Cemento y Arcilla en La Ingenieria Civil

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCIÓN

El uso de diferentes materiales de construcción se ha venido dando desde la

antigüedad, en la actualidad can la ayuda de algunas ciencias y otros campos de

conocimiento como la ingeniería civil estos materiales están siendo utilizados con

mayor eficacia, y en la gran mayoría con innovaciones en la construcción, el diseño,

desafíos a la naturaleza, estos materiales pueden ser la arcilla, el yeso, el cemento,

etc.

La Arcilla es un tipo de Roca Natural Sedimentaria. Proviene de la descomposición de

las Rocas Feldespato, siendo un silicato Alumínico hidratado. Puede ser un elemento

suelto o puede estar formando una masa en estado sólido, puede ser coherente o

incoherente. Es un material terroso de grano generalmente fino y capaz de convertirse

en una masa plástica al mezclarse con cierta cantidad de agua.

Mientras el yeso se inicia con la extracción de un mineral llamado yeso, cuyo color

puede ser gris o blanco. El mineral básico está compuesto de sulfato de calcio

químicamente combinado con agua de cristalización, CaSO4.2H2O. El agua combinada

representa aproximadamente 20% del peso del mineral de yeso. Es esta característica

la que da al yeso sus propiedades de resistencia al fuego y lo hace tan adaptable para

la construcción.

Concreto son productos capaces de disolverse en agua, que se adicionan durante el

mezclado en porcentajes no mayores del 5% de la masa de cemento, con el propósito

de producir una modificación en el comportamiento de concreto en su estado fresco

y/o en condiciones de trabajo.

Son muy útiles en la construcción ya que con ello se elaboran materiales de

construcción.

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I. YESO

1.1. ANTECEDENTES

El yeso o algez es un sulfato cálcico dihidrato (CaSO4+2H2O) y su nombre proviene

del griego "gyps" que significa "mineral calcinado".

El yeso ha sido conocido y utilizado desde la antigüedad, principalmente en países de

clima seco. Su origen puede ser oriente medio, también los egipcios utilizaron el yeso

en gran abundancia como muestra la pirámide de Keops después Grecia y Roma y

mas tarde al pueblo árabe, el yeso ha sido protagonista de la decoración en la España

bajo el dominio de los árabes como se puede observar el la alhambra de Granada o el

Alcázar de Sevilla. Su fabricación, hasta bien entrado el siglo XX, resultaba costosa,

actualmente se han mejorando los sistemas de fabricación.

1.2. DEFINICIÓN.

El yeso es un mineral que se obtiene de la piedra de yeso o aljez, esta se encuentra

en la naturaleza y esta compuesta por sulfato cálcico dihidrato SO4Ca+ 2H2O esta roca

es la materia prima para la fabricación del yeso. Este se obtiene por deshidratación

parcial de dicha roca que sometida a temperatura no mayor de 170ºc, pierde molécula

y media de agua, formándose el sulfato cálcico hemihidrato SO4Ca+1/2H2O. Se

obtiene así el yeso cocido o deshidratado, el cual, amasado con agua, una ves

pulverizado, se rehidrata formando de nuevo el dihidrato.

Además se puede decir que el yeso es un buen material de construcción porque

cuando se calienta pierde rápidamente su agua de hidratación, produciendo yeso

calcinado, deshidratado parcial o totalmente, que recupera su estructura cristalina

cuando se hidrata, fraguando y endureciendo.

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1.3. CLASIFICACION

Se pueden clasificar los yesos a partir de diferentes criterios:

1.3.1. Clasificación según las condiciones de cocción

A medida que la temperatura de cocción va aumentando se van obteniendo productos

diferentes que si bien es verdad que todos son sulfato cálcico, sus propiedades y, por

tanto, sus usos, son distintos.

1.3.1.1. Hemihidrato-alfa: De 120-170ºC

Se obtiene una autoclave

Para su formación es indispensable que se produzca una atmosfera saturada de

agua

es más compacto que el beta

Tiene mayor compacidad y mejores características constructivas y

resistentes.asi como mayor resistencia a tracción y comprensión que los yesos

beta.

necesita un tiempo de fraguado menos que otros yesos

tiene multitud de cristales muy finos y presenta un aspecto sedoso brillante.

1.3.1.2. Hemihidrato- beta aspecto terroso

mayor solubilidad y, por tanto, menos estable

mayor contenido energético y tiempo de fraguado, con un aspecto terroso y no

cristalino

mayor tiempo de fraguado

fabricación en calderas

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1.3.2. Clasificación según la normativa (lpiego RY -85, derogado por real decreto 1371/ 20007)

1.3.2.1. Yeso grueso de construcción (YG)Procede del algez impuro. Esta fabricado en hornos de baja calidad, por lo que

contiene cenizas y restos de la combustión. Contiene, al menos un 75% de

hemihidrato. Constituido por sulfato cálcico hemihidrato y anhidrita II artificial (obtenida

por cocción de algez entre 300-600ºc) y con la posible incorporación de aditivos

regulares del fraguado. Antiguamente este yeso se llamaba negro, moreno o tosco.

Suele emplearse para pasta de agarre en la ejecución de tabicados, en revestimientos

interiores y como conglomerante auxiliar en obra.

1.3.2.2. Yeso fino de construcción (YF)Procede delo algez más puro. Esta fabricado en hornos de alta calidad y no contiene

restos de los productos de la combustión. Tiene una granulometría mas fina que el

yeso grueso, con al menos un 80% de hemihidrato. Esta constituido

fundamentalmente por sulfato cálcico hemihidrato y anhidrita II artificial, de

granulometría mas fina que el anterior, con la posible adición de aditivos regulares del

fraguado. Suele emplearse en enlucidos, refinos o blanqueo sobre revestimientos

interiores (guarnecido o enfoscados). Antes, este yeso se llamaba blanco.

1.3.2.3. Yeso prefabricado (yp)

Esta constituido fundamentalmente por sulfato cálcico hemihidrato y por anhidrita II

artificial, con una mayor pureza y resistencia que los yesos de construcción (YGy YF).

