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MATERIALES II
II.2 CEMENTO La palabra cemento es nombre de varias sustancias adhesivas. Deriva del latín caementum, porque
los romanos llamaban opus caementitium (obra cementicia) a la grava y a diversos materiales
parecidos al concreto que usaban en sus morteros, aunque no eran la sustancia que los unía.
Antiguamente se aplicaba a los morteros en general, hasta que en 1792, se patentó el primer cemento
natural o romano, producto resultante de la cocción caliza y arcilla. A principio del siglo XIX se
descubrió que si la caliza primitiva contenía arcilla, o se le añadía en proporciones del 8 al 20% el
producto resultante de la cocción, reducido a polvo, tenía propiedades hidráulicas.
Clasificación Existen varias formas de clasificación según el fraguado, la composición química y la aplicación:
a) Por su fraguado, los cementos pueden ser rápidos o lentos, según este termine antes o
después de una hora
b) Por su composición química: naturales, Pórtland, escorias, puzolánicos, aluminosos,
sulfatados, etc.
c) Por sus aplicaciones: de alta resistencia inicial, resistente a los sulfatos
Fabricación del cemento La fabricación de cementos comprende una serie de operaciones comunes a todos ellos; la
fabricación del cemento Pórtland, el más utilizado, se fabrica en siete etapas básicas:
1. Elección de las materias primas
2. Extracción de la caliza
3. Trituración y molienda de la materia prima (caliza).
4. Preparación de las mezclas de los materiales en las proporciones correctas, para obtener el
polvo crudo, que puede ser:
a. Por vía húmeda, o
b. Por vía seca
5. Calcinación del polvo crudo, o cocción
6. Molienda del producto calcinado, conocido como clínker, junto con una pequeña cantidad de
yeso.
7. Almacenamiento y envasado
PROCESO DE MANUFACTURA DEL CEMENTO En la actualidad los materiales utilizados para la fabricación de la escoria son la piedra caliza, y la
arcilla, se muelen en seco (proceso seco), o con agua (proceso húmedo). La mezcla pulverizada se
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calcina en hornos a una temperatura que va de 1.400 ºC, la escoria se enfría rápidamente para evitar
la transformación del silicato tricálcico, principal componente del cemento portland, en silicato bicálcico
y óxido de calcio.
La masa de escoria enfriada se mezcla con yeso y otros varios aditivos (sales de naftaleno sulfonado
y formaldehido, que controlan el tiempo de fraguado y otras propiedades) y por último la escoria se
tritura en un molino, se criba y almacena.
Elección de las materias primas Es difícil encontrar en la naturaleza calizas con la cantidad precisa de arcilla para fabricar este
material, se recurre a la mezcla de rocas calizas y arcillas naturales en proporciones determinadas.
También se pueden emplear productos artificiales calizos, escorias de altos hornos y, como arcilla,
arena de residuos de minerales de hierro. La extracción de la caliza suele hacerse a cielo abierto por
voladura con dinamita; la arcilla se extrae con picos o palas y excavadoras, la trituración se realiza con
machacadoras de mandíbulas, trituradoras de martillos o rodillos, entre otra maquinaria.
Extracción de Caliza Una vez localizado el banco de calizas que puede encontrarse en la superficie o en mantos inclinados,
por lo que deberá ser explotado por métodos subterráneos.
Una vez tronada, la caliza es extraída desde los puntos de producción por una flota de palas LHD (de
8 yd3), hacia el sistema tolva-buzón y descargada sobre camiones (EJC) de 30 toneladas, o bien es
transportado por la pala a los sistemas de vaciado centrales.
Al descargar en las chimeneas de vaciado, la caliza pasa a través de parrillas y cae por chimeneas
verticales de 2,5 m. de diámetro, denominadas "buitras", allí se carga el ferrocarril mediante buzones
neumáticos desde las buitras, el ferrocarril, con una locomotora y once carros de 15 toneladas
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transporta el material hasta una tolva de descarga que permite un vaciado al chancador primario con
el convoy en movimiento.
Trituración y molienda de la materia prima (calizas) El material es reducido mediante un chancador primario, tipo mandíbula, que alimenta silos de
acumulación. Estas tolvas cargan el skip de 17. ton., que corre en forma automática a través del pique
vertical y descarga sobre el túnel principal, desde donde mediante una cinta transportadora es
conducido al exterior.
Posteriormente las calizas son descargadas en tolvas que alimentan la planta de chancado
secundario que por medio de chancadores de martillos y harneros reduce el producto a diámetros
menores a 5/8". Posteriormente un tractor empujador (Bulldozer Caterpillar D8N) maneja el stock de
piedra chancada y asegura la homogeneización. Finalmente la caliza es transportada por vía férrea
hasta la Planta Industrial.
Preparación de las mezclas de los materiales en las proporciones correctas El mezclado puede ser hacerse por vía seca o vía húmeda.
• Vía húmeda: fue el primer método empleado. Consiste en unir los materiales en forma de
líquidos, mezclados con agua, obteniéndose mezclas muy homogéneas que proporcionan a
los cementos características constantes y de alta calidad.
• Vía seca: se emplea cuando las materias son duras y no contienen arena. Hay que extraer la
humedad de cantera antes de su pulverización.
