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INTRODUCCIN
Estamos viviendo la poca dorada de la Qumica rodeada por sus
productos, tejidos, tinturas, pinturas, plsticos, papel, vidrio,
metales, medicamentos, adems, la qumica puede decirnos mucho acerca
de los problemas modernos como son: la disposicin de los desechos
industriales, la polucin, el calentamiento global, la contaminacin
ambiental y la bsqueda de nuevas fuentes de energa, por lo cual la
qumica es definitivamente comprensible, seductora y segura.La
qumica es fundamental y necesaria para entender y comprender: la
ciencia de los materiales, la medicina, la biologa, casi todas las
ramas de la ingeniera y otras ciencias. Adems, la qumica desempea
un papel importante en nuestra economa, pues las sustancias qumicas
afectan nuestra vida diaria de mltiples maneras.La era que estamos
viviendo se conoce como ERA ATMICA y el tomo es la base del estudio
de la qumica; por lo tanto, vivimos en la Era de la Qumica y en
consecuencia se debe pensar en profesionales egresados de las reas
de Ciencias Exactas e Ingenieras, en cuya preparacin acadmica, se
incluyan los conocimientos de las transformaciones permanentes de
la materia, sus cambios de energa, estructura, propiedades y su
relacin con el entorno como base formativa general para la
posterior aplicacin de los conceptos y mtodos de la ciencia.
LA QUMICA EN LA INGENIERA
La Ingeniera es considerada como el rea del quehacer humano,
encargada de transformar los descubrimientos cientficos, en
aparatos, instrumentos, dispositivos, etc. que puedan beneficiar a
la sociedad; sin embargo, esto no implica necesariamente que no se
den avances cientficos a partir de las ingenieras. Adicionalmente a
esto, actualmente se sabe que cualquier avance cientfico o
tecnolgico es de carcter multidisciplinario.Por otro lado, en la
actualidad, con el conocimiento que se tiene sobre las reacciones
qumicas, es posible, la mayora de las veces, fabricar materiales
sobre pedido; es decir, materiales que renan ciertas caractersticas
deseables, si no es que ideales para el fin al cual sern
destinados. Sin embargo, por lo general, no son los qumicos los
encargados de aprovechar las propiedades de los materiales; de esto
se encargan principalmente los ingenieros, ya que, valga la
expresin, con su ingenio, son capaces de aprovechar al mximo las
caractersticas y las propiedades de un material particular. Por lo
anterior, todo ingeniero, debe tener una educacin integral en el
conocimiento de los principios bsicos de las ciencias exactas,
entre las que se encuentra la Qumica, a fin de que pueda
comprender, lo mejor posible, los cambios que ocurren no slo en la
naturaleza, sino tambin en los procesos industriales y en los
eventos de la vida diaria; adems, esos conocimientos le
proporcionan las herramientas necesarias para que, dado el caso,
pueda optimizar procesos, explicar fenmenos y crear o mejorar
dispositivos que redunden en beneficios a la sociedad.
Adicionalmente a lo anterior, resulta de singular importancia que
el ingeniero conozca el lenguaje tcnico bsico de las ciencias
exactas, para que pueda comprender la literatura especializada en
los avances cientficos y tecnolgicos.
IMPORTANCIA DE LA QUIMICA EN LA INGENIERIA CIVIL
Para empezar, tenemos que una de las principales reas de
desarrollo de la Ingeniera Civil es la industria de la construccin,
donde es indispensable el empleo de cementos y concretos de
diferentes tipos; por ejemplo, concretos de fraguado rpido,
concretos que inhiben el crecimiento de bacterias, concretos
impermeables, etc. Las diferencias en las caractersticas fsicas y
qumicas de cada concreto dependen de su composicin qumica; por lo
que, resulta de singular importancia que los ingenieros civiles
conozcan los conceptos de: unidades de concentracin, fuerzas
intramoleculares, fuerzas intermoleculares y estructuras
cristalinas, que les sern tiles para comprender y aprovechar al
mximo las caractersticas de cada concreto. Un fenmeno comn en la
industria de la construccin es la corrosin de las estructuras
metlicas; la cual no es otra cosa que una reaccin electroqumica,
que bien puede evitarse, minimizarse o incluso hacerse reversible.