Suele emplearse para la ejecución de elementos prefabricados para tabiques.

a. Escayola

Procede del algez más puro. No presenta restos de los productos de la combustión, y

tiene un molido final de mayor finura. Se emplea en molduras, decoración de

interiores, techos, tabiques pre fabricados y otras industrias. La normativa las clasifica

en dos tipos, indicando su resistencia mínima a flexo tracción en Kp/cm2.

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E-30: está constituida fundamentalmente por sulfato cálcico hemihidrato con la

posible incorporación de aditivos reguladores del fraguado con una resistencia

mínima flexo tracción de 30 kp/cm2. Suele emplearse en la ejecución de

elementos prefabricados para tabiques y techos.

E-35: Es la escayola especial. Esta constituida fundamentalmente por sulfato

cálcico prefabricados para techos y en la puesta en obra de estos elementos

Hemihidrato con la posible incorporación de aditivos reguladores del fraguado,

con mayor pureza en la escayola E-30 y con una resistencia mínima a flexo

tracción de 35 kp/cm2.suele emplearse en trabajos de decoración, en la

ejecución de elementos

En los tipos que se acaban de definir, excepto en el YP. Además de la clase normal

existe una clase lenta, denominado así en función de los periodos de trabajabilidad. En

la designación se añadirá una L, separado por una barra. YG/L: E-30/L; E-35/L.

1.4. PROCESO DE FABRICACION DEL YESO

1.4.1. OBTENCION MATERIA PRIMAS

El sulfato cálcico dihidrato abunda mucho en la naturaleza, en España. Es una roca

blanca cuando no esta contaminada por impurezas y, en general, presenta colores

claros.

1.4.2. EXPLOTACION EN CANTERAS

Como el yeso es un material muy barato, también lo a de ser todas las operaciones

que comprende su fabricación. Así pues, es casi obligado que la piedra de yeso aflore

a la superficie para que se pueda explotar a cielo abierto. El tipo de explotación

depende de las características particulares de cada una: arranque manual, a maquina,

con explosivos, etc., en función del volumen de fabricación. Según el sistema de

deshidratación que se vaya a seguir, puede variar el grado de trituración de la roca

cruda. Según las dimensiones que se hayan de obtener se utilizan:

machacadoras: hasta dimensiones de 2 a 3 cm

molinos de martillo: material más fino

trituradoras de martillo: factores de reducción muy elevados

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1.4.3. DESHIDRATACION, CALCINACION O COCCION

El objeto de la cocción es la obtención de hemihidrato del sulfato cálcico o bien de las

formas anhidras del mismo. Los productos obtenidos fraguan por adición de agua,

regenerando el dihidrato, debiendo el yeso a este fenómeno su carácter de

conglomerante. Los hornos utilizados para la cocción del yeso se dividen en dos

grandes grupos según que el yeso este en contacto directo con los gases de

combustión pudiendo ser hornos fijos (de panadero, autoclaves, calderas)y hornos

rotatorios.

1.4.4. MOLIENDA, ALMACENAMIENTO Y ANSECADO

La molienda después de la cocción, suele hacerse con molino de martillos o bolas, si

interesa obtener mucha finura en al producto terminado. Aunque el sistema de

deshidratación requiera la molienda previa del material, generalmente hay que hacer,

después de la calcinación, una molienda de refino. El yeso molido suele almacenarse

en silos cerrados y aislados de la humedad, con objeto de evitar la rehidratación.

1.5. PROPIEDADES DEL YESO

1.5.1. FRAGUADO

Es el endurecimiento en un plazo breve, al amasar el yeso hemihidrato con agua.

1.5.2. EXPANSIÓN

Se produce una expansión como consecuencia del crecimiento rápido de los cristales

durante el fraguado, es del orden de 0.3 a 1.5%.

1.5.3. ABSORCION DE AGUA

El yeso tiene una capacidad considerable de solubilidad en agua. La razón

fundamental se encuentra en la rápida perdida de resistencia que experimenta el

material fraguado al absorber agua ávidamente a través de su red capilar.

1.5.4. ADHERENCIA

En general la adherencia de las pastas de yeso a las piedras ladrillos, etc., es buena

pero al hierro y al acero es mejor. La adherencia a la madera y superficies lisas es

deficiente. Puede decirse, en general que la adherencia del yeso disminuye con el

tiempo y, desde luego, con la presencia de humedad.

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1.5.5. CORROCIÓN

El yeso produce corrosión en el hierro y en el acero, sobre todo en presencia de

humedad. Así pues, cualquier elemento de estos materiales que deba estar en

contacto con yeso debe protegerse por galvanización, pintado, etc.

1.6. APLICACIONES DEL YESO

1.6.1. GUARNECIDOS Y TENDIDOS

Tal ves la mayor aplicación del yeso en la construcción es el revestecimiento de

paramentos mas o menos irregulares que no han de quedar vistos. Para ello se aplica

sobre el paramento una primera capa de yeso YGde 15mm de espesor, y sobre esta,

una capa de yeso YF de 1 a3 mm. La primera capa recibe el nombre de guarnecido y

la segunda, el de tendido.

1.6.2. MOLDURAS

Para este trabajo se utiliza generalmente escayola. La operación denominada corrido

de molduras consiste en hacer deslizar una terraja con el perfil deseado sobre unas

guías. Al moverse la terraja sobre una masa de escayola recién forma la moldura.

1.6.3. ESTUCO

Se conoce con este nombre un recubrimiento para muros, brillante y lavable, que se

extiende con la llana. Está compuesto por escayola o yeso YF molido muy fino,

amasado con agua que contiene gelatina, puede contener también pigmentos

colorantes. Cuando se a conseguido una superficie plana, se la da brillo mediante un

bruñido con planchas de acero calientes o frotando las superficies con un paño

impregnado en aceite de linaza y, posteriormente, con otro impregnado en aguarrás y

cera.

1.6.4. ELEMENTOS PREFABRICADOS

Además de las molduras y de otros elementos decorativos, pueden fabricarse como

elementos resistentes bloques de yeso, bovedillas para forjados y placas para

tabiques. Esta muy extendido el uso de placas de hasta 40x40 cms. Y aun mas, para

la construcción de falsos techos. Con frecuencia estas placas están perforadas para

conseguir un buen acondicionamiento acústico de los locales donde están colocadas.

