obtenciÓn de un mortero a partir de …€œoptimizaciÓn de las propiedades mecÁnicas del mortero...

“OPTIMIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MORTERO COMERCIAL MEDIANTE LA ADICIÓN

DE RESIDUOS DEL MOLUSCO CASSOSTREA VIRGINICA”

Tesis que como Requisito para obtener el Grado de Maestría en Ciencias de Materiales presenta:

ING. CLAUDIA IVETTE VILLA GARCÍA

DIRECTOR:

Dr. Alberto Duarte Möller

Chihuahua, Chih., a 02 de Noviembre de 2006

CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS, S.C.

POSGRADO

DEDICATORIA

A Dios, por darme la oportunidad de poder capacitarme y desarrollarme

académicamente en el área de la investigación, y lograr ser una persona de bien.

A Oswaldo Barrera Hernández, por brindarme su apoyo incondicional durante

mi formación profesional.

A mis padres, Armando Villa González y Elena García Corona, por su tiempo

dedicado y porque gracias a ellos logré llegar hasta donde ahora me encuentro, por

sus enseñanzas y su gran amor.

AGRADECIMIENTOS

A Dios, por todas las bendiciones brindadas a lo largo de toda mi vida

A mis padres por su apoyo incondicional.

A mis hermanas por su ayuda durante todo este proyecto.

A mi esposo Oswaldo Barrera por el impulso, paciencia y constancia para

alcanzar esta meta.

A toda mi familia que de alguna manera participaron en este proyecto.

Dr. Duarte, que gracias a él se llevó a cabo este proyecto.

Dra. Teresa Pecina, por el apoyo brindado.

A mis amigas y compañeras de Maestría por su ayuda incondicional.

M.C. Telhma Karina Franco Chávez

Ing. Mayra Alicia Marmolejo Fierro.

Y a todo el personal de CIMAV que de alguna manera contribuyeron a llevar a

cabo este proyecto.

i

INDICE

RESUMEN ......................................................................................................... 1 ABSTRACT. ....................................................................................................... 2 CAPITULO I ....................................................................................................... 3

INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 3 CAPITULO II ...................................................................................................... 4

Antecedentes .................................................................................................. 4 2.1 Propiedades de los morteros ............................................................ 4

2.1.1 Consistencia ................................................................................ 5 2.1.2 Adherencia (en estado fresco) .................................................... 6 2.1.3 Tiempo de utilización o de trabajabilidad..................................... 7 2.1.4 Resistencias mecánicas del mortero endurecido ........................ 7 2.1.5 Adherencia (en estado endurecido) ............................................ 8 2.1.6 Porosidad .................................................................................. 10

2.2 Cemento Portland ........................................................................... 10 2.3 Arcilla .............................................................................................. 13

2.3.1 Propiedades de la arcilla ........................................................... 13 2.3.1.1 Plasticidad ........................................................................... 13 2.3.1.2 Refractariedad ..................................................................... 14 2.3.1.3 Porosidad ............................................................................. 14 2.3.1.4 Color .................................................................................... 14

2.3.2 Tipos de Arcilla .......................................................................... 14 2.3.2.1 Arcillas Primarias o Residuales............................................ 14 2.3.2.2 Arcillas Secundarias ............................................................ 15 2.3.2.2 Arcillas según su Plasticidad ............................................... 15

2.3.2.2.1 Arcillas plásticas ............................................................ 15 2.3.2.2.2 Arcillas Antiplásticas ...................................................... 15

2.3.2.3 Arcillas según su Fusibilidad ................................................ 15 2.3.2.3.1 Arcillas Refractarias ...................................................... 15 2.3.2.3.2 Arcillas Fusibles o arcillas de Alfarería .......................... 16

2.3.2.4 Arcillas según el color y porosidad....................................... 16 2.3.2.5 Algunas clases de Arcilla ..................................................... 16

2.4 Arena .............................................................................................. 18 2.4.1 Tipos de Arena .......................................................................... 18

2.4.1.1 Arenas Naturales ................................................................... 18 2.4.2 Clasificación de arenas de acuerdo con el tamaño de sus partículas ............................................................................................... 18

2.4 Los Médanos de Samalayuca ........................................................ 19 2.5 Concha de Ostión (CACO3) ............................................................ 21

ii

CAPITULO III ................................................................................................... 23 Hipótesis y Objetivos .................................................................................... 23

3.1 Objetivo General ............................................................................. 23 3.2 Objetivos Particulares ..................................................................... 23

CAPITULO IV ................................................................................................... 24

Metodología Experimental ............................................................................ 24

4.1 Elaboración de la mezcla. .............................................................. 24 4.2 Proceso de molienda. ..................................................................... 24

4.2.1 Análisis de Malla ....................................................................... 25 4.2.2 Pruebas de resistencia a la compresión .................................... 26

4.2.2.1 Resistencia a la compresión en morteros de cemento hidráulico ............................................................................................ 26

4.2.2.1.1 Herramienta y equipo requerido .................................... 26 4.2.2.1.2 Materiales Utilizados ..................................................... 27 4.2.2.1.3 Proceso de elaboración de cubos ................................. 27 4.2.2.1.4 Preparación de la mezcla tipo mortero .......................... 28 4.2.2.1.5 Determinación de la Fluidez .......................................... 28 4.2.2.1.6 Especímenes de Prueba ............................................... 29 4.2.2.1.4.7 Determinación de la Resistencia a la Compresión de la mezcla tipo mortero ........................................................................ 30

CAPITULO V .................................................................................................... 32

Caracterización ............................................................................................. 32

5.1 Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) ..................................... 32 5.2 Difracción de Rayos X (XRD) ......................................................... 32 5.3 Resistencia a la Compresión. ......................................................... 33

CAPITULO VI ................................................................................................... 34

Resultados y Discusión ................................................................................ 34

6.1 Microscopía Electrónica de Barrido. ............................................... 34 6.2 Difracción de Rayos X (XRD) ......................................................... 45 6.3 Resistencia a la Compresión .......................................................... 48

CAPITULO VII .................................................................................................. 50

Conclusión .................................................................................................... 50 REFERENCIAS. ........................................................................................... 51

iii

INDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Factores que influyen en la trabajabilidad de un mortero ..................................... 6 Figura 2.2. Médanos de Samalayuca (Abril 2005) ............................................................... 20 Figura 2.3. Mapa de ubicación del Área Natural de arena Samalayuca ............................... 21 Figura 2.4. Conchas de Ostión (Cassostrea Virginica) ......................................................... 22 Figura 5.1. Microscopio Electrónico de Barrido (JEOL JSM -5800 LV) ................................ 32 Figura 5.2. Difractómetro de Rayos X (Philips X’Pert) ......................................................... 33 Figura 5.3. Equipo para medir la Resistencia a la compresión del mortero .......................... 33 Figura 6.1. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 24 hrs ................ 34 Figura 6.2. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 24 hrs .............. 34 Figura 6.3. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 24 hrs .............. 34 Figura 6.4. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 24 hrs .............. 34 Figura 6.5. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 24 hrs .............. 34 Figura 6.6. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 24 hrs ................ 35 Figura 6.7. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 24hrs ............... 35 Figura 6.8. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 24hrs ............... 35 Figura 6.9. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 24hrs ............... 35 Figura 6.10. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 24hrs ............. 35 Figura 6.11. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 3 días .............. 36 Figura 6.12. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 3 días ........... 36 Figura 6.13. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 3 días ............ 36 Figura 6.14. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 3 días ............ 36 Figura 6.15. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 3 días ............ 36 Figura 6.16. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 3 días .............. 37 Figura 6.17. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 3 días ............ 37 Figura 6.18. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 3 días ............ 37 Figura 6.19. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 3 días ............ 37 Figura 6.20. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 3 días ............ 37 Figura 6.21. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 7 días .............. 38 Figura 6.22. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 7 días ............ 38 Figura 6.24. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 7 días ............ 38 Figura 6.23. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 7 días ............ 38 Figura 6.25. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 7 días ............ 38 Figura 6.27. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 7 días ............ 39 Figura 6.26. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 7 días .............. 39 Figura 6.28. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 7 días ............ 39 Figura 6.29. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 7 días ............ 39 Figura 6.30. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 7 días ............ 39 Figura 6.32. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 14 días .......... 40 Figura 6.31. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 14 días ............ 40 Figura 6.34. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 14 días. ......... 40 Figura 6.33. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 14 días .......... 40 Figura 6.35. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 14 días .......... 40 Figura 6.37. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 14 días .......... 41 Figura 6.36. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 14 días ............ 41 Figura 6.39. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 14 días .......... 41 Figura 6.38. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 14 días .......... 41 Figura 6.40. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 14 días .......... 41 Figura 6.41. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 28 días ............ 42