Otras reas importantes de desarrollo de los ingenieros civiles, son
la Ingeniera Ambiental y la Ingeniera Sanitaria, en las cuales el
profesionista que pretende aplicar mtodos de tratamiento fsicos o
qumicos, de purificacin a las aguas residuales, debe de entender
claramente conceptos bsicos como concentraciones (molar, normal,
ppm o % en peso), pH, teoras cido-base y las tcnicas de valoracin
del grado de acidez de una sustancia.La ingeniera es un puente
entre la ciencia y la sociedad, y el papel del ingeniero es el de
aplicar los ltimos descubrimientos cientficos en la solucin de
problemas. A todos los ingenieros, les interesa mejorar las
caractersticas del producto que disean: los ingenieros civiles
desean construir estructuras slidas y confiables, que sean estticas
y resistentes a la corrosin.
Propiedades de los materiales
Con objeto de utilizar y combinar adecuadamente los materiales
de construccin los proyectistas deben conocer sus propiedades. Los
fabricantes deben garantizar unos requisitos mnimos en sus
productos, que se detallan en hojas de especificaciones. Entre las
distintas propiedades de los materiales que se encuentran:
Densidad: relacin entre la masa y el volumen. Higroscopicidad:
capacidad para absorber el agua. Coeficiente de dilatacin: variacin
de tamao en funcin de la temperatura. Conductividad trmica:
facilidad con que un material permite el paso del calor.
Resistencia mecnica: capacidad de los materiales para soportar
esfuerzos. Elasticidad: capacidad para recuperar la forma original
al desaparecer el esfuerzo. Plasticidad: deformacin permanente del
material ante una carga o esfuerzo. Rigidez: la resistencia de un
material a la deformacin.
Clasificacin de los materiales de construccin segn el tipo de
material.
5.1 Arena 5.2 Arcilla 5.3 Piedra 5.4 Metlicos 5.5 Orgnicos 5.6
Sintticos
Tipos
Atendiendo a la materia prima utilizada para su fabricacin, los
materiales de construccin se pueden clasificar en diversos
grupos:
Arena
Se emplea arena como parte de morteros y hormigones. El
principal componente de la arena es la slice o dixido de silicio
(SiO2). De este compuesto qumico se obtiene:
Vidrio, material transparente obtenido del fundido de slice.
Fibra de vidrio, utilizada como aislante trmico o como componente
estructural (GRC, GRP) Vidrio celular, un vidrio con burbujas
utilizado como aislante elctrico.
Arcilla
La arcilla es qumicamente similar a la arena: contiene, adems de
dixido de silicio, xidos de aluminio y agua. Su granulometra es
mucho ms fina, y cuando est hmeda es de consistencia plstica. La
arcilla mezclada con polvo y otros elementos del propio suelo forma
el barro, material que se utiliza de diversas formas:
Barro, compactado "in situ" produce tapial Cob, mezcla de barro,
arena y paja que se aplica a mano para construir muros. Adobe,
ladrillos de barro, o barro y paja, secados al sol.
Cuando la arcilla se calienta a elevadas temperaturas (900 C o
ms), sta se endurece, creando los materiales cermicos:
Ladrillo, ortoedro que conforma la mayora de paredes y muros.
Teja, pieza cermica destinada a canalizar el agua de lluvia hacia
el exterior de los edificios. Gres, de gran dureza, empleado en
pavimentos y revestimientos de paredes. En formato pequeo se
denomina gresite Azulejo, cermica esmaltada, de mltiples
aplicaciones como revestimiento.
Piedra
La piedra se puede utilizar directamente sin tratar, o como
materia prima para crear otros materiales. Entre los tipos de
piedra ms empleados en construccin destacan:
Granito, tradicionalmente usado en toda clase de muros y
edificaciones, actualmente se usa principalmente en suelos (en
forma de losas), aplacados y encimeras. De esta piedra suele
fabricarse el: Adoqun, ladrillo de piedra con el que se pavimentan
algunas calzadas. Mrmol, piedra muy apreciada por su esttica, se
emplea en revestimientos. En forma de losa o baldosa. Pizarra,
alternativa a la teja en la edificacin tradicional. Tambin usada en
suelos. Caliza, piedra ms usada en el pasado que en la actualidad,
para paredes y muros. Arenisca, piedra compuesta de arena
cementada, ha sido un popular material de construccin desde la
antigedad.