Se emplean también paneles constituidos por un emparedado de cartón-yeso-cartón,

que responden a la denominación de plasterboard.

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1.7. VENTAJAS DE CONSTRUIR CON PRODUCTOS DE YESO

1.7.1. Protección y seguridad.

La resistencia al fuego es inherente a la construcción con paneles de yeso o cemento.

Los sistemas proporcionan una resistencia al fuego permanente, que no está sujeta a

la pérdida de presión de agua u otras fallas y problemas que pueden ocurrir en los

sistemas con extinguidores por aspersión.

1.7.2. Resistencia al fuego.

Ni los paneles de yeso ni los de cemento generan fuego ni contribuyen a la

combustión. Al ser atacados por el fuego, se libera el agua químicamente combinada

en los cristales de yeso, convirtiéndose en vapor, lo que ayuda a retardar la

propagación de las llamas y a proteger las construcciones adyacentes. También los

paneles de cemento son efectivas barreras contra el fuego. Ambos tipos de

construcción cumplen con los requisitos de resistencia al fuego y propagación de flama

de todos los reglamentos modelo de construcción. Los ensambles específicos a

prueba de fuego de muros divisorios y estructurales, entrepisos, vigas y recubrimientos

contra fuego de columnas a base de yeso, tienen clasificaciones de resistencia al

fuego hasta de cuatro horas.

1.7.3. Control acústico.

Las construcciones de paneles de yeso y cemento ofrecen una excelente resistencia a

la transmisión de sonidos por el aire y por impacto, sin por ello tener una masa o peso

excesivos.

La fijación resiliente de paneles o bases de yeso y el uso de de aislamiento acústico

mejoran aún más las clasificaciones acústicas, haciendo que estos sistemas sean

ideales para muros medianeros. Existen muros y entrepisos que cumplen con los

requisitos STC (Clasificación de Transmisión de Sonido) e IIC (Clasificación de

Aislamiento por Impacto) de los reglamentos de construcción aplicable, y con las

necesidades de inquilinos y propietarios.

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1.7.4. Durabilidad

Los revestimientos finos combinan las mejores características del panel de yeso y

enyesados convencionales. Las características de alta resistencia y de resistencia a la

abrasión de los acabados de revestimientos finos ofrecen la durabilidad necesaria en

áreas de tráfico pesado. Las superficies de enyesados convencionales son muy

resistentes a impactos

y maltratos. Terminados mediante un sistema de USG para el tratamiento de juntas,

los paneles de yeso forman muros y cielorrasos más resistentes que otros materiales

más rígidos a las grietas producidas por movimientos menores y variaciones en la

temperatura y humedad. El panel de cemento es un sustrato excepcionalmente

durable que no se deteriora con el agua.

1.7.5. Bajo Peso

Las construcciones de panel de yeso y cemento son mucho más ligeras que los

ensambles de albañilería del mismo espesor. Reducen costos de manejo de

materiales y pueden permitir el uso de miembros estructurales, cimientos y pisos, más

ligeros. La construcción con revestimientos finos es comparable al peso de un muro de

panel de yeso, y es considerablemente más ligera que un enyesado convencional.

1.7.6. Bajos costos de Instalación

Los sistemas de panel de yeso y cemento ofrecen menores costos de instalación que

las construcciones más masivas. Los sistemas ligeros reducen los costos de manejo

de materiales. Los elementos huecos proporcionan una amplia cavidad para

aislamiento térmico y acústico, además de facilitar la colocación de accesorios y de

instalaciones eléctricas y sanitarias en los muros. El bajo costo de los materiales y los

paneles grandes de construcción rápida se combinan para hacer que los sistemas de

paneles de yeso, paneles de cemento y revestimientos finos tengan un menor costo

que los trabajos de albañilería o enyesados convencionales. La rápida aplicación de

los acabados de revestimientos finos, además redundar en menores tiempos de

decoración, hace que en muchos casos estos sistemas sean competitivos con los del

panel de yeso.

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1.7.7. Rápida Instalación

La construcción con paneles de yeso y cemento eliminan los costosos retardos en las

construcciones durante el invierno, permitiendo concluir y ocupar los edificios más

rápidamente. Los paneles y bases de yeso y cemento pueden almacenarse en la obra,

listos para utilizarse, se cortan con facilidad y se aplican rápidamente. Para obras de

grandes volúmenes, los enyesados convencionales pueden bombearse y aplicar se

fácilmente con rociadores. Los acabados de revestimientos finos, que fraguan en

aproximadamente una hora, eliminan los tiempos de secado prolongados y

generalmente quedan listos para decorarse al día siguiente o para pintarse con

pinturas aplicadas con rociador.

1.7.8. Fácil Decoración

La construcción con yeso ofrece superficies lisas que aceptan prontamente

decoración con pintura, papel tapiz, cubiertas vinílicas o azulejos, y permiten efectuar

re decoraciones durante la vida del edificio. Las texturas simples o con agregados se

aplican fácilmente a los paneles de yeso, o se elaboran durante la aplicación de la

capa de acabado de yeso. Las superficies lisas y duras obtenidas con acabados de

revestimientos finos y enyesados convencionales son más higiénicas y fáciles de

mantener que los bloques de concreto expuestos. Se pueden dar a los paneles de

cemento acabados con azulejos de cerámica, ladrillo delgado o estuco sintético.

1.7.9. Versatilidad

Las construcciones con panel de yeso o cemento son adecuadas como muros

divisorios, de corredor o medianeros; ductos para tuberías y cubos para elevadores;

muros exteriores y forrado de muros; y construcciones con membranas resistentes al

fuego.

Son adaptables para cualquier tipo de construcción nueva, sea comercial,

institucional, industria lo residencial, y para remodelaciones. Forman atractivos muros

y cielorrasos sin juntas, y se adaptan fácilmente a casi cualquier contorno, módulo o

dimensiones.

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II. CEMENTO

2.1. DEFINICIÓN:

Es una sustancia de polvo fino hecha de argamasa de yeso capaz de formar una pasta

blanda al mezclarse con el agua y que se endurece espontáneamente en contacto con

el aire

El cemento es un material que une los fragmentos detríticos (arenas o gravas) de

ciertas rocas clásticas (areniscas o conglomerados). En general el cemento de estas

rocas se origina por precipitación química, siendo las sustancias cementantes más

frecuentes la sílice, los carbonatos y los óxidos de hierro.