iv

Figura 6.42. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 28 días .......... 42 Figura 6.45. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 28 días .......... 42 Figura 6.43. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 28 días ......... 42 Figura 6.44. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 28 días ......... 42 Figura 6.47. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 28 días ......... 43 Figura 6.46. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 28 días ........... 43 Figura 6.48. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C3 (20% Concha) a 28 días ......... 43 Figura 6.49. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 28 días ......... 43 Figura 6.50. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 28 días ......... 43 Figura 6.51. Espectro de las diferentes muestras a una edad de 24 horas ......................... 45 Figura 6.52. Espectro de las diferentes muestras a una edad de 3 días ............................. 46 Figura 6.53. Espectro de las diferentes muestras a una edad de 7 días ............................. 46 Figura 6.54. Espectro de las diferentes muestras a una edad de 14 días ........................... 47 Figura 6.55. Espectro de las diferentes muestras a una edad de 28 días ........................... 47 Figura 6.56. Gráfica de Resistencia & Tiempo de las diferentes muestras ........................... 48

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Especificaciones para caracterizar la calidad del mortero ......................... 3 Tabla 2.1 Clasificación del mortero en función de su consistencia ............................. 5 Tabla 2.2 Arcillas según el color y porosidad ........................................................... 16 Tabla 2.3 Componentes de la arena de Samalayuca. .............................................. 20 Tabla 2.4 Clasificación Taxonómica de las conchas de molusco ............................. 22 Tabla 4.1 Composición de las muestras ................................................................. 24 Tabla 4.2 Tiempos de molienda según el porcentaje de CaCO3 .............................. 25 Tabla 4.3 Cantidad de cemento, arena y agua según los especímenes elaborados................................................................................................................. 28 Tabla 4.4 Edades específicas para la medición de la resistencia a la compresión con la tolerancia permisible. .................................................................. 30 Tabla 6.1 Datos de resistencia a la compresión & tiempo de las diferentes muestras.................................................................................................................... 48

1

RESUMEN

Este trabajo de investigación consiste en un estudio sobre el efecto de la

incorporación de una nueva materia prima como sustituto al CaCO3 comercial

(concha de molusco) a la composición de un mortero convencional.

Se utilizaron cuatro diferentes materiales para la elaboración del mortero: arena

(proveniente del desierto de Samalayuca, Chih.,), arcilla (terrenos arcillosos de

Villa Aldama, Chih.,), cemento (Portland comercial) y CaCO3 (obtenido a partir

de la concha de moluscos). Mediante una molienda íntima, se lleva a cabo la

integración de los cuatro materiales utilizados, formando mezclas de

características diferentes de acuerdo a los distintos porcentajes de carbonato

de calcio empleados en la investigación. A partir de estas mezclas se

fabricaron una serie de especímenes cúbicos para medir su resistencia a la

compresión. Se encontró que en presencia del carbonato de calcio obtenido a

partir de las conchas de ostión, el mortero incrementaba su resistencia a la

compresión en relación con el mortero convencional. Los mejores resultados se

obtuvieron utilizando un porcentaje de CaCO3 del 5% en la mezcla.

De manera general, los resultados indicaron que el desecho comercial del

molusco, la concha de ostión, es un material que al ser incorporado a la

mezcla de mortero convencional proporciona altos beneficios aumentando la

resistencia a la compresión.

2

. ABSTRACT

This research work consists of an extensive study of the effect of incorporation

of a new material (mollusk’s shell) in the composition of a conventional mortar

using different percentage of it. (5. 10. 20, 30 y 40%).

The document is divided in 4 chapters, in the bibliographical revision presented

in the chapter I are included the aspects of the materials used to achieve this

project, the chapter II describes the techniques and methods experimental

employees in the investigation project, as well as the variables and procedures

used for the preparation of the mortar, the chapter III contain the results and

discussions, separated in diverse sections, in accordance with the used

experimental techniques, such as: Electronic microscopy of Sweeping (SEM),

X-Ray Diffraction (XRD), Resistance to the compression, and Corrosion of the

mortar, and finally the chapter IV presents the conclusions.

It was found that in presence of the carbonate of calcium obtained starting from

the oyster shells, the obtained mortar increased its resistance to the

compression in connection with the conventional mortar. In a general way, the

results indicated that the commercial waste of the mollusk, the oyster shell, is a

material that, when it is incorporated to the mixture of conventional mortar

provides high benefits increasing the resistance to the compression.

This is owed to that the oyster shell (Cassostrea Virginica), contrary to the

CaCO3 obtained of the calcareous stone; it is constituted by 100% CaCO3, that

which allows a significant increase in the resistance to the compression of the

mortar. The calcareous stone in turn, it is constituted by other elements like the

Mg and He and in many cases it can be as CaMg (CO3)2.

On the other hand the oyster shell was milled until reaching a grain of 78.15 m

that which is an important factor in the increase of the resistance to the

compression.

CAPITULO I. INTRODUCCIÓN

3

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

EL Mortero es el material formado por un cementante hidráulico finamente

pulverizado que al agregarle agua y arena, tiene la propiedad de fraguar tanto

en el aire como en el agua y formar una masa endurecida que adquiere

resistencia mecánica con el paso del tiempo hasta un punto máximo. Puede

contener uno o más de los materiales siguientes: Clinker Portland, cualquier

tipo de cemento especificado en la norma NMX-C-414-0NNCCE en vigor,

caliza, arcilla, escoria granulada de alto horno y yeso. A criterio del productor

puede incorporarse además, como auxiliares de la molienda o para impartir

determinadas propiedades al mortero otros materiales en proporción tal que no

sean nocivos para el comportamiento posterior del producto de acuerdo con lo

especificado en la norma NMX-C-133. Las especificaciones para caracterizar

la calidad del mortero están establecidas en la siguiente tabla1.

Tabla 1.1 Especificaciones para caracterizar la calidad del mortero

Dos factores son esenciales para la producción de este tipo de mortero:

La correcta composición química de la mezcla

Un apropiado estado físico de los constituyentes de la mezcla (finura y

homogeneidad)

La medición de los valores de resistencia permiten determinar si la calidad del

mortero es buena, y de ser así, las aplicaciones que se le pueden dar a éste.

DETERMINACIÓN UNIDAD CONDICIÓN ESPECIFICACIÓN

Sanidad (expansión en autoclave % Máxima 1.0

Tiempo de fraguado inicial Minutos Mínima 90

Tiempo de fraguado final Minutos Máxima 1080

Resist. a la compresión a 7 días 2mmN

Mínimo 4.4

Resist. a la compresión a 28 días 2mm

N Mínima

7.8

Contenido de aire % Máximo 22

Retención de agua % Mínimo 60

CAPITULO II. ANTECEDENTES

4

CAPITULO II

Antecedentes

Desde la antigüedad se han venido usado morteros con diferentes tipos de

cemento para diversas aplicaciones; morteros para albañilería entre ladrillos o

piedras, morteros para acabados de pared, morteros con características para

enlosar, morteros para enjarre de paredes, morteros como cubiertas de

canalizaciones de agua, mortero para decoración, etc.

La variación composicional de morteros históricos es verdaderamente

sorprendente. Desde 1970-1980, la caracterización de morteros era basada

principalmente en el tradicional análisis químico húmedo. La interpretación de

estos resultados es sin embargo difícil y a menudo imposible sin un

conocimiento bueno de la naturaleza de los diferentes componentes del

mortero. La mayoría de la caracterización del mortero y/o esquemas de

identificación proponen la microscopía óptica y técnicas de difracción de Rayos

X como un primer camino en la identificación cualitativa de los diferentes

componentes del mortero .Estos procedimientos describen varios análisis

químicos y otras técnicas analíticas para un extenso análisis cualitativo y

cuantitativo del mortero tales como SEM-EDX, DSC/DTA/TGA, FTIR, etc.

