123433266 concreto cap i ii iii ppt
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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS
MARIATEGUI
FACULTAD DE INGENIERIA
ING. CIVIL
TECNOLOGIA DEL CONCRETO
DOCENTE : ING. ANGEL APAZA DELGADO
FEBRERO 2005
CAPITULO I :
INTRODUCCION
La Tecnología del Concreto en la vida profesional
del Ing. Civil, es muy importante, la necesidad de
realizar la construcción de obras de Edificaciones,
Puentes, Pavimentos, Centrales Hidroeléctricas,
Presas, etc., hace necesario que el Ing. Civil tenga
conocimiento amplio del avance Tecnológico del
Concreto, el cual no seda demasiada importancia en
la formación del Ing. Civil, cuando la mayoría de las
construcciones en el Perú son de concreto.
Es por eso la necesidad del conocimiento sobre la
tecnología del concreto, teniendo en cuenta lo
siguiente:
Selección adecuada de los componentes del
concreto para así lograr una mezcla adecuada que
satisfaga las requerimientos del diseño estructural,
de las obras civiles.
Es también importante indicar que el clima,
las condiciones ambientales el lugar, se deben
tomar en cuenta en la elaboración de concretos
durables y resistentes; la tendencia actual es realizar
concretos durables con resistencias adecuadas.
El Ingeniero Civil debe estar familiarizado
profundamente con la tecnología de su concreto,
con el objetivo de que se sepa el comportamiento
del concreto bajo las diferentes solicitaciones de
carga, así como los cambios de temperatura y
humedad.
La finalidad de este curso es de dar
conocimientos básicos sobre esta tecnología, pero
dichos conocimientos de ninguna manera serán lo
suficientes para satisfacer plenamente los
conocimientos de la tecnología de concreto, por lo
que se recomienda seguir profundizando o tomar
cursos complementarios de esta materia.
Todo Ingeniero Civil que se dedique a la
construcción de estructuras de concreto de
cualquier índole tienen la obligación de diseñar o
mejor todavía realizar su diseño de mezcla de
concreto en un Laboratorio especializado y
reconocido.
Por ultimo es absolutamente necesario que
todo Ingeniero Civil cualquiera que sea su
especialidad de ninguna manera debe ignorar la
Tecnología del Concreto.
CAPITULO II
NATURALEZA DEL CONCRETO
1.- DEFINICION.-
En el estudio de la tecnología del concreto existen
muchos criterios nacionales y mundiales sobre la
definición de lo que es realmente el concreto, pero una
de las definiciones mas sencillas que considero que
refleja gran parte de estas definiciones es:
El concreto es una mezcla heterogénea, conformada de
un aglomerante compuesto por la pasta cementicia (
cemento y agua ) agregados fino y grueso, además
espacios vacíos naturales o artificiales;
adicionalmente se le puede incorporar aditivos
químicos o minerales; dichos componentes
estarán dentro de la mezcla en cantidades
apropiadas en base a un adecuado diseño de
mezcla y también a todo un sistema correcto de
mezclado, se obtenga como resultado una
mezcla plástica trabajable en un estado inicial
pero transcurrido un periodo pequeño de tiempo
dicha mezcla se convierta en una mezcla sólida
e indeformable.
2.- HISTORIA.-
El objetivo de este capítulo es el de presentar los hitos
más importantes de la historia del Concreto en el
Mundo y en el Perú.
a) En las primeras referencias sobre mezclas
similares al concreto, están dadas por Plinio, un autor
romano, quien se refiere a las proporciones de un
aglomerante que se utilizó para la construcción de las
cisternas romanas, en el escrito consiguiente indica la
siguiente mezcla “ cinco partes de arena de gravilla
plana, dos partes de cal calcinada mas fuerte y
fragmentos de sílica”
b) La cultura griega mediante documentación
escrita encontrada, también en sus edificaciones
utilizaron una mezcla aglomerante en la que
empleaban como componentes, puzolana con cal, y
obtuvieron así una mezcla entre mortero y concreto
de tipo Hidráulico.
En sus escritos se menciona a Vitruvius, un gran
Arquitecto de la época, que refiriéndose a la
puzolana decía “Hay una arena especial que posee
cualidades extraordinarias, la cual si se mezcla con la
cal y piedra, endurece bien y también bajo el agua”.
Entre las edificaciones existentes destacable hechas
con esta mezcla se tiene el Panteón de Adriano.
c) En el año de 1756 el Ingles John Seaton,
para la construcción del faro del poblado de
Eddystone en Inglaterra, realizó una investigación
de morteros para trabajar bajo agua, llego a la
siguiente proporción “Dos medidas de cal
apagada, en forma de polvo seco, con una medida
de tufo volcánico, debiendo ser ambas bien
batidas en forma conjunta hasta lograr la
consistencia de una pasta, usando tan poca agua
como sea posible”.
d) En el año de 1824 dos ingenieros ingleses Joseph
Asphin e I.C. Johnson, patentaron el “Cemento
Portland” el cual debe ser fabricado combinando
materiales calizos y arcillosos en proporciones
determinadas, calentando el material en un horno, y
pulverizando el producto hasta obtener un polvo muy
fino. Este cemento que al hidratarse adquiría según
él, la misma resistencia que la piedra de la isla de
Pórtland cerca del puerto de Dorset.
