Libro Mortero de Mampostería

8/11/2019 Libro Mortero de Mampostera

1/163

Tabla de Contenido

PAGI

PARTE 1Morteros de pega para muros de mampostera

Introduccin........................................................................................ 31 Pastas y morteros................................................................. 51.1 Definicin............................................................................. 51.2 Generalidades sobre los morteros.......................................... 61.2.1

Propiedades............................................................................6

1.2.2 Relaciones entre el muro, el mampuesto y el mortero............ 71.2.3 Algunos tipos de morteros...................................................... 91.2.3.1 Morteros decal........................................................................

9

1.2.3.2 Morteros de cemento............................................................... 101.2.3.3 Morteros de cemento:cal:arena, denominados bastardos........ 111.2.3.4 Morteros de aditivos 111.2.3.5 Morteros preparados con cemento adicionado (cemento dealbailera o mampostera...................................................................

12

1.2.3.6 Morteros de cemento-cola....................................................... 13

2. Materiales para preparar morteros.................................. 152.1 Conglomerantes...................................................................... 152.1.1 Las cales................... ................. ................. ................. ............ 162.1.1.1 Ladrillos Silico-Calcreos....................................................... 16


2/163

2.1.1.2 Para producir morteros de

mampostera.................................18

2.1.1.3 Otros usos de la cal en la construccin................................... 19

2.2 Los cementos portland............................................................ 192.2.1 Silicato

triclcico.....................................................................21

2.2.2 Silicato biclcico..................................................................... 222.2.3 Aluminio triclcico................................................................. 232.2.4 Ferrito aluminato

tetraclcico.................................................24

2.2.5 Otros constituyentes del cemento portland............................. 272.2.6 La finura del cemento............................................................. 302.2.7 La hidratacin del cemento..................................................... 312.2.8

Fraguado..................................................................................34

2.2.9 Estabilidad de volumen........................................................... 372.2.10 Calores de

hidratacin.............................................................39

2.2.11 La resistencia mecnica del cemento...................................... 48

3 Agregados para preparar morteros................................... 553.1 Generalidades sobre los agregados.

Clasificacin.................57

3.2 Peso unitario, densidad, absorcin y humedad superficial

de los

agregados.......................................................................................

61

4 La calidad de las aguas para preparar morteros.............. 75

4.1 Introduccin........................................................................... 754.2 Efecto de las impurezas en el agua de mezclado................... 794.3 Las aguas de

curado...............................................................82

4.4 Determinacin cualitativa de la presencia de algunassustancias

perjudiciales.......................................................................82

PARTE 2La calidad del mortero y su diseo. Efectos de lasadiciones

Introduccin........................................................................................ 85


3/163

3

5 Papel de la cal en los morteros. Estado del arte................ 895.1 Resistencia del enlace........................................................... 905.1.1 Factores que afectan el

enlace............................................... 935.1.2 Causas de la resistencia al

enlace..........................................93

5.2 La extensin del enlace......................................................... 955.3 Durabilidad del enlace.......................................................... 975.4 Otras consideraciones

importantes........................................98

6 Avances del mtodo de dosificacin de morteros.............. 1016.1 Diseo de mortero por el mtodo de la compacidad de la arena.

Mortero de

referencia..........................................................................101

7 Algunos avances sobre la investigacin de morteros........ 1057.1 Descripcin del procedimiento............................................. 1057.2 Materiales y equipo utilizado................................................ 1087.3 Resultados del trabajo........................................................... 112

8 Algunas conclusiones........................................................... 119

PARTE 3Guias de laboratorio para ensayos de materiales,diseo y ensayos al pie de obra de morteros

Introduccin........................................................................................ 125


4/163

9 Ensayos de materiales.......................................................... 1299.1 Cementos............................................................................... 1299.1.1 Gravedad especfica del cemento NTC 221......................... 1299.1.2 Finura del cemento. Permeabilmetro de Blaine NTC 33.... 1329.1.3 Determinacin de la finura del cemento hidrulico sobre

los tamices ICONTEC 150 y 75 (norma NTC 226)...................138

9.1.4 Mtodo para determinar el tiempo de fraguado mediante el

aparato de Vicat (norma ICONTEC 118).......................................141

9.1.5 Resistencia a compresin de morteros de cemento

hidrulico (ICONTEC 220)................................................................147

9.2 Agregados............................................................................. 1539.2.1 Tamizado de agregados para concreto NTC 77................... 1539.2.2 Mtodo para determinar el peso unitario volumtrico de

los agregados NTC 92.........................................................................155

9.2.3 Mtodo para determinar el contenido aproximado de

materia orgnica en arenas NTC

127..................................................

158

9.2.4 Mtodo para determinar la densidad y la absorcin de

agregados finos NTC 237...................................................................160

9.2.5 Mtodo para determinar el porcentaje de hinchamiento de

las arenas (ensayo no

normalizado)....................................................163

9.2.6 Mtodo para hallar el contenido de aire de una mezclacon el indicador Chace (norma AASHTO T 199-

82)................................166

10 Ensayo de morteros............................................................ 17110.1 Norme ASTM C-91, Especificaciones para cemento de

mampostera. Ensayo de retencin de agua demorteros..................

171

Bibliografa......................................................................................... 177


5/163

5

Introduccin

n Colombia como en la mayora de los pases donde seconserva la tradicin de construir muros, reforzados o no, conelementos de mampostera tales como ladrillos o bloques deconcreto, se emplea al mortero como elemento de unin entreellos. En muchas ocasiones se emplea como revestimiento delmuro y adquiere el nombre de mortero para revoque o repello.Los que se emplean para unir porcelana sanitaria o enchapes sellaman morteros para alicatado y solado. El mortero estconstituido la mayora de las veces por cemento, arena y algunaadicin o aditivo.

La mezcla de arena con cal se ha empleado como mortero entodo el mundo desde hace muchos cientos de aos. Este morterotoma meses y a veces aos para endurecer, por la lentitud de lacal para combinarse con el dixido de carbono (CO2) del aire yformar un carbonato de calcio (CaCO3), comnmente llamadacaliza. Como estos morteros son lentos para endurecer, las juntasde las pegas de mampostera son delgadas. En muchos casos lasjuntas se hicieron tan delgadas que las unidades de mamposterase encontraban superpuestas entre ellas ms que separadas por unmortero.