Los requerimientos para la construcción con respecto a las formulaciones de

un mortero son principalmente; la hidraulicidad del cemento, la proporción de la

mezcla y la clasificación de los agregados, en orden para identificar los

componentes necesarios para producir un mortero compatible2.

2.1 Propiedades de los morteros

Dentro de las prestaciones que ofrece un mortero se distinguen dos etapas

diferenciadas por su estado físico, que se denominan estado fresco y estado

endurecido. La primera responde a la fase del mortero una vez mezclado y

amasado. Su duración varía de acuerdo con el tiempo de fraguado requerido


5

por la proporción que integra la mezcla, así como la temperatura, humedad,

etc. En esta etapa el mortero es plástico y trabajable, lo que permite su puesta

en obra. Las propiedades del estado fresco son determinantes, pues influirán

en gran medida en las prestaciones finales que ofrecerá el mortero. Superada

esta fase el mortero endurece hasta consolidarse.

Las propiedades relativas al estado fresco se relacionan con la puesta en obra

e influirán principalmente en el rendimiento y la calidad de la ejecución. Las

propiedades en estado endurecido son estipuladas por las prescripciones de

proyecto y por el cumplimiento de las exigencias normativas y reglamentarias3.

2.1.1 Consistencia

Se puede considerar el nivel de consistencia, como una condición normalizada

para preparar la muestra de mortero fresco para ensayar otras propiedades

características del mortero fresco y endurecido, no constituyendo la

consistencia una propiedad en sí misma.

La consistencia está directamente relacionada con el escurrimiento o con la

humedad que tiene el mortero fresco y, nos proporciona una medida de la

deformabilidad del mortero fresco cuando se somete a cierta clase de

esfuerzos. Su uso práctico es el de llevar al mortero fresco a un nivel de

consistencia en el que su trabajabilidad, tal y como la experimenta el albañil, se

pueda medir y evaluar.

La clasificación de los morteros en función de su consistencia según la norma

UNE-EN 1015-3 es la siguiente.

Tipo de mortero Mortero seco Mortero plástico Mortero fluido

Consistencia < 140 mm 140mm-20mm >200mm

Designación S P F

Tabla 2.1 Clasificación del mortero en función de su consistencia


6

La consistencia no está directamente asociada con la forma en que el albañil

manipula el mortero fresco, pero si la unimos al contenido de finos de la

muestra (procedentes de la cal, del árido o que se adiciona), y al empleo de

aditivos inclusores de aire o plastificantes, va a incidir de lleno en la plasticidad

del mortero, y ésta a su vez en su trabajabilidad.

Figura 2.1. Factores que influyen en la trabajabilidad de un mortero

Se puede considerar la trabajabilidad como la principal característica del

mortero fresco, relacionada con la facilidad con la cual el albañil lo manipula,

por esto, un buen mortero debe ser trabajable, es decir, debe ser fácil de

extender y colocar sin que gotee ni se “agarre” a la paleta.

Un mortero será tanto más trabajable cuanto más plástico sea, y los morteros

de cal siempre han sido valorados por su gran plasticidad, que se debe a la cal.

Por esta razón, una de las recomendaciones que hace la NBE-FL90 para

aumentar la plasticidad del mortero de cemento es la adición de cal.

2.1.2 Adherencia (en estado fresco)

La adherencia es importante tanto en el mortero fresco como en el endurecido.

La primera es la resistencia a la separación o al desplazamiento entre las

superficies de contacto del mortero fresco y la de soporte definido, y consiste

en la capacidad del mortero para absorber tensiones normales o tangenciales a

la superficie de la interface mortero-base. Se refiere, por tanto, a la resistencia

a la separación del mortero sobre su soporte.

TRABAJABILIDAD DEL

MORTERO PLASTICIDAD

CONSISTENCIA HUMEDAD DEL

MORTERO FRESCO

CONTENIDO DE FINOS

CONTENIDO DE AIRE

PLASTIFICANTES

CAL ÁRIDO OTROS


7

La adherencia del mortero fresco es debida a las propiedades reológicas de la

pasta del conglomerante, donde la tensión superficial de la masa del mortero

fresco es el factor clave para desarrollar este tipo de característica. La

adherencia antes de que el mortero endurezca, se incrementa cuanto mayor es

la proporción del conglomerante o la cantidad de finos arcillosos. Sin embargo,

el exceso de estos componentes puede perjudicar otras propiedades. La cal

ha sido tradicionalmente el conglomerante que ha proporcionado mejores

resultados de adherencia de ahí que se haya utilizado para aumentar esta

propiedad en los morteros de cemento3.

La razón de esto último son las finas placas o láminas de la cal hidratada, que

penetran fácilmente por los finos poros de ladrillo o de los distintos materiales

que formen el soporte, fortaleciendo el agarre del mortero. Además, estas

partículas evitan las burbujas de aire, que perjudican la buena unión entre el

mortero y el soporte3.

2.1.3 Tiempo de utilización o de trabajabilidad

El tiempo de aplicación de un mortero fresco es el periodo que va desde su

amasado hasta el principio de fraguado. Para los morteros de cemento sin

aditivar y a una temperatura de unos 20oC suele oscilar sobre las 2h-3h,

aunque este periodo puede aumentar o disminuir con las variaciones de

temperatura, el empleo de aceleradores o retardadores de fraguado, de

distintas relaciones agua-cemento, etc3.

2.1.4 Resistencias mecánicas del mortero endurecido

Las resistencias a flexión y a compresión son las propiedades mecánicas más

importantes que se evalúan en los morteros, llegando a constituir una de ellas,

la resistencia a compresión, un requisito esencial que tiene que cumplir

cualquier tipo de mortero, y que además sirve para llevar a cabo su

clasificación (M40, M20, etc.).


8

Se puede afirmar que los factores que tienen influencia en las resistencias son

muy numerosos, abarcando desde los distintos tipos y calidades de los

componentes empleados, las dosificaciones, las formas de ejecución, las

condicione de curado, etc., hasta el evidente factor de la edad.

La norma UNE-EN 998-2 establece designaciones características en función de

unas resistencias tipificadas que sustituyen a las denominaciones tradicionales

(Kp/cm2). Los morteros establecidos son por tanto, M-1, M=2.5, M-10, M-15,

M-20 Y Md (d es una resistencia a compresión mayor a 25 N/mm2)

Los cálculos de los valores de la resistencia a flexión son de interés para su

empleo en los morteros de revoco y revestimiento, que son los que tienen que

dar respuesta a estas solicitudes en ciertas ocasiones. Al resistencia a

compresión es una propiedad que adquiere mucha más trascendencia en los

morteros para fábricas, al trabajar estos fundamentalmente a compresión3.

La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia

medida de un espécimen de mortero sometido a carga axial. Generalmente se

expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28

días. Para determinar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas

especímenes de mortero. Los ensayos a compresión de mortero se realizan

sobre cubos de 5cm4.

2.1.5 Adherencia (en estado endurecido)

La adherencia es una propiedad que poseen los morteros para unirse a los

materiales con los cuales están en contacto.

Esta propiedad se determina por un ensayo de arrancamiento directo

perpendicular a la superficie del mortero. El procedimiento operatorio de

medida para los morteros de albañilería está definido por la Norma UNE

83-800-94/Exp.


9

La falta de adherencia de los morteros para fábricas va a perjudicar a la

estabilidad y solidez de la misma, y en los morteros de revestimiento, esta

carencia es fuente de dos graves patologías: los abolsamientos y los

desprendimientos. Los primeros son ahuecamientos que se producen en las

paredes revestidas como consecuencia, fundamentalmente, de la falta de

adherencia entre el revestimiento y la fábrica. Los desprendimientos dan lugar

a la formación de desconchones.