Es importante indicar que entre ese cemento y el
actual normalizado existe una gran diferencia, pero
fue el inicio y creación de este aglomerante
extraordinario.
e) En 1840 se establece en Francia la primera
fabrica de Cemento Pórtland del mundo, luego en
Inglaterra en 1845, en Alemania en 1855, en
E.E.U.U. en 1871 y a partir de ahí se difunde por
todo el mundo.
f) En 1892 el Francés Feret establece los
primeros criterios sobre la proporción de los
componentes en la obtención de morteros de
cemento.
g) En el año de 1918, Duff Abrams, después de
una investigación efectuada en la ciudad de
Chicago, desarrollo las primeras teorías sobre las
proporciones de los componentes del concreto para
diferentes resistencias a la comprensión, este
estudio dio origen a la “Ley de la relación agua-
cemento”.
h) El estadounidense GilKey en 1923 planteo las
primeras observaciones a la Ley de Abrams,
indicando que el agregado no es un material inerte
de relleno, sino que desempeña un papel
importante en el comportamiento del concreto.
i) En 1926 el Norteamericano Bolomey
propone una curva teórico modificada, a ser
utilizada en granulometrías continuas.
j) En 1938 estudios realizados por diversos
laboratorios de los Estados Unidos, llegaron a la
conclusión de que la incorporación de aire
artificialmente a la mezcla, mejora
significativamente, su durabilidad frente a los
procesos de congelación y deshielo.
En los últimos cincuenta años
k) En 1942 el científico García Balado propone un
método práctico para el Diseño de mezclas. El Ruso
Mironof propone diseños con agregado integral. Así
mismo H. Kennedy y Kellerean proponen nuevos
criterios en los diseños de mezcla.
l) En 1944 el ACI aprueba y pública el libro sobre
“Recomendaciones practicas del diseño de Concreto”
613-44 de los volúmenes absolutos.
m) En el año 1952 se utilizan cenizas provenientes
de la combustión del carbón, para reducir la
velocidad de generación de calor en estructuras
masivas.
n) En 1960 S. Walker presenta una aproximación,
basado en experiencias para la determinación de la
proporción de los componentes.
o) En 1963 el investigador Gilkey propone una
versión ampliamente modificada de la de Abrams.
p) Desde 1963 a la actualidad, tanto en Europa
como en América se han seguido realizando
investigaciones, que han permitido que a la fecha
existan una serie de métodos para El Diseño de
Mezclas y mejoramiento de las proporciones del
concreto.
En el Perú se tiene lo siguiente:
En la época Pre-inca e Inca, no existen obras
que indiquen que se haya utilizado alguna mezcla
cementicia.
En el Tiempo de la Colonia existen edificaciones
importantes, en donde se utilizó una mezcla de cal y
arena, como el puente piedra en Lima y en la que se
agregaron a la mezcla clara de huevos frescos en gran
cantidad, como un aditivo para mejorar su
comportamiento.
En el tiempo del inicio de la República en 1850,
se comenzó a utilizar el concreto en el Perú con
cemento importado de Europa
Hasta el siglo XIX todas las edificaciones
públicas, privadas, fueron realizadas con el
concurso de concreto con cemento importado de
Europa.
En el siglo XX hasta la fecha se comenzó a
construir con cemento propio, en 1916 las
Universidades del País han comenzado a realizar
investigaciones en el área de la tecnología del
concreto, sobre todo a través de los Ingenieros
Manuel González La Cotera y Enrique Rivva
López.
3.- IMPORTANCIA DEL CONCRETO.-
Actualmente el concreto es el material de
construcción de mayor uso en nuestro país. La
calidad final del concreto depende en forma muy
importante del conocimiento del material y de la
calidad profesional del Ingeniero, el concreto es en
general, desconocido en muchos de sus siete
grandes aspectos: naturaleza, materiales,
propiedades, selección de las proporciones,
proceso de puesta en obra, control de calidad e
inspección, y mantenimiento de los elementos
estructurales.
4.- COMPONENTES DEL CONCRETO.-
Todos los científicos y especialistas en la
tecnología del concreto mas o menos coinciden en
la conformación de los componentes del concreto
en la siguiente forma:
a) Componentes Principales:
Cemento, agua, agregado fino y agregado grueso.
b) Componentes Secundarios:
Aditivos químicos y minerales y espacios vacíos,
que pueden ser naturales o artificiales.
Es importante indicar que en la preparación del
concreto en los países desarrollados, el empleo de
aditivos ha dejado de ser un componente
secundario, ya que es usado en todos ellos.