El cemento es un polvo seco hecho de sílice, alúmina, cal, oxido de hierro y oxido de

magnesio, que se endurece cuando se mezcla con agua.

2.2. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL CEMENTO:

Los cementos pertenecen a la clase de materiales denominados aglomerantes en

construcción, como la cal aérea y el yeso (no hidráulico), el cemento endurece

rápidamente y alcanza resistencias altas; esto gracias a reacciones complicadas de la

combinación cal – sílice.

Ej.: Análisis químico del cemento:

CaO 63 % (Cal)

SiO2 20 % (Sílice)

Al2O3 6 % (Alúmina)

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Fe2O3 3 % (Oxido de Fierro)

MgO 1.5 % (Oxido de Magnesio)

K2O + Na2O 1 % (Álcalis)

Perdida por calcinación 2 %

Residuo insoluble 0.5 %

SO3 2 % (Anhídrido Sulfúrico)

CaO Residuo 1 % (Cal libre)

2.2.1. Características químicas

Módulo fundente

Compuestos secundarios

Perdida por calcinación

Residuo insoluble

2.2.2. Características físicas

Superficie específica

Tiempo de fraguado

Falso fraguado

Estabilidad de volumen

Resistencia mecánica

Contenido de aire

Calor de hidratación

2.3. TIPOS DE CEMENTO

Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos:

2.3.1. De origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en

proporción 1 a 4 aproximadamente;

2.3.2. De origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de origen

orgánico o volcánico.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Puzolana

http://es.wikipedia.org/wiki/Caliza

http://es.wikipedia.org/wiki/Arcilla



Entre otras clasificaciones tenemos:

A. CEMENTO PÓRTLAND: Cemento hidráulico producido mediante la

pulverización del clinker, compuesto esencialmente de silicatos de calcio

hidráulicos y que contiene generalmente una o más de las formas de sulfato de

calcio como una adición durante la molienda.

i) TIPOS DE CEMENTO PÓRTLAND:

a. Tipo I: normal es el cemento Pórtland destinado a obras de concreto en

general, cuando en las mismas no se especifique la utilización de otro tipo.

(Edificios, estructuras industriales, conjuntos habitacionales)

Libera más calor de hidratación que otros tipos de cemento.

b. Tipo II: de moderada resistencia a los sulfatos, es el cemento Pórtland

destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a la acción

moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratación,

cuando así sea especificado.(Puentes, tuberías de concreto)

c. Tipo III: Alta resistencia inicial, como cuando se necesita que la estructura

de concreto reciba carga lo antes posible o cuando es necesario

desencofrar a los pocos días del vaciado.

d. Tipo IV: Se requiere bajo calor de hidratación en que no deben producirse

dilataciones durante el fraguado.

e. Tipo V: Usado donde se requiera una elevada resistencia a la acción

concentrada de los sulfatos (canales, alcantarillas, obras portuarias)

B. CEMENTOS SIDERÚRGICOS: Es el producto que se obtiene de la mezcla

conjunta de clínquer, escoria básica granulada de alto horno y yeso. La escoria

básica granulada, es el producto que se obtiene por enfriamiento brusco de la

masa fundida no metálica, que resulta en el tratamiento de mineral de hierro,

en un alto horno. Si tiene menos de 30% de escoria básica, se denomina

Cemento Portland Siderúrgico.

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C. CEMENTO CON AGREGADO A: Es el producto que se obtiene de molienda

conjunta con clínquer, agregado tipo A y yeso. El agregado tipo A es una

mezcla de sustancias, compuestas por un material cálcico-arcilloso, que ha

sido calcinado a temperatura superior a 900 ºC, y otros materiales a base de

óxidos de silicio, aluminio y fierro. Si contiene menos del 30% del agregado tipo

A se llama Cemento Portland Tipo A, y si tiene entre 30 y 50% se llama

Cemento Tipo A.

D. CEMENTO PUZOLÁMICO: Es el producto que se obtiene de la molienda

conjunta del clínquer, puzolana y yeso. La Puzolana es el material sílico-

aluminoso que, aunque no posee propiedades aglomerantes por si solo, las

desarrolla cuando está finamente dividido y en presencia de agua, por reacción

química con el hidróxido de calcio, a la temperatura ambiente.

i) Tipos De Cemento Portland Puzolánico:

a. Pórtland Puzolánico tipo IP: Donde la adición de puzolana es del 15 –40 %

del total.

b. Pórtland Puzolánico tipo I(PM) : Donde la adición de puzolana es menos del

15 %

c. Pórtland Puzolánico tipo P : Donde la adición de puzolana es mas del 40%

E. CEMENTOS ESPECIALES

Cemento Pórtland Blanco

Cemento de Albañilería

Cementos Aluminosos

Cementos compuestos

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2.4. CEMENTOS RECOMENDABLES POR SUS EFECTOS EN EL

CONCRETO

Las condiciones que deben tomarse en cuenta para especificar el concreto idóneo y

seleccionar el cemento adecuado para una obra, pueden determinarse por la

indagación oportuna de dos aspectos principales:

1) las características propias de la estructura y de los equipos y procedimientos

previstos para construirla.

2) las condiciones de exposición y servicio del concreto, dadas por las

características del medio ambiente y del medio de contacto y por los efectos

previsibles resultantes del uso destinado a la estructura.

Existen diversos aspectos del comportamiento del concreto en estado fresco o

endurecido, que pueden ser modificados mediante el empleo de un cemento

apropiado, para adecuar los a los requerimientos específicos dados por las

condiciones de la obra. Las principales características y propiedades del concreto que

pueden ser influidas y modificadas por los diferentes tipos y clases de cemento, son

las siguientes:

Cohesión y manejabilidad

Concreto Pérdida de revenimiento fresco

Asentamiento y sangrado

Tiempo de fraguado

Adquisición de resistencia mecánica

Concreto Generación de calor endurecido

Resistencia al ataque de los sulfatos

Estabilidad dimensional (cambios volumétricos)

Estabilidad química (reacciones cemento-agregados)

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2.4.1. Propiedades físicas del cemento de aluminato de calcio

Fraguado: Normal 2-3 horas.

