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CAL
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NOTA:
TRABAJO NO REPORTADO
La cal Materiales de construcción
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
OBJETIVOS
Estudio de la cal y su importancia en la
construcción.
Análisis de sus propiedades.
Aprender las formas de uso que tiene la
cal.
CAPITULO I
GENERALIDADES
1.DEFINICIÓN DE LA CAL
La cal es material aglomerante simple, producido por materiales
naturales por medio de calcinación de carbonato de calcio (caliza,
tiza, concha coral) con compuestos químicos CaCO3 y en
algunos casos: MgCO3 (dolomías), a temperaturas superiores a
los 900 oC
Expresado de una forma más sencilla:
Llamamos CAL al producto obtenido de
la calcinación de las piedras calizas
(compuestos químicos CaCO3) y en
algunos casos: MgCO3 (dolomías)
CaCO3 + calor àCO2 + CaO
El óxido de calcio (CaO) se denomina CAL VIVA.
1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS
A lo largo de la historia se ha empleado
prácticamente en todas las épocas y culturas:
Antigüedad (Egipto, Grecia, Roma)
El uso de morteros a base de cal exclusivamente aparece
por primera vez en la Máscara de Jericó, una calavera
cubierta con un emplasto de cal pulido, que data del año
7.000 a.C. En la ciudad de Jericó, una de las más
importantes del período Neolítico, se han hallado
pavimentos a base de cal, con un acabado fino y bruñido.
• Cal mezclada con yeso (Egipto),
• revestimientos continuos (Grecia),
• uso generalizado en morterosy hormigones
romanos (Roma)
• Siglos XVIII y Siglo XIX
• Mezcla de calizas con arcillas, cales y cementos
hidráulicos, cemento Portland (1824 – Joseph
Aspin)
PROPIEDADES DE LA CAL
HIDRAULICIDAD
Tipo Índice de hidraulicidad
Cal aérea
0,0 a 0,10
Cal débilmente hidráulica
0,10 a 0,16
Cal medianamente
hidráulica
0,16 a 0,31
Cal hidráulica normal
0,31 a 0,42
Cal eminentemente
hidráulica
0,42 a 0,50
Relación en peso de
los silicatos,
aluminatos y óxidos
de hierro respecto al
óxido de cal y de
magnesio
(SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 [arcilla]
CaO + MgO [caliza])
DENSIDAD
FRAGUADO
Designación % Impurezas Tipo de impureza Índice hidráulico Tiempo de
fraguado en
el agua
Cal común, Cal grasa <5.3 Si, Al 0.0-0.10 No
Cal Árida, Cal Magra 8-12 Si, Fe, Mn, Mg 0.10-0.16 16-30 días
Cal Dolomítica 13-17 Mg 0.0-0.10 No
Cal medianamente
Hidráulica
18-20 Arcillas, Mg, Mn, Fe 0.16-0.31 10-15 días
Cal Hidráulica 20-25 Arcillas, Mg, Mn, Fe,
SiO2 preponderante
0.31-0.42 5-9 días
Cal eminentemente
Hidráulica
25-27 Arcillas, Mg, Mn, Fe,
SiO2 preponderante
0.42-0.50 2-4 días
Cal límite o cemento
lento
25-36 Arcilla 0.50-0.65 1-12 horas
Cemento rápido 37-65 Arcilla 0.65-1.20 5-15 minutos
consiste en la evaporación del exceso
de agua empleado en amasar la
pasta, seguido de una sustitución del
agua por el CO2 de la atmósfera,
pasando de nuevo del hidróxido al
carbonato cálcico. Como el anhídrido
carbónico seco no reaccionaría con el
hidróxido cálcico seco, es necesario
que exista algo de humedad presente
La densidad real de la cal aérea
es del orden de 2,25 kg/dm3. Para
las cales hidráulicas oscila entre
2,5 y 3,0 kg/dm3. La densidad de
conjunto de las cales puede
estimarse en torno al 0,4 kg/dm3.
para las cales aéreas y de 0,5 a
0,9 kg/dm3.