Según el Ing. Enrique Pasquel la proporción
aproximada de sus componentes en volumen
absoluto es de:
- Cemento : 7 al 15%
- Agua : 15 al 22 %
- Agregados : 60 al 75 %
- vacíos : 1 al 3 %
5.- LA PASTA.-
La pasta comprende cuatro elementos
fundamentales:
- El gel, nombre con el que se denomina al
producto resultante de la reacción química e
hidratación del cemento.
- Los poros incluidos en ella.
- El cemento no hidratado si lo hay.
- Los cristales de hidróxido de calcio, o cal libre,
que pueden haberse formado durante la
hidratación del cemento.
a.) Funciones de la Pasta
La pasta tiene cuatro funciones en el concreto:
o Contribuir a dar las propiedades requeridas al
producto endurecido.
o Separar las partículas de agregado.
o Llenar los vacíos entre las partículas de
agregado y adherirse fuertemente a ellas.
o Proporcionar lubricación a la masa cuando esta
aún no ha endurecido.
a.) Propiedades de la Pasta
Las propiedades de la pasta dependen de:
- Las propiedades físicas y químicas del
cemento.
- Las proporciones relativas de cemento y agua
en la mezcla.
- El grado de hidratación del cemento, dado por
la efectividad de la combinación química entre
este y el agua.
6.- EL GEL.-
Se define como gel a la parte sólida de la
pasta, la cual es el resultado de la reacción
química del cemento con el agua durante el
proceso de hidratación.
En 1882 el investigador francés Le Chatelier
sostuvo que producto de la hidratación del
cemento se formaban cristales elongados y entre
lazados, los cuales poseían alta cohesividad y
propiedades adhesivas.
En 1893 el investigador francés Michaelis enuncia
la teoría coloidal, sosteniendo que el aluminato
trícalcico, sulfoaluminato de calcio y el hidroxido
de calcio dan la resistencia inicial de la pasta, y que
a continuación el agua saturada de cal ataca a los
silicatos formando silicato de calcio hidratado, el
cual por ser casi insoluble, forma una masa
gelatinosa. Debido a la pérdida gradual de agua de
la mezcla, ya sea por secado o hidratación, esta
masa endurece gradualmente obteniéndose
cohesión.
A partir de 1960 se acepta ambas teorías contiene
algo de verdad y no son irreconciliables.
a.) Composición
El gel es una aglomeración porosa de particulas
solidamente entrelazadas, en su mayoría
escamosas y fibrosas, el conjunto de las cuales
forma una red eslabonada que contiene material
mas o menos amorfo.
En su composición el gel comprende:
- La masa cohesiva de cemento hidratado en
su estado de pasta más densa.
- Hidróxido de calcio cristalino
- Poros gel.
b.) Comportamiento
El gel desempeña el papel más importante en el
comportamiento del concreto, especialmente en
su resistencia y comportamiento elástico. Las
razones de su resistencia a un no han sido
claramente comprendidas, pero se acepta que
intervienen dos clases de adherencias cohesivas:
atracción física y adherencia química.
7.- HIDRATACION Y CURADO DEL
CONCRETO.-
Se define como hidratación al proceso de
reacción química del cemento en presencia del
agua. La hidratación requiere de presencia de
humedad, condiciones de curado favorables, y
tiempo.
El tiempo de curado es el periodo durante el cual
el concreto es mantenido en condiciones de
humedad y temperatura tales como para lograr la
hidratación del cemento en la magnitud que se
desee alcanzar la resistencia seleccionada.
8.- POROSIDAD EN EL CONCRETO.-
a.-) Definición: Son diversas porosidades que
existen en el concreto, los cuales son de
diferentes características, tamaños y pueden
ser de origen natural o artificial. Algunos de
ellos podrían estar parcial o totalmente llenos
de agua
b.-) Clasificación:
- Vacíos Naturales:
- Aire atrapado (Pasta)
- Poros capilares (Pasta)
- Poros gel (Pasta)
- Poros en el agregado
- Vacíos Artificiales:
- Aire incorporado por medio de aditivos
químicos (Pasta)
c.-) Espacios debidos al aire atrapado.-
Son porosidades relativamente grande, que
pueden observarse a simple vista, y que se
presenta en la masa del concreto y generalmente
se presentan por una inadecuada compactación.
Tienen diferentes tamaños y pueden llegar a un
máximo del 1 %.
d.-) Aire incorporado artificialmente:
Son vacíos que se introducen en el
concreto bajo determinados requisitos, por medio
de aditivos químicos y con el objeto de mejorar
sus propiedades en cuanto a durabilidad y
protección al congelamiento.
Son de perfil esférico y tienen un
diámetro promedio de 0.08 a 0.10 mm, con un
valor máximo del 5% del volumen total.
e.-) Poros Capilares:
Son porosidades constituidos por los
residuos de los espacios ocupados por el agua
en el concreto fresco y que al evaporarse dicha
agua libre quedan estos vacíos, que son de un
tamaño submicroscopico. Cuando las
temperaturas son menores a 0 °C pueden causar
deterioros en el concreto por congelación del
agua.
f.-) Poros Gel.-
Estos espacios se presentan en el gel, son
de tamaño muy pequeño, el agua no congela en ellos.
