Concreto Y Cemento Portland 16e3e

TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETO Y LOS MATERIALES PARA SU ELABORACIÓN Integrantes:     

Briceño Prado Oliver Cabrejos García Jehimy Flores Chucuya Arturo Paredes Robles Rubén Velásquez Arellano Williams

CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETO Y LOS MATERIALES PARA SU ELABORACIÓN.

INTRODUCCIÓN El concreto es el material constituido por la mezcla de ciertas proporciones de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plástica y moldeable, y que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes y resistentes, lo que lo hace un material ideal para la construcción. De esta definición se desprende que se obtiene un producto híbrido, que conjuga en mayor o menor grado las características de los componentes, que bien proporcionados, aportan una o varias de sus propiedades individuales para constituir un material que manifiesta un comportamiento particular y general. En consecuencia, para poder determinar el uso de este material, hay que conocer no sólo las manifestaciones del producto resultante, sino también la de los componentes y su interrelación, ya que son en primera instancia los que le confieren su particularidad. Como cualquier material, se contrae al bajar la temperatura, se dilata si ésta aumenta, se ve afectado por sustancias agresivas y se rompe si es sometido a esfuerzos que superan sus posibilidades, por lo que responde perfectamente a las leyes físicas y químicas. Luego pues, la explicación a sus diversos comportamientos siempre responde a alguna de estas leyes; y la no obtención de los resultados esperados, se debe al desconocimiento de la manera cómo actúan en el material, lo que constituye la utilización artesanal del mismo (por lo que el barco de la práctica sin el timón de la ciencia nos lleva a rumbos que no podemos predecir) o porque durante su empleo no se respetaron o se obviaron las consideraciones técnicas que nos da el conocimiento científico sobre él.

CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETO Y LOS MATERIALES PARA SU ELABORACIÓN. COMPONENTES DEL CONCRETO La Tecnología del concreto moderna define para este material cuatro componentes: Cemento, agua, agregados y aditivos como elementos activos y el aire como elemento pasivo. Fig. 01

Fig. 01

Si bien la definición tradicional consideraba a los aditivos como un elemento opcional, en la práctica moderna mundial estos constituyen un ingrediente normal, por cuanto está científicamente demostrada la conveniencia de su empleo en mejorar condiciones de trabajabilidad, resistencia y durabilidad, siendo a la larga una solución más económica si se toma en cuenta el ahorro en mano de obra y equipo de colocación y compactación, mantenimiento, reparaciones e incluso en reducción de uso de cemento. Ya hemos establecido conceptualmente la necesidad de conocer a profundidad las propiedades de los componentes del concreto, pero debemos puntualizar que de todos ellos, el que amerita un conocimiento especial es el cemento. Si analizamos la Fig. 02 En que esquematizan las proporciones típicas en

volumen absoluto de los componentes del concreto, concluiremos en que el cemento es el ingrediente activo de que interviene menor cantidad, pero sin embargo es el que define las tendencias del comportamiento, por lo que es obvio que necesitamos profundizar en este aspecto que está muy ligado a las reacciones químicas que se suceden al entrar en o con el agua y los aditivos. Pese a que nuestra formación en Ingeniería Civil todos asimilamos los conceptos básicos de química, no es usual que entre los colegas exista mucha afición hacia este campo (como es también el caso nuestro), sin embargo es necesario tener el conocimiento general de las consecuencias de las reacciones que se producen, por lo que durante el desarrollo de estos temas insistiremos en los aspectos prácticos antes que en el detalle de fórmulas y combinaciones químicas si no aportan información de aplicación directa para el Ingeniero Civil.

Fig. 02 (Proporciones Típicas en volumen absoluto de los componentes del concreto)

TIPOS DE CONCRETO 

CONCRETO SIMPLE: Es aquel concreto formado por agregados (que representan el 75 % de su volumen) y una pasta cementante endurecida elaborada a base de cemento hidráulico y agua. Dicha pasta contribuye a dar las propiedades requeridas al producto endurecido. Ya que el comportamiento del concreto como material de construcción está directamente influenciado por las características y propiedades finales de la pasta; sin dejar de lado el papel del agregado en las características finales del concreto. Además, para un cemento dado, las características y porosidad de la pasta dependen fundamentalmente de la relación agua cemento y del grado de hidratación del cemento, siendo mejores las propiedades del concreto y menor su porosidad cuanto más baja es la relación agua cemento de una mezcla trabajable y cuanto mayor es el grado de hidratación del cemento. Es decir, entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho más resistente es el concreto, por lo tanto, se sabe que cuando se realiza una mezcla de concreto se debe evaluar la relación agua cemento para fabricar un concreto plástico y trabajable.