El desarrollo de morteros que endurecen y ganan resistenciarpidamente permiti que el trabajo de la mampostera se

E


6/163

acelerara. Se engrosaron las pegas, lo que permiti ademscorregir los defectos generados por las variaciones dimensionales

de las unidades de mampostera. Inicialmente se prepararonmorteros de cal con pequeas adiciones de cementos naturales ode cemento portland. Luego, la participacin en la mezcla delcemento portland se increment hasta que la preparacin delmortero se convirti en un proceso que mezcla al cemento conpequeas proporciones de cal.

Se puede afirmar que de todos los sistemas constructivos deque dispone la humanidad, el ms esencial es la mampostera.Este se ha utilizado por ms diez milenios, comenzando por lamampostera de adobe del medio oriente hasta los modernossistemas de mampostera portante. Se ha empleado en una

amplia gama de estructuras que incluyen muros, torres, puentes,castillos, bvedas, etc, dejando una variedad inslita de formasarquitectnicas. Hoy en da, el 90% de la poblacin del mundovive en estructuras de mampostera. De ah la importancia deestudiarla a fondo para garantizar una alta durabilidad o una granestabilidad, as como economa en la construccin y en elmantenimiento de la obra.

Los elementos bsicos de la mampostera son las unidades oelementos de mampostera (unidades de arcilla cocida o unidadesde concreto), el mortero, el concreto fluido o grouts y losaccesorios (refuerzos, conectores, sellantes para juntas deexpansin, etc. Este texto estar dedicado exclusivamente almortero.


7/163

7

1

Pastas y morteros

1.1 DEFINICIN

Se denomina pasta o lechada, segn su mayor o menorfluidez, al material resultante de la mezcla de uno o variosconglomerantes con agua. Si a este material se le aade unagregado, se obtiene un mortero o un concreto, dependiendo queel agregado sea solamente arena, o una mezcla de arena y grava.

El mortero se define como el material obtenido por la mezclade conglomerante, agua y arena, o como un concreto deagregado fino cuyo dimetro mximo es inferior a 5 mm. Losmateriales bsicos de los morteros son los diferentesconglomerantes, el agua y la arena. Los materialescomplementarios son las adiciones. La mezcla de estos

materiales genera un producto que fragua y endurece porprocesos fisicoqumicos adquiriendo una consistencia ptrea. Elconglomerante y el agua desempean el papel principal en estosfenmenos de fraguado y endurecimiento, en cambio la arena

Conglomerante+

Agua

Pasta o lechada

+Arena

Mortero+Grava

Concreto


8/163

sirve nicamente como sustancia estabilizadora de volmen ycomo material de relleno.

En Colombia las normas tcnicas generales que rigen a losmorteros son: NTC 3329 Mortero para Mampostera, NTC3546 Mtodos de ensayo para la evaluacin, en laboratorio y enobra, de morteros para unidades de mampostera simple yreforzada.

1.2 GENERALIDADES SOBRE LOSMORTEROS

1.2.1 Propiedades

Un buen mortero se adhiere a la paleta, se extiende confacilidad y no pierde mucha agua ni se entumece en contacto conladrillos o bases absorbentes. A estas propiedades se lasdenomina consistencia, plasticidad y capacidad de retencin deagua, y contribuyen a lograr una buena unin entre elementosconstructivos, as como a disminuir el riesgo de penetracin de lalluvia a travs del muro terminado.

El mortero de pega debe ser capaz de soportar cargas no muyelevadas mientras est fresco (peso de las sucesivas hiladas de

ladrillos), y una vez endurecido resistir el peso de los ladrillossuperiores si slo es muro de cerramiento e incluso cargas si esmuro portante. Por tanto, deber tener resistencia a compresinsuficientemente alta, si bien la resistencia del mortero secombina con la de los otros elementos constructivos. En estaresistencia a compresin se incluye tambin la resistencia a losgolpes, punzonamiento, etc., en el caso de los revestimientos. Elpapel de este tipo de mortero es unir los elementos demampostera y formar un conjunto nico, a su vez, se pretendeigualar las irregularidades de los mampuestos para que se realiceuna transmisin uniforme de la carga recibida y as evitar las

concentraciones de tensiones que pueden perturbar elcomportamiento mecnico del muro. La adherencia es otrapropiedad intrnseca de los morteros, que se podra definir comola resistencia al despegue, lo que implica una capacidad deabsorber tensiones de traccin y deslizamiento.


9/163

9

Acortamiento

Esfuerzo de Compresin

Esfuerzo de Compresin

DilatacinDilatacin

El mortero debe ser capaz de adaptarse a los cambiosdimensionales provocados por efectos trmicos (dilatacin) o por

secado (retraccin). Para ello es preciso que desarrolle altasresistencias iniciales. Pero no es cierto que slo stas influyan,pues una alta resistencia generalmente va unida a elevadosvalores de retraccin de secado, por tener dosificaciones msricas en conglomerante. En general los morteros deben tener unabuena estabilidad volumtrica.

El mortero no se debe confundir con el concreto, pues suspropiedades y comportamiento son muy diferentes.

1.2.2 Relaciones entre el muro, el mampuesto y el mortero

En la resistencia del muro toman parte sus dos componentes,el elemento de mampostera y el mortero. Hay evidentementeuna relacin entre las propiedades de ellos y la del muro final.Ante un esfuerzo de compresin, el muro se acorta en direccindel esfuerzo y se dilata en las direcciones perpendiculares a l.En la figura 1, se muestra grficamente esta relacin.

Figura 1. Efecto del esfuerzo de compresin sobre el muro

Como el muro no es un cuerpo homogneo y las dilatacionesy acortamientos que sufre no se producen por igual, se presentauna deformabilidad desigual de tal forma que mientras uno delos elementos tiende a dilatarse perpendicularmente a la fuerzaexterior que acta sobre el muro, el otro no lo puede hacer pues


10/163

se encuentra impedido por su adherencia con el primer elemento.Por esa razn, ambos elementos tendrn que dilatarse en igual

medida originndose tensiones de compresin, traccin ycortante en el conjunto, por lo cual el muro queda sometido asolicitaciones en tres direcciones. La magnitud de las tensionesdepende de la naturaleza y caractersticas de los materiales, esdecir de sus mdulos de elasticidad y de la relacin de Poisson.Por este mecanismo se produce un efecto de zunchado quefavorece la resistencia del muro.