La dimensión de estos vacíos es del orden de
0.0000018 mm, en cambio las partículas que
conforman el gel son cuatro o cinco veces más
grandes que los poros gel. La porosidad de la pasta
cementicia esta entre 30 al 40 % del volumen del gel.
Gel cemento es la pasta cementicia sólida
que incluye a los cristales de hidróxido de calcio pero
excluye a los poros capilares y a las partículas de
cemento no hidratado.
g.-) Porosidad en el Agregado:
Son los vacíos que se presentan en la
parte interna del agregado, sobretodo cuando
este es de poca densidad, poroso y permeable.
La porosidad en el agregado en general
está entre el 0.3% y 20 %.
CAPITULO III
EL CEMENTO
1.- Definición:
Se define como cementos a los materiales
pulverizados que poseen la propiedad que, por
adición de una cantidad conveniente agua,
forman una pasta conglomerante capaz de
endurecer tanto bajo el agua como en el aire y
formar compuestos estables. Quedan excluidas de
esta definición las cales hidráulicas, las cales
aéreas y los yesos.
- Cemento Portland
En 1824 el cemento Pórtland fue patentado por
Joseph Aspdin un constructor de Leeds.
Es un producto artificial, obtenido de una mezcla
de materias primas naturales arcillosas y
calcáreas, por calcinación a una temperatura
elevada de aproximadamente 1400-1450 °C, de la
cual da como resultado el clinker, el cual es
molido hasta alcanzar un grado de fineza
adecuado, con la adición eventual del sulfato de
calcio y otros productos que no deben exceder el
1% en peso del total y de acuerdo con las Normas
vigentes.
MATERIAS PRIMAS DEL CEMENTO Las materias primas naturales :
- piedras calizas, (CaCO3) entre 60 a 80%
- areniscas
- piritas de fierro
- arcilla o pizarra, (Si) entre 60 y 70%
- y minerales varios
-la marga, que es una mezcla de materiales calcáreos y
arcillosos
- Yeso, aporta el sulfato de calcio. Además también se
emplean materiales artificiales como escorias y
residuos de procesos metalúrgicos
2.- El Cemento en el Perú
En el año 1915 llega al Perú la compañía
constructora norteamericana Fundation Co. Para
ejecutar muchos proyectos en Lima; La Fundation
trae los primeros hornos para fabricación de
cemento.
En el año 1916 la Compañía Peruana de Cemento
Pórtland compra los hornos a la Fundation e
instala en el Rímac la primera Fábrica de Cemento
Comercial del Perú (Compañía Peruana de
Cemento Pórtland) empleando materia prima de
Atocongo.
Entre 1955 y 1975 se crean las Fábricas de cemento
Chilca, Lima, Andino, Chiclayo, Pacasmayo, Sur y
Yura, que van desarrollando diferentes tipos de
cemento
3.- Obtención:
Existen muchos métodos y sistemas
debidamente patentados, pero sin embargo los más
utilizados son el proceso “húmedo” o “seco”, por lo
que estas separatas se detallará el proceso “seco”
puesto que es el proceso que se usa actualmente con
la finalidad de ahorro de energía.
A.- Extracción de Materia Prima
- Explotación
Esta operación consiste en extraer de las canteras y
yacimientos las materias primas, para lo cual se usa
procedimientos mecanizados, con maquinaria
adecuada.
- Transporte
Las materias primas extraídas en las diferentes
canteras y yacimientos son llevadas hacia la planta
principal y para lo cual utilizan unidades de
transporte de carga pesada de gran envergadura
generalmente de 10 o más metros cúbicos de
capacidad.
B.- Proceso de Trituración
En la planta de trituración, las materias primas de
piedra calizas y arcillosas, como también minerales
de fierro, son reducidas en tamaños primeramente
de 5” y posteriormente se realiza una nueva
reducción hasta ¾”, utilizando todo un sistema de
maquinas chancadoras.
C.- Almacenamiento de Materias Primas
Trituradas
Por medio de fajas de transportadoras la materia
prima triturada es llevada al Parque de
Almacenamiento, para depositarla en forma
separada.
D.- Molienda y Dosificación
Las materias primas son reducidas a un material
de gran fineza por medio de molinos de bolas y
luego son seleccionados de acuerdo a sus
propiedades químicas y se realiza la dosificación
por peso empleando básculas de gran exactitud y
tomando encuentra lo indicado por los ensayos en
laboratorio y el tipo de cemento que se desee
obtener.
E- Homogeneización y almacenamiento
El material finalmente molido “Harina” es
llevado a un silo de Homogeneización, en donde
mediante agitadores de aire se obtiene una harina
seca, homogénea, calidad y fineza en
condiciones uniformes. Esta harina
homogeneizada es llevada a silos de
almacenamiento.
F.- Obtención del Clinker
- Precalentamiento
La harina homogeneizada es transportada a un
intercambiador de calor, en una gran tolva, en la
que la harina ingresa a una temperatura de 100°C
y sale a 800°C.