CONCRETO ARMADO: Se denomina así al concreto simple cuando este lleva armaduras de acero como refuerzo y que está diseñado bajo la hipótesis de que los dos materiales trabajan conjuntamente, actuando la armadura para soportar los esfuerzos de tracción o incrementar la resistencia a la compresión del concreto.

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CONCRETO ESTRUCTURAL: Se denomina así al concreto simple, cuando este es dosificado, mezclado, transportado y colocado, de acuerdo a las especificaciones técnicas, que garanticen una resistencia mínima y pre-establecida en el diseño y una durabilidad adecuada.

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CONCRETO CICLÓPEO: Se denomina así al concreto simple que está completamente con piedras desplazadoras de tamaño máximo de 10’’, cubriendo hasta el 30% como máximo del volumen total.



CONCRETO LIGERO, es aquel que se elabora con agregados pétreos densos, para alcanzar una masa volumétrica seca de 400 a 1700 kg/m3, una vez compactado.



CONCRETO PESADO, este concreto es producido con agregados pesados como las baritas, minerales de fierro como la magnetita, limonita y hematita. Su densidad supera los 6400 kg/m3.

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CONCRETO PREMEZCLADO, es aquel concreto que se ha dosificado en una planta de premezclado y que es transportado por camiones mezcladores (mixer), que mantienen al concreto en forma homogénea, hasta el lugar donde se realiza la obra; este cemento es entregado al cliente como una mezcla en estado no endurecido (mezcla en estado fresco).



CONCRETO POSTENSADO, al concreto se le introducen tensiones de compresión con el objetivo de reducir las tensiones de tracción provocadas por las cargas aplicadas, incluyendo el peso propio del elemento. Para introducir las tensiones de compresión en el hormigón se utiliza acero de pretensado, es decir cordones, barras o alambres.



CONCRETO PRETENSADO, son estructuras de concreto sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante cables de acero que son tensados y anclados al hormigón. En este concreto los cables o tendones se traccionan antes de colocar el hormigón, y la fuerza de pretensado se transmite al hormigón principalmente por medio de la adherencia.

IMPORTANCIA Actualmente el concreto es el material de construcción de mayor uso, sin embargo si bien en calidad final depende en forma importante del conocimiento del material así como de la calidad profesional del ing., las posibilidades de uso del concreto son cada día mayores pudiendo en la actualidad ser utilizados para una amplia variedad de propósitos .

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CONCRETO Las principales ventajas del concreto como material de construcción son: a. Su versatilidad, la cual permite obtener las formas que el proyectista desee. b. La posibilidad de fabricarlo en obra, como unidades vaciadas en sitio; o fuera de ella como unidades prefabricadas. c. El empleo de materiales locales, especialmente agregados y agua. d. Su bajo costo por unidad cubica si se lo compara con el de otros materiales. Entre las principales desventajas del concreto se encuentran: a. Su baja resistencia a los esfuerzos de tensión, lo que obliga al empleo de acero de refuerzo. b. Su permeabilidad, debida a la presencia de poros capilares en la pasta. c. Sus cambios de volumen y longitud debidos a procesos de humedecimiento y secado. El concreto se contrae al secarse y se expande al humedecerse, con la consiguiente posibilidad de agrietamiento. d. Sus cambios de longitud debidos a que el concreto se expande con el calor y tiende a contraerse al enfriarse, con la consiguiente posibilidad de agrietamiento.