En ambos casos es necesario mezclar producción de varios puntos de extracción, para conseguir la
ley (calidad) requerida para alimentar a la planta y maximizar así el uso del recurso geológico. El
control de calidad se inicia con un detallado levantamiento geológico de las galerías, complementado
con el muestreo de las perforaciones de producción, de manera que se pueden construir planos de
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leyes de los sectores a explotar y realizar, en consecuencia, tronaduras selectivas. Además, el mineral
es nuevamente muestreado en forma sistemática antes de ingresar al stock, pudiéndose efectuar
correcciones si la situación así lo requiere.
De aquí en adelante los procesos restantes se llevan a cabo en la planta industrial, y comienza con la
recepción de materias primas.
• La caliza proveniente del banco o mina es recepcionada desde el Tren Calero hacia las
canchas de acopio en el interior de la Planta.
• La caliza de alta ley es recepcionada desde camiones y su origen es tanto mineral o bien de
depósitos de conchuelas que aportan el carbonato de calcio y los minerales de fierro, alúmina
y sílice, necesarios para la formación del clinker en las etapas posteriores.
• Desde las canchas de acopio, cada una de estas materias primas es alimentada a tolvas, de
acuerdo a su calidad y luego dosificadas, para obtener la correcta fórmula que ha de ser
pulverizada para el posterior tratamiento de cocción que tendrá la mezcla formada.
Trituración y molienda de los materiales La mezcla formada y controlada en forma horaria por personal de producción, es enviada mediante
cintas de transporte, a dos grandes molinos de bolas, con el objeto de obtener un producto
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homogéneo y muy fino, requerido para la exitosa etapa de cocción a la que será sometida
posteriormente.
Los molinos de bola son grandes tubos horizontales, accionados por motores que los hacen girar y
que requieren gases calientes para secar la materia prima en la molienda y constan de dos cámaras
separadas por un diafragma central. En el interior de cada cámara hay una importante cantidad de
bolas de acero de distinto tamaño que posibilita la reducción de tamaño del material alimentado.
Un circuito seleccionador permite asegurar el correcto tamaño del producto final, el que es enviado
mediante regueras y elevadores hasta doce grandes silos que lo mantienen en acopio para luego ser
transportado en forma neumática a los hornos.
Calcinación del polvo crudo, o cocción Desde los silos el polvo de caliza "crudo" se lleva a los hornos rotatorios. Estos son enormes cilindros,
ligeramente inclinados, con longitudes que fluctúan entre los 51 y 123 metros están revestidos
internamente con ladrillo refractario, capaz de soportar altas temperaturas.
El horno posee una gran cámara de precalcinación en donde se produce la decarbonatación del
crudo, es decir la transformación química del carbonato de calcio en óxido de calcio y liberación de
dióxido de carbono. En su interior el material y los gases alcanzan temperaturas de 1450 y más de
2000 grados celsius respectivamente, se produce la calcinación de la caliza, formándose un material
semivitrificado, compuesto principalmente por silicatos, aluminatos y ferritos de calcio, que tienen altas
propiedades aglutinantes al mezclarse con el agua. Este producto se denomina Clinker.
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Finalmente, el producto es enfriado mediante una moderna enfriadora de parrillas, tecnología que
permite una alta recuperación del calor del producto, ahorrando energía térmica en el horno.
Molienda del producto calcinado, conocido como clínker. La fabricación del cemento, requiere del clinker fabricado en los hornos además de yeso que permite
regular el fraguado de la mezcla de cemento con agua y adiciones como Puzolana y cenizas de
centrales térmicas, que dan propiedades hidráulicas especiales al producto final. Todos estos
materiales son dosificados y posteriormente mezclados y molidos en grandes molinos de bolas de dos
cámaras y diafragma intermedio, que permiten reducir el tamaño de los componentes hasta polvo fino.
El circuito de molienda puede tener separadores y filtros de mangas, que permiten separar el producto
de la corriente del aire de ventilación.
La calidad y propiedades del cemento, quedan determinadas por la participación de cada uno de estos
componentes, así como de la fineza final del producto.
Almacenamiento y Envasado Una vez producido, el cemento es enviado desde la molienda, por sistemas de transporte neumático,
mediante una red de cañerías, hasta los silos de almacenamiento, donde el producto se mantiene en
condiciones aptas para su entrega.
El envasado se realiza en bolsas de papel de 50 kg, o en contenedores de 1500 Kg (Bigbags)
pudiendo utiliza despacho a granel en ferrocarriles o camiones.
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Para el despacho en bolsas de papel se debe contar con un sistema de llenado de sacos y un
paletizador automático.
CLASES DE CEMENTOS Una primera división se establece entre los cementos artificiales y los naturales.
Cementos artificiales Son cementos hidráulicos obtenidos por la cocción a elevadas temperaturas (1450 °C) de una mezcla
artificial perfectamente homogeneizada y dosificada de caliza y arcilla que después se muele
finamente.