Con base en resultados de ensayos en el mundo, se deduceque la resistencia del muro (RM) puede ser mayor o menor quela del mortero (Rm), pero siempre es menor que la resistencia delelemento de mampostera (Rem). Si se utilizan ladrillos unidos

con un mortero de resistencia baja, sufrirn los efectos de losesfuerzos de traccin debidos a la desigualdad de la dilatacintransversal. Por el contrario, si la resistencia de los ladrillos esmenor que la del mortero, es en ste precisamente donde sedesarrollarn los esfuerzos de traccin, que al alcanzar unamagnitud determinada, harn que se fisure. En este momentocesa el efecto de zunchado y el ladrillo que en un principio sehallaba sometido a compresin en direccin perpendicular a lacarga, se encuentra de repente sometido a traccin, en lasinmediaciones de la fisura del mortero, y se fisura a su vez.

De todas maneras no interesa emplear un mortero con unmdulo de elasticidad muy diferente al del elemento demampostera. Por regla general, para cada resistencia delelemento de mampostera habr una resistencia de morterocorrespondiente que proporcionar al muro la mayor resistencia.En la tabla 1, se presenta la relacin entre la resistencia delelemento de mampostera y la dosificacin del mortero, quesegn el Building Research Station de Inglaterra, proporcionan lamxima resistencia.

Resistencia del elemento demampostera (kg/cm2)

Proporciones (volumen)(cemento : cal : arena)

100 1 : 2 : 9

200 a 280 1 : 1 : 6550 1 : 0 : 3

Tabla 1. Relacin entra la resistencia del elemento de mampostera y ladosificacin del mortero


11/163

11

La resistencia de un muro depende no slo de la resistenciadel elemento de mampostera y la resistencia del mortero, sino

de:

El espesor de juntas Las irregularidades en la superficie El tamao mximo del agregado del mortero La magnitud y disposicin de las perforaciones del

mampuesto La retraccin del mortero La calidad de la mano de obra, etc.

Las curvas que relacionan la resistencia del muro (RM), la

resistencia del mortero (Rm) y la resistencia del elemento demampostera (Rem), se aproximarn a la realidad, pero tendrnerrores debidos a todos esos factores sealados anteriormente.Haller da la siguiente frmula y su representacin grfica seencuentra en la figura 2.

M= (

em15.01+ - 1) (8 + 0.057

m) (kg/cm2)

1.2.3 Algunos tipos de morteros

1.2.3.1 Morteros de cal

Es el mortero ms antiguo. Fue ampliamente utilizado por losromanos. Se obtiene llenando los huecos de la arena con unapasta formada por cal apagada y agua. Se precisa para ello unvolumen de cal por tres de arena. Las cales utilizadas pueden serhidrulicas y areas. Aunque las cales hidrulicas no se fabricanen Colombia, es interesante mencionarlas. Son las que fraguan

bajo el agua porque poseen en su composicin constituyentesanlogos a los cementos naturales (se obtienen por calcinacinde calizas impurificadas con slice y almina) y desarrollanresistencias iniciales relativamente altas. Las cales areas, comola cal viva o apagada, no poseen propiedades de fraguado bajo el


12/163

Figura 2. Resistencia del muro en funcin de la resistencia del mortero y

la del elemento de mampostera

agua, sino que se entumecen primeramente por prdida del aguaque forma la pasta (por succin de los ladrillos o secado al aire)y slo, muy lentamente, fraguan y endurecen por carbonatacin.Algunas cales, tanto areas como hidrulicas, obtenidas decalizas dolomticas, tienen alta proporcin de Mg(OH)2, sonsusceptibles de carbonatacin como las cales clcicas. Estasconstituyen las mejores cales para uso en la construccin.

1.2.3.2 Morteros de cemento

Cuando se precisan altas resistencias iniciales, o bien

resistencias elevadas en el mortero endurecido, se pueden utilizarconglomerantes del tipo de los cementos naturales o portland.Pero no se debe ajustar la resistencia variando la proporcincemento:arena, pues las mezclas pobres en cemento son sperase intrabajables porque las partculas de arena rozan entre s, sin

Resistencia del Muro en funcin de la Resistencia del

Mortero y la del Elemento de Mampostera

0

50

100

150

200

250

300

100 200 300 400 500

Resistencia del Mortero (kg/cm2)

Re

sistenciadelMuro(kg/cm

2)

100 kg/cm2

200 kg/cm2

300 kg/cm2

400 kg/cm2

500 kg/cm2


13/163

13

esa especie de lubricante que es la pasta de cemento. Para unacomposicin cemento: arena de 1: 3 en volumen, la pasta es

manejable, pero son morteros demasiado resistentes para los usosnormales y con alta retraccin de secado, susceptibles deproducir grietas. Sin embargo, se utilizan estos morteros ricospara obras de ingeniera que exijan grandes resistencias (murosde contencin, por ejemplo) y tambin para elementos de muroque, como los cimientos, van a estar por debajo del nivel delsuelo pues son morteros densos, impermeables y porconsiguiente, resisten la accin de las sales del sustrato encondiciones de alta humedad. Para aumentar la trabajabilidad demezclas ms pobres pueden utilizarse arenas con ligerasproporciones de limos, e incluso arcillas (arenas grasas) que por

su contenido en finos, proporcionan rellenos lubricantes a losgranos de arena.

1.2.3.3 Morteros de cemento:cal:arena, denominados bastardos

Estos morteros reunen las propiedades y ventajas de los dosanteriores, o sea, trabajabilidad y altas resistencias iniciales.Utilizando como base un mortero de cemento 1: 3 se puede irsustituyendo parte del cemento por cal, mientras que el total depasta conglomerante sea capaz de rellenar los huecos de la arena.

As se asegura buena trabajabilidad y resistencias inicialesmedias, pero suficientes. Se obtienen morteros de proporciones1::4; 1:1:6; 1:2:9, etc. (en volumen) que cubren toda la gamade resistencias. En la tabla 2, se resumen las caractersticasequivalentes de los distintos morteros.