- Calcinación
La harina homogeneizada y precalentada es
transportada a un horno giratorio levemente
inclinado a más o menos 4 grados, con
temperaturas de ingreso a 900 °C, hasta la salida
con 1400-1450 °C, horno en donde por calcinación
se desarrollan una serie de reacciones químicas y
físicas, que dan lugar a la formación del “clinker”.
- Enfríamiento
Para bajar la temperatura del clinker se utilizan
máquinas enfriadoras en forma rápida con aire
insuflado por ventiladores.
Reacciones en el Interior del Horno Temperatura en el
Horno ºC
Reaciones en el interior del Horno
110 Evaporación de la humedad secado de los diferentes materiales.
110 – 450 Deshidratación de los materiales (arcillas, yeso y caolita), eliminación del agua absorvida
600 – 750 Inicio de reacciones de los materiales deshidratados y formación de pequeñas cantidades del
C2S y compuestos intermedios como el aluminato de calcio y ferrocalcita (CA, C2F)
900 La caliza se ha convertido en cal viva debido a la pérdida de gas carbonico, la cal viva esta
lista para reaccionar con el medio ambiente por lo cual es llevada rápidamente a la zona de
sinterización.
1200 Las arcillas se empiezan a descomponer y liberan sílice, alumína y óxidos de fierro, la sílice
reacciona con la cal y se forma el C2S (belita).
1300 Se forma el C4AF líquido que actúa como fundente donde se disuelven los demás
minerales, este líquido es muy adhesivo y empezara a penetrar en los poros del ladrillo
refractario, aislando y enfriándolo con lo cual queda pegado y se inicia la formación de la
costra en el horno.
1340 Ls materiales disueltos en el C4AF reaccionan formandose el C2S e iniciándose el C3S.
1400 Se ha formado completamente el C3S, líquido muy viscoso que le da consistencia a la
costra.
1400 – 1450 Se encuentran formados todos los compuestos.
G. Obtención del Cemento
- Molienda y Adiciones Finales
El clinker enfriado es llevado a un molino de bolas,
con separadores automáticos, que permiten obtener
una finura muy uniforme y de alta superficie
especifica, y posteriormente se le adicionan yeso
natural para controlar la fragua y otros materiales,
como la puzolana de acuerdo al cemento que desee
obtener.
- Almacenamiento y Comercialización
El cemento obtenido es transportado a grandes silos de
almacenamiento, para luego ser comercializado en
bolsas o a granel.
a) Proceso Húmedo
b) Proceso Seco
Componentes Químicos del Clinker
Oxido
Componente
Porcentaje
Típico %
Abreviatura
CaO 58 – 67 C
SiO2 16 – 26 S
AL2O3 4 – 8 A
Fe2O3 2 – 5 F
SO3 0.1 – 2.5
MgO 1 – 5
K2O y NaO álcalis 0 – 1
Mn2O3 0 – 3
TiO2 0 – 0.5
P2O5 0 – 1.5
Pédida y calcinación 0.5 - 3
Componentes Químicos Principales del Clinker
Designación fórmula Abreviatura % Tipico
Silicato Tricalcico 3CaO.SiO2 C3 S 30 – 60
Silicato Bicalcico 2CaO.SiO2 C2 S 15 – 37
Aluminato
Tricálcico
3CaO.Al2O3 C3 A 7 – 15
Aluminio Ferrito
Tetracálcico
4CaO.Al2O3 Fe2O3 C4 AF 8 - 10
Desarrollo de la resistencia de los componentes puros
Componentes Secundarios:
( en pequeñas proporciones)
- Oxidos de Magnesio MgO
- Oxidos de Manganeso Mn2O3
- Oxidos de Potasio y Sodio (conocidos como los
álcalis producen una desintegración del concreto)
- Oxidos de Titanio TiO2
Para determinar el cálculo de la composición del
cemento se emplea el criterio de BOGUE, y el
criterio de DAHL; estas ecuaciones o formulas dan
similares resultados, las más utilizadas son las de
BOGUE.
CRITERIO DE BOGUE
Si Al2O3/Fe2O3= > 0.64
C3S = 4.071 CaO – 7.600 SiO2 – 6.718 Al2O3 –
1.430 Fe2O3 – 2.852 SO3
Si Al2O3/Fe2O3 < 0.64
C3S = 4.071 CaO – 7.600 SiO2 – 4.479 Al2O3 –
2.859 Fe2O3 – 2.852 SO3
C2S = 2.867 SiO2 – 0.7544 C3S
C3A = 2.65 Al2O3 – 1.629 Fe2O3
C4AF = 3.043 Fe2O3
CRITERIO DE DAHL
CaO = 0.7369 C3S +0.6512 C2S +0.6227 C3A
+ 0.4616 C4AF
SiO2 = 0.2631 C3S + 0.3488 C2S
Al2O3 = 0.3773 C3A + 0.2098 C4AF
4.- Presencia del Yeso
En tanto que el C3S molturado a una fineza
análoga a la del cemento tarda en fraguar, sin
ninguna sustancia retardante, unas tres horas y el
C2S unas cuatro horas, el clinker Pórtland
molturado a finura análoga lo hace en pocos
segundos. Esta diferencia se debe a la presencia
en él de C3A y C4AF que posee una velocidad de
hidrólisis mucho mayor; mediante la adición de
yeso se consigue retrasar este tiempo.