HISTORIA DEL CEMENTO PORTLAND Hasta el siglo XVIII puede decirse que los únicos conglomerantes empleados en la construcción fueron los yesos y las cales hidráulicas, sin embargo, es durante este siglo cuando se despierta un interés notable por el conocimiento de los cementos. En 1824, Joseph Aspdin, un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el nombre de cemento portland y patentaba un material pulverulento que amasado con agua y con arena se endurecía formando un conglomerado de aspecto parecido a las calizas de la isla de Portland. Probablemente, el material patentado por Aspdin era una caliza hidráulica debido, entre otras cosas, a las bajas temperaturas empleadas en la cocción. En 1838 se emplea por primera vez un cemento procedente de la fábrica de Aspdin en el que se había logrado una parcial sinterización por elección de una temperatura adecuada de

cocción. Este cemento se aplicó en la construcción de un túnel bajo el río Támesis en Londres. Puede decirse producido a escala logra conseguir clinkerizar a la materia prima.

que el prototipo del cemento moderno fue industrial por Isaac Johnson quien en 1845 temperaturas suficientemente altas para mezcla de arcilla y caliza empleada como

La introducción del cemento en el Perú se inicia en la década de 1860. En efecto, en 1864 se introdujo en el Arancel de Aduanas, la partida correspondiente al denominado "Cemento Romano", nombre inapropiado que designaba un producto con calidades hidráulicas desarrollado a inicios del siglo. En 1869 se efectuaron las obras de canalización de Lima, utilizando este tipo de cemento. En 1902 la importación de cemento fue de 4,500 T.M. Posteriormente, en 1904, el Ingeniero Michel Fort publicó sus estudios sobre los yacimientos calizos de Atocongo, ponderando las proyecciones de su utilización industrial para la fabricación de cemento. En 1916 se constituyó la Compañía Peruana de Cemento Portland para la explotación de las mencionadas canteras. Las construcciones de concreto con cemento Portland se inician en la segunda década del siglo con elementos estructurales de acero, como el caso de las bóvedas y losas reforzadas. El intenso desarrollo de la puentes, puertos, diques, etc., XIX, da una importancia enorme éste, especialmente las de extenderse por doquier.

construcción de ferrocarriles, en la segunda mitad del siglo al cemento y las fábricas de cemento natural, empiezan a

Es a partir de 1900 cuando los cementos portland se imponen en las obras de ingeniería y cuando empieza un descenso veloz del consumo de cementos naturales. Actualmente, el cemento portland ha llegado a una gran perfección y es el material industrializado de construcción de mayor consumo y se puede decir que el cemento es el alma del concreto.

CEMENTO PORTLAND Es un aglomerante hidrófilo, resultante de la calcinación de rocas calizas, areniscas y arcillas, de manera de obtener un polvo muy fino que en presencia de agua endurece adquiriendo propiedades resistentes y adherentes. Su nombre proviene de la similitud que pretendió darle en el año 1824 Joseph Apsdin, al patentar un proceso de calcinación de caliza arcillosa que producía un cemento que al hidratarse adquiría, según él, la misma resistencia que la piedra de la isla de Portland. Es en 1845 cuando se desarrolla el procedimiento industrial del cemento Portland moderno que con algunas variantes persiste hasta nuestros días y que consiste en moler rocas calcáreas con rocas arcillosas en cierta composición y someter este polvo a temperaturas sobre los 1300°C produciéndose lo que se denomina el Clinker, constituido por bolas endurecidas de diferentes diámetros, que luego se muelen agregando yeso para tener como producto un polvo fino. Características -

Es un polvo muy fino de color gris, que se vende en bolsas que tienen un peso de 42.5 kg y un pie cubico de capacidad.

-

Sus características dependen de la composición potencial del clínker. Así, por ejemplo, si el clínker tiene un alto contenido de C3S, el cemento será de resistencias iniciales altas y tendrá un mayor calor de hidratación. Por el contrario, si tiene un alto contenido de C2S, tendrá buenas resistencias a largo plazo y bajo calor de hidratación. En cuanto a la resistencia a los sulfatos, ésta será inversa al contenido de C3A.

-

Dosificado y mezclado apropiadamente con agua y áridos (arena y gravas) debe producir un concreto o mortero que conserve su trabajabilidad durante un tiempo suficiente, alcanzar unos niveles de resistencias preestablecido y presentar una estabilidad de volumen a largo plazo.

-

Tiene propiedades físicas como (que es usado para el diseño

finura, peso de mezclas),

específico tiempo de

fraguado (importante porque fija la puesta correcta en obra y endurecimiento de los concretos y morteros); y mecánicas como la resistencia a la compresión (propiedad que decide la calidad de los cementos) y calor de hidratación.

FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND El punto de partida del proceso de fabricación lo constituye la selección y explotación de las materias primas para su procesamiento consiguiente. Los componentes químicos principales de las materias primas fabricación del cemento son: COMPONENTE QUIMICO

PROCEDENCIA USUAL

Óxido de Calcio (CaO)

Rocas calizas

Óxido de Sílice (SiO2)

Areniscas

Óxido de Aluminio (Al2O3)

para la

PORCENTAJE

95%

Arcillas Arcillas, Mineral de Hierro, Pirita

Óxido de Fierro (Fe2O3) Óxido de Magnesio, Sodio Potasio, Titanio, Azufre, Fósforo y Manganeso

5% Minerales Varios

Los porcentajes típicos en que intervienen los óxidos mencionados en el cemento Portland son: COMPUESTO

PORCENTAJE

ABREVIATURA

CaO

61% - 67%

C

SiO2

20% - 27%

S

Al2O3

4% - 7%

A

Fe2O3

2% - 4%

F

SO3

1%- 3%

MgO

1% - 5%

K2O y Na2O

0.25% - 1.5%

FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA:

a. CHANCADO Y ALMACENAJE DE MATERIA PRIMA PARA MOLIENDA.

Se inicia con la explotación de las canteras de materia prima para someterlas a un proceso de chancado primario en que se reduce su tamaño a piedras de orden de 5" y luego se procesa este material en una chancadora secundaria que leas reduce a un tamaño de alrededor de 3/4", con lo que están en condiciones de ser sometidas a molienda.

b. MOLIENDA Y DOSIFICACIÓN DE MATERIA PRIMA.

Los materiales son molidos individualmente en un molino de bolas hasta ser convertidos en un polvo fino impalpable, siendo luego dosificados y mezclados íntimamente en las proporciones convenientes para el tipo de cemento que desee obtener.

c. HORNEADO DE MATERIA PRIMA Y ALMACENAJE DE CLINKER.

La mezcla es posteriormente introducida en un horno giratorio consistente en un gran cilindro metálico recubierto de material refractario con diámetros que oscilan entre 2 y 5 m. y longitudes entre 18 a 150 m. El horno tiene una ligera inclinación con respecto a la horizontal del orden del 4 % y una velocidad de rotación entre 30 a 90 revoluciones por hora. Dependiendo del tamaño del horno, se pueden producir diariamente de 30 a 700 Toneladas. La fuente de calor se halla en el extremo opuesto al ingreso del material y pueden obtenerse mediante inyección de carbón pulverizado, petróleo o gas en ignición, con temperaturas máximas entre 1,250 y 1,900 °C. Las temperaturas desarrolladas a lo largo del horno producen primero la evaporación del agua libre, luego la liberación del CO2 y finalmente en la zona de mayor temperatura se produce la fusión de alrededor de un 20% a 30% de la carga y es cuando la cal, la sílice y la alúmina se vuelven a combinar aglomerándose en nódulos de varios tamaños usualmente de 1/4" a 1" de diámetro de color negro característico, relucientes y duros al enfriarse, denominados "clinker de cemento Portland".

d. MOLIENDA DE CLINKER Y YESO, ALMACENAJE Y TRANSPORTE.

En la etapa final del proceso, el clinker es enfriado y es molido en un molino de bolas conjuntamente con yeso en pequeñas cantidades (3 a 6%) para controlar el endurecimiento violento. La molienda produce un polvo muy fino que contiene hasta 1.1 X 10 12 partículas por Kg. y que pasa completamente por un tamiz No 200 (0.0737 mm., 200 aberturas por pulgada cuadrada).Finalmente el cemento pasa ser almacenado a granel, siendo luego suministrado en esta forma o pesado y embolsado para su distribución. En el proceso húmedo la materia prima es molida y mezclada con agua formando una lechada que es introducida al horno rotatorio siguiendo un proceso similar al anterior pero con mayor consumo de energía para poder eliminar el agua añadida. El proceso a usarse depende de las características de las materias primas, economía y en muchos casos por consideraciones de tipo ecológico ya que el proceso húmedo es menos contaminante que el seco. Durante todos los procesos el fabricante ejecuta controles minuciosos para asegurar tanto la calidad y proporciones de los ingredientes como las temperaturas y propiedades del producto final, para lo que existen una serie de pruebas físicas y químicas estandarizadas, así como equipo de laboratorio desarrollado específicamente para estas labores.