2.3.4 Morteros con aditivos

Los aditivos que se emplean pueden ser aireantes (queintroducen aire en el interior de la masa del mortero) o bien

actuar sobre la tensin superficial de la pasta de cemento,aumentando la retencin de agua. Ambos tipos aumentan latrabajabilidad de las mezclas pobres de cemento, pues lasburbujas de aire rellenan los huecos entre partculas de arena, yles permiten deslizarse sin rozar entre ellas. Esta disminucin de


14/163

la tensin superficial favorece que la pasta de cemento moje lasuperficie del rido, logrndose el mismo efecto. De esta forma,

un mortero 1:6 con plastificante sustituye a los morteros 1:1:6;uno 1:8 al 1:2:9, etc. No se deben utilizar morteros aireados conrelacin cemento: arena menor de 1:8 por sus bajas resistencias ypor la imposibilidad de la masa de retener el aire ocluido.

Tipo demortero

Calhidrulica/

arena

Cemento/cal/arena

Cementoalbailera/

arena

Cemento/arena

aireado

I 1: 0 - : 3II 1: : 4 -

4- -

III 1: 1: 5 6 1: 4 1: 5 - 6IV 1: 2 3 1: 2: 8 9 1: 6 1: 7 - 8

Aumento deresistenciasmecnicas.

Aumento deretraccin.V 1: 3 1: 3:10 - 12 1: 7 1: 8

Incremento de resistencia al hielo

Incremento de la adherencia y de la impermeabilidad

Tabla 2. Morteros equivalentes. variacin de propiedades

1.2.3.5 Morteros preparados con cemento adicionado (cemento de albailera omampostera)

Los cementos de adicin para albailera son mezclas decemento portland con minerales finamente divididos, siendoestos ltimos potencialmente hidrulicos (puzolanas, escorias) ototalmente inertes (caliza, caliza dolomtica) desde el punto devista conglomerante, y con adicin o no de agentes aireantes. Susbuenas propiedades de trabajabilidad se deben a los finos quecontienen, los cuales rellenan los huecos entre ridos. Laproporcin de adiciones inertes es inferior al 35%.


15/163

15

1.2.3.6 Morteros de cemento - cola

Los cementos cola, son mezclas de cemento y compuestosorgnicos de tipo resina soluble en agua. Se suelen dosificar al50 % en peso de arena, generalmente bajo instrucciones delfabricante. Estos morteros son muy adherentes y puedenemplearse en su composicin arenas finas por la baja tensinsuperficial que presentan, llegndose a obtener as juntas muydelgadas (2 mm). Adems, requieren poca agua de amasado, conla consiguiente disminucin de humedad en la obra y el tiempode espera por secado. Se emplean para aplicar cermica sanitaria,elaborar juntas delgadas en paneles prefabricados y hacer

enlucidos de superficie final muy fina.Para continuar con el estudio de los morteros es preciso tener

una idea clara sobre los materiales que componen al mortero.Seguidamente se hace un breve anlisis de este aspecto.


16/163

2

Materiales para prepararmorteros

2.1 CONGLOMERANTES

Es importante antes de entrar en materia, presentar a losconglomerantes como sustancias capaces de ligar fraguando yendureciendo conjuntamente con una variedad de otrosmateriales: los agregados, el agua y los aditivos, a fin de producirmateriales de construccin bsicos como son: el concreto, losmorteros. Estos conglomerantes se caracterizan por la capacidad

de desarrollar sus propiedades y la estabilidad de stas, encontacto con el agua o con el aire.Se denominan Conglomerantes Areos, a todos aquellos que

presentan estabilidad al contacto con el aire, tales como: lasCales y los Yesos. Se denominan Conglomerantes Hidrulicos,aquellos cuyas propiedades se manifiestan tanto bajo agua comoa la intemperie. Los conglomerantes hidrulicos deben suspropiedades a la composicin qumica y a la finura que poseen.Por ello, es importante que estas dos caractersticas permanezcanestables, para as garantizar del cemento un comportamientosimilar en cualquier lugar y tiempo en que sea utilizado.

Los conglomerantes fundamentales de para preparar morterosson: la cal y el cemento portland o el cemento de mampostera,cuyas caractersticas quedan reseadas en la tabla 3. Estosconglomerantes deben cumplir las normas Colombianas que seespecifican. En todos los casos se hace referencia a las normas


17/163

17

ASTM, validadas en el captulo D.3 Calidad de los Materialesen la Mampostera Estructural de la NSR- 98, donde se dan las

especificaciones requeridas para elaborar morteros de pegaincluyendo a sus materiales constituyentes.

2.1.1 LAS CALES 1

Se denomina cal al producto de la calcinacin de la rocacaliza (CaCO3 > 90% de pureza). Dicha calcinacin se efectaentre los 900 a 1050C y deja como producto un compuestoqumico, Oxido de Calcio (CaO), cuyo nombre popular es calviva. Al adicionarle agua a la cal viva hay una reaccin de

hidratacin acompaada de un incremento de volumen(aproximadamente 3 veces) y una liberacin de calor alta (280cal/g) formndose la cal apagada o hidrxido de calcio(Ca(OH)2).

La cal viva tiene una gravedad especfica de 3.0aproximadamente. Su densidad volumtrica o peso volumtricoes del orden de las 1100 a 950 kg/m3. Dureza de 3 a 2 en laescala de Mohs. La cal apagada tiene una gravedad especfica de2.3 a 2.4. Su densidad volumtrica es del orden de 400 a 641kg/m3. La dureza es similar a la de la cal viva.

Como material de construccin es uno de los ms viejos en el

mundo y se conoce desde el ao 4000 A.C. Tiene mltiples, usostales como:

Ladrillos Silico - Calcreos

Ampliamente utilizados en Europa como unidades demampostera para construccin. Es una mezcla del 7 al 10% decal y el resto de arena de cuarzo bien gradada, se le aade aguase moldea la mezcla a alta presin y el ladrillo obtenido en verdese trata en un autoclave a una presin y temperatura definidas.La resistencia promedio alcanzada con este material est entre200 y 400 kg/cm2. En Alemania Federal hay 150 plantas queprodujeron en 1970 entre 6 a 8 billones de ladrillos y otraspiezas.