La cantidad de yeso necesaria para regular el
fraguado del cemento Pórtland oscila, según su
pureza, entre un 6% y un 12% sobre el clinker.
Estas cifras dan un contenido de SO3 de entre 2%
y 3.5% y consiguen retrasar el fraguado unos 45
minutos, tiempo que se considera adecuado para
situar el concreto plástico en su posición en obra
y darle la forma requerida antes de su definitivo
endurecimiento.
El exceso de yeso lleva a la expansión y ala
consecuente ruptura de la pasta de cemento.
5.- Hidratación del Cemento
En presencia de agua, los silicatos y aluminatos
del cemento Pórtland forman productos de
hidratación o hidratos, que resulta en una masa
firme y dura : la pasta endurecida del cemento.
Como ya se estableció anteriormente los dos
silicatos (C3S y C2S) son los principales
compuestos aglutinantes en el cemento, los
cuales el primero se hidrata mas primero que el
segundo.
Para C3S :
2 C3S + 6 H C3S2H3 + 3Ca(OH)2
[100] [24] [75] [49]
Para C2S :
2 C2S + 4 H C3S2H3 + 3Ca(OH)2
[100] [21] [99] [22]
Para C3A :
C3A + 6 H C3AH6
[100] [40] [140]
ACTIVIDAD PUZOLANICA Silicatos de calcio hidratados
(Tobermorita)
Hidroxido de calcio
Ca(OH)
Silicatos de calcio
(C3S y C2S)
+
Agua
H2O(H) +
Puzolana
(Zeolita)
Silicatos de
calcio
hidratados
(Tobermorita)
6.- Calor de Hidratación
Como muchas reacciones químicas, la hidratación
es exotérmica, y la cantidad de calor (en joules)
por gramo de cemento no hidratado, desarrolla
hasta una hidratación total a una temperatura
dada, se define como calor de hidratación.
Para el promedio usual de cementos Pórtland,
aproximadamente la mitad del calor total se libera
entre uno y tres días, alrededor de ¾ partes en
siete días y casi el 90% en seis meses.
Compuesto
Calor de hidratación
J/g
Cal/g
C3S
502
120
C2S
260
062
C3A
867
207
C4AF
419
100
Fig. Influencia del contenido de C3A en el desarrollo de
calor ( el contenido de C3S es aproximadamente constante )
Fig. Influencia del contenido de C3S en el desarrollo
de calor ( el contenido de C3A es aprox. constante )
Representación esquemática de la formación e hidratación del cemento Pórtland
Desarrollo del calor de Hidratación de diferentes cementos curados a 21ºC (a/c = 0.40 )
7.- Finura del Cemento
La hidratación se inicia en las partículas de la
superficie del cemento, el área de la superficie total
del cemento representará el material disponible para
hidratación. El índice de hidratación dependerá de la
finura de las partículas del cemento y para el rápido
desarrollo de la resistencia será necesaria una gran
finura.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta el costo del
molido y el efecto de la finura en otras propiedades,
por ejemplo, los requerimientos del yeso, la
manejabilidad del concreto fresco y su desempeño en
el largo plazo.
La finura es una propiedad esencial del cemento y
tanto la BS y la ASTM requieren la determinación
de la superficie especifica (en m2/kg). Se puede
lograr una aproximación directa al medir la
distribución del tamaño de las partículas por
sedimentación o levigación.
Estos métodos se basan en la ley de Stoke,
proporcionan la velocidad final de caída por los
efectos de la gravedad de una partícula esférica en
un medio fluido.
Método Wagner = Turbidímetro
Método Lea y Nurse = Permeabilímetro con una
ligera modificación por Blaine
8.- Tiempo de Fraguado
Este término se emplea para describir para
describir el endurecimiento de la pasta de cemento.
Se refiere al cambio del estado fluido al estado
rígido. El fraguado se debe principalmente a la
hidratación del C3A y C3S, acompañada de una
elevación de la temperatura de la pasta de
cemento.
El fraguado inicial corresponde aun incremento
rápido, y el fraguado final ala temperatura pico. En
el falso fraguado no se desprende calor alguno y el
concreto puede remezclarse sin añadir agua.
Para determinar el fraguado inicial se emplea el
aparato de Vicat, esta es una aguja de 1mm de
diámetro, la cual debe penetrar 5mm la pasta de
consistencia común bajo un peso prescrito (el tiempo
se mide a partir de agregar el agua al cemento). El
fraguado final se determina mediante una aguja con
una aplicación de metal hueca hasta formar un filo
circular de 5mm de diámetro y colocado a 0.5 mm
detrás de la punta de la aguja; se considera que ha
ocurrido el fraguado final cuando la aguja deja una
huella en la superficie de la pasta, pero sin cortarla.