La adherencia depende principalmente del tipo de mortero, de la clase de

soporte y de la mano de obra en la ejecución, aunque son también factores a

considerar las condiciones de curado, el grado de humidificación del soporte, la

edad, etc.

Existen dos tipos de adherencia: química, basada en los enlaces, y física-

mecánica, fundamentada en el anclaje mecánico entre las piezas.

La adherencia de tipo físico-mecánico está fundamentada en la trabazón de los

sólidos. El mortero se aplica en estado plástico sobre la superficie del soporte.

Ésta debe ofrecer suficientes posibilidades de anclaje-porosidad-, para que el

cemento disperso y disuelto del mortero penetre en los poros del soporte.

Después, al irse formando las agujas de cemento hidratado e ir completándose

el proceso de fraguado, se crean nuevos puntos de anclaje ante el mortero y la

pieza sobre la que se une. Por tanto, al aplicar un mortero sobre un soporte,

bien para la realización de una fábrica, o para la formación de un revestimiento

es imprescindible que el mortero ancle en la superficie que lo recibe. No son

efectivas resistencias elevadas en el mortero si no se produce este efecto. Los

soportes muy absorbentes sustraen el agua del mortero y no permiten la

hidratación del cemento en la superficie que los une. Por el contrario, los

soportes totalmente impermeables impiden la formación del suficiente agarre

entre ambos materiales.

La adherencia química es fundamental en la formación de enlaces químicos

localizados en la superficie de contacto entre el mortero y el soporte3.


10

2.1.6 Porosidad

Los 3 siguientes valores son fundamentales para la descripción de materiales

porosos; porosidad total, distribución de tamaño de poro y la superficie

específica. Estos valores son tradicionalmente usados para evaluar la

influencia de la porosidad en propiedades mecánicas, transporte de humedad y

durabilidad. Sin embargo, la complejidad de la estructura del poro de los

morteros históricos hace una difícil interpretación de éstos valores.

El mortero consiste en un cemento poroso en conjunto con agregados

diferentes y siempre porosos, esto incluye varios tipos de agregados de piedra

y cal, cada componente teniendo diferente estructura de poro2.

2.2 Cemento Portland

Desde tiempos inmemorables el hombre ha edificado construcciones para

resguardo propio o con propósitos sociales o religiosos. Los egipcios

empleaban lodo del río Nilo para sus construcciones; no obstante, las bajas

temperaturas que podían lograr sólo les permitían usar materiales de poco

valor cementoso sin resistencia a la humedad. Los romanos descubrieron la

tecnología de los materiales llamados “puzolánicos”: para producir sus

cementos mezclaban cal con cenizas que provenían de un lugar llamado

Pozzouli. Muchas de las edificaciones de los romanos se mantienen todavía en

pie, lo que refleja el alto nivel de su tecnología aun para nuestros días. En la

edad media se perdió tanto la inercia del desarrollo como mucho de los

conocimientos de los romanos y no fue sino hasta el siglo XIX que se trabajó

intensamente en muchas investigaciones (predominantemente empíricas) en la

búsqueda de nuevos materiales para construcción. La patente de lo que hoy

conocemos como cemento Portland se otorgó a J. Aspdin en 1824 en

Inglaterra5.

El cemento Portland no es un compuesto químico simple, sino que es una

mezcla de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o más del

peso del cemento Portland y son: el silicato tricálcico, el silicato dicálcico, el


11

aluminato tricálcico y el aluminio ferrito tetracálcico. Además de estos

componentes principales, algunos otros desempeñan papeles importantes en el

proceso de hidratación. Los tipos de cemento Portland contienen los mismos

cuatro compuestos principales, pero en proporciones diferentes.

Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del

cemento Portland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos

compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este último

es el componente cementante más importante en el concreto. Las propiedades

ingenieriles del concreto, fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad

dimensional principalmente dependen del gel del hidrato de silicato de calcio.

Es la médula del concreto4.

Las propiedades de endurecimiento del cemento se logran mediante la mezcla

de éste con el agua. Esto resulta en la formación de productos de hidratación

que poseen cualidades ligantes y baja solubilidad en agua (las estructuras de

cemento pueden subsistir aún bajo el agua). La reacción química principal se

da con el silicato tricálcico y el agua, expresada en la fórmula condensada (C =

CaO, S = SiO2.H = h2O)5.

.)3(3 CHxHSCHSC x

La propiedad de liga de las pastas de cemento Portland se debe a la reacción

química entre el cemento y el agua llamada hidratación.

La composición química del silicato de calcio hidratado es en cierto modo

variable, pero contiene cal (CaO) y sílice (Si02), en una proporción sobre el

orden de 3 a 2. El área superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos

3000 metros cuadrados por gramo. Las partículas son tan diminutas que

solamente pueden ser vistas en microscopio electrónico. En la pasta de

cemento ya endurecida, estas partículas forman uniones enlazadas entre las

otras fases cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar; también

se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando

todo el conjunto. La formación de esta estructura es la acción cementante de la

http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtml

http://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtml

http://www.monografias.com/Quimica/index.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/micro/micro.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO


12

pasta y es responsable del fraguado, del endurecimiento y del desarrollo de

resistencia.

Cuando el concreto fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero

el concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no

tienen resistencia alguna. La resistencia está en la parte sólida de la pasta, en

su mayoría en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas.

Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho más resistente es el

concreto. Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una

cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria para fabricar un

concreto plástico y trabajable. Aún entonces, el agua empleada es usualmente

mayor que la que se requiere para la completa hidratación del cemento. La

relación mínima Agua – Cemento (en peso) para la hidratación total es

aproximadamente de 0.22 a 0.25.

El conocimiento de la cantidad de calor liberado a medida de que el cemento

se hidrata puede ser útil para planear la construcción. En invierno, el calor de

hidratación ayudara a proteger el concreto contra el daño provocado por

temperaturas de congelación. Sin embargo, el calor puede ser dañino en

estructuras masivas, tales como presas, porque puede producir esfuerzos

indeseables al enfriarse luego de endurecer. El cemento Portland tipo 1 libera

un poco más de la mitad de su calor total de hidratación en tres días. El

cemento tipo 3, de alta resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo

porcentaje de su calor en mucho menos de tres días. El cemento tipo 2, un

cemento de calor moderado, libera menos calor total que los otros y deben

pasar más de tres días para que se libere únicamente la mitad de ese calor. El

uso de cemento tipo 4, cemento Portland de bajo calor de hidratación, se debe

de tomar en consideración donde sea de importancia fundamental contar con

un bajo calor de hidratación4.

Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua

porque la velocidad determina el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La

reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al

http://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/epistemologia2/epistemologia2.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO

http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO

http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO


13

transporte y colocación del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha

sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido. El

yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del

clinker, actúa como regulador de la velocidad inicial de hidratación del cemento

Portland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la

finura de molienda, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los

materiales en el momento del mezclado6.

El gel C-S-H (sin indicar composición específica) es el responsable de las

propiedades mecánicas conocidas del cemento; el CH [Ca (OH)2] es un

subproducto de poco valor cementoso y puede ser el punto de origen de

algunas reacciones degenerativas del cemento Portland hidratado. El cemento

Portland tiene características peculiares con respecto a otros materiales de

construcción. Se requieren conocimientos en dos líneas principales para su

explotación adecuada. En primer lugar sobre los procesos de fabricación, que

involucran materias primas (selección y formulación), procesamiento térmico

(calentamiento y enfriamiento) y molienda; sólo un cemento bien procesado

tiene buen potencial de desempeño. En segundo lugar vienen los problemas

involucrados en la utilización del cemento, donde se requiere tener

conocimientos sobre la química de hidratación, interacción con agregados y

con fibras, reacciones nocivas, resistencia al ataque químico, etc5.

2.3 Arcilla

Podríamos definir la arcilla como una sustancia mineral terrosa compuesta en

gran parte de hidrosilicato de alúmina que se hace plástica cuando se

humedece y dura semejante a la roca cuando se cuece. Otra definición podría

ser la disgregación y descomposición de las rocas feldespáticas durante

millones de años para dar lugar a partículas pequeñísimas.