ESTABILIDAD DE VOLUMEN
RESISTENCIA MECÁNICA
Las cales tienen una resistencia no mayor de
50 Kp/cm2 por lo que se emplean en piezas no
resistentes.
La cal sufre un aumento de volumen una vez
colocada en obra (varios meses después). A causa
de:
Presencia de magnesio sin hidratar
La existencia de cal libre (sin hidratar) al realizar la
fábrica
TIPOS DE CAL
CALES AÉREOS
CAL GRASA
CAL ÁRIDA
Pasta fina trabada y untuosa, blanca, que aumenta
mucho de volumen, permaneciendo indefinidamente
blanda en sitios húmedos y fuera del contacto con el aire.
En el agua termina por disolverse.
Es el producto resultante de la descomposición por el
calor de las rocas calizas. Si éstas son puras y se
calientan a temperatura superior a 900º C, se verifica la
siguiente reacción:
CO3Ca + calor CO2 + CaO
proviene de calizas magnesianas (dolomitas) y
pueden contener hasta un 50 % de MgO pero sólo un 10 %
de óxido es suficiente para lograr una cal árida.
CALES HIDRÁULICOS
CAL VIVA
CAL APAGADO
Se obtiene de la calcinación de la caliza que al
desprender anhídrido carbónico, se transforma en óxido
de calcio. La cal viva debe ser capaz de combinarse con
el agua, para transformarse de óxido a hidróxido y una
vez apagada (hidratada), se aplique en la construcción.
Se conoce con el nombre comercial de cal hidratada a la
especie química de hidróxido de calcio, la cual es una
base fuerte formada por el metal calcio unido a dos
grupos hidróxidos.
Cal compuesta principalmente de hidróxido de calcio,
sílica (SiO2) y alúmina (Al2O3) o mezclas sintéticas de
composición similar. Tiene la propiedad de fraguar y
endurecer incluso debajo del agua.
FABRICACION DE LA CAL
EXTRACCIÓN
TRITURACIÓN
CALCINACIÓN
ENFRIAMIENTO
INSPECCIÓN
CRIBADO
TRITURACIÓN Y PULVERIZACIÓN
HIDRATACIÓN
ENVASE Y EMBARQUE
CALES HIDRÁULICOS
CAL VIVA
CAL APAGADO
Se obtiene de la calcinación de la caliza que al
desprender anhídrido carbónico, se transforma en óxido
de calcio. La cal viva debe ser capaz de combinarse con
el agua, para transformarse de óxido a hidróxido y una
vez apagada (hidratada), se aplique en la construcción.
Se conoce con el nombre comercial de cal hidratada a la
especie química de hidróxido de calcio, la cual es una
base fuerte formada por el metal calcio unido a dos
grupos hidróxidos.
Cal compuesta principalmente de hidróxido de calcio,
sílica (SiO2) y alúmina (Al2O3) o mezclas sintéticas de
composición similar. Tiene la propiedad de fraguar y
endurecer incluso debajo del agua.
FABRICACION DE LA CAL
EXTRACCIÓN
TRITURACIÓN
CALCINACIÓN
ENFRIAMIENTO
INSPECCIÓN
CRIBADO
TRITURACIÓN Y PULVERIZACIÓN
HIDRATACIÓN
ENVASE Y EMBARQUE
CAPITULO V
APLICACIONES DE LA CAL
MORTEROS DE CAL
El mortero es una mezcla de conglomerantes inorgánicos, áridos y agua, y posibles
aditivos que sirven para pegar elementos de construcción tales como ladrillos,
piedras, bloques de hormigon,etc. Además, se usa para rellenar los espacios que
quedan entre los bloques y para el relleno de paredes.
La cal empleada puede ser aérea o hidráulica, con la diferencia de fraguar
en contacto con el aire (aérea) o en agua (hidráulica).
La Cal es un elemento que proporciona a los morteros el efecto de un
lubricante, y permite aumentar la plasticidad, generando a su vez un
incremento en la retención de agua en los mismos.