18/163


19/163


20/163

Para producir morteros de mampostera

Ha sido el uso por excelencia de la cal a travs de la historiade la civilizacin. Como monumentos vigentes est la GranMuralla China, la Va Apa, etc. Los romanos encontraron que lamezcla de cal - puzolana desarrollaba propiedades hidrulicas ycon ello ampliaron el panorama de uso como material deconstruccin al campo de las vas, prefabricados y algunos tiposde concretos. La cal para morteros debe ser hidratada a fin deconseguir las mejores ventajas de plasticidad.

En general los morteros que contienen slo cemento son pocoplsticos y de baja o nula retencin de agua por lo que losbloques, ladrillos u otros elementos de mampostera, si no seencuentran saturados de agua, la succionan del morteroafectando notoriamente las propiedades del mismo.

La adicin de cal en la preparacin de morteros de cemento,permite obtener las siguientes ventajas:

Plasticidad y trabajabilidad Alta retencin de agua Alta capacidad de uso de arena en el mortero. Con lo que

se rebajan costos. Ms flexibilidad bajo carga Buena resistencia de enlace (adherencia) Menos eflorescencia Fcil coloreado Facilidad al retemplado Autocicatrizacin

Los morteros de cal no alcanzan las mismas resistenciasmecnicas a compresin que los morteros de cemento, perodesarrollan propiedades adicionales que los mejoran en lamayora de los casos. A su vez se consiguen rebajar los costos deobra al emplear menores cantidades de cemento, y permitenmayores facilidades en la aplicacin que se traducen en menor

tiempo de ejecucin. En la tabla 4, se presenta un resumen de lasespecificaciones NTC 3329 (ASTM C270): Morteros paraMampostera.


21/163

21

Partes por VolumenTipo deMortero

Retencinde agua.(mn.) %

fc del mortero(mn.) psi (Mpa) Cemento

PortlandCal

Hidratada Arena

O 75 350 (2.4) 1 1 a 2

N 75 750 (5.2) 1 a 1

S 75 1800 (12.4) 1 a

M 75 2500 (17.2) 1

No menosque 2.25 yno ms que3 veces lasuma de losvolmenesseparados decemento ycal hidratada

Tabla 4. Resumen de las especificaciones para morteros de mampostera,segn la NTC 3329

La aplicacin de esta especificacin en Colombia no conducenecesariamente a la misma calidad de resistencia mecnicaestipulada en ella, pues las caractersticas fsicas y qumicas delcemento, la cal y la arena afectan a esta propiedad y a otras ms,tales como: plasticidad, impermeabilidad y retencin de agua. Esnecesario desarrollar investigaciones en este sentido, tal que sepueda en un futuro establecer una norma y un mtodo deproporcionamiento de mezclas confiable con base en cal.

Otros usos de la cal en la construccin

Mezclas cal puzolanas para prefabricacin: bloques,adoquines, etc.

Repellos y estucos, combinada con otros productos Estabilizacin de suelos en construccin de vas

2.2 LOS CEMENTOS PRTLAND 2

Los morteros debern cumplir el Cdigo Sismo ResistenteNSR-98. Las normas que ste especifica para preparar morteros

son las normas sobre cemento portland NTC 121 y NTC 321(ASTM C150), sobre cemento adicionado ASTM C595 y sobrecemento de mampostera NTC 4050 (ASTM C-91). En la tablanmero 2 se hace un resumen de estas normas.


22/163

El cemento hidrulico est definido por la norma ASTM C219, como un cemento que fragua y endurece por interaccin

qumica con el agua y que es capaz de hacerlo bajo la misma. Elcemento portland es el cemento hidrulico ms importante. Seobtiene por la pulverizacin del clinker de cemento portland, quecontiene esencialmente silicatos de calcio hidrulicos,generalmente mediante una molienda ntima con pequeascantidades de sulfato de calcio dihidratado (YESO) el cual seemplea para controlar las velocidades de reaccin. El clinker sefabrica a temperatura elevada (1450 C) en un horno al que se leintroduce una mezcla molida y homognea de minerales deorigen natural (compuesta mayoritariamente por caliza y arcilla),que se transforma en nuevos minerales que tienen propiedades

hidrulicas. Los cuatro xidos o componentes principales seexpresan de forma simplificada as:

En la formacin del clinker ocurren las siguientes reaccionesqumicas:

Estos cuatro compuestos se denominan componentesmineralgicos del clinker de cemento y la mayor o menorpresencia de cada uno de ellos en el conglomerante, determinarlas propiedades qumicas, fsicas y mecnicas del mismo. Lacomposicin qumica del cemento portland est dentro de lossiguientes lmites generales. (ver tabla 5)

CaO (Oxido de Calcio) = C

SiO2 (Oxido de Silicio) = SAl2O3 (Oxido de Aluminio) = A

Fe O Oxido de Hierro = F

4C + A + F C4AF (1) Ferrito Aluminato tetraclcico3C + A C3A (2) Aluminato triclcico (CELITA)

2C + S C2S (3) Silicato biclcico (BELITA)

C2S + C C3S (4) Silicato triclcico (ALITA)


23/163

23

Elementos expresados como xidos Contenido (%)

CaO 60.0 67.0

SiO2 17.0 25.0Al2O3 3.0 8.0Fe2O3 0.5 6.0MgO 0.1 4.0

lcalis 0.2 1.3SO3 1.0 3.0

Tabla 5. Lmites de composicin para el cemento portland

Hay otros elementos (secundarios) que estn presentes enpequeas cantidades, que alcanzan una importancia considerable.