COMPOSICIONES DEL CEMENTO PORTLAND Los compuestos químicos son formados por la combinación de los óxidos entre sí por la cocción a altas temperaturas. Los principales compuestos que constituyen aproximadamente el 95% del cemento y los cuales dan un determinado comportamiento al cemento, dependiendo de la proporción en la cual estén presentes son: DESIGNACIÓN

FÓRMULA

ABREVIATURA PORCENTAJE

Silicato tricálcico

3CaO.SiO2

C3S

30% a 50%

Silicato dicálcico

2CaO.SiO2

C2S

15% a 30%

Aluminato tricálcico

3CaO.Al2O3

C3A

4% a 12%

Ferro aluminato tetracálcico

4CaO.Al2O3.Fe2O3

Oxido de magnesio

MgO

Oxido de potasio y sodio

K2O , Na2O

Oxido de manganeso y titanio

Mn2O3 , TiO2

C4AF

8% a 13%

< 5%

a. Silicato Tricálcico (C3S) · Es el más importante de los compuestos del cemento · Determina la rapidez o velocidad de fraguado · Determina la resistencia inicial del cemento · La reacción de este compuesto con agua desprende cantidad de calor de hidratación (120 cal/gr). · Contribuye una buena estabilidad de volumen

gran

b. Silicato Dicálcico (C2S) · Es el segundo en importancia · Endurece con lentitud · Alcanza elevada resistencia a la compresión a largo plazo (después de prolongado endurecimiento); es decir, es el causante principal de la resistencia posterior de la pasta del cemento. · Su contribución a la estabilidad de volumen es regular . Calor de hidratación es de 63 cal/gr. c. Aluminato Tricálcico (C3A) · Es el primero en hidratarse, o sea fragua con mucha rapidez (hidratación violenta) · Tiene poca resistencia mecánica (no incide en la resistencia a la compresión) . Calor de hidratación es de 107 cal/gr. Nota: - El yeso, que se agrega al cemento durante la molienda final, retrasa la velocidad de hidratación del C3A. Sin el yeso, un cemento que contuviera C3A fraguaría rápidamente. - El Silicato Tricálcico (C3S) y el Silicato Dicálcico (C2S) constituye el 75% del cemento. Por eso la resistencia mecánica se debe a éstos dos compuestos.

d. Ferro Aluminato Tetracálcico (C4AF) · Tiene relativa trascendencia en la velocidad de hidratación (es relativamente rápida) · El calor de hidratación es 100 cal/gr. (moderado) . Reduce la temperatura de formación del Clínker . La mayoría de efectos del color del cemento se debe a este y a sus hidratos. e. Óxido de magnesio (MgO) Pese a ser un componente menor, tiene importancia pues para contenidos mayores del 5% trae problemas de expansión en la pasta hidratada y endurecida. f. Óxido de potasio y sodio Tiene importancia para casos especiales de reacciones químicas con ciertos agregados, y los solubles en agua contribuyen a producir eflorescencias con agregados calcáreos. g. Óxido de manganeso y titanio El primero no tiene significación especial en las propiedades del cemento, salvo en su colocación, que tiende a ser marrón si se tienen contenidos mayores del 3%, y si superan el 5% se obtiene disminución de resistencia a largo plazo. El segundo influye en la resistencia, reduciéndola para contenidos superiores a 5%.