Endurecimiento: muy rápido. En 6-7 horas tiene el 80% de la resistencia.

Estabilidad de volumen: No expansivo.

Calor de hidratación: muy exotérmico.

a. Aplicaciones

El cemento de aluminato de calcio resulta muy adecuado para:

Hormigón refractario.

Reparaciones rápidas de urgencia.

Basamentos y bancadas de carácter temporal.

Cuando su uso sea justificable, se puede utilizar en:

Obras y elementos prefabricados, de hormigón en masa o hormigón no

estructural.

Determinados casos de cimentaciones de hormigón en masa.

Hormigón proyectado.

No resulta nada indicado para:

Hormigón armado estructural.

Hormigón en masa o armado de grandes volúmenes.(muy exotérmico)

Es prohibido para:

Hormigón pretensado en todos los casos.

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2.5. PRODUCCION DE CEMENTO

Proceso de fabricación:

2.5.1. EXTRACCION DE CANTERAS

De las canteras de piedra se extrae la caliza, y las arcillas a través de barrenación y

detonación con explosivos.

2.5.2. CHANCADO

El material de la cantera es fragmentado en las trituradoras, cuya tolva recibe la

materia prima, que por efecto de impacto o presión son reducidos a un tamaño

máximo de una o media pulgada.

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http://2.bp.blogspot.com/_k-cgEb5XqVA/SGbxQdTcGkI/AAAAAAAAAA8/nmOV1UAOGiA/s1600-h/Dibujo.bmp

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2.5.3. MOLINO DE CRUDO

Se realiza por medio de un molino vertical de acero, que muele el material mediante la

presión que ejercen tres rodillos cónicos al rodar sobre una mesa giratoria de

molienda. Se utilizan también para esta fase molinos horizontales, en cuyo interior el

material es pulverizado por medio de bolas de acero.

2.5.4. HORNEADO

Es la parte medular del proceso, donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo

interior a 1,400 °C la harina cruda se transforma en clinker, que son pequeños

módulos gris obscuro de 3 a 4 cm.

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http://2.bp.blogspot.com/_k-cgEb5XqVA/SGbyTuyrdPI/AAAAAAAAABU/jcTGYEf_dcg/s1600-h/dibujo4.bmp



2.5.5. MOLINO DE CEMENTO

El clinker es molido a través de bolas de acero de diferentes tamaños a su paso por

las dos cámaras del molino, agregando el yeso para alargar el tiempo de fraguado del

cemento.

2.5.6. ENSACADO

El cemento es enviado a los silos de almacenamiento; de los que se extrae por

sistemas neumáticos o mecánicos, siendo transportado a donde será envasado en

sacos de papel, o surtido directamente a granel. En ambos casos se puede despachar

en camiones, tolvas de ferrocarril o barcos.

2.6. ADITIVOS DE CONCRETO

Los aditivos del concreto son productos capaces de disolverse en agua, que se

adicionan durante el mezclado en porcentajes no mayores de[ 5% de la masa de

cemento, con el propósito de producir una modificación en el comportamiento de]

concreto en su estado fresco y/o en condiciones de trabajo. Esta definición excluye,

por ejemplo, a las fibras metálicas, las puzolanas y otros. En la actualidad los aditivos

permiten la producción de concretos con características diferentes a los tradicionales,

han dado un creciente impulso a la construcción y se consideran como un nuevo

ingrediente, conjuntamente con el cemento, el agua y los agregados.

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http://1.bp.blogspot.com/_k-cgEb5XqVA/SGbymWxjKFI/AAAAAAAAABc/W2VPCMcxGlI/s1600-h/Dibujo5.bmp



2.6.1. ANTECEDENTES

Los antecedentes más remotos de los aditivos químicos se encuentran en los

concretos romanos, a los cuales se incorporaba sangre y clara de huevo.

La fabricación del cemento portland alrededor de 1850 y el desarrollo del concreto

armado, llevó a regular el fraguado con el cloruro de calcio, patentado en 1885. Al

inicio del siglo se efectuaron sin éxito comercial estudios sobre diferentes aditivos.

El primer antecedente de los aditivos químicos modernos se encuentra en el empleo

ocasional del sulfonato naftaleno formaldehído, que fue utilizado en 1930 para actuar

como dispersante en concretos con adiciones negro de humo, destinados a carriles de

pavimentos que por su coloración pudieran llamar la atención de los conductores de

vehículos. Si bien en 1932 se registro una patente de los EE.UU. no se aplicó por su

elevado costo y exceder los requerimientos de las construcciones de concreto de esa

época.

2.6.2. TIPOS DE ADITIVOS

Los aditivos pueden clasificarse tentativamente según las propiedades que modifican

en el concreto fresco o endurecido.

A. EN ESTADO FRESCO:

• Incrementar la trabajabilidad sin aumento de agua o reducir el contenido de agua con

similar trabajabilidad.

• Retardar o acelerar el fraguado.

• Modificar el asentamiento.

• Disminuir la exudación

• Reducir la segregación

B. EN EL CONCRETO ENDURECIDO:

• Mejorar la actitud al bombeo 1 Aditivos Del Concreto

• Acelerar la ganancia de resistencia temprana.

• Incrementar la resistencia.

• Mejorar la durabilidad frente a exposición severa,

• Disminuir la permeabilidad.

• Producir expansión o controlar la contracción.

• Incrementar la adherencia con las barras de acero de refuerzo.

• Impedir la corrosión de las barras de refuerzo.

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• Controlar la reacción álcali-agregado

En la actualidad los aditivos responden a las siguientes normas: Reductores de agua y

reguladores de fragua: ASTM C 494 NTP 334.088 Incorporadores ASTM C 260 de aire

(1) NTP 334.089 Cloruro ASTM D 98 de calcio: (1) Fluidificantes: ASTM C 1017

2.7. APLICACIONES DEL CEMENTO

2.7.1. INGENIERÍA ESTRUCTURAL

Desarrollamos investigaciones de tipo analítico y experimental en materiales,

elementos estructurales y sistemas constructivos de concreto. Los estudios se

orientan al desarrollo y evaluación de concretos de alto comportamiento, nuevas

tecnologías constructivas y reforzamiento, reparación y reestructuración de

estructuras existentes. Con argumentos sólidamente soportados, se resaltan las

ventajas que tiene el uso del concreto en las estructuras, comparado con el acero.