Los elementos secundarios del clinker o del cemento portlandson:

Prdida al fuego (P.F.), equivale a H2O, CO2, materiasorgnicas

Residuo Insoluble (R.I.) Oxido de Magnesio (MgO) Sulfato (SO3) lcalis: xido de Sodio (Na2O) y xido de Potasio (K2O) Cal libre (CaOlibre)

Las propiedades de los cuatro componentes mineralgicoscuando reaccionan con el agua, se pueden resumir as:

2.2.1 Silicato Triclcico (C3S)

Desarrolla altos calores de hidratacin (120 cal/g) Genera elevadas resistencia a corto plazo Libera abundante cal como hidrxido de calcio (13,0 % de su

peso en 30 das como Ca(OH)2) Los cementos ricos en C3S, con contenidos entre el 45 y el

60% de este componente, desarrollan grandes cantidades decalor; por lo tanto en las obras cuyos consumos de cementosuperen los 350 kg/m3 de concreto o trabajen grandesvolmenes de concreto con baja relacin de superficie avolumen, tendrn un excesivo calentamiento, tal que al


24/163


25/163

25

El C3S y el C2S se complementan o conjugan de tal maneraque al crecer uno disminuye el otro. La suma de los dos en un

cemento Prtland, debe estar entre el 70 y el 75% de lacomposicin del cemento. Defectos de esta suma, generan uncemento de mala calidad en el aspecto resistente. Se puede dar elsiguiente ejemplo prctico (ver tabla 6), de las pocas o muchasventajas para emplear un cemento sin adicin, rico o pobre enC3S o C2S. En esta tabla como en las siguientes se representancon signo (+) las caractersticas positivas o favorables y consigno (-) las desfavorables o negativas. El doble signo (), queafecta al calor de hidratacin, indica una situacin ambivalente,pues, tanto un calor alto como uno bajo pueden ser favorablescomo desfavorables, en funcin de las circunstancias (vaciado en

tiempo fro, prefabricacin, vaciado en tiempo caliente y seco,grandes masas de concreto, etc.)

Los Cementos Portland:Ricos en C3S: 65%Pobres en C2S: 20%

Pobres en C3S: 45%Ricos en C2S: 40%

Son:(+) ms resistentes sobre todo a edadescortas

(-) menos resistentes sobre todo aedades cortas

(+) ms protectores de armaduras (-) menos protectores de armaduras(-) menos estables (ms retrctiles yfisurables)

(+) ms estables (menos retrctiles yfisurables)

(-) menos durables (ms qumicamenteatacables)

(+) ms durables (menos qumicamenteatacables)

() de mayor calor de hidratacin () de menor calor de hidratacin

Tabla 6. Ejemplo prctico del impacto de la participacin de los silicatosde clcio en las propiedades del cemento

2.2.3 Aluminato Triclcico (C3A)

Tiene una gran velocidad de hidratacin y desarrolla altocalor de hidratacin (207 cal/g)

Colabora moderadamente al desarrollo de la resistencia. No libera Cal, como Ca(OH)2, al hidratarse. Por el contrario

fija en alguna proporcin la cal liberada por los dos silicatos. Tiene gran sensibilidad a los sulfatos. Genera al reaccionar

con ellos productos expansivos destructores del concreto.


26/163

Es el responsable del fraguado de los cementos. En la preparacin de concretos para obras sometidas a

medios agresivos o de grandes masas, se restringe supresencia por su debilidad ante los ataques, por su tendenciaa la retraccin si el contenido de yeso no es el apropiado ypor la expansin que genera al reaccionar con los sulfatospresentes en el ambiente, posterior al endurecimiento delconcreto.

2.2.4 Ferrito Aluminato Tetraclcico (C4FA)

Tiene una lenta velocidad de hidratacin y genera bajo calorde hidratacin. (100 cal/g)

No contribuye a la generacin de resistencias. No libera cal. Posee buena durabilidad frente a los sulfatos.

Como se observa el C4AF es el inverso en comportamiento alC3A y por tanto son constituyentes conjugados como lossilicatos. Su suma est entre el 20 y el 25% del total decompuestos potenciales del cemento. Con lo anterior se puededar el siguiente ejemplo prctico (ver tabla 7), sobre las ventajaso desventajas de emplear cementos sin adiciones, ricos en C3A oC4FA.

En la tabla 8 se muestra un ejemplo prctico delcomportamiento conjunto de los componentes potenciales delcemento y su impacto en las propiedades del mismo.

En la tabla 9 se muestra un resumen del comportamiento delos constituyentes principales del cemento portland.

Los Cementos Portland:Ricos en C3A 15%Pobres en C4AF 6%

Pobres en C3A 5%Ricos en C4AF 16%

Son:(-) menos estables (ms retrctiles yfisurables)

(+) ms estables (menos retrctiles yfisurables)

(-) menos durables (ms

qumicamente atacables)

(+) ms durables (menos

qumicamente atacables)(+) ms resistentes (-) menos resistentes

() de mayor calor de hidratacin () de menor calor de hidratacin

Tabla 7. Ejemplo prctico del impacto de la participacin del C 4AF y elC3A en las propiedades del cemento


27/163

27

Los Cementos Portland:Ricos en C3S 60%(Pobres en C2S 20%)Ricos en C3A 12%(Pobres en C4AF 6%)

Pobres en C3S 45%(Ricos en C2 S 35%)Pobres en C3A 5%(Ricos en C4AF 12%)

Son:(+) mucho ms resistentes sobre todoa las primeras edades

(-) mucho menos resistentes sobretodo a las primeras edades

(-) mucho menos estables y durables (+) mucho ms estables y durables

() de mucho mayor calor dehidratacin

() de mucho menor calor dehidratacin

Tabla 8. Ejemplo prctico del impacto de la participacin del C3S, C2S,C4AF y el C3A en las propiedades del cemento

Constituyente Velocidad dehidratacion

Calor dehidratacion

Desarrolloresistencia

Durabilidadquimica

SilicatoTricalcico (C3S)

GrandeGrande yrpido. 120cal/g.

Rpidoinicialmente y

prolongadoPequea

SilicatoBiclcico(C2S)

PequeaPequeo ylento. 62 cal/g.

Lentoinicialmente ymuy

prolongado

Intermedia

AluminatoTricalcico (C3A)

Muy grandeMuy grande yrpido. 207cal/g.

Muy rpido yde cortaduracin

Muy pequea

Ferritoaluminat

o Tetraclcico(C4AF) Grande

Moderado y

lento. 100cal/g.

Lento y poco

significativo Grande

Tabla 9. Comportamiento de los constituyentes potenciales del cementoportland.

La calidad qumica de un cemento refleja claramente laspropiedades del mismo. El productor debe ofrecer un productode composicin certificada y el usuario debe conocer estosaspectos qumicos para utilizar el producto idneo a lascaractersticas de la obra. Si el productor de cemento no puedesatisfacer la exigencia del cliente, ste deber tomar los cuidados

necesarios para que la ejecucin de la obra con el cementodisponible cumpla las condiciones exigidas por la obra.El cemento portland producido en Colombia corresponde

generalmente al tipo I, aunque algunas fbricas producen el tipoIM, el tipo III y el tipo V. Las especificaciones fsicas y qumicas


28/163

se dan en las Normas NTC 121 y 321. En la Tabla 10, seresumen las especificaciones fsicas y qumicas.