Cuando se usa apropiadamente, la Cal es excepcionalmente durable.
Un ejemplo de esta propiedad de la Cal es el Panteón Romano, cuya cúpula,
que se eleva a 45 metros sobre el nivel de piso terminado, fue construida con
morteros a base de Cal y mantienes sus propiedades mecánicas en la
actualidad.
Morteros de asiento Uno de los usos principales de los morteros a base de Cal apagada en obra
es el de servir como elemento de asiento y transferencia de esfuerzos
entre los mampuestos que componen los elementos arquitectónicos de los
edificios históricos.
Las características plásticas de estos morteros permiten absorber los
movimientos diferenciales de las estructuras históricas sin agregar efectos
de rigidez que son propios de la utilización del cemento.
La utilización estructural se da en cimentaciones, apoyos corridos, apoyos
aislados, apoyos adosados, bóvedas de plementería de piedra, de ladrillo y
otros elementos, siendo importante resaltar la compatibilidad con los
diferentes materiales históricos
Inyección de grietas y fisuras Considerando las ventajas del mortero a base de Cal apagada en obra en cuanto
a trabajo estructural, este es utilizado para realizar diferentes acciones
encaminadas a devolver el comportamiento mecánico a los elementos
arquitectónicos dañados.
De acuerdo a lo anterior, la mezcla de Cal y arena en combinación con el
mucílago de nopal y algunos aditivos expansores de carácter especializado y
controlado, es utilizada para inyectar huecos generados a partir de grietas y
fisuras que pueden ir de superficiales a profundas.
Para estos efectos se maneja la mezcla citada con diversos grados de dilución,
buscando siempre su penetración total en las cavidades existentes, con la
finalidad de devolver la solidez a los elementos, así como regresar el
comportamiento estructural volumétrico.
1.ELABORACIÓN DE PINTURAS
La pintura a la Cal se elabora a partir de una solución de este
material en agua, agregando elementos colorantes naturales,
principalmente de origen mineral o vegetal, complementado
con hidrofugantes o elementos minerales como el alumbre y el
mucílago de nopal.
En cuanto a su relación con el contexto, las pinturas a base
de Cal dan belleza e higiene a los edificios, además de ser
muy económicas, dado que pueden utilizarse en fachadas,
bardas y todo tipo de superficies exteriores, así como en
interiores con un significativo ahorro, y con la ventaja de que
la Cal es un material amigable con el medio ambiente.
ELABORACIÓN DE PIEZAS DE CONCRETO
El concreto elaborado con cal hidratada, cemento, arena y grava presenta
mayor fluidez, protege al acero de refuerzo, incrementa la
impermeabilidad y reduce los costos significativamente.
La cal hidratada hace más compacto al concreto, debido a su tamaño de
partícula más fino que la del cemento, rellena los vacíos dejados por este
material, disminuye las eflorescencias y evita los agrietamientos, de igual
forma ayuda a la estructura a soportar variaciones de temperatura.
La cal hidratada mantiene húmeda por más tiempo la masa del concreto
aún en clima cálido o seco, ya que por su poder de adsorción de agua
propicia que el concreto alcance su mayor resistencia con la suficiente agua
para su fraguado.
La gran plasticidad de la cal hidratada mantiene la mezcla íntima de los
materiales, evitando su segregación.
Bloques vibrocomprimidos
Los bloques vibrocomprimidos son elementos de forma sencilla que facilitan los
trabajos de edificación.
En la fabricación de piezas vibrocomprimidas si se integra cal hidratada en su
formulación; se mejoran las propiedades mecánicas a largo plazo, se estabiliza el
color, se facilita el desmolde y curado, logrando calidad en los acabados y un
incremento en la resistencia final.
Los muros hechos con este material presentan uniformidad, mayor impermeabilidad
y buena apariencia.