La piedra en forma de guijarros redondeados se utiliza como
acabado protector en algunas cubiertas planas, y como pavimento en
exteriores. Tambin es parte constitutiva del hormign
Mediante la pulverizacin y tratamiento de distintos tipos de
piedra se obtiene la materia prima para fabricar la prctica
totalidad de los conglomerantes utilizados en construccin:
Cal, xido de calcio (CaO) utilizado como conglomerante en
morteros, o como acabado protector. Yeso, sulfato de calcio
semihidratado (CaSO4 1/2H2O), forma los guarnecidos y enlucidos.
Escayola, yeso de gran pureza utilizado en falsos techos y
molduras. Cemento, producto de la calcinacin de piedra caliza y
otros xidos.
El cemento se usa como conglomerante en diversos tipos de
materiales:
Terrazo, normalmente en forma de baldosas, utiliza piedras de
mrmol como rido. Piedra artificial, piezas prefabricadas con
cemento y diversos tipos de piedra. Fibrocemento, lmina formada por
cemento y fibras prensadas. Antiguamente de amianto, actualmente de
fibra de vidrio.
El cemento mezclado con arena forma el mortero: una pasta
empleada para fijar todo tipo de materiales (ladrillos, baldosas,
etc), y tambin como material de revestimiento (enfoscado) cuando
yeso y cal no son adecuados, como por ejemplo en exteriores, o
cuando se precisa una elevada resistencia o dureza.
Hormign.
El yeso tambin se combina con el cartn para formar un material
de construccin de gran popularidad en la construccin actual,
frecuentemente utilizado en la elaboracin de tabiques:
Cartn yeso, denominado popularmente Pladur por asimilacin con su
principal empresa distribuidora, es tambin conocido como Panel
Yeso.
Otro material de origen ptreo se consigue al fundir y estirar
basalto, generando:
Lana de roca, usado en mantas o planchas rgidas como aislante
trmico.
Metlicos
Los ms utilizados son el hierro y el aluminio. El primero se
alea con carbono para formar:
Acero, empleado para estructuras, ya sea por s solo o con
hormign, formando entonces el hormign armado. Perfiles metlicos
Redondos Acero inoxidable Acero cortn
Otros metales empleados en construccin:
Aluminio, en carpinteras y paneles solares. Zinc, en cubiertas.
Titanio, revestimiento inoxidable de reciente aparicin. Cobre,
esencialmente en instalaciones de electricidad y fontanera. Plomo,
en instalaciones de fontanera antiguas. La ley obliga a su
retirada, por ser perjudicial para la salud. Hierro
Orgnicos
Fundamentalmente la madera y sus derivados, aunque tambin se
utilizan o se han utilizado otros elementos orgnicos vegetales,
como paja, bamb, corcho, lino, elementos textiles o incluso pieles
animales.
Madera Contrachapado OSB Tablero aglomerado Madera cemento
Sintticos
Fundamentalmente plsticos derivados del petrleo, aunque
frecuentemente tambin se pueden sintetizar. Son muy empleados en la
construccin debido a su inalterabilidad, lo que al mismo tiempo los
convierte en materiales muy poco ecolgicos por la dificultad a la
hora de reciclarlos.
Tambin se utilizan alquitranes y otros polmeros y productos
sintticos de diversa naturaleza. Los materiales obtenidos se usan
en casi todas las formas imaginables: aglomerantes, sellantes,
impermeabilizantes, aislantes, o tambin en forma de pinturas,
esmaltes, barnices y lasures.
PVC o policloruro de vinilo, con el que se fabrican carpinteras
y redes de saneamiento, entre otros. Suelos vinlicos, normalmente
comercializados en forma de lminas continuas. Polietileno. En su
versin de alta densidad (HDPE PEAD) es muy usado como barrera de
vapor, aunque tiene tambin otros usos Poliestireno empleado como
aislante trmico Poliestireno expandido material de relleno de buen
aislamiento trmico. Poliestireno extrusionado, aislante trmico
impermeable Polipropileno como sellante, en canalizaciones
diversas, y en geotextiles Poliuretano, en forma de espuma se
emplea como aislante trmico. Otras formulaciones tienen diversos
usos. Polister, con l se fabrican algunos geotextiles ETFE, como
alternativa al vidrio en cerramientos, entre otros. EPDM, como
lmina impermeabilizante y en juntas estancas. Neopreno, como junta
estanca, y como "alma" de algunos paneles sandwich Resina epoxi, en
pinturas, y como aglomerante en terrazos y productos de madera.