Podemos apoyar en elaboración de anteproyectos estructurales (ingeniería de

detalle), evaluación de estructuras existentes y proyectos de reforzamiento de

estructuras con deficiencias de calidad en materiales.

A. Construcción De Edificios

Es muy importante su uso en las zapatas aisladas ya que estas se construyen

directamente sobre el suelo excavado. Además es la parte que va a soportar toda la

construcción.

La zapata se tiene, después de tener el terreno excavado con las dimensiones de la

zapata aislada y cota correspondiente, se vaciará una capa de hormigón pobre sobre

la base del terreno con una dosificación 1: 8 (cemento: arena) para empezar con el

armado de los fierros.es la base de toda la construcción.

B. Otros como:

2. el puente interurbano más grande de Colombia : El concreto es protagonista

de los entramados urbanos que acortan distancias y generan nuevas dinámicas de

comunicación vial en la ciudad. A continuación un repaso a los avances en la

construcción del que será el puente urbano más largo Colombia.

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3. Vaciado del concreto en clima frío En obra, las condiciones ambientales y

especialmente las temperaturas externas en días fríos son factores que afectan

directamente el desarrollo de resistencias y el comportamiento del concreto.

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3.1. Planta Cartagena-Línea 4 Argos La nueva línea de producción de la planta

Cartagena, constituyó por su tamaño, complejidad y tipo, una obra de gran

relevancia para la ingeniería colombiana. Contribuyó con aspectos de

desarrollo social generando empleo y nuevos horizontes de mejoramiento, y

representó un verdadero desafío por su magnitud y por el tiempo récord de

construcción.

Concreto lanzado en túneles Desde hace muchos siglos ha existido la

necesidad de vencer los obstáculos de la naturaleza para el bienestar de la población,

el comercio y la economía de un país. Por tal razón, en las últimas décadas Colombia

ha venido realizando proyectos de obras subterráneas, especialmente, túneles férreos

y viales, hidroeléctricas, y se ha convertido en potencia latinoamericana de túneles

carreteros.

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Dentro de los procesos constructivos

de túneles hidroeléctricos y túneles

viales, el concreto lanzado o el

concreto neumático o shotcrete son

elementos fundamentales tanto en el

sostenimiento como en el

revestimiento de túneles y obras

subterráneas. Estos tipos de proyecto

han motivado un continuo desarrollo

tecnológico del concreto, la

maquinaria, la aplicación y el control

de calidad.



III. ARCILLA

3.1. DEFINICIÓN

La arcilla es una asociación de minerales arcillosos (silicatos complejos hidratados de

aluminio), de pequeño tamaño de partícula originada por la alteración hidrotermal de

rocas ígneas (granitos, riolitas, dioritas, basaltos)que, bajo condiciones propias de

presión, temperatura, acidez, etc., decilicifican a minerales arcillosos sílice libre y

alcalies que se lixivian según la conocida reacción:

Desde el punto de vista mineralógico, engloba a un grupo de minerales

(minerales de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades

físico-químicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino

(inferior a 2m ).

Desde el punto de vista petrológico la arcilla es una roca sedimentaria, en la

mayor parte de los casos de origen detrítico, con características bien definidas.

Para un sedimentólogo, arcilla es un término granulométrico, que abarca los

sedimentos con un tamaño de grano inferior a 2 m.

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3.2. ESTRUCTURAS DE LA ARCILLLA

Las arcillas, al igual que el resto de los filosilicatos, presentan una estructura basada

en el apilamiento de planos de iones oxígeno e hidroxilos. Los grupos tetraédricos

(SiO)44- se unen compartiendo tres de sus cuatro oxígenos con otros vecinos

formando capas, de extensión infinita y fórmula (Si2O5)2-, que constituyen la unidad

fundamental de los filosilicatos. En ellas los tetraedros se distribuyen formando

hexágonos. El silicio tetraédrico puede estar, en parte, sustituido por Al3+ o Fe3+.

Estas capas tetraédricas se unen a otras octaédricas de tipo gibbsita o brucita. En

ellas algunos Al3+ o Mg2+, pueden estar sustituidos por Fe2+ o Fe3+ y más

raramente por Li, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn. El plano de unión entre ambas capas está

formado por los oxígenos de los tetraedros que se encontraban sin compartir con otros

tetraedros (oxígenos apicales), y por grupos (OH)- de la capa brucitica o gibsitica, de

forma que, en este plano, quede un (OH)- en el centro de cada hexágono formado por

6 oxígenos apicales. El resto de los (OH)- son reemplazados por los oxígenos de los

tetraedros (Figura siguiente).

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http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/Estructura2Sm.bmp



3.3. CLASIFICACIÓN

Cada una de las propiedades de la Arcilla puede dar lugar a una clasificación distinta.

Así pues, puede clasificarse según su color, su temperatura de cocción, sus

propiedades plásticas, su porosidad después de la cocción, su composición química,

etc.

3.3.1. Según su uso práctico se clasifican en:

A. Tierras Arcillosas; se vuelven vidriosas incluso a 900°C, contiene elevados

porcentajes de partículas silicuas o calizas.

B. Arcillas comunes ; son fusibles y se usan a temperatura comprendidas entre

900 y 1050°C. Contienes grandes cantidades de Carbonato Cálcico y Óxidos

de Hierro.

C. Arcillas para losa : se usan hasta temperaturas de 1250°C, casi no contiene

impurezas y contiene más de 25% de caolinita.

D. Arcillas para gres : funde a temperaturas elevadas, pero sintetizan y compactan

a temperaturas inferiores, originando productos de nula porosidad y vitrificados.

E. Arcillas para porcelana : tienen un punto de vitrificación muy elevado por lo que

se añaden un número elevado de fundentes.