MECANISMO DE HIDRATACION DEL CEMENTO. Se denomina hidratación al conjunto de reacciones químicas entre el agua y los componentes del cemento, que llevan consigo el cambio del estado plástico al endurecido, con las propiedades inherentes a los nuevos productos formados. Los componentes ya mencionados anteriormente, al reaccionar con el agua forman hidróxidos e hidratos de Calcio complejos. La velocidad con que se desarrolla la hidratación es directamente proporcional a la finura del cemento e inversamente proporcional al tiempo, por lo que inicialmente es muy rápida y va disminuyendo paulatinamente con el transcurso de los días, aunque nunca se llega a detener. Contrariamente a lo que se creía hace años, la reacción con el agua no une las partículas de cemento sino que cada partícula se dispersa en millones de partículas de productos de

hidratación desapareciendo los constituyentes iniciales. El proceso es exotérmico generando un flujo de calor hacia el exterior denominado calor de hidratación. Dependiendo de la temperatura, el tiempo, y la relación entre la cantidad de agua y cemento que reaccionan, se pueden definir los siguientes estados que se han establecido de manera arbitraria para distinguir las etapas del proceso de hidratación: a) Plástico Unión del agua y el polvo de cemento formando una pasta moldeable. Cuanto menor es la relación Agua/Cemento, mayor es la concentración de partículas de cemento en la pasta compactada y por ende la estructura de los productos de hidratación es mucho más resistente. El primer elemento en reaccionar es el C3A, y posteriormente los silicatos y el C4AF, caracterizándose el proceso por la dispersión de cada grano de cemento en millones de partículas. La acción del yeso contrarresta la velocidad de las reacciones y en este estado se produce lo que se denomina el período latente o de reposo en que las reacciones se atenúan, y dura entre 40 y 120 minutos dependiendo de la temperatura ambiente y el cemento en partícula. En este estado se forma hidróxido de calcio que contribuye a incrementar notablemente la alcalinidad de la pasta que alcanza un Ph del orden de 13. b) Fraguado inicial.Condición de la pasta de cemento en que se aceleran las reacciones químicas, empieza el endurecimiento y la pérdida de la plasticidad, midiéndose en términos de la resistencia a deformarse. Es la etapa en que se evidencia el proceso exotérmico donde se genera el ya mencionado calor de hidratación, que es consecuencia de las reacciones químicas descritas. Se forma una estructura porosa llamada gel de Hidratos de Silicatos de Calcio (CHS o Torbemorita), con consistencia coloidal intermedia entre sólido y líquido que va rigidizándose

cada vez más silicatos.

en

la

medida

que

se

siguen

hidratando

los

Este período dura alrededor de tres horas y se producen una serie de reacciones químicas que van haciendo al gel CHS más estable con el tiempo. En esta etapa la pasta puede remezclarse sin producirse deformaciones permanentes ni alteraciones en la estructura que aún está en formación. c) Fraguado Final Se obtiene al término de la etapa de fraguado inicial, caracterizándose por endurecimiento significativo y deformaciones permanentes. La estructura del gel está constituida por el ensamble definitivo de sus partículas endurecidas. d) Endurecimiento Se produce a partir del fraguado final y es el estado en que se mantienen e incrementan con el tiempo las características resistentes. La reacción predominante es la hidratación permanente de los silicatos de calcio, y en teoría continúa de manera indefinida. Es el estado final de la pasta, en que se evidencian totalmente las influencias de la composición del cemento. Los sólidos de hidratación manifiestan su muy baja solubilidad por lo que el endurecimiento es factible aún bajo agua. Hay dos fenómenos de fraguado, que son diferentes a los descritos; el primero corresponde al llamado "Fraguado Falso" que se produce en algunos cementos debido al calentamiento durante la molienda del clinker con el yeso, produciéndose la deshidratación parcial del producto resultante, por lo que al mezclarse el cemento con el agua, ocurre una cristalización y endurecimiento aparente durante los 2 primeros minutos de mezclado, pero remezclando el material, se recobra la plasticidad, no generándose calor de hidratación ni ocasionando consecuencias negativas. El segundo fenómeno es el del "fraguado violento" que ocurre cuando durante la fabricación no se ha añadido la suficiente cantidad de yeso, lo que produce un

endurecimiento inmediato, desarrollo violento del calor de hidratación y pérdida permanente de la plasticidad , sin embargo es muy improbable en la actualidad que se produzca este fenómeno, ya que con la tecnología moderna el yeso adicionado se controla con mucha precisión.