• Cemento Pórtland. Se atribuye a José Aspind la invención del cemento Pórtland, patentado
en 1824. Para su fabricación se recurrió a obtener cal, que una vez mezclada con arcilla, se
volvía a cocer en hornos y se pulverizaba el producto resultante. Como la temperatura de
cocción era baja, el cemento era de mala calidad, posteriormente se elevó la temperatura
cercana al punto de fusión. De acuerdo con la Norma Oficial Mexicana (NOM), el cemento
portland es el que proviene de la pulverización del clínker obtenido por fusión incipiente de
materiales arcillosos y calizos, que contengan óxidos de calcio, silicio, aluminio y fierro en
cantidades convenientemente dosificadas y sin más adición posterior que yeso sin calcinar,
así como otros materiales que no excedan del 1% del peso total y que no sean nocivos para el
comportamiento posterior del cemento, como pudieran ser los álcali.
La composición química del cemento portland es:
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óxido de calcio (CaO), 65%
dióxido de silicio (SiO2) 20 %
trióxido de aluminio (Al2O3) 5 %
óxido férrico (Fe2O3) 5 %
óxido de magnesio (MgO) menor del 5 %
• Cementos siderúrgicos. Se distinguen dos clases, el cemento Pórtland siderúrgico y el
cemento Pórtland de alto horno. Para la obtención de estos cementos, se parte de escorias
(subproducto o deshecho de la fabricación del hierro). Se obtienen por una mezcla íntima del
70% clinker y, el resto, de escoria granulada o sulfato cálcico.
• Cementos puzolánicos. Son el producto de una mezcla resultante de puzolana y clínica, con
la adición eventual de algez para regular el fraguado. Se llama puzolana al producto natural
de origen volcánico capaz de fijar cal a temperaturas ambiente y formar materiales con
propiedades hidráulicas. En general, se consideran puzolanas otros productos artificiales con
análogas características como son las cenizas de gran finura, que se recogen de la
combustión en las centrales térmicas.
• Cementos de adición. Son cementos preparados con clínica y otros materiales cuyas
resistencias mecánicas pueden ser inferiores a las de los cementos tipo Pórtland o
siderúrgicos. Se distinguen dos clases: el cemento siderúrgico clínica, obtenido por una
mezcla de 70% de escoria, y el resto de clínica y sulfato cálcico; y el cemento de adición
corriente, que se obtiene por mezcla de clínica con materiales tales como margas, calizas
puzolánicas, escorias o cemento natural.
• Cemento aluminoso. Presenta el mismo proceso de elaboración, salvo que los materiales
que intervienen en su elaboración son:
óxido de aluminio (Al203) 50 %
óxido de calcio (CaO) 40 %
óxido férrico (Fe2O3) 5 %
dióxido de silicio (SiO2 ) 5 %
• Supercemento. Se trata del cemento Pórtland de altas resistencias iniciales y se distingue en
particular por una mayor finura y una composición de materias primas algo distinta,
añadiéndose substancias en proporción inferior al 6% como, por ejemplo, cal, sin aumentar el
azufre y la magnesia. Este ligero aumento de cal da origen a que sea más vulnerable a las
aguas agresivas, pero lo hace más apto para el concreto armado por sus grandes resistencias
mecánicas iniciales. El tiempo de fraguado es similar al del Pórtland normal, pero su
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endurecimiento es más rápido. Esta ventaja permite reducir los plazos de descimbrado, ya
que a los 3 o 4 días da resistencias superiores al 50% en comparación con el Pórtland normal.
• Cemento Pórtland blanco. Es un cemento artificial, obtenido mediante materias primas como
la creta y el caolín, sin contenido de magnesio ni hierro, ya que estos cuerpos son los que le
dan al cemento su característico color gris.
• Cementos expansivos. Son aquellos cuya composición tiene la propiedad de aumentar de
volumen durante los procesos de fraguado y endurecimiento.
• Cementos Grapiers. Cementos artificiales de fraguado lento, obtenidos por la Grapier de la
cal, cuando de ellos se separa la cal libre que los acompaña.
• Cementos mixtos. Son los que se obtienen de una mezcla, en proporción variable, de un
cemento natural y Grapiers de cal después de la calcinación.
• Cementos naturales. Son cementos obtenidos por la calcinación de margas (rocas calizas y
arcillosas) a una temperatura necesaria para la expulsión del anhídrido carbónico, y
pulverizada el producto obtenido. Se denominan también cementos romanos, por endurecer
debajo del agua, igual que los morteros que emplearon los romanos, hechos con cal grasa y
puzolana. Pueden ser de fraguado lento o rápido.
• Cementos naturales de fraguado lento. Se fabrican con margas de composición similar a la
mezcla de los crudos empleados para la fabricación del cemento Pórtland, aunque
diferenciándose en que no hay que preparar los crudos ni añadir substancias para retardar el
fraguado. Como es difícil encontrar rocas de composición química homogénea, no se puede
obtener un cemento de características constantes. La cocción se realiza en hornos verticales
a temperaturas de 1,000 °C. Su fraguado se inicia aproximadamente a 30 minutos del
amasado y termina a las 12 horas.
• Cementos naturales rápidos. Se obtienen al calcinar a 1,000°C rocas margas que
contengan del 25% al 40% de arcilla. Recién fabricados, fraguan instantáneamente, debiendo
ser ensilados algún tiempo para que tarden en empezar a fraguar de 3 a 5 minutos y terminen
antes de los 30.