2.3.1 Propiedades de la arcilla

2.3.1.1 Plasticidad

Mediante la adición de una cierta cantidad de agua, la arcilla puede adquirir la

forma que uno desee. Esto puede ser debido a la forma del grano (cuanto más

http://www.monografias.com/trabajos/transporte/transporte.shtml


14

pequeña y aplanada), la atracción química entre las partículas, así como una

cantidad adecuada de materia orgánica.

Merma: Debido a la evaporación del agua contenida en la pasta se produce un

encogimiento o merma durante el secado.

2.3.1.2 Refractariedad

Todas las arcillas son refractarias, es decir resisten los aumentos de

temperatura sin sufrir variaciones, aunque cada tipo de arcilla tiene una

temperatura de cocción.

2.3.1.3 Porosidad

El grado de porosidad varía según el tipo de arcilla. Esta depende de la

consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico después

de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un índice

más elevado de absorción puesto que son más porosas.

2.3.1.4 Color

Las arcillas presentan coloraciones diversas después de la cocción debido a la

presencia en ellas de óxido de hierro, carbonato cálcico etc.

2.3.2 Tipos de Arcilla

Según como se encuentran en la naturaleza podemos hablar de dos tipos de

arcillas: las primarias y las secundarias.

2.3.2.1 Arcillas Primarias o Residuales

Son las formadas en el lugar de sus rocas madres y no han sido por tanto

transportadas por el agua, el viento o el glaciar. Estas tienden a ser de grano


15

grueso y relativamente no plásticas. Cuando han sido limpiadas de fragmentos

de roca, son relativamente puras, blancas y libres de contaminación con

materiales arcillosos. La mayoría de los caolines son arcillas primarias.

2.3.2.2 Arcillas Secundarias

Son las que han sido desplazadas del lugar de las rocas madres originales.

Aunque el agua es el agente más corriente de transporte, el viento y los

glaciares pueden también transportar arcilla. Éstas son mucho más corrientes

que las anteriores y tienen una constitución más compleja debido a que están

compuestas por material procedente de distintas fuentes: óxido de hierro,

cuarzo, mica, materias carbonosas y otras impurezas.

2.3.2.2 Arcillas según su Plasticidad

Podríamos hablar teniendo en cuenta una de las propiedades de la arcilla como

es la plasticidad de dos tipos: las arcillas plásticas y las antiplásticas.

2.3.2.2.1 Arcillas plásticas

“Hacen” pasta con el agua y se convierten en modelables.

2.3.2.2.2 Arcillas Antiplásticas

Que confieren a la pasta una determinada estructura, que pueden ser

químicamente inertes en la masa o crear una vitrificación en altas temperaturas

(fundentes).

2.3.2.3 Arcillas según su Fusibilidad

Según el punto o grado de cocción, podríamos hablar de dos tipos de arcilla:

2.3.2.3.1 Arcillas Refractarias

Arcillas y caolines cuyo punto de fusión está comprendido entre 1.600 y

1.750ºC. Por lo general son blancas, grises y poco coloreadas después de su

cocción.


16

2.3.2.3.2 Arcillas Fusibles o arcillas de Alfarería

Arcilla cuyo punto de fusión se alcanza por encima de los 1.100ºC. Son de

color castaño, ocre, amarillo o marfil tras su cocción y se suelen encontrar

cerca de la superficie del suelo. Suelen contener illita acompañado de una

proporción de caliza, óxido de hierro y otras impurezas.

2.3.2.4 Arcillas según el color y porosidad

Tabla 2.2 Arcillas según el color y porosidad

2.3.2.5 Algunas clases de Arcilla

Tierra para adobes

Se trata de una arcilla superficial adecuada para hacer adobes o ladrillos

secados al sol. Casi no tiene plasticidad y contiene un alto porcentaje de arena.

Arcilla apedernalada

Es una arcilla refractaria que ha sido compactada en una masa relativamente

dura, densa, parecida a la roca.

Esquisto

Es una roca metamórfica formada por la naturaleza a partir de la arcilla

sedimentaria, con poca plasticidad a menos que se pulverice finamente y se

Pastas porosas coloreadas Pastas porosas blancas

Tejares y alfares

en bruto, barnizadas, estanníferas

Arcillas fusibles

850-1.100ºC

Mayólicas finas

Sanitarias y productos refractarios

Arcillas refractarias

1.000- 1.550º C

Pastas impermeables coloreadas Pastas impermeables blancas

Gres finos, comunes, clinkers

Arcillas vitrificables

1.100-1.350ºC

Porcelanas duras, tiernas, china vidriada

Caolines

1.250- 1.460ºC


17

deje humedecer durante largo tiempo. Puede utilizarse como aditivo o como

principal ingrediente para ladrillos y otros productos pesados de arcilla.

Bentonita

Es una arcilla de origen volcánico. Se utiliza para dar plasticidad a las pastas

de arcilla y como emulsionante en los vidriados. No puede utilizarse por sí sola

debido a su tendencia a hincharse cuando se humedece y por su pegajosidad y

contracción elevada.

Arcilla para terracota

Arcilla de cocción a bajo fuego que puede utilizarse en la fabricación de

grandes piezas de terracota. Tiene un grano grueso que permite un secado

rápido y uniforme.

Bauxita

Poseen un alto contenido en alúmina. Pueden ser altamente refractarias y se

usan como materia prima para la producción de aluminio metálico.

Los principales elementos presentes en la arcilla utilizada para la elaboración

de la mezcla tipo mortero son:

60.632% Si 8.334/5 Al 8.160 % Ca 4.514% Fe 3.468% K


18

2.4 Arena

Es el material que resulta de la desintegración natural de las rocas o se obtiene

de la trituración de las minas. Para su uso se clasifican por su tamaño. A tal

fin se les hace pasar por algunos tamices que van reteniendo los granos más

gruesos y dejan pasar los más finos.

2.4.1 Tipos de Arena

2.4.1.1 Arenas Naturales

Producto de la disgregación natural de las rocas, las de mejor calidad son las

que contienen sílice o cuarzo.

De río.- de cantos rodados.

De mina, depositados en el interior de la tierra formando capas, de forma

angular, color azul, gris y rosa, los de color rosa contienen óxido de

hierro.

De playa, requieren proceso de lavado con agua dulce, contienen sales

y restos orgánicos.

Volcánicas, se encuentran en zonas cercanas a los conos volcánicos, de

color negro.

2.4.2 Clasificación de arenas de acuerdo con el tamaño de sus partículas

Arenas gruesas. Son las que sus granos pasan por un tamiz de 5 mm.

de diámetro y son retenidos por otro de 2.5 mm. Las arenas de granos

gruesos dan, por lo general, morteros más resistentes que las finas, si

bien tienen el inconveniente de necesitar mucha pasta de conglomerante

para rellenar sus huecos y ser adherentes.

Arenas medias. Es aquella cuyos granos pasan por un tamiz de 2.5

mm. y son retenidas por otro de 1mm.


19

Arenas fina. Es la que sus granos pasan por un tamiz de mallas de

1mm. de diámetro y son retenidas por otro de 0.25mm4.

Agregados artificiales (arenas, gravas, matatenas.) Se obtienen de la

disgregación mecánica de rocas mayores, como el basalto (trituración, cribado

y selección). De preferencias de rocas sílicas o cuarzosas son de cantos

angulares. La utilización de las arenas y gravas, se enfoca a la fabricación de

concreto, el peso específico deberá estar entre 2 y 3 g/cm3 para que sean de

buena calidad; el peso volumétrico es de 1, 500 a 1,700 Kg/m3. Las matatenas

o piedras de río son de cantos rodados y se encuentran en el lecho de los ríos;

y se utiliza para recubrimiento en muros, pegadas con mortero; para

pavimentos en calles; y para cimientos ciclópeos4.

2.5 Los Médanos de Samalayuca

Los Médanos de Samalayuca forman parte del Desierto Chihuahuense. Esta es

una región de relevancia nacional por la riqueza de sus recursos naturales.