Tipo I Tipo I M Tipo III Tipo V

Superficie especfica en m2/g.Blaine. (Valor promedio mn.)

280.0 280.0- 280

Expansin en Autoclave mx. (%) 0.8 0.8 0.8 0.8

Tiempo de fraguado (Aguja Vicat).Tiempo inicial: (min.)Tiempo final: (hr.)

458.0

458.0

458.0

458.0

Resistencias a la compresin mn.MPa. (kg/cm2).

1 da3 das7 das

28 das

-

0.8 (80)15.0 (150)24.0 (240)

-

12.5 (125)19.5 (195)28.0 (280)*

10.0 (100)

21.0 (210)--

-

8.5 (85)15.5 (155)21.0 (210)

Oxido de Magnesio (MgO) max.% 7.0 7.0 7.0

Trixido de Azufre (SO3) max.% 3.5 3.5 4.5Prdida al fuego max.% - 5.0 4.0

Residuo insoluble max.% - 4.0 3.0

Tabla 10. Resumen de especificaciones fsicas y qumicas de loscementos. Normas NTC 121 y 321

2.2.5 Otros Constituyentes del Cemento Portland

Existen otros constituyentes importantes para definir la purezay la calidad del cemento y tienen gran relevancia. Se hace acontinuacin, una breve descripcin de ellos:

Cal Libre (CaO(libre)): Su hidratacin es expansiva, generaun incremento de casi 3 veces el volumen inicial. Ocasionacuarteamiento superficial del concreto e incluso eldebilitamiento y destruccin de ste. El mximo aceptado

como no pernicioso es el 2%. Las normas internacionaleshan prescindido de establecer un lmite mximo, por la altatecnificacin que la industria del cemento ha alcanzado,

*Requisito fsico opcional


29/163


30/163

reciclan los polvos recuperados de los gases decombustin. Afectan la estabilidad volumtrica y la

durabilidad de los concretos, por la generacin de silicatosalcalinos de gran poder expansivo, que perjudican enprimera instancia la adherencia de los agregados con lapasta y posteriormente generan fisuramiento y destruccintotal del concreto. Se acepta un contenido mximo, comoNa2O equivalente, del 0.6%.

Contenido de Yeso expresado como SO3: El papelfundamental del yeso en el cemento es el de servir deretardador de fraguado impidiendo que el C3A se hidraterpidamente dando como consecuencia un fraguado

relmpago. La cantidad de yeso o SO3se relaciona con lacalidad del cemento as:

A mayor contenido de C3A se requiere ms SO3 A mayor finura se requiere ms SO3 A mayor contenido de lcalis se requiere ms SO3As es posible obtener las mejores caractersticas delcemento en cuanto a: Estabilidad de volumen Resistencias DurabiIidad.

Cuando se adicionan excesos de sulfatos al clinker, sepresenta una expansin destructiva de la pasta fraguada decemento. El contenido ptimo de yeso se determinamidiendo la generacin de calor de hidratacin.Generalmente el mximo inmediato en la velocidad dedesarrollo del calor va seguido de otro mximo que sepresenta de 4 a 8 horas despus de elaborada la mezcla.

Con la cantidad correcta de yeso queda poco C3A librepara la reaccin despus de haberse combinado todo elyeso y por lo tanto no habr ningn otro mximo en laliberacin de calor.

Cuando el terreno donde se va a construir o el agua enque se va a sumergir una obra, contiene sulfatos en exceso,hay necesidad de emplear cementos resistentes a stos osea, con muy bajo contenido de C3A. Estos son los


31/163

31

Cementos Portland tipo V de la Norma ASTM oICONTEC.

En Colombia se permite hasta un contenido mximo del3.5% de SO3, lo que contrasta con la especificacin ASTMque acepta ese valor cuando el contenido de C3A es mayoral 8%. Los cementos portland Colombianospotencialmente presentan contenidos de C3A altos, por loque se deben tomar las precauciones que ello exige segnlo referido hasta ahora.

Residuo Insoluble: Es un indicador del grado de impurezasdel cemento. Generalmente significa que el yeso empleadoes muy impuro. Cuando el clinker de cemento lo contiene

en proporciones altas significa que la estequiometra de lasreacciones controladas en el horno, no se est cumpliendo.Cuando se adicionan puzolanas en la molienda el residuoinsoluble crece. La Norma NTC 321 no fija lmite para eltipo I y fija el 4% como mximo para el IM. La NormaASTM permite un mximo del 0.75% para cualquier tipode Cemento Portland.

Prdida al Fuego: Indica el grado de prehidratacin ocarbonatacin ocasionado por un almacenamientoincorrecto. Indica el envejecimiento del cemento. Permitedetectar la adicin de caliza como relleno del cemento. LaNorma NTC no fija lmite para el Tipo I y establece unmximo del 5% para el Tipo IM. La Norma ASTM permiteun mximo del 3%. En general, la tendencia es incrementareste valor para permitir la adicin de caliza, pues traeventaja en la reduccin del consumo de energa en lamolienda. Debe cuidarse mucho esta prctica pues subondad depende de la calidad del clinker.

2.2.6 La Finura del Cemento

La velocidad de hidratacin de los cementos se veinfluenciada notablemente por la finura de stos. A mayor finura,mayor es la superficie que se ofrece a ser hidratada por el aguade amasado y consecuentemente mayor es la formacin de "Gel


32/163

de Cemento", responsable del endurecimiento del mismo. Aspues, a mayor finura mayor resistencia inicial y mayor

impermeabilidad pero tambin se incrementa el grado deretraccin y la liberacin del calor de hidratacin. Entre ms finosea un cemento se requiere un contenido de yeso mayor paragarantizar una regulacin de fraguado adecuada. En el concretose consigue una alta temperatura, las retracciones trmicas ehidrulicas se incrementan y con ello el riesgo de fisuracin ycorrosin de armaduras.