ESTRUCTURA DEL CEMENTO HIDRATADO Durante el proceso de hidratación, el volumen externo de la pasta se mantiene relativamente constante, sin embargo, internamente el volumen de sólidos se incrementa constantemente con el tiempo, causando la reducción permanente de la porosidad, que está relacionada de manera inversa con la resistencia de la pasta endurecida y en forma directa con la permeabilidad. Para que se produzca la hidratación completa se necesita la suficiente cantidad de agua para la reacción química y proveer la estructura de vacíos o espacio para los productos de hidratación, la temperatura adecuada y tiempo, desprendiéndose de aquí el concepto fundamental del curado, que consiste en esencia en procurar estos tres elementos para que el proceso se complete. Un concepto básico que nos permitirá entender el comportamiento del concreto, reside en que el volumen de los productos de hidratación siempre es menor que la suma de los volúmenes de agua y cemento que los originan debido a que por combinación química el volumen de agua disminuye en alrededor de un 25%, lo que trae como consecuencia la contracción de la pasta endurecida. Los productos de hidratación necesitan un espacio del orden del doble del volumen de sólidos de cemento para que se produzca la hidratación completa. Otro concepto importante que hay que tomar en cuenta es que está demostrado que el menor valor de la relación Agua/Cemento para que se produzca la hidratación completa del cemento es del orden de 0.35 a 0.40 en peso para condiciones normales de mezclado y sin aditivos, dependiendo la relación precisa de cada caso particular.

En la, se puede apreciar como ilustración un esquema típico de la estructura de la pasta de cemento y de la distribución del agua, distinguiéndose las siguientes partes: a) Gel de Cemento Constituido por los sólidos de hidratación (Hidratos de Silicatos de Calcio); el agua contenida en el gel, es la denominada agua de combinación, que no es evaporable por ser intrínseca de la reacción química. b) Poros de Gel Espacios tan pequeños entre los sólidos de hidratación que no permiten la formación en su interior de nuevos sólidos de hidratación. El agua contenida dentro de estos poros se llama el agua de gel, que puede evaporarse bajo condiciones especiales de exposición. c) Poros Capilares Conformados por los espacios entre grupos de sólidos de hidratación de dimensiones que ofrecen espacio para la formación de nuevos productos de hidratación, denominándose agua capilar a la contenida en ellos.

TIPOS DE CEMENTO Y SUS APLICACIONES Los tipos de cemento portland normados son: CEMENTO TIPO I: -

se utiliza de manera general (en cualquier obra. no se requieren algunas propiedades específicas del cemento. Libera más calor de hidratación que los demás.

CEMENTO TIPO II: -

Posee una moderada resistencia a los sulfatos. Posee un moderado calor de hidratación. Se emplea en estructuras con ambientes agresivos y vaciado, como en puentes y tuberías de concreto.

CEMENTO TIPO III: -

Desarrollo rápidamente de la resistencia inicial. Posee un elevado calor de antes. Se usa de preferencia en climas fríos. Se utiliza cando se deba poner al servicio la obra rápidamente. Se utiliza cuando se necesiten desencofrar a pocos días de los vaciados.

CEMENTO TIPO IV: -

Posee un bajo calor de hidratación. Se lo utiliza para vaciados de concreto masiv. Este cemento limita los compuestos que influyen en la formación de calor en la hidratación. Gana la resistencia con lentitud.

CEMENTO TIPO V: -

Posee una resistencia alta a los sulfatos Se o utiliza en ambientes agresivos. Es más susceptible al ataque por los sulfatos. Se emplea en estructuras expuestas a sulfatos alcalinos en el suelo o agua.

CEMENTOS DE ALTO HORNO: Presentan poca retracción y un débil de calor de hidratación (se usa sin riesgo en grandes macizo) y sensibles a bajas temperaturas. CEMENTO TIPO I: -

se utiliza de manera general (en cualquier obra. no se requieren algunas propiedades específicas del cemento. Libera más calor de hidratación que los demás.

CEMENTO TIPO IS: -

Se añade escoria del horno cerca del 25% y 30% respecto al volumen.

CEMENTO TIPO IP: -

Se añade escoria del horno cerca del 15% y 40% respecto al volumen.

