cuarteo de gravas

q) Humedad actual en gravas

r) Humedad de absorción en gravas

s) Densidad en gravas

t) Peso volumétrico seco y suelto en gravas PVSS

u) Peso volumétrico seco y varillado en gravas PVSV

v) Granulometría en gravas

w) Resistencia al desgaste de los agregados menores de 19 mm por medio de la máquina de los

ángeles

x) Resistencia al desgaste de los agregados mayores de 19 mm por medio de la máquina de los

ángeles

y) Indice de aplanamiento y alargamiento de agregados

z) Porcentaje de caras fracturadas de los agregados

aa) Peso unitario y porcentaje de vacíos de los agregados

bb) Sanidad de los agregados frente a la acción de las soluciones de sulfato de sodio o de

magnesio - SOLIDEZ

APLICACIONES Sirve para la hechura de los morteros que se utilizan para ligar diversas piezas del material pétreo o

mampostería que van a formar la construcción, o bien asociada en material inerte de mayores

dimensiones y a un aglomerante apropiado (cemento) da lugar a los concretos hidráulicos, en adición

al asfalto da lugar a las mezclas asfálticas, y por si solo como balasto en vías férreas. Desde tiempos

remotos se hace uso de la arena en las construcciones. El empleo de la arena para hacer morteros

fue conocido por los romanos mezclándola con la cal apagada en diversas proporciones. Vitrubio da

interesantes pormenores sobre las diversas clases de arena usada en las construcciones romanas; se

dividía, según su color, en negro (nigra), en blanca (cana), en roja (rubra) y en quemada

(carbunculus). Según este arquitecto, la arena fósil era preferible a la de río y más aún a la marina.

Plinio sólo distinguía tres especies de arena: la fósil, a la que aconsejaba mezclar una cuarta parte de

cal, la de río y la marina, a las que había que mezclar una tercera parte.


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