3.3.2. Según su fusibilidad y color de arcilla se clasifican en:

A. Caolines : su componente principal es la caolinita, puede usarse a temperaturas

superiores a 1300°C.

B. Arcillas refractarias : son arcillas que pueden usarse hasta los 1500°C. Su

composición y color son variables aunque el contenido en Sílice es elevado.

C. Arcillas gresificables : son arcillas bastante refractarias. Pueden usarse a

temperaturas elevadas. Son más plásticas que las refractarias, dando lugar a

los productos de nula porosidad.

D. Arcillas blancas grasas : Se usan a temperaturas inferiores a los 1250°C y

poseen elevada plasticidad y gran encogido durante el secado. Toman color

blanco o marfil después de la cocción.

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E. Arcillas rojas fusibles : son arcillas de alta fusibilidad. Son plásticas. Su

composición es muy variable, pero siempre con alto contenido de hierro. Según

su origen geológico:

F. Arcillas primarias : son aquellas que se encuentran en el mismo lugar de su

formación. Por lo general solo podemos considerar, arcillas primarias, a los

caolines.

G. Arcillas secundarias o sedimentarias: son aquellas que no se encuentran en el

lugar de formación por haber sido arrastradas y posteriormente sedimentadas.

Estas Arcillas por lo general, están impurificadas con materiales muy diversos,

lo que produce la gran diversidad de Arcillas que puedan encontrarse.

3.3.3. Según su trabajabilidad:

A. Arcillas grasas : Son arcillas impuras de colores entre café, grises, rojizos o

amarillentos, se encuentran formando capas y se las conoce como ceraturo o

tierra arcillosa

B. Magras : Son arcillas muy puras y duras lo que les hace difíciles de trabajar y

dar forma. Se las conoce como Caolín, material de color blanco y al que se le

ve como una sola masa y sirve para trabajos eminentemente de cerámica.

3.3.4. Según las características de las Arcillas Crudas:

A. Arcillas bituminosas : son de color negro, gris o azulado debido al alto contenido

de substancias orgánicas.

B. Caolines : son de coloro blanco, amarillento o ligeramente azulado. Se adhieren

mucho a la lengua y con agua forman una masa moldeable pero que no se

adhiere a los objetos en contacto con ella.

C. Arcillas emécticas : Son aquellas que se diferencian de los caolines en que con

agua forman una masa no moldeable y absorben con gran avidez las grasas y

aceites.

D. Arcillas plásticas : sonde color amarillento o pardo. Tienen tacto graso y se

pulimentan con la uña. Con agua forman una masa muy plástica, permitiendo

incluso la formación de anillos a partir de pequeñas barras cilíndricas. En su

composición puede haber algo de arena o mica e hidróxido férrico.

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E. Arcillas limosas : son de color amarillo o pardo, se adhieren a la lengua pero no

tienen tacto graso, ni pueden pulimentarse ni son lo suficientemente plásticas

como para poder formar anillos sin romperse.

F. Loess : son de colores grises y amarillentos. Se adhieren a la lengua. No son

muy trabajables. Tienen alto contenido en compuestos de hierro y algo de cal.

Sus partículas son de grano muy fino.

G. Arcillas Figulinas : Actualmente se tiende a incluirlas con las arcillas plásticas,

ya que su única diferencia es un mayor contenido en cal y hierro, son menos

plásticas, sus partículas son de granos muy finos.

H. Magras : Son de color variable como gris, verdoso, amarillento, etc. Se adhieren

a la lengua y contienen gran cantidad de caliza. Las verdaderas magras no

rayan el vidrio. Son fusibles y se reconocen por la efervescencia que se

produce al agregarse algunas gotas de ácido.

I. Gredas : son de color variado, generalmente blanco. Se adhieren a la lengua,

son de grano bastante grueso y contienen un alto porcentaje de cuarzo.

4.4. CARACTERISTICAS

Material de estructura laminar.

Sumamente higroscópico.

Su masa se expande con el agua.

Con la humedad se reblandece y se vuelve plástica.

Al secarse su masa se contrae en un 10%

Generalmente se le encuentra mezclada con materia orgánica.

Adquiere gran dureza al ser sometida a temperaturas mayores a 600°C.

4.4.1. PLASTICIDAD

Es posiblemente la propiedad más importante en el estudio del suelo. Depende de su

mineralogía, distribución de partícula, intercambio iónico, historia geológica, etc. Se

determina en función del:

A. Limite plástico (L P) o unidad mínima expresada como porcentaje de la

correspondiente a suelo seco que puede enrrollarse de en hilos de

0.319 cm de diámetro sin romperse, correspondiente al agua absorbida,

sobre la condición rígida, sin separación de partículas.

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B. Limite liquido (L 1) o humedad con porcentaje del suelo secado que fluye

al agitarse ligeramente.

Índice de plasticidad o diferencia entre límites liquido y plástico, valores comunes para

dichos límites son:

LP L1

Montmorrrillonita 51-97 125-700

Atapulgita 100-124 161-232

Hidrómica 36-43 69-100

Caolinita 26-38 34-73

Haloisita 29-60 34-65

Alofano 78-131 85-207

Clorita 36-48 44-47

4.4.2. ACTIVIDAD

Es la relación de índice de plasticidad a contenido de fracción seca a porcentaje de

tamaño menor de 2 micrones. Varía entre 0.5 y 7.0 para montmorrillonitas, 0.57a 1.23

para atapulgita, 0.23 a 0.58 para hidrómica, 0.01 a 0.41 para caolinita, y 0.02 a 0.16

para Haloisita. Se diferencia entre arcillas:

Arcilla Índice de plasticidad

Inactivas >0.5

Inactivas <0.50;0.75>

Normales <0.75;1.25>

Activas <1.25;2>

activas >2

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Desde el punto de construcción es recomendable el uso de arcillas poco plásticas,

gruesas, de baja calidad.

4.4.3. INDICE DE LIQUIDEZ

Es la relación de contenido de de agua menos limite plástico a índice de plasticidad.

Varía con el grado de consolidación del depósito, y normalmente, son de alto índice

las montmorrillas sódicas y de bajo, las arcillas floculadas.