Acrlicos, derivados del propileno de diversa composicin y usos:
Metacrilato, plstico que en forma trasparente puede sustituir al
vidrio. Pintura acrlica, de diversas composiciones. Silicona,
polmero del silicio, usado principalmente como sellante e
impermeabilizante. Asfalto en carreteras, y como impermeabilizante
en forma de lmina y de imprimacin.Relacin directa entre la Qumica y
las Construcciones Civiles:
EL CEMENTO
Para fabricar clinker de cemento a partir de material crudo es
preciso calcinar este hasta una temperatura de 1450C alcanzando as
la sinterizacin o clinkerizacin. El proceso de coccin exige una
atmosfera oxidante dentro del horno, ya que en caso contrario se
obtiene un clinker de color pardo (en vez de verde grisceo) y el
cemento resultante presenta un fraguado ms rpido y resistencias ms
bajas. Durante el calentamiento del crudo, y particularmente a la
temperatura de coccin (clinkerizacin o sinterizacin) tienen ya a
lugar importantes procesos fisicoqumicos tales como la
deshidratacin de los minerales de la arcilla, la descomposicin de
los carbonatos (descarbonatacin o expulsin de CO2, corrientemente
llamada calcinacin). Reacciones en estado slido y reacciones con
participacin de una fase liquida o fundida, as como
cristalizaciones.
1. Secado: El agua libre presente como humedad en el crudo o
aadida al mismo, por ejemplo en el proceso de granulacin, se
desprende de un intervalo de temperaturas que alcanza hasta unos
200C.
2. Deshidratacin de los minerales de la arcilla: A temperaturas
comprendidas entre 100 y 400C, aproximadamente, los minerales de la
arcilla ceden su agua adsorbida, incluida el agua interlaminar. A
temperaturas superiores y dependiendo de los tipos de minerales
arcillosos presentes en la arcilla, es decir, entre unos 400 y
750C, se desprende tambin el agua combinada qumicamente en forma de
grupos hidroxilo (deshidratacin), como sucede por ejemplo, en la
deshidratacin de la caolinita:Al2(OH8Si4O10) 2(Al2O3 * 2SiO2)+
4H2O
El metacaoln se descompone parcialmente a las temperaturas
sealadas, pero tambin y ms a temperaturas crecientes hasta unos
900C, dando lugar a mezclas de xidos reactivos, segn la ecuacin de
reaccin:Al2O3 * 2SiO2 Al2O3 + 2SiO2 En la deshidratacin de las
arcillas influyen diversos factores, tales como el tipo de
minerales arcillosos, la naturaleza y cantidad de las impurezas, el
tamao de las partculas, el grado de cristalizacin de las arcillas,
la atmsfera gaseosa, y otros.
3. Descomposicin de los carbonatos: El carbonato clcico (CaCO3)
contenido en el crudo en proporciones comprendidas entre 74 y 79%
en masa, se descompone (disociacin, descarbonatacin, calcinacin) a
temperaturas tericamente iguales o superiores a 896C, segn la
ecuacin:CaCO3 CaO + CaO2 A estas temperaturas, la presin de
disociacin es igual o mayor que 1, es decir, por lo menos igual a
la presin externa. Para ello es necesaria una entalpa de reaccin H
de 1660 kJ/kg. La temperatura de 896C slo se refiere a la calcita
pura y slo es vlida para ella; al aumentar la proporcin de
impurezas o adiciones mezcladas con ella (como sucede en los crudos
de cemento) la disociacin se desplaza hacia temperaturas ms bajas.