Cuenta con depósitos de arena sílica, los cuales presentan una pureza de

hasta 99%. La arena llega a contener hasta un 90% de sílice. Las arenas de los

médanos de Samalayuca presentan características físicas y químicas

singulares, que pueden ser fácilmente identificadas mediante la realización de

análisis practicados en estas arenas, sobre todo existen áreas en las dunas

que presentan peculiaridades que las hacen atractivas en la utilización

industrial, como lo es el caso de la minería a cielo abierto y la elaboración de

materiales de construcción.

Antiguamente el uso era a pequeña escala y se utilizaba en la construcción de

viviendas aledañas. Un uso exhaustivo de estas arenas se empezó a dar en

forma reciente, aproximadamente de 15 años a la fecha, debido al

descubrimiento de la potencialidad de ellas.


20

Figura 2.2. Médanos de Samalayuca (Abril 2005)

El área natural propuesta se localiza en el Estado de Chihuahua, en parte de

los municipios de Juárez y Guadalupe distrito Bravos (Ver figura 3).

Las dunas de Samalayuca están localizadas aproximadamente a 51 Km. al Sur

de Las ciudades de Juárez, Chihuahua y El Paso, Texas, EUA8.

Este tipo de arena fue utilizada para el desarrollo de este proyecto, cuyos

constituyentes principales son:

Componente Cantidad (%)

SiO2 89.592

Al 4.101

K 2.190

Tabla 2.3 Componentes de la arena de Samalayuca.


21

Figura 2.3 Mapa de ubicación del Área Natural de arena Samalayuca

2.6 Concha de Ostión (CACO3)

La concha es una estructura de soporte y protección secretada por glándulas

en el borde del manto del animal y consta de 3 capas:

Periostracum: Cubierta externa de material orgánico proteico llamado

conchiolina. Esta es la capa que da color a la concha, a veces también puede

tener pelos o cerdas.

Ostracum (o capa prismática): Compuesta de cristales de carbonato de calcio

del tipo calcita, de forma prismática y moléculas proteicas. La estratificación

oblicua de los prismas de carbonato de calcio le da mayor firmeza a la concha.

Hypostracum: Revestimiento interno. En algunos grupos forma la llamada

"madre perla" constituida por aragonita, otro tipo de carbonato de calcio, y que

en algunas especies es secretada alrededor de cuerpos extraños formando una

perla nacarada.


22

Para mantenerse unidas y no quebrarse, todas las capas minerales están

impregnadas en conchiolina. Un segmento de concha de aproximadamente 1

mm. de grosor puede tener 450 a 5000 capas de carbonato de calcio y

conchiolina, a través de las cuales pasa y se refracta la luz11. El nombre

científico de la concha de molusco utilizado es Cassostrea Virginica, la

clasificación taxonómica se muestra en la siguiente tabla9:

Tabla 2.4. Clasificación Taxonómica de las conchas de molusco

Este tipo de ostión es cultivado preferentemente en Norteamérica. Se distribuye

por las costas atlánticas de Norteamérica y del Golfo de México. Se puede

encontrar a más de 30 m de profundidad10.

Figura 2.4. Conchas de Ostión (Cassostrea Virginica)

Familia Ostreidae

Superfamilia Ostreacea

Género Casostrea sacco

Especie Virginica

Orden Pteroidea

Suborden Pteriina

Reino Animlaia

Filo Mollusca

Clase Bivalvia

CAPITULO III. HIPOTESIS Y OBJETIVOS

23

CAPITULO III

Hipótesis y Objetivos

La concha de ostión (Cassostrea virginica) es un sustituto de buena calidad al

carbonato de calcio y contribuye a aumentar la resistencia mecánica del

mortero.

3.1 Objetivo General

Síntesis de una mezcla tipo mortero, considerando como variable de estudio el

contenido de carbonato de calcio obtenido de la concha de ostión.

3.2 Objetivos Particulares

Conocer a fondo el método de molienda íntima.

Tiempos de molienda para cada composición de la mezcla

Granulometría obtenida a determinado tiempo

Conocer los métodos de prueba para caracterizar las propiedades del

mortero (principalmente la resistencia a la compresión)

Establecer la metodología para fabricar mortero a base de concha de

ostión

CAPITULO IV. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

24

CAPITULO IV

Metodología Experimental

4.1 Elaboración de la mezcla.

Se realizaron muestras con proporciones diferentes de concha de ostión

(Cassostrea virginica) con la finalidad de obtener, a partir de éstas un mortero

que supere la propiedad de resistencia a la compresión del mortero comercial.

A las muestras además de adicionarle la concha de ostión se les agregó arena

y arcilla descritas anteriormente.

La composición de las muestras se presenta en la siguiente tabla.

Tabla 4.1 Composición de las muestras

4.2 Proceso de molienda.

Una vez que se tienen las composiciones se someten a un proceso de

molienda con el fin de obtener un tamaño de partícula similar al del cemento

(malla 325, 78.15m).

La molienda se llevó a cabo en un molino de bolas BICO con tiempos de

molienda según la cantidad de CaCO3 presente en la mezcla.

Durante el proceso de molienda se realizó un análisis de malla a las muestras

para conocer el tamaño de partícula.

COMPOSICIÓN CEMENTO

%

ARENA

%

ARCILLA

%

CaCO3

%

1 40 35 25 5

2 40 35 25 10

3 40 35 25 20

4 40 35 25 30

5 40 35 25 40


25

4.2.1 Análisis de Malla

Procedimiento para el análisis de granulometría a través de la malla 325.

1. Se toma una muestra representativa de la composición a analizar y se

homogeniza.

2. Se pesa 1 gr. de la muestra.

3. Se coloca la muestra en una malla 325, se moja con una pizeta (para

evitar que se salpique) y se ajusta la presión del agua a 10 Psi.

4. Se introduce la malla aproximadamente ½ in en la llave; se enjuaga

cuidando de incluir tanto la malla como la pared durante 1 min., dando

una vuelta completa por segundo.

5. Al terminar, utilizando agua destilada, se coloca la muestra en el centro

de la malla y se seca un poco por abajo con una toalla de papel.

6. Se coloca en la parrilla (calor) aproximadamente por 10 min.

7. Utilizando la balanza analítica, se pesa la muestra previamente secada.

8. La cantidad resultante se multiplica por 116, que es el factor de la malla

325. El producto resultante se resta de 100%. Este resultado es la

proporción que pasa por la malla 325.

Por lo tanto, el tamaño de partícula obtenida es 78.15 µ.

Los tiempos de molienda para cada composición se describen en la tabla

siguiente.

Los tiempos indicados fueron los necesarios para obtener un tamaño de

partícula que sobrepasara el 75% por la malla 325.

COMPOSICIÓN (%) MALLA – 325

(%)

TIEMPO

(min.)

C1 5% CaCO3 96 30

C2 10% CaCO3 90 40

C3 20% CaCO3 86 40

C4 30% CaCO3 83 60

C5 40% CaCO3 81 70

Tabla 4.2 Tiempos de molienda según el porcentaje de CaCO3


26

4.2.2 Pruebas de resistencia a la compresión

Posteriormente, para llevar a cabo la prueba de resistencia a la compresión se

hicieron una serie de especímenes cúbicos de 5cm, los cuales serán

quebrados a diferentes edades tomando en cuenta las especificaciones de la

norma ASTM C-109/C 109M-0212.

Para la elaboración de los cubos se debe emplear 1 parte de cemento por 2.75

partes de arena. Las partes son en peso. Utilice una relación de Agua-

Cemento tal que brinde una fluidez de 110+/- 5. Una vez que tenemos la

mezcla de la muestra que va a ser medida de acuerdo a la tabla 4, se adiciona

solo la arena necesaria para cumplir con la relación 1:2.75.

4.2.2.1 Resistencia a la compresión en morteros de cemento

hidráulico

Mediante este método se determina la resistencia a la compresión en

morteros, utilizando especímenes cúbicos de 50 mm.

4.2.2.1.1 Herramienta y equipo requerido

Básculas.

Cristalería graduada.

Mezcladora, recipiente de mezclado y paleta de mezclado.

Moldes para los especímenes. Los moldes no deberán tener más

de tres compartimentos para cubos y deben separarse en no

más de dos partes. Los moldes deben ser construidos de

metales duros y que no sean atacados por el cemento mortero.

Tabla de Fluidez y molde para fluidez.