La relación aproximada entre los periodos inicial y
final de fraguado es la siguiente:
TF (mín) = 90 + 1.2 [ TI (mín) ]
9.- Solidez
Es esencial que la pasta de cemento fraguado no sufra
un cambio notable de volumen, que en condiciones
limitantes dé lugar a expansión apreciable que
ocasione ruptura de la pasta endurecida. Esta
expansión puede ocurrir debido a reacciones de cal
activa, magnesio y sulfato de calcio.
La Norma ASTM C-151 especifica la prueba de
autoclave que es sensible tanto al magnesio como al a
cal libre; la expansión resultante no debe exceder de
0.8%.
No hay pruebas indispensables para detectar la falta
de solidez a un exceso de sulfato de calcio.
10.- Resistencia
La prueba de resistencia no se hace directamente a
la pasta debido a las dificultades de obtener buenas
muestras y para probarlas con la consiguiente
variabilidad de los resultados.
Hay varias formas de pruebas de resistencia: a la
tensión directa (ASTM C-190), a la compresión
(ASTM C-109) y a la flexión (ASTM C-348)
11.- Temperatura
La influencia de la temperatura sobre la
velocidad de endurecimiento es importante. Las
temperaturas mayores aceleran el desarrollo del
endurecimiento, y las mas bajas lo hacen más
lento.
De acuerdo a Saul, la siguiente fórmula establece
una relación entre la temperatura y el desarrollo
del endurecimiento:
R = A ( T + 10 )
12.- Clasificación y Tipos de Cemento
Los cementos normalizados Portland de acuerdo
con la Norma ASTM C-150 . Tiene cinco tipos
diferentes, sobre la base del cambio de las
proporciones de los componentes principales y así
tenemos:
a) Cemento Portland Tipo I:
b) Cemento Portland Tipo II:
c) Cemento Portland Tipo III:
d) Cemento Portland Tipo IV:
e) Cemento Portland Tipo V:
Desarrollo de resistencia de concretos con 335
kg/m3, elaborados con cementos de distintos tipos
De acuerdo a la norma ASTM C-595 se han
obtenido nuevos cementos conocidos como
“Cementos Adicionados”, como son los
siguientes:
(a) Cemento Portland Puzolánico IP:
(b) Cemento Portland Puzolánico IPM:
(c) Cemento Portland de Escoria IS:
Cemento con una adición de escoria entre el 25 al
65% del peso total, las escorias son de altas hornos.
Se obtiene concretos de baja resistencia iniciales,
bajo calor de hidratación.
(d) Cemento Portland de Escorias ISM:
(e) Cemento Portland Compuesto Tipo I :
“Co”
Cemento que se obtiene por la pulverización
conjunta de clinker Portland y materias calizas
como el travertino hasta un 30% del peso total.
(f) Cemento Portland Blanco Tipo I: “B”
Cemento que se caracteriza por su blancura,
debido a que no se le agregan óxidos de fierro, da
concretos de bajas resistencias iniciales, con bajo
calor de hidratación.
(g) Cemento Portland de Albañilería “A”:
Cemento que se obtiene por pulverización de
materias primas calcáreas y arcillosas, que dan un
producto que se caracteriza por dar morteros para
usos de albañilería, tiene menores velocidades de
fragua y resistencias iniciales, son económicos.
En el Mundo existen otros tipos de Cementos
especiales, pero que su difusión todavía es
pequeña.