En la prctica, la disociacin comienza ya entre 550 y 600C. Ello es
debido a procesos qumicos entre el CaO que se forma y las adiciones
de SiO2, Al2O3 y Fe2O3, por las cuales se originan, por ejemplo y
en primer lugar, CaO*Al2O3, 12CaO*7Al2O3, CaO*SiO2 y 2CaO*SiO2, por
reaccin en estado slido. El contenido de cal libre CaO es, por lo
tanto, escaso por debajo de 800 C (menor de 2% en masa), aumentando
hasta alrededor del 20% a temperaturas mayores. La disociacin
trmica del MgCO3, de mucha menor importancia en la fabricacin de
cemento, transcurre de forma anloga, pero a temperaturas ms
bajas.4. Reacciones entre fases slidas (reacciones a temperaturas
inferiores a las de sinterizacin o clinkerizacin): Como ya queda
indicado, a partir de temperaturas comprendidas entre 550 a 600C
comienzan a producirse reacciones entre slidos, por las cuales se
combinan los productos de descomposicin del CaCO3 con los de la
arcilla, formndose primero y preferiblemente compuestos de menor
contenido de cal (por ejemplo, aluminato monoclcico y silicato
biclcico). La formacin de aluminato triclcico (3CaO*Al2O3=C3A) y de
ferritoaluminato tetraclcico (2CaO(AL2O3, Fe2O3)=C2AF), tambin
presentes en el clinker de cemento portland, comienza
aproximadamente a unos 800C. Ejemplos de estas reacciones son los
siguientes:CaO*Al2O3 + 2 CaO 3CaO*Al2O3 C3ACaO*Al2O3 + 3 CaO +
Fe2O3 4CaO*Al2O3* Fe2O3 C4AFCaO*SiO2 + CaO 2CaO*SiO2 C2SLas
reacciones entre slidos transcurren en general muy lentamente, pero
se pueden acelerar, en particular por:- reduccin del tamao de
partculas (aumento de la superficie especfica).- aumento de la
temperatura de coccin.- distorsin de las redes cristalinas.5.
Reacciones en presencia de fase liquida -fundida- (sinterizacin o
clinkerizacin): La primera formacin de fase lquida (fundida), la
cual indica el comienzo de la "sinterizacin" - o en el caso de la
fabricacin del cemento "clinkerizacin", tiene lugar a temperaturas
comprendidas entre 1260 y 1310C, aproximadamente. Al aumentar la
temperatura aumenta tambin la fase lquida o fundida, alcanzando
alrededor del 20% al 30 % en masa a 1450C, dependiendo de la
composicin qumica del material. A estas temperaturas es ya posible
la formacin del silicato triclcico (C3S), constituyente principal
del clnker de cemento portland.Al comienzo de la clinkerizacin
existen an cantidades considerables de CaO sin combinar, junto con
silicato biclcico (2CaO*SiO2= C2S). En presencia de la fase lquida
se disuelven el CaO y el C2S, facilitndose dentro de ella la
difusin de los reactantes y formndose el silicato triclcico (C3S),
segn la reaccin:CaO+ CaO*SiO2 3CaO*SiO2con lo cual se cumple el
objeto principal de clinkerizacin, a saber, la formacin del valioso
silicato triclcico. Esto justifica la necesidad de utilizar altas y
costosas temperaturas de clinkerizacin. Al mismo tiempo, la fase
lquida activa tambin otras reacciones, como por ejemplo las que
afectan a las partculas relativamente ms gruesas de cuarzo o de
caliza.Los silicatos triclcico y biclcico se encuentran como fases
slidas en el fundido. A temperaturas superiores a 1450C ste
contiene la totalidad de Al2O3 y Fe2O3 del clinker en formacin, y
su composicin % en masa es, aproximadamente, la siguiente: 56% CaO,
7% SiO2, 23% Al2O3 y 14% Fe2O3. A la temperatura de clinkerizacin
se establece un estado de equilibrio. La viscosidad de la fase
lquida es tanto menor cuanto menor es el mdulo alumnico, frrico o
de fundentes, es decir, cuanto mayor es el contenido de Fe2O3. Los
constituyentes secundarios o minoritarios influyen tambin en la
viscosidad de la fase lquida, aumentndola, por ejemplo, los lcalis;
y disminuyndola, por el contrario, el SO3 y el MgO. Las reacciones
en la fase lquida se pueden acelerar por:- aumento de la proporcin
de dicha fase;- disminucin de su viscosidad;- reduccin de la
proporcin de partculas gruesas (particularmente del cuarzo) en el
crudo.6. Reacciones durante el enfriamiento: Si el clinker formado
en el proceso de sinterizacin se enfra lentamente, puede invertirse
el sentido de las reacciones de equilibrio, con lo cual se puede
disolver en la fase lquida una parte del silicato triclcico que tan
decisiva influencia favorable tiene en el desarrollo de las
resistencias. Por consiguiente, un enfriamiento demasiado lento
produce una disminucin de resistencias del cemento.