4.4.4. RESISTENCIA A LA TENSIÓN

Es la resistencia de una briqueta sometida a carga progresiva mayor, pero varía

mucho con la humedad, orientación de partículas, etc. Si mide con equipos

específicos.

4.4.5. SENSIBILIDAD

Es la relación entre la resistencia de suelo no disturbado y la de suelo remoldeado,

con la misma humedad. Se diferencia entre suelos:

Insensibles, si lel índice es menor de 1

De baja sensibilidad, si es entre 1y2

De sensibilidad media, entre 2y4

Sensibles, entre 4y8

Extra sensibles, mayor de 8

Rápidos, de índice mayor de 16

4.4.6. PERMEABILIDAD

Es la capacidad del suelo de ser atravesado por un fluido. El coeficiente de

permeabilidad es:

D- Tamaño efectivo de partícula

e- relación de espacios vacios

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K = 200 D2 e2



4.4.7. ABSORCION DEL AGUA

Es la propiedad de algunos suelos de absorber agua e incrementar su volumen.

Normalmente se debe a montmorrillonitas y en menor grado, a otras arcillas. En suelos

confinados, el hinchamiento puede desarrollar presiones de hasta 167 Ton/mt2.

Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el sector de los

absorbentes ya que pueden absorber agua u otras moléculas en el espacio

interlaminar (esmectitas) o en los canales estructurales (sepiolita y paligorskita).

4.4.8. HIDRATACIÓN E HINCHAMIENTO

La hidratación y deshidratación del espacio interlaminar son propiedades

características de las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos

industriales. Aunque hidratación y deshidratación ocurren con independencia del tipo

de catión de cambio presente, el grado de hidratación sí está ligado a la naturaleza del

catión interlaminar y a la carga de la lámina.

4.4.9. TIXOTROPÍA

La tixotropía se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de

un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las arcillas

tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido. Si, a

continuación, se las deja en reposo recuperan la cohesión, así como el

comportamiento sólido. Para que una arcilla tixotrópica muestre este especial

comportamiento deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite líquido. Por

el contrario, en torno a su límite plástico no existe posibilidad de comportamiento

tixotrópico

4.5. APLICACIONES EN INGENIERIA CIVIL

En ingeniería civil y particularmente, en mecánica de suelos, es fundamental el

conocimiento de los suelos y su comportamiento bajo condiciones diversas que

dependen de su historia geológica y composición. Así, en suelos arcillosos, son

importantes sus características actuales y sus reacciones a la acción de

soluciones químicas, corrientes eléctricas o al contacto con otros minerales que

pág. 31



puedan variar completamente su permeabilidad, resistencia, etc. En general el

estudio de suelos en ingeniería civil incluye mineralogía y comportamiento bajo

condiciones diversas. La determinación mineralógica es importante por que

permite predecir su comportamiento y la forma de controlarlo.

Creación de membranas impermeables en torno a barreras en el suelo, o como

soporte de excavaciones.

Prevención de hundimientos. En las obras, se puede evitar el desplome de

paredes lubricándolas con lechadas de bentonita.

Protección de tuberías: como lubricante y rellenando grietas.

En cementos: aumenta su capacidad de ser trabajado y su plasticidad.

En túneles: Ayuda a la estabilización y soporte en la construcción de túneles.

Actúa como lubricante (un 3-5 % de lodo de bentonita sódica mantenida a

determinada presión soporta el frente del túnel). También es posible el

transporte de los materiales excavados en el seno de fluidos benoníticos por

arrastre.

En tomas de tierra: Proporciona seguridad en el caso de rotura de cables

enterrados.

Transporte de sólidos en suspensión.

Dentro del campo de la construcción, la arcilla no es utilizada directamente sino

más bien se la usa en la fabricación de baldosas, ladrillos, sanitarios, tejas, y

en la mezcla de las pinturas, etc.

La arcilla y la bentonita se ha venido usando desde los años 50 como agente

aglutinante en la producción de pellets del material previamente pulverizado

durante las tareas de separación y concentración. La proporción de bentonita

añadida es del 0,5%, en la mayor parte de los casos.

Material de Sellado: Durante muchos años las bentonitas se han venido

utilizando en mezclas de suelos en torno a los vertederos, con el fin de

disminuir la permeabilidad de los mismos. De esta forma se impide el escape

de gases o lixiviados generados en el depósito.

Más recientemente ha surgido una nueva tendencia en el diseño de barreras

de impermeabilización que se basa en la fabricación de complejos bentonitas-

geosintéticos (geomembranas y geotextiles). Consiste en la colocación de una

barrera de arcilla compactada ente dos capas, una de geotextil y otra de

geomembrana (plásticos manufacturados, como polietileno de alta densidad o

polipropileno, entre otros).

pág. 32



Así mismo, se utilizan bentonitas sódicas como material impermeabilizante y

contenedor en los siguientes campos:

- Como contenedores de aguas frescas: Estanques y lagos

ornamentales, campos de golf, canales...

- Como contenedores de aguas residuales: Efluentes industriales

(balsas).

- En suelos contaminados: Cubiertas, barreras verticales

- En el sellado de pozos de aguas subterráneas contaminadas.

- En depósitos de residuos radiactivos: Repositorios subterráneos,

sellado de fracturas en granitos, etc.

Se utiliza para cementar fisuras y grietas de rocas, absorbiendo la humedad

para impedir que esta produzca derrumbamiento de túneles o excavaciones,

para impermeabilizar trincheras, estabilización de charcas, etc.

pág. 33



IV. BIBLIOGRAFÍA

DOVAL MONTOYA, M. GARCÍA ROMERO, E., LUQUE DEL VILLAR, J., MARTIN-VIVALDI CABALLERO, J. L. y RODAS GONZALEZ, M. (1991). "Arcillas Industriales: Yacimientos y Aplicaciones". En: Yacimientos Minerales. Editores: R. Lunar y R. Oyarzun. Editorial Centro de Estudios Ramón Areces, S. A. Madrid. pgs 582-608.

DOVAL MONTOYA, M. (1990). "Bentonitas" . En: Recursos Minerales de España. Coord. J. García Guinea y J. Martínez Frias

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pág. 34

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Documents

Cemento y Arcilla en La Ingenieria Civil