NORMALIZACIÓN Con la globalización económica, México se vio obligado a actualizar la normalización del cemento,
mismo que tiene un fin, principalmente de actualizarse a nivel mundial y con ello, cumplir con las
exigencias internacionales.
Apoyados con la Ley Federal de Metrología y Normalización, se formo el grupo de Normalización del
ONNCCE, para realizar la revisión y actualización de las normas técnicas del cemento, así se creó la
NORMA MEXICANA NMX C-414-ONNCCE-1999, "INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION-
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CEMENTOS HIDRAULICOS-ESPECIFICACIONES Y METODOS DE PRUEBA", misma que entró en
vigor a partir del 19 de Octubre de 1999.
Con el cambio de norma, se canceló las anteriores NMX C-001, NMX C-002 y NMX C-175, que regían
las especificaciones para cementos portland, cementos puzolanicos y cementos con escoria granular
de alto horno, respectivamente y la nueva clasificación tomará en cuenta tres características propias
de la mezcla de cemento, que son las adiciones que este tiene, características especiales y
resistencia de acuerdo a las tablas siguientes:
Clasificación del Cemento por sus Adiciones
CPO Cemento Portland Ordinario
CPP Cemento Portland Puzolánico
CPEG Cemento Portland con Escoria Granulada de Alto Horno
CPC Cemento Portland Compuesto
CPS Cemento Portland con Humo de Sílice
CEG Cemento con Escoria Granulada de Alto Horno
Clasificación por Características Especiales
RS Resistente a los Sulfatos
BRA Baja Reactividad Alcali - Agregado
BCH Bajo Calor de Hidratación
B Blanco
Clasificación por su Clase Resistente
Resistencia N/mm2 Mínimo a 3 días Mínimo a 28 días Máximo a 28 Días
20 -- 20 40
30 -- 30 50
30 R 20 30 50
40 -- 40 --
40 R 30 40 --
La letra R indica que un cemento es de resistencia inicial alta, las unidades de reporte se modificaron
a N/mm2, en vez de kg/cm2 (1 N/mm2 = 10.2 kg/cm2)
La Nomenclatura es ahora la siguiente:
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Consideremos un Cemento Portland Ordinario de Clase resistente 30, de resistencia inicial alta y con
las características especiales de Resistente a los Sulfatos, se debe presentar como: CPO 30 R RS
Consideremos un Cemento Portland Puzolánico de Clase resistente 30, de resistencia inicial alta y
con las características especiales de Resistente a los Sulfatos, Baja Reactividad Alcali Agregado, se
debe presentar como: CPP 30 R RS/BRA
Cemento Tipo II Normas de Calidad NMX C-414-ONNCCE-1999 de México y la ASTM C-150 de Norteamérica.
USOS: El Cemento CPO 30 R es lo mejor para la construcción de: losas, trabes, castillos, zapatas,
firmes, pisos y en la elaboración de prefabricados como tubos de albañal y blocks, entre otros.
VENTAJAS: Por su composición química, el Cemento CPO 30 R genera menor calor de hidratación
que un cemento T I, con lo que se disminuye notablemente la formación de fisuras y lo hace resistente
al ataque moderado de agentes agresivos del agua y del suelo, principalmente de sulfatos y salitre. Se
tiene mayor rendimiento, durabilidad y resistencias más elevadas que las obtenidas con cementos
convencionales, lo que significa una mayor economía.
Cemento Puzolánico.
Normas de calidad NMX C-414-ONNCCE-1999 de México y ASTM C-595 de Norteamérica.
USOS: El Cemento CPP30 R mejora los resultados en la construcción de: pisos, firmes, castillos,
trabes, zapatas, losas, columnas y aún en aquellas obras donde se requiere mayor resistencia al
ataque de medios agresivos en suelos salitrosos y/o cercanos al mar.
VENTAJAS: La puzolana es un ingrediente activo que tiene como función básica formar un
aglomerante con los productos liberados por la hidratación del cemento. Además, durante la
elaboración del concreto, actúa como agregado fino, lo que permite sustituir parte de arena por grava.
El concreto obtenido es muy plástico y puede trabajarse fácilmente por lo que requiere menos agua de
lo que indica su apariencia.
Como resultado se tiene acabados más tersos e impermeables, de mayor resistencia al ataque de
sulfatos, reacción alcalina, agregado y lluvia ácida.
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Cemento Clase G El cemento Clase G es el material que se emplea en la cementación de pozos petroleros, desde la
superficie hasta 2440 m. de profundidad. La elaboración de este cemento está regida por las Normas
API, que marcan los parámetros que debe cumplir. Las pruebas a que se somete son una simulación
de las condiciones a que será sometido al cementar el pozo. Para las pruebas físicas se deberá
realizar mediante lechadas (agua-cemento) y para la cual la especificación que marca la norma API,
deberá ser una mezcla de agua-cemento del 44% en peso.
Las pruebas que se realizan para satisfacer los requerimientos físicos que marca la norma y controlar
su calidad son:
• Agua Libre
• Resistencia a la Compresión
• Tiempo de espesamiento
• Análisis Químico
En la perforación de Pozos, para la extracción de Petróleo Crudo se emplea el cemento especial para
la cementación (revestimiento de las paredes) de dichos pozos, con el principal objetivo de fijar
correctamente la tubería de explotación.