REQUISITOS FISICOS DEL CEMENTO
Requisitos Físicos
Tipo
I
II
V
MS
IP
ICo
Resistencia a la compresión
Kg/cm2 (Mpa)
3 días
7 días
28 días
120 (12)
190 (19)
280 (28)*
100
170
280*
80
150
210
100
170
280*
130
200
250
130
200
250
Tiempo de Fraguado minutos
Inicial, mínimo
Final, máximo
45
375
45
375
45
375
45
420
45
420
45
420
Expansión en Autoclave
% máximo
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
Resistencia a los sulfatos
---
---
0.04*
14 días
0.10
6meses
0.10*
6meses
---
Calor de hidratación
Máx. KJ/Kg (cal/g)
7 días
28 días
---
290*
(70)*
---
---
---
290*
(70)*
330*
(80)*
---
Finura Superficie específica
Mét. Turbidímetro (m2/kg)
Mét. Permeabilímetro (m2/kg)
160
280
160
280
160
280
---
---
---
REQUISITOS QUIMICOS DEL CEMENTO
Requisitos Químicos
Tipo
I
II
V
MS
IP
ICo
Oxido de Magnesio (MgO), máx %
6
6
6
---
6
6
Trióxido de azufre (SO3), máx %
3.5
3.0
2.3
---
4
4
Pérdida por Ignición, màx %
3
3
3
---
5
8
Residuo insoluble, máx %
0.75
0.75
0.75
---
---
---
Aluminato Tricálcico (C3A), máx %
---
8
5
---
---
---
Álcalis equivalente
(N2O + 0.658 K2O), máx %
0.6*
0.6*
0.6
---
---
---
* opcional
FABRICAS DE CEMENTO NACIONALES
Fabricante Ubicación Tipo de Cemento que Producen
Cementos Lima S.A. Lima Sol I, Sol II,
Atlas IP
Cementos Andino S.A. Tarma
Junin
Andino I, II , V
Andino IPM
YURA S.A. Yura
Arequipa
Yura I, II, V
Yura IP, IPM
Cementos Pacasmayo Pacasmayo
La Libertad
Pacasmayo I, II, V
Pacasmayo MS, IP, ICo
Cementos Sur S.A. Juliaca
Puno
Rumi I, II, V
Rumi IPM
Cementos Rioja S.A. Pucallpa
Ucayali
Tipo IP
13.- Normalización del Cemento.- Para determinar si la fabricación de los cementos cumplen con los
requisitos físicos, químicos y mecánicos normalizados, se realizan los
ensayos en el laboratorio, en base a las siguientes Normas: (solo se estan
mencinado algunas de estas)
NTP ASTM
334.001 C-150 Cementos definiciones y Nomenclaturas
334.002 C-204 Método para la determinación de la finura (Blaine)
334.004 C-151 Ensayo de autoclave . Estabilidad de volumen
334.005 C- Determinación del peso específico
334.009 C-150 Cementos Pórtland Tipo I. normal
334.038 C-150 Cementos Pórtland Tipo II
334.039 C-150 Cementos Pórtland Tipo III
334.040 C-150 Cementos Pórtland Tipo V
334.044 C-595 Cementos Pórtland Tipo IP y IPM
334.069 C-91 Cementos de Albañilería
14.- Duración y Almacenamiento de Cemento.-
a) Duración:
Para determinar la duración de un cemento ya sea
embolsado o a granel, las normas indican que en
condiciones normales de almacenamiento, el
cemento embolsado puede utilizarse hasta tres
meses de su fabricación y cuando es a granel hasta
seis meses.
Pasados los tiempos indicados para poder utilizar
dicho cemento debe realizarse ensayos en
laboratorio con muestras mínimas de cinco
kilogramos, para establecer si cumplen con los
requisitos de Normas.
b) Condiciones de Compra:
El cemento embolsado debe indicar, la marca del
fabricante, peso, volumen, tipo de cemento y
fecha de salida de la fabrica.
Para el cemento o granel se entregará un
certificado donde consten dichos requisitos.
c) Almacenamiento:
- Para el cemento embolsado, deberá
realizarse en ambientes cerrados impermeables,
para proteger al cemento de la humedad, lluvia, y
en forma tal que permita su inspección e
identificación por embarque, tratando que el retiro
de las bolsas se hagan en el orden cronológico
recepcionado.
Las bolsas deben estar apiladas las más juntas
posibles y en una altura máxima de doce bolsas.
- Para el cemento a granel, este debe ser
almacenado solamente en depósitos totalmente
impermeables, como tolvas o silos
herméticamente bien cerrados.
No deberá mezclarse en el mismo depósito,
cementos de diferente tipo.
¿Como elegir el tipo de Cemento ?
Donde vamos a construir ?
En que condición de exposición
vamos a construir ?
En que tipo de estructura y/o que
proceso constructivo vamos a usar ?
Donde vamos a construir ?
El medio ambiente y las condiciones de servicio
afectan sustancialmente el comportamiento del
concreto, por lo que es muy inportante tener en
cuenta el manejo del calor de hidratación:
En clima cálido : utilizar cementos con bajo calor de
hidratación, ordenando los cementos de acuerdo al calor
de hidratación que producen, de menor a mayor tenemos:
IV (NP), V, II ó IP, IPM, IMS, ICo, I, III (NP).
En clima frío : utilizar cementos con alto calor de
hidratación.
III (NP), I, IPM, II, Ico, IMS, IP, V.
En que condición de exposición
vamos a construir ?
El concepto que prima resistencia a la agresividad
química, por lo tanto es muy importante tener
encuenta las condiciones de exposición:
Ambiente Marino : Expuesto al ataque de cloruros
y sulfatos.
V+Puzolana, V, IP, IPM, II, IMS, Ico, I.
Suelo con sulfatos : Exposición por ataque de
sulfatos.
V, II ó IP, IPM, IMS, Ico, I.
En que tipo de estructura y/o que
proceso constructivo vamos a usar ?
En este caso el concepto que prima es desarrollo de
la resistencia y calor de hidratación de la estructura a
construir.
Vaciados de gran volumen y poca área de disipación de
calor: en este caso es importante tener en cuenta el
calor de hidratación del cemento.
IV (NP), V, II ó IP, IPM, IMS, ICo, I, III (NP).
Desencofrado rápido: en este caso es importante tener en
cuenta la ganancia rápida de la resistencia del concreto.
III (NP), I, IPM, ICo, IMS, V, IP.