Apisonador. El cual no debe absorber agua, no debe ser

abrasivo. Tiene una sección transversal de ½ pulgada X 1

pulgada, y una longitud adecuada de 6 pulgadas.

Cuarto Húmedo. Cuarto de curado.

Máquina de compresión.


27

4.2.2.1.2 Materiales Utilizados

Arena de los Médanos de Samalayuca.

Arcilla.

Cemento.

Concha de Ostión (Cassostrea Virginica)

La temperatura del aire, de los materiales secos, moldes, y del recipiente de

mezclado debe mantenerse entre los 20 ° y los 27.5 °C. La temperatura del

agua de mezclado, del cuarto húmedo y del agua en donde se sumergirán los

espécimen es debe estar a 23 ° C y tendrá una tolerancia de variación de +/-

3°C. La humedad relativa del laboratorio no debe ser menor a 50%.

4.2.2.1.3 Proceso de elaboración de cubos

Se deberán hacer 2 o 3 especímenes (cubos) de una bachada de

mortero para cada edad de prueba.

Preparación de los moldes.

Agregue una delgada capa de algún agente que permita el fácil

desmolde en el interior de los moldes y en la base.

Selle la superficie del molde que hará contacto con la base para

evitar que tenga sangrados en la parte inferior.

Remueva cualquier exceso de grasa que haya quedado.

La proporción de los materiales a emplear deben ser 1 parte de cemento por

2.75 partes de arena graduada. Las partes son en peso. Utilice una relación

de Agua-Cemento tal que brinde una fluidez de 110+/- 5.

Las cantidades de materiales (con el porcentaje mostrado en la tabla 6) que

serán mezclados en una sola bachada para hacer 6 y 9 especímenes de

prueba deberán ser como sigue:


28

N Ú M E R O D E E S P E C I M E N E S.

6 9

Cemento (g) 500 740

Arena, (g) 1375 2035

Agua Fluidez de 110+/-5 Fluidez de 110 +/-5

Tabla 4.3 Cantidad de cemento, arena y agua según los especímenes elaborados

4.2.2.1.4 Preparación de la mezcla tipo mortero

Monte la paleta y la cacerola en la mezcladora.

Introduzca los materiales en la siguiente manera:

Coloque el agua.

Agregue el cemento al agua, enseguida encienda la mezcladora

y mezcla a baja velocidad por 30 segundos.

Agregue toda la arena durante los siguientes 30 segundos,

mientras se continúa mezclando a baja velocidad.

Detenga la mezcladora, cambie a velocidad media y mezcle

durante 30 segundos.

Detenga el mezclado y permita que el mortero repose durante 90

segundos. Durante los primeros 15 segundos de este intervalo,

baje el material que haya quedado pegado en las pareces del

recipiente.

Mezcle nuevamente a mediana velocidad durante 1 minuto más.

4.2.2.1.5 Determinación de la Fluidez

Coloque una capa de mortero que ocupe la mitad del molde, y

apisone con 20 golpes, tratando que el molde se llene

uniformemente.

Después termine de llenar molde y vuelva a apisonar de igual

forma que en la primera capa.

Enrase la parte superior.


29

Quite el molde del mortero, e inmediatamente después encienda

la máquina de fluidez, para que haga 25 caídas de ½ pulgada de

altura cada una, durante 15 segundos.

Empleando un medidor especial determine la fluidez midiendo los

diámetros del mortero. Tome cuatro lecturas. El total de las

cuatro lecturas equivale al incremento en porcentaje del diámetro

original del mortero.

En caso de que la fluidez esté fuera de especificación, es decir,

que este fuera de los 110 +/-5, tire la mezcla y vuelva a realizar la

operación. Cada operación deberá realizarse con mortero fresco

y con diferentes cantidades de agua hasta que se obtenga la

fluidez adecuada.

4.2.2.1.6 Especímenes de Prueba

Inmediatamente después de concluida la prueba de fluidez,

regrese el mortero al recipiente y mezcle durante otros 15

segundos. Una vez concluido el tiempo de mezclado, se deberá

sacudir el exceso de mortero que esté en la paleta de la batidora.

Cuando se vaya a hacer otra bachada inmediatamente después

de la misma muestra, la determinación de la fluidez puede

omitirse y tomarse la misma relación de agua-cemento.

Para hacer los especímenes síganse los siguientes pasos:

Coloque una capa de mortero que ocupe la mitad del

molde, en cada uno de los compartimentos de los cubos.

Apisone el mortero en cada compartimiento 32 veces

durante 10 segundos, en cuatro etapas. El orden de las

etapas se muestra en la figura siguiente.

Cuando el apisonamiento de la primera capa de todos los

cubos se haya completado, llénelos con el mortero restante

y luego apisone como lo hizo con la primera capa.


30

Al terminar el apisonado enrase la parte superior con una

espátula con movimientos en forma de sierra.

Una vez que se hayan terminado los cubos, coloque los moldes en el cuarto

húmedo, durante un tiempo de curado de 20 a 24 horas.

Cumplido el tiempo de curado, desmolde los cubos y colóquelos en inmersión

en agua saturada con CaO, excepto aquellos tres especímenes que se

probarán a las 24 horas.

4.2.2.1.4.7 Determinación de la Resistencia a la Compresión de la

mezcla tipo mortero

Realice la prueba a la compresión a los cubos inmediatamente

después de que se retiran del cuarto húmedo y se desmoldan, en

el caso de los de 24 horas, y en los cubos de otras edades,

inmediatamente después de que se sacan de inmersión.

Todos los especímenes que están destinados para una

determinada edad deben de quebrarse dentro de la tolerancia

permitida por la norma ASTM descrita a continuación:

Edad Tolerancia permisible.

24 horas. +/- ½ hr

3 días +/- 1 hr

7 días +/- 3 hr

28 días +/- 12 hr

Tabla 4.4 Edades específicas para la medición de la resistencia a la compresión con la tolerancia

permisible.

Si los especímenes a quebrar a 24 horas se remueven todos a la vez del cuarto

húmedo, deben de cubrirse con un trapo húmedo hasta que se quiebren.

Si los especímenes a 3, 7 o 28 días son removidos todos juntos del agua,

deben de colocarse en agua y con una suficiente profundidad hasta que sean

quebrado.


31

Limpie cada cubo y remueva cualquier partícula de arena que tengan.

Coloque el espécimen en la máquina de compresión y aplique carga. La

máxima carga debe alcanzarse en no menos de 20 segundos y en no más de

80 segundos.

CAPITULO V. CARACTERIZACIÓN

32

CAPITULO V

Caracterización

5.1 Microscopio Electrónico de Barrido (SEM)

El microscopio JEOL JSM-5800 LV fue operado con un voltaje de 15V, a

magnificaciones de 80X, 300X, 800X, 2000X y 4000X, con el objetivo de

obtener imágenes de la morfología de los especímenes a diferentes edades (1,

3, 7, 14 y 28 días).

Figura 5.1. Microscopio Electrónico de Barrido (JEOL JSM -5800 LV)

5.2 Difracción de Rayos X (XRD)

El Difractometro Philips X´PERT fue utilizado con el objetivo de conocer la

evolución de las fases presentes en los especímenes a diferentes edades,

trabajando con una intensidad de corriente de 40Kw, 30mA y una longitud de

onda de 1,540598 Å de Cu.

CAPITULO V. CARACTERIZACIÓN

33

El análisis se llevó a cabo por el método de stepscan, debido a que nos ofrece

una mejor resolución en intensidad en los patrones de difracción.

Por lo tanto las características para el análisis fueron; paso de 0.4o, con un

ángulo de inicio de 5o y un ángulo final de 80o, con un tiempo por paso de

10seg.

La duración total del análisis con dichas características fue de 2 horas, 38

minutos y 50 segundos.

Figura 5.2. Difractómetro de Rayos X (Philips X’Pert)

5.3 Resistencia a la Compresión.

Una vez que los especímenes cumplieron la edad adecuada, se llevaron a

cabo las pruebas de resistencia a la compresión en una máquina Tinius Olsen.