Las temperaturas y presiones a las cuales se efectúan normalmente las cementaciones son
superiores a 150° C y 200 Bars, a una profundidad muy cercana a los 10,000 m.
El origen de este cemento fue en los Estados Unidos de Norteamérica en los años de 1940-1950, por
la firma Halliburton, que es una empresa que se dedica a la cementación, posteriormente en
Alemania, Inglaterra y Francia.
Cemento Blanco Normas de Calidad NMX C-414-ONNCCE-1999 de México y de ASTM C-150 de Norteamérica.
USO: El Cemento Blanco es ampliamente empleado en acabados de casas, escaleras, terrazas,
fachadas, etc., además en la fabricación de mosaicos, terrazos y piedra artificial. También es utilizado
en la elaboración de monumentos, criptas, como base para la fabricación del pegazulejo y como
ingrediente del tirol.
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VENTAJAS: Blancura y resistencia superiores a sus similares. Versatilidad, luminosidad y belleza para
sus acabados ya que permite el empleo de colorantes minerales para ampliar la gama decorativa.
Gran plasticidad que permite trabajarlo fácilmente. Su durabilidad e impermeabilidad le permiten ser
utilizado como recubrimiento de albercas.
PRUEBAS EXPERIMENTALES AL CEMENTO a) Sanidad del cemento Pórtland por medio de autoclave. Esta prueba proporciona el índice de
expansión potencial diferida causada por la hidratación del CaO, del NgO o de ambos
( )100f i
i
L LExpansión de la autoclave x
L−
=
La sanidad por expansión en autoclaves debe ser como máximo del 0.80% para cemento Pórtland
normal y 0.50% para cemento puzolánico
b) Módulo de finura del cemento. Esta prueba se realiza en términos de la superficie específica,
expresada como área total superficial en cm2 por gramo de cemento mediante al aparato de
Blaine.
s
s
S TST
=
s
s
S TS
Tηη
=
Donde:
S= Superficie específica de la prueba (cm2/gr)
Ss=Superficie específica de la muestra patrón
usado en la calibración del aparato (cm2/gr)
T=Intervalo de tiempo medido de la caída de
presión en el manómetro para la muestra en seg.
Ts= Intervalo de tiempo medido de la caída de
presión en el manómetro para la muestra patrón
usado en la calibración del aparato en seg.
N=Viscosidad del aire a la temperatura de la
prueba
El requisito físico del cemento Pórtland debe ser:
Aspecto a controlar I II III IV V
Finura específica en cm2/gr
Método de permeabilidad del aire
Valor promedio mínimo 2800 2800 2800 2800
Valor mínimo en cualquier muestra 2600 2600 2600 2600
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c) Densidad aparente del cemento. Proporciona el peso por unidad de volumen sin tomar en
cuenta los vacíos del cemento y tiene especial importancia para el porporcionamiento del
concreto.
64
f i
W grDensidadV L L
= =−
s
W=Peso en grs
V=Volumen de la muestra
Li=Altura inicial del menisco
Lf=Altura final del menisco
APLICACIONES Los cementos mas utilizados en la construcción son los artificiales y, entre estos, el cemento Pórtland
corriente o normal, empleado para obras de albañilería en general, concreto simple y armado, y
prefabricados no resistentes. El cemento Pórtland de alta resistencia inicial se emplea para
prefabricados, concreto pretensazo y trabajos de cimbrado rápido.
Los cementos siderúrgicos se utilizan para el concreto armado y en masa en ambientes agresivos, y
en concretos compactos y de grandes volúmenes.
Los cementos puzolánicos se emplean en obras marítimas, vertedores industriales y sanitarios, y para
morteros de gran plasticidad.
Los cementos de adición se emplean para cimentaciones y cimentaciones hidráulicas de concreto en
masa y también para pavimentos de industrias químicas.
Los cementos auminosos están destinados a obras de carácter temporal, cimentaciones urgentes,
para taponar vías de agua y en trabajos expuestos al calor.
Los cementos naturales son los menos utilizados en la construcción; con los de fraguado lento se
realizan trabajos de albañilería en general y morteros de baja resistencia; los de fraguado rápido se
destinan a trabajos complementarios de albañilería, aristas o doblado de bóvedas.
II.3 AGREGADOS PÉTREOS Son aquellos materiales que se emplean en las revolturas de concreto y mortero, con el fin de reducir
los cambios volumétricos, así como el consumo de cemento. Por mortero se entiende una mezcla de
agua, cemento y arena sin agregado grueso, mientras que el concreto será el compuesto elaborado
además con agregado grueso. Por cuanto a su tamaño, los agregados se dividen en dos grandes
grupos: fino y grueso.