LOS ADITIVOS
Existen aditivos qumicos que, en proporciones adecuadas, cambian
(mejoran) las caractersticas del hormign fresco, del hormign
endurecido y del proceso de fraguado.Los aditivos plastificantes
son los ms utilizados en nuestro medio, y permiten que la
trabajabilidad del hormign fresco mejore considerablemente, por lo
que se los suele utilizar en hormigones que van a ser bombeados y
en hormigones que van a ser empleados en zonas de alta concentracin
de armadura de hierro. Estos mismos aditivos pueden conseguir que,
manteniendo la trabajabilidad de un hormign normal, se reduzca la
cantidad de agua de amasado mejorando con ello la resistencia del
hormign.Existen aditivos superplastificantes (tambin se los conoce
en el mercado como reductores de agua de alto rango) que pueden
convertir a un hormign normal en un hormign fluido, que no requiere
de vibracin para llenar todos los espacios de las formaletas,
inclusive en sitios de difcil acceso para el hormign. As mismo, si
se mantiene una trabajabilidad normal, estos aditivos permiten la
reduccin de la relacin agua/cemento hasta valores cercanos a 0.30,
consiguindose hormigones de mediana resistencia (entre 350 Kg/cm2 y
420 Kg/cm2) y hormigones de alta resistencia (mayores a 420
Kg/cm2).Los aditivos acelerantes permiten que el endurecimiento y
fraguado de los hormigones se produzca ms rpidamente en la fase
inicial. Usualmente se los emplea cuando se desea desencofrar en
menor tiempo las formaletas. Un efecto similar puede obtenerse
utilizando cementos de fraguado rpido o mediante un proceso de
curado con vapor de agua circulante.Existen aditivos de fraguado
extra rpido que se emplean en casos en que se requiera un
endurecimiento y fraguado del hormign en pocos minutos, como en la
fundicin de elementos dentro de cauces de ros, en el mar o en
tneles.Los aditivos retardantes retrasan el endurecimiento inicial
del hormign, manteniendo por ms tiempo su consistencia plstica. Se
los suele utilizar en climas clidos para evitar el fraguado
anticipado por evaporacin del agua de amasado, y en obras masivas
de hormign en que se quiere controlar la cantidad de calor emitida
por el proceso de fraguado.La aceleracin o desaceleracin del
proceso de fraguado mediante aditivos o mediante cementos
apropiados, a ms de afectar la velocidad de obtencin de resistencia
del hormign a corto plazo, tiene efecto sobre la resistencia del
hormign a largo plazo.La aceleracin inicial del proceso conduce a
resistencias menores a largo plazo, pues el agua de curado tiene
menor nivel de penetracin por el endurecimiento del hormign.La
desaceleracin inicial del proceso determina resistencias mayores a
largo plazo, pues el curado se vuelve ms eficiente.Hay aditivos
introductores de aire que producen burbujas de aire dentro del
hormign, los que se utilizan en estructuras que estn sometidas a
procesos de congelamiento y descongelamiento peridico, poco
frecuentes en nuestro medio (se los suele utilizar en refugios para
ascencionismo). Los introductores de aire tienen como efecto
colateral la disminucin de la resistencia del hormign
aproximadamente en un 5% por cada 1% de burbujas de aire
introducidas.Existen sustancias especiales, como la ceniza volcnica
pulverizada (fly ash) o la cscara de arroz quemada y pulverizada,
que por su composicin qumica apropiada y por su granulometra an ms
pequea que la del cemento, mejoran la resistencia del hormign a
largo plazo.El uso de aditivos requiere de mezclas de prueba en
laboratorio o en obra, antes de ser utilizados en las estructuras,
porque ocasionalmente pueden provocar reacciones indeseables con
ciertos tipos de cemento y con otros aditivos.
Fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento
El cemento al ser mezclado con agua forma una pasta, que tiene
la propiedad de rigidizarse progresivamente hasta constituir un
slido de creciente dureza y resistencia.Estas caractersticas son
causadas por un proceso fsico - qumico derivado de la reaccin
qumica del agua con las fases mineralizadas del clinquer y que en
su primera etapa incluye la solucin en agua de los compuestos
anhidros del cemento, formando compuestos hidratados. Los
compuestos del cemento se hidratan a distinta velocidad, inicindose
con el C3A y continuando posteriormente con C4AF, C3S y C2S en ese
mismo orden.A partir de ese momento el proceso no es cabalmente
conocido, existiendo teoras que suponen la precipitacin de los
compuestos hidratados, con la formacin de cristales entreverados
entre si que desarrollen fuerzas de adherencia, las que producen el
endurecimiento de la pasta (Teora cristaloidal de Le Chatelier) o
alternativamente por el endurecimiento superficial de un gel
formado a partir de dichos compuestos hidratados (Teora coloidal de
Michaelis), estimndose actualmente que el proceso presenta
caractersticas mixtas.El endurecimiento de la pasta de cemento
muestra particularidades que son de inters para el desarrollo de
obras de ingeniera:La reaccin qumica producida es exotrmica, con
desprendimiento de calor, especialmente en los primeros das.Durante
su desarrollo se producen variaciones de volumen, de dilatacin si
el ambiente tiene un alto contenido de humedad o de contraccin si
este es bajo.El proceso producido es dependiente de las
caractersticas del cemento, principalmente de su composicin y de su
finura, los cuales condicionan en especial la velocidad de su
generacin.Fraguado del concreto. Cuando el cemento y el agua entran
en contacto, se inicia una reaccin qumica exotrmica que determina
el paulatino endurecimiento de la mezcla. Dentro del proceso
general de endurecimiento se presenta un estado en que la mezcla
pierde apreciablemente su plasticidad y se vuelve difcil de
manejar; tal estado corresponde al fraguado inicial de la mezcla. A
medida que se produce el endurecimiento normal de la mezcla, se
presenta un nuevo estado en el cual la consistencia ha alcanzado un
valor muy apreciable; este estado se denomina fraguado final.La
determinacin de estos dos estados, cuyo lapso comprendido entre
ambos se llama tiempo de fraguado de la mezcla, es muy poco precisa
y slo debe tomarse a ttulo de gua comparativa. El tiempo de
fraguado inicial es el mismo para los cinco tipos de cemento
enunciados y alcanza un valor de 45 a 60 minutos, el tiempo de
fraguado final se estima en 10 horas aproximadamente. En resumen,
puede definirse como tiempo de fraguado de una mezcla determinada,
el lapso necesario para que la mezcla pase del estado fluido al
slido. As definido, el fraguado no es sino una parte del proceso de
endurecimiento. Es necesario colocar la mezcla en los moldes antes
de que inicie el fraguado y de preferencia dentro de los primeros
30 minutos de fabricada. Cuando se presentan problemas especiales
que demandan un tiempo adicional para el transporte del concreto de
la fbrica a la obra, se recurre al uso de retardantes del fraguado,
compuestos de yeso o de anhdrido sulfrico; de igual manera, puede
acelerarse el fraguado con la adicin de sustancias alcalinas o
sales como el cloruro de calcio.Endurecimiento del concreto. El
endurecimiento del concreto depende a su vez del endurecimiento de
la lechada o pasta formada por el cemento y el agua, entre los que
se desarrolla una reaccin qumica que produce la formacin de un
coloide gel, a medida que se hidratan los componentes del cemento.
La reaccin de endurecimiento es muy lenta, lo cual permite la
evaporacin de parte del agua necesaria para la hidratacin del
cemento, que se traduce en una notable disminucin de la resistencia
final. Es por ello que debe mantenerse hmedo el concreto recin
colado, curndolo. Tambin se logra evitar la evaporacin del agua
necesaria para la hidratacin del cemento, cubriendo el concreto
recin descimbrado con una pelcula impermeable de parafina o de
productos especiales que se encuentran en el mercado desde hace
varios aos.