Las pruebas se realizaron en Grupo Cementos de Chihuahua (GCC) bajo la

supervisión del Ing. Salvador Seañez.

Figura 5.3. Equipo para medir la Resistencia a la compresión del mortero

CAPITULO VI. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

34

0.2m

0.2m 0.2m

0.2m 0.2m

CAPITULO VI

Resultados y Discusión

6.1 Microscopía Electrónica de Barrido.

Las imágenes de Microscopía Electrónica de Barrido se muestran a

continuación. Cada página muestra una serie de 5 imágenes

correspondientes a cada muestra tomada a una misma magnificación.

Muestras medidas a 24 horas.

Figura 6.1. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C1 (5% Concha) a 24 hrs





0.2m


35

Muestras medidas a 24 horas.


Figura 6.7. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C2 (10% Concha) a 24hrs




5m

5m 5m

5m 5m

5m


36

Muestras medidas a 3 días.

Figura 6.15. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C5 (40% Concha) a 3 días





0.2m

0.2m

0.2m 0.2m

0.2m 0.2m

0.2m


37







5m

5m

5m

5m

5m

5m

5m

5m


38







0.2m

0.2m 0.2m

0.2m 0.2m

0.2m


39







5m

5m 5m

5m

5m 5m


40




Figura 6.34. Imagen obtenida en el MEB de la muestra C4 (30% Concha) a 14 días.



0.2m

0.2m 0.2m

0.2m 0.2m

0.2m


41







5m

5m 5m

5m

5m

5m


42







0.2m

0.2m 0.2m

0.2m

0.2m


43







5m

5m

5m

5m

5m

5m

5m


44

De las imágenes anteriores se puede visualizar que la muestra C5 (40%

concha) desde un inicio es la que se muestra más compacta y de granos más

finos.

Se observa un significativo incremento en cuanto a compactación a medida que

el material va envejeciendo desde 3 hasta 28 días. Poros de tamaño mayor se

observan a partir de la muestra C2 y C4. En la muestra C5 se observa

ausencia de poros en las muestras a 28 días, muestras en las cuales también

se observa una compactación en forma de partículas más grandes y firmes que

las muestras a 3, 7, 14 y 28 días (imágenes a 4000 aumentos).


45

6.2 Difracción de Rayos X (XRD)

A continuación se muestran una serie de difractogramas, cada uno muestra las

5 muestras propuestas medidas a una misma edad.

Figura 6.51. Espectro de las diferentes muestras a una edad de 24 horas

En la figura 59 se muestra un difractograma de Rayos X en el que se observa

un análisis cualitativo de las diferentes mezclas a una edad de 24 horas.

El difractograma muestra claramente que la cantidad de CaCO3 aumenta de C1

a C5.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

C1

C2

C3

C4

C5

MUESTRAS A 24 HRS.

Inte

nsid

ad

(u

.a.)

2


46

Figura 6.52. Espectro de las diferentes muestras a una edad de 3 días


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2SiO

2

SiO2

SiO2

C3

C4

C5

C1

C2

MUESTRAS A 3 DÍAS

Inte

nsid

ad

(u

.a.)

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

Ca(OH)2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2 SiO

2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

C2

C3

C4

C5

C1

MUESTRAS A 7 DÍAS

Inte

nsid

ad

(u

.a.)

2


47



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3Ca(OH)

2

Ca(OH)2

Ca(OH)2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

SiO2 SiO

2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2 SiO

2

SiO2 SiO

2

SiO2

SiO2

SiO2

C2

C3

C4

C5

C1

MUESTRAS A 14 DÍAS

Inte

nsi

dad

(u

.a)

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3 SiO

2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

Ca(OH)2

Ca(OH)2

Ca(OH)2

Ca(OH)2

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

CaCO3

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2

SiO2 SiO

2

SiO2 SiO

2

SiO2

SiO2

SiO2

C2

C3

C4

C5

C1

MUESTRAS A 28 DÍAS

Inte

nsid

ad

(u

.a.)

2


48

6.3 Resistencia a la Compresión

A continuación se muestra la tabla de los datos de resistencia a la compresión

& tiempo obtenidos a partir del ensayo descrito en el capítulo anterior.

DÍAS C1

5%Concha

C2

10% Concha

C3

20% Concha

C4

30% Concha

C5

40% Concha

1 125 140 149 160 189

3 205 215 224 237 269

7 307 318 332 355 383

14 371 384 397 420 448

28 412 427 442 470 491

Tabla 6.1 Datos de resistencia a la compresión & tiempo de las diferentes muestras.

Figura 6.56. Gráfica de Resistencia & Tiempo de las diferentes muestras

0 5 10 15 20 25 30

100

150

200

250

300

350

400

450

500

5% Concha

10% Concha

20% Concha

30% Concha

40% Concha

Mortero

MORTERO CONVENCIONAL

C5

C4

C3

C2

C1

Kg

/cm

2

TIEMPO (DÍAS)


49

En la gráfica anterior se observa que la muestra menos resistente es la

compuesta por 5% concha (Cassostrea Virginica), la cual a pesar de contener

menor cantidad de concha es aún más resistente que el mortero convencional,

ya que la resistencia de éste a 14 días es de 330 2cm

Kg , siendo 3712cm

Kg para

la composición 5% concha.

CAPITULO V. REFERENCIAS

50

CAPITULO VII

Conclusión

Debido a la importancia de la innovación de nuevos materiales en la industria

de la construcción y en base a los resultados obtenidos del estudio

anteriormente detallado es posible concluir que la mezcla conteniendo

composiciones variables de carbonato de calcio procedente de la concha de

ostión utilizada para preparar el mortero experimental es completamente

factible y comerciable en vista de la facilidad para adquirir la materia prima, de

su valor característicamente económico y, aunado a lo anterior, la posibilidad

de reciclar materiales considerados desechos y, de acuerdo a lo anterior, es

una propuesta exitosa en vista de que la resistencia a la compresión,

característica fundamental de los materiales utilizados en la industria de la

construcción, es significativamente mayor que el citado como mínimo en la

norma para la fabricación de mortero – NMX – C – 021 – ONNCCE – 2001.

CAPITULO V. REFERENCIAS

51

REFERENCIAS.

1 Proyecto de norma mexicana PROY – NMX – C – 021 – ONNCCE – 2001

(Industria de la construcción – Cemento para albañilería (mortero) -

Especificación y métodos de prueba.

2 J. Essen. 2005. Mycroscopy of historic mortars - a review. Cement and

Concrete Research.1-9

http://www.personal.us.es/falejan/Propiedades%20de%20los%20morteros.pdf 3

4 L.M Schankrania, http://www.arqhys.com/hidratacion-concreto.html.

5 http://www.cinvestav.mx/publicaciones/avayper/marabr02/ESCALANTE.pdf

6 R. Noris Shreve, Mc. Graw-Hills, The Chemical Process Industries

7 Claude Vittel, Paraninfo S.A. Cerámica (Pastas y Vidriados) Madrid (1986).

8 Coordinación Regional de la SEMARNAT en Ciudad Juárez. Estudio previo

justificativo para el establecimiento del área natural protegida “Médanos de

Samalayuca” 2005. www.juarez.gob.mx/ecologia/Eventos/Medanos.htm.

9 Martha Reguero, Antonio García-Cubas, 1991. Moluscos de la laguna

Camaronera, Veracruz, México: Sistemática y Ecología. Anales del Instituto

de Ciencias del Mar y Limnología.

10 Daniel Patón Domínguez, Departamento de Física. Facultad de Ciencias,

Universidad de Extremadura, España.

11 Carlos Gallardo Instituto de Zoología, universidad Austral de Chile 2003.

12 Norma ASTM C-109/C 109M-02 "Método de Prueba Estándar para Resistencia a la Compresión de Morteros de Cemento Hidráulico ( usando especímenes de 2 in o 50 mm )

http://www.personal.us.es/falejan/Propiedades%20de%20los%20morteros.pdf

http://www.arqhys.com/hidratacion-concreto.html

http://www.juarez.gob.mx/ecologia/Eventos/Medanos.htm

obtenciÓn de un mortero a partir de …€œoptimizaciÓn de las propiedades mecÁnicas del mortero...

Documents