Los requisitos que deben llenar en general los agregados son que deben estar constituidos por
materiales resistentes y duraderos, exentos de partículas detrimentales que motiven alteraciones
volumétricas, o que afecten la hidratación del cemento, de ningún modo deben tener impurezas tales
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como carbón, yeso, mica o trozos de madera, ni materiales solubles como limo y arcilla, entre otros,
que deberán eliminarse por decantación o lavado. Deberán además estar bien graduados y
clasificadas de acuerdo con los tamaños que las especificaciones de obra estipulen. Los tamaños en
que usualmente se clasifican los agregados son los que se indican a continuación:
Tamaños
Mínimo Máximo
Arena 0 mm 5 mm 3/16”
Grava muy pequeña 5 mm 3/16” 10 mm 3/8”
Grava pequeña 10 mm 3/8” 19 mm ¾”
Grava mediana 19 mm ¾” 38 mm 1 ½”
Grava grande 38 mm 1 ½” 76 mm 3”
Grava extra grande 76 mm 3” 152 mm 6”
La eficiencia de la clasificación o del cernido deberá ser tal que cualquiera de los agregados
clasificados no contengan más del 10% de partículas menores del tamaño mínimo estipulado, ni más
de 5% de partículas mayores del tamaño máximo respectivo.
Su densidad no será menor de 2.45, excepto cuando se trate de agregados para concretos ligeros.
Los agregados no deberán contener minerales atacables por los álcalis que motiven expansión en el
concreto, como ópalo, calcedonia, pedernal, vidrio volcánico, etc. Cuando se tenga algún indicio, duda
o sospecha acerca de la indeseable presencia de estos minerales, se someterán muestras
representativas de los agregados a la investigación de un laboratorio de materiales competente.
De manera general, los agregados deberán lavarse para remover la arcilla, el limo y la materia
orgánica. En la prueba colorimétrica, la arena deberá acusar un contenido de materia orgánica que no
exceda el máximo permitido. El contenido del material más fino que la malla No. 200, no deberá
exceder del 5% en la arena, ni el 1% los agregados gruesos.
GRAVAS O AGREGADO GRUESO El agregados gruesos consiste generalmente en piedra triturada, grava, escoria de altos hornos u otro
material inerte de características similares y que satisfaga los requisitos correspondientes a los
agregados en general, y además los siguientes: los contenidos de terrones de arcilla, fragmentos
suaves y partículas de sílice amorfo de fácil desintegración, no deberán exceder los siguientes límites
máximos, expresados en porcentaje en peso: 0.25, 5.0 y 1.0 respectivamente.
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Por no se trata de concreto sujetos al desgaste, como pavimentos y pisos, en la prueba que se haga
(según norma ASTMC131), no deberá producirse desgaste mayor del 10% después de 100
revoluciones, ni mayor del 50% después de 500. Además de los agregados anteriormente
mencionados, también se emplean agregados ligeros, cuando se desea obtener un concreto de poco
peso. Los agregados ligeros, que consisten principalmente en piedra pómez, lavas, tobas y escorias,
vermiculita, carlita y arcilla expansiva, deben estar constituidos por partículas durables, de baja
densidad, limpias, bien graduadas y que no motiven cambios volumétricos detrimentales en el
concreto.
CLASIFICACION Corrientemente se utiliza la siguiente clasificación para las gravas :
1. GARBANCILLO, de 5 a 20 mm de diámetro
2. GRACILLA, de 20 a 30 mm de diámetro
3. GRAVA MENUDA, de 30 a 50 mm de diámetro
4. GRAVA MEDIA, de 40 a 60 mm de diámetro
5. GRAVA GRUESA, de 50 a 80 mm de diámetro
6. MORRO, de 80 a 150 mm de díametro
ARENAS O ÁRIDOS Se llama arena al material granular fino (generalmente menor de cinco milímetros de diámetro) que
resulta de la desintegración o de la trituración de las rocas. Debe satisfacer los requisitos
correspondientes a los agregados en general y además los siguientes:
• no deberá contener más de 1% en peso de terrones de arcilla
• su granulometría deberá satisfacer o aproximarse a los límites que se indica la
continuación % retenido entre las mallas indicadas
Malla No Mínimo Máximo
3/8” a 4 0 5
4 a 8 5 201
8 a 16 10 201
16 a 30 10 30
30 a 50 15 25
50 a 100 12 20
Pasa 100 3 7 1 Si lo retenido entre las mallas No 4 y 8 no excede del 15%, lo retenido entre las mallas No 8 y 16 puede subir
hasta un 25%
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MATERIALES II
De manera amplia se llama arena un conjunto de partículas de tamaño inferior a 6.5 milímetros que se
desprenden de las rocas compuestas, por la acción de las lluvias y demás meteoros. Según el tamaño
de sus granos reciben las arenas varias denominaciones como: gruesa, mediana, fina y muy fina.:
según su procedencia se dividen en: de río, de mar, de mina, de hoya, etc.. Sus granos son unas
veces redondos y angulosos otras, con menos frecuencia, cristales enteros o incompletos.
Según la naturaleza de sus elementos las arenas resisten a la acción disolvente de los agentes
atmosféricos, o cambian gradualmente su constitución bajo influencia de aquellos. Las que se
mantienen invariables (de cuarzo puro) y lo mismo las que no contienen más que elementos solubles
(calizas) son impropias para el cultivo; por el contrario, las que contienen mezclados los elementos
estables y los solubles pueden reunir las condiciones necesarias para la vida de las plantas.
Las arenas se presentan con más frecuencia en los terrenos de formación más reciente (aluvial,
diluvial y terciario); pero también se encuentran a veces formando gruesas capas en terrenos de
formación más antigua como el cretáceo y hasta el silúrico.