CEMENTO TIPO IPM: Se le sino hasta el 15%

DESARROLLO DE LA RESISTENCIA EN % DE RESISTENCIA A 28 DIAS

PORCENTAJE

200 150 TIPO I TIPO II

100

TIPO III 50

TIPO IV TIPO V

0 0

200

400

600

800

DIAS

DESARROLLO DEL CALOR DE HIDRATACION PARA LOS CEMENTOS STANDARD CALORIAS POR GRAMO DE CEMENTO

-

140 120 100 TIPO I

80

TIPO II

60

TIPO III

40

TIPO IV

20

TIPO V

0 0

50

100 DIAS

150

200

LOS CEMENTOS PERUANOS Y SUS CARACTERISTICAS. En la actualidad se fabrican en el Perú los cementos Tipo I, Tipo II, Tipo V, Tipo IP y Tipo IPM. En las tablas se pueden observar las características físicas y químicas de los cementos de fabricación nacional suministradas por los fabricantes, con excepción del Cemento Rumi, cuyo productor no accedió a proporcionarlas, por lo que se consigna un análisis efectuado a solicitud del autor en la Universidad Católica del Perú con ocasión del empleo de este material durante la construcción del Aeropuerto de Juliaca, en el cual se obtienen resultados bastante irregulares para un Cemento Tipo I, que no obstante deben tomarse con reserva pues sólo representan una muestra. TABLA N° 1

TABLA N° 2

Es interesante anotar que en general los cementos nacionales siguen los comportamientos típicos a largo plazo que es factible esperar de cementos similares fabricados en el extranjero, sin embargo la experiencia en el uso de ellos y la variabilidad que se puede apreciar en los análisis nos permite afirmar que las propiedades a corto plazo no siempre mantienen parámetros constantes, por lo que nunca debe confiarse a priori en ellas sin efectuar pruebas de control para el caso de obras de cierta importancia. Por otro lado, los fabricantes locales tienen mucha experiencia en la elaboración de cemento, pero ninguno la tiene en la aplicación práctica de este material en la producción de concreto dado que muy rara vez recopilan estos datos, o hacen investigación en concreto, por lo que es muy poca la información que pueden aportar en ese sentido y además, hay usualmente resistencia para suministrar resultados de sus controles de calidad en forma rutinaria. No existe información periódica publicada por los fabricantes sobre aspectos básicos como la variación del desarrollo de la resistencia tiempo, variación de la hidratación en función de las condiciones ambientales, características de las puzolanas que emplean en los cementos mezclados, estadísticas de los controles interlaboratorios que realizan, etc., información que sería sumamente útil para los s e investigadores, evitando muchas situaciones en que se espera un comportamiento por extrapolación con información

foránea o con información local incompleta y se obtiene otro por falta de datos confiables. Como comentario adicional habría que decir que la introducción de los cementos Puzolánicos y Puzolánicos modificados en nuestro medio ha traído beneficios desde el punto de vista que tienen ventajas referidas a durabilidad, además de ser ventajosos para el fabricante pues al reemplazar cemento por puzolana abarata sus costos y los precios de venta experimentan alguna reducción, pero estas ventajas no son del todo aprovechadas por cuanto no ha habido suficiente investigación, difusión y labor didáctica en cuanto a las consideraciones para su dosificación, lo que trae como consecuencia deficiencias en su utilización por parte del . Normalmente se supone que los diseños con estos cementos requieren igual cantidad de agua que los normales, lo cual en la práctica no es cierto, pues algunos de ellos necesitan hasta 10% más de agua y tienen consistencia cohesiva que amerita mayor energía en la compactación con lo que a la larga la supuesta economía no es tanta.

CONDICIONES CONTROL Y ALMACENAJE DE OBRA -

-

-

Ejecutar análisis químicos en laboratorio confiable cada 500 toneladas. Solicitar a su fabricante certificados con resultados de su control de calidad. Limpiar con frecuencia los silos metálicos de depósito, especialmente en climas húmedos. Cuando se apilan en bolsas, se aíslan del suelo y protegen en ambientes cerrados. Para determinar si hubo hidratación parcial del cemento, se tamiza una muestra en la malla No 100. El porcentaje retenido sin hidratación oscila entre 0 y 5%. Al usar cemento parcialmente hidratado, estamos sustituyendo parte del agregado con pequeños trozos de concreto hidratado de características inciertas. El criterio correcto para evaluar la calidad del cemento no es el tiempo de almacenaje,sino las condiciones de hidratación del cemento durante ese periodo.