RESTAURACIÓN DE MONUMENTOS HISTÓRICOS
Considerando los principales factores de deterioro de las edificaciones antiguas o
monumentos, como el alto índice de humedad, las variaciones en temperatura, la erosión
pluvial y la acción de microorganismos entre otros, resulta sencillo imaginar el papel que
desempeña la cal hidratada en este ámbito, ya que ayuda a consolidar los estratos
pictóricos sobre superficies de cal y es el vehículo perfecto en la reintegración cromática
con los pigmentos inorgánicos sobre resanes de cal.
Además la cal hidratada es un excelente material cementante, su característica única de
recarbonatación sella las fisuras en estructuras evitando humedades, asimismo gracias a
la elevada alcalinidad de su pasta evita el crecimiento de vegetación e insectos que con
el tiempo dañan a la estructura.
ESTABILIDAD DE SUELOS CON CAL
El tratamiento de terrenos arcillosos con cal permite su utilización, evitando
los mayores costes y afecciones ambientales que supondría su retirada y
posterior reemplazamiento por otros suelos de mejores características
geotécnicas y mecánicas.
Las cales a emplear en la estabilización de suelos vienen definidas por
la Norma UNE-EN 459-1 “Cales para la construcción”.
Para asegurar la calidad de la cal utilizada
en el Tratamiento, deberá analizarse:
• Contenido de componentes magnésicos y cálcicos.
El contenido en óxidos de calcio y de magnesio, sobre muestra calcinada debe ser mayor
del 90 (CL 90), en masa.
• Contenido de dióxido de carbono (CO2). Este parámetro completa a los anteriores en
las exigencias de cal libre, pues la muestra sobre la que se ensaya es calcinada.
Este contenido, en el punto de fabricación, deberá ser inferior al 5 por ciento, en masa.
• Finura del molido. El análisis granulométrico evalúa la finura de la cal.
Todas las partículas deberán ser inferiores a 6,3 mm., y más del 90 por ciento inferiores a
0,2 mm.
• Reactividad de la cal. Se aplica a la cal viva (Q), y permite medir la rapidez de reacción
de esta con el agua.
Se evalúa midiendo el tiempo que tarda en alcanzar la temperatura de 60 ºC al agitar una
muestra de cal viva en agua. Este tiempo deberá ser inferior a 25 minutos, siendo la cal
más reactiva cuanto menor sea el tiempo
TIPOS DE TRATAMIENTOS
Secado/Descongelación de suelos
- aporte de producto seco,
- consumo del agua necesaria para hidratarse y formar hidróxido
cálcico,
- y evaporación de agua debida a la reacción anterior,
fuertemente exotérmica.
LA CAL EN FORMA DE LECHADA
es la suspensión de cal apagada en agua. Su empleo en tratamiento de suelos
permite por un lado, evitar el polvo producido durante el extendido de la cal y
por otro, controlar mejor la humedad de los suelos secos.
MEJORA POR MODIFICACIÓN
Se trata de una modificación inmediata de las propiedades
geotécnicas, reduciendo en un corto periodo de tiempo
(minutos/horas) la cantidad de agua retenida por la arcilla y
mejorando su trabajabilidad.
La mezcla de cal con el suelo provoca reacciones rápidas que
originan cambios físicoquímicos producidos por cambios iónicos,
neutralización y floculación. Las finas partículas de arcilla se
aglomeran en elementos más gruesos y friables. Estas reacciones
se producen siempre que el suelo tenga un cierto porcentaje de
finos.
En obra se aprecia que el suelo pierde su carácter pegajoso y toma
un aspecto arenoso, mejorando enormemente su trabajabilidad y
compactibilidad, mejorando también la capacidad portante. La
modificación actúa tan rápidamente como se hace la mezcla de cal
con el terreno. En general, para conseguir estas modificaciones, la
dosificación necesaria de cal oscila entre el 1 y el 3 por ciento.
PRACTICA
Se tiene una cantera de piedra caliza que analizada resulta poseer una
riqueza de 94.94% (CaCO3), y la fabrica que pretende explotar la cantera
tiene una producción de 10 ton/dia de cal viva, su rendimiento del conjunto
de operaciones para la fabrica es de 92%.calcular las toneladas de extracción
por dia de cantera. Calcular calcular el agua necesario para el cal apagado.