CLASIFICACION La clasificación más común de la arena esta en función de su tamaño y es la siguiente: Arena fina esta formada por los granos que pasan por un tamiz de mallas de 1 mm., y son retenidas por otro de
0.25 mm. La arena media es la constituida por granos que pasan por un tamiz de 2.5 mm. y son
retenidos por otro de 1 mm. La arena gruesa es la obtenida cuando sus granos pasan por un tamiz de
5 mm. de diámetro y son retenidos por otro de 2.5 mm.
La arena también se puede clasificar según su procedencia: la arena de río es la más corriente y
aceptada ya que, por lo general, no va acompañada de materiales terrosos, y, si las lleva, un simple
lavado las separa fácilmente. La arena de mar es originada por el desmenuzamiento de las rocas por
las olas, pero tiene el inconveniente de llevar sales que entorpecen el fraguado y que hay que lavar
intensamente. La arena de mina también llamada arena fósil, se encuentra depositada en diversos
lugares desde tiempos pasados, limpia de tierras, y sus granos son menos redondos que las de río y
mar, razón por la cual es muy apreciada. La arena virgen es la que proviene de rocas que se están
desmenuzando en la actualidad; se caracterizan por las formas irregulares y ásperas, favoreciendo su
adhesión al aglomerante, pero no deben utilizarse sin someterlas a un buen lavado. Finalmente la
arena de cantera se obtiene artificialmente por el machaqueo de rocas duras, que generalmente
contiene partículas de arcilla que obligan también a lavarla.
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MATERIALES II
Las arenas pueden clasificarse de acuerdo al material que les da origen en: cuarzosas que suelen
contener de un 2% a un 20% de detritus de otros minerales, feldespato, mica y cal. A menudo estos
arenas son ferruginosas , lo cual se reconoce porque los granos se cubren de una cáscara de
peroxido de hierro. Mezclados con ellas se puede encontrar piedras preciosas como diamante, rubí,
granate o metales, como oro, platino, estaño, etc. Calizas que se componen de granitos sueltos de
naturaleza calcárea y se presentan comúnmente bajo la forma de arenas movedizas; esta clase de
arenas se encuentra muy a menudo mezclada con restos de animales muy desmenuzados (conchas,
huesos) y también con algo de cuarzo (arena caliza-cuarzosa). Las arenas dolomíticas producidas
por la descomposición de materiales dolomíticos, como el zechstein de Turingia. Las glauconíticas
de característico color verde son el resultado de la mezcla de cuarzo y glaucomita. Las arenas
ferruginosas en cuya composición predomina el hierro magnético mezclado con augita, granate,
zirconio, rubí y cuarzo, contienen también platino y oro; son generalmente producto de la
desintegración de minerales ricos en hierro magnético, que se depositan en tenues capas en el fondo
de los arroyos y de los ríos o en los terrenos cristalinos o volcánicos. Finalmente las volcánicas que
se encuentren con frecuencia en espesas capas sedimentarias en la cercanía de los volcanes;
compuestas de pedacitos de lava y también, muchas veces, de cristales lizados en lava (augita,
leucita, sanidina, granate, etc.). Los granos más gruesos, corresponden a la arena de quija, son los
llamados de pillo o rapilli, y los más finos, semejantes por su tenuidad ligereza de polvo, constituye lo
que se llama ceniza volcánica.
MUESTREO Para la selección de las muestras deberá procurarse que estas sean realmente representativas de la
calidad media de la arena; deberán tomarse en los mismos lugares de explotación, mezclando
porciones de los diversos montones o lotes y procurar que, no sólo intervenga el material de la
superficie, sino que deberán hacerse cortes verticales con pala y tomar arena de la colocada en la
parte interior.
Composición granulométrica Es un hecho comprobado que las propiedades de resistencia intermedia de los morteros y concretos
dependen de manera directa de las proporciones que guarden entre sí las partículas del material
inerte, pues la mayor o menor resistencia o la mayor o menor impermeabilidad resultan de la cantidad
y forma en que estén distribuido los vacíos, lo que a su vez, es función del grado de acomodamiento
de las partículas.
El análisis granulométrico de una arena se lleva a cabo con ayuda de una servidora mecánica en la
que se colocan la siguientes mallas o cribas:
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MATERIALES II
Malla no Distancia entre alambres
200 0.066
100 0.140
50 0.305
30 0.509
20 0.851
10 1.855
6 3.200
Los resultados del análisis granulo métrico se representa gráficamente, tomando como abscisas las
dimensiones de los agujeros de las diversas mallas empleadas y como ordenadas los porcentajes del
material que pasaron por ellos, los complementos al 100% corresponden al porcentaje retenido por las
mallas. La forma de esta curva acusa, desde luego, cuales el tamaño de granos más abundantes
FORMA DE LOS GRANOS Con frecuencia se exigen las especificaciones que el arena debe estar compuesto por partículas con
aristas vivas, a pesar de que muchos lugares sólo se puede disponer de arenas de ríos o de playa con
partículas redondeadas y que han sido usadas satisfactoriamente. La forma de las partículas es
importante porque afecta el porcentaje de vacíos del material, por las partículas rugosas irregulares no
adquieren tanta compasibilidad como las redondas, ya que no ofrecen oportunidad para acuñarse
entre si dando lugar a masas más compactas. En algunos casos se adhiere mejor el cemento a las
caras de las partículas angulosos que a la superficie redondas de las otras, pero este factor ejerce
menos influencia que la densidad de las masas, de modo que los concretos y morteros hechos con
material inerte redondo no son inferiores en resistencia los hechos con material inerte irregular y aún a
menudo estos últimos superan a los primeros. Se pueden hacer concretos de calidad excelente o muy
deficientes con cualquiera de estos materiales, pues son de mayor influencia la naturaleza minera
lógica y la graduación de los tamaños de las partículas, que la forma de estos.
LIMPIEZA DE LA ARENA La arena deberá carecer de fango, para verificar esto se realiza la prueba de colorimetría que consiste
en comparar el color de una muestra cada 24 horas. La muestra estará elaborada por 500 gr de arena
aproximadamente misma que será secada hasta peso constante a una temperatura no mayor a
110°C, se dejará enfriar y se colocará en una botella hasta la marca de 133 cm3 a la que se agregará
sosa cáustica hasta alcanzar la marca de los 206 cm3. Se tapará la botella y se agirtará
vigorozamente por un lapso de 2 minutos como mínimo, posteriormente se dejará reposar por 24 hrs.
Finalmente se comparará el color del líquido de la botella con el vidrio color normal.
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MATERIALES II
AGREGADOS PETREOS DE ALTA CALIDAD Es un agregado que presenta las condiciones más favorables para elaborar concretos hidráulicos de
alto desempeño debido a la larga duración que le da su resistencia a los álcalis, a la abrasión, a la
salinidad y a otros agentes y que permite a la vez lograr concretos con mayor resistencia a la fatiga,
impermeabilidad y una minimización de cambios volumétricos. A esto se suman otros beneficios que
proporciona el agregado como son mejores condiciones de manejabilidad del material en la etapa de
fabricación del concreto hidráulico y una importante reducción en el consumo de cemento al diseñar
las mezclas.
Ventajas de los agregados de alta calidad Sin duda las ventajas más significativas son:
• ahorro en el consumo de cemento para los concretos hidráulicos
• mejor adherencia de la pasta de cemento portland al agregado y
• una larga vida útil de los elementos constituidos por este material, que ven incrementadas
sus condiciones de durabilidad.
Es conveniente destacar que la técnica para producir mezclas o concretos de alto nivel de calidad no
se basa exclusivamente en el empleo de grandes proporciones de cemento o aglutinante, sino más
bien en la correcta combinación de aquellos elementos y factores que favorecen la obtención de
mezclas o concretos de calidad adecuada.
PRUEBAS A LOS AGREGADOS PÉREOS
a) Muestreo de agregados pétreos
b) Cuarteo
c) Humedad actual en arenas
d) Humedad superficial y humedad de absorción en arenas
e) Gravedad específica en arenas
f) Determinación del peso volumétrico seco y suelto de una arena PVSS
g) Determinación del peso volumétrico seco y varillado de una arena PVSV
h) Granulometría o análisis granulométrico en arenas
i) Prueba de colorimetría en arena para determinar el contenido aproximado de materia orgánica
en arenas
j) Sedimentación en arena
k) Material que pasa por la malla No 200 en arena
l) Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables en los agregados
m) Densidad de la arena
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MATERIALES II
n) Equivalente de arena
o) Muestreo en gravas
p) Cuarteo de gravas
q) Humedad actual en gravas
r) Humedad de absorción en gravas
s) Densidad en gravas
t) Peso volumétrico seco y suelto en gravas PVSS
u) Peso volumétrico seco y varillado en gravas PVSV
v) Granulometría en gravas
w) Resistencia al desgaste de los agregados menores de 19 mm por medio de la máquina de los
ángeles
x) Resistencia al desgaste de los agregados mayores de 19 mm por medio de la máquina de los
ángeles
y) Indice de aplanamiento y alargamiento de agregados
z) Porcentaje de caras fracturadas de los agregados
aa) Peso unitario y porcentaje de vacíos de los agregados
bb) Sanidad de los agregados frente a la acción de las soluciones de sulfato de sodio o de
magnesio - SOLIDEZ
APLICACIONES Sirve para la hechura de los morteros que se utilizan para ligar diversas piezas del material pétreo o
mampostería que van a formar la construcción, o bien asociada en material inerte de mayores
dimensiones y a un aglomerante apropiado (cemento) da lugar a los concretos hidráulicos, en adición
al asfalto da lugar a las mezclas asfálticas, y por si solo como balasto en vías férreas. Desde tiempos
remotos se hace uso de la arena en las construcciones. El empleo de la arena para hacer morteros
fue conocido por los romanos mezclándola con la cal apagada en diversas proporciones. Vitrubio da
interesantes pormenores sobre las diversas clases de arena usada en las construcciones romanas; se
dividía, según su color, en negro (nigra), en blanca (cana), en roja (rubra) y en quemada
(carbunculus). Según este arquitecto, la arena fósil era preferible a la de río y más aún a la marina.
Plinio sólo distinguía tres especies de arena: la fósil, a la que aconsejaba mezclar una cuarta parte de
cal, la de río y la marina, a las que había que mezclar una tercera parte.
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