Algunos investigadores han demostrado que los granos de 7dan la resistencia de 1 a 2 das y los granos de hasta 24, lasresistencias de 7 das. Los granos mayores de 50 contribuyenslo en forma muy pequea ya que el ncleo de estos granos

gruesos hidrata muy tarde. La hidratacin alcanza a los 28 dasuna profundidad de 3.5. desde la superficie de los granos.Para mejorar la calidad de un cemento, primero habra que

incrementar el contenido en C3S antes de intentarlo mediante elaumento de la finura de molienda. Al darse esta ltima solucin,el productor debera informar sobre la finura del cemento paraque el usuario tome las precauciones para hacer una ptimaplicacin del producto.

Desde otro punto de vista, los cementos muy finos atrapanmucho aire y su peso volumtrico Ilega a ser menor de 1.0ton/m3. Son muy higroscpicos y envejecen rpidamente. Por

ello las normas de cemento establecen unas especificacionesmnimas y mximas vlidas para evitar los problemas de losexcesos de finura. La Norma NTC 121 fija unos valores mnimospromedio de 280 m2/kg similar a las Normas ASTM, para elensayo de superficie especifica (Blaine).

En Colombia para algunos cementos se han medidosuperficies especficas (Blaine) de hasta 420 m2/kg. Algunos deestos cementos finos se encuentran adicionados con puzolanas ocalizas, con lo que la finura obtenida puede ser aparente puestoque estas adiciones poseen por lo general mayor aptitud a lamolienda que los clinkeres mismos. As, las adiciones quedan

ms finas respecto del clinker y le dan al conjunto una finura queno produce los efectos que las altas finuras ocasionan al cementosin adicin.


33/163

33

2.2.7 La Hidratacin del Cemento

Cuando al cemento se le mezcla con agua, sus componentesmineralgicos: C3S, C2S,C3A y C4AF que corresponden a salesminerales, amorfas, anhidras e inestables, reaccionan con ellagenerando unos productos de hidratacin estables e irreversibles.Lo que se produce es una cristalizacin en forma de agujas mas omenos entrelazadas que dan origen a los procesos de fraguado yendurecimiento.

Es as como las reacciones de hidratacin consisten en laformacin de productos, cristalinos algunos y amorfos otros(geles), que por su estructura fsica y la trabazn que generan enuna retcula plstica de partculas de cemento en agua, son

responsables de las propiedades fisico-qumicas que buscamosen los cementos portland: resistencia mecnicas, estabilidad devolumen unida al efecto trmico y la estabilidad qumica odurabilidad frente a diferentes ambientes de uso. Estos productoshidratados son los componentes de la pasta de cemento queenvuelve a los agregados y una vez fraguada y endurecidaconforma as al concreto. La velocidad de hidratacin dependede la composicin qumica y mineralgica, de la finura, de latemperatura de endurecimiento, de la relacin agua/cemento y deotra serie de factores. El aluminato triclcico - C3A- es de todoslos minerales del clinker el que ms rpido se hidrata y le siguenen su orden el ferrito aluminato tetraclcico, el silicato triclcicoy finalmente el silicato biclcico.

Un cemento portland de composicin mineralgica media, fijaen condiciones normales y al cabo de 28 das de endurecimientoalrededor de un 17% de su peso en agua, al cabo de 3 meses el20% y por hidratacin completa alrededor del 25%. Unaelevacin de temperatura acelera la fijacin de agua y unadisminucin la retarda.

En general y de forma aproximada, se estima que los silicatostriclcicos y biclcicos reaccionan con el agua formando:

Un silicato de calcio hidratado denominado Tobermoritaresponsable del desarrollo de las propiedades resistentes dela pasta endurecida de cemento portland contenidas en losconcreto y morteros.

Un hidrxido de calcio denominadoPortlandita.


34/163

Las reacciones qumicas de hidratacin que representan loexpresado, se pueden escribir as:

Por sus propiedades de gel se denomina gel de tobermorita.Es el constituyente ms importante del cemento y desempea unpapel fundamental en:

Las propiedades reolgicas de la pasta fresca de cemento

portland. El fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento

portland. En el desarrollo de las propiedades mecnicas de la pasta. En la estabilidad dimensional de la pasta y del concreto

endurecido.

Estas reacciones de hidratacin van acompaadas de undesprendimiento de calor importante, cuyo efecto y estudio setratar posteriormente.

El gel de tobermorita y el hidrxido de calcio portlandita -

no son los nicos productos de la hidratacin del cementoportland. Tambin, los aluminatos triclcicos (C3A) y losferritoaluminatos tetraclcicos (C4AF) participan en lahidratacin. Las reacciones qumicas a que dan lugar se puedenrepresentar as: (no son estequeomtricas)

a) El aluminato triclcico se combina con el yeso (SO4Ca.2H20)en medio bsico de Ca(OH)2 formando Ettringita. Supresencia va acompaada de una expansin de volumen.

b) Los aluminatos restantes, que no han reaccionado con elyeso, se hidratan en un medio bsico de Ca(OH)2 en unaforma hexagonal inestable.

2C3S + 6H S2C3H3 + 3CH

2C2S + 4H S2C3H3 + CH

Tobermorita Portlandita

ota: H = H20; CH = Ca(OH)2

C3A + 3SO4Ca. 2H20 + 26H C3A.3SO4Ca.32H20

Ettrin ita


35/163

35

c) El aluminato clcico hidratado (C4AHx) reacciona con la

ettringita (C3A.3SO4Ca.32H20) para producir unmonosulfoaluminato clcico. Esta se verifica con una ligeradisminucin de volumen y desprendimiento de humedad.

d) La reaccin de hidratacin de los ferrito aluminatos

tetraclcicos transcurre en ausencia de sulfatos o despus dehaberse agotado y se podra esbozar as:

C4AF + 4CH + 22H C4A H13+ C4F H13

hexagonales inestables.

Estos compuestos reaccionan con la ettringita formando elmonosulfoaluminato y monosulfoferrito de calcio.

El aluminato triclcico es el primer componente del cementoen reaccionar, con el agua; por la rapidez de su hidratacin se

requiere la adicin del yeso como regulador de fraguado,haciendo posible el uso del cemento.El esquema sintetizado del proceso de hidratacin es:

Cuando en el concreto endurecido se presenta la formacin deEttringita se crean tensiones internas y se forman fisuras, por queel volumen de sta es superior al del aluminato triclcico

C3A+ CH + (x-1) H C4A Hx

(hexagonal)

C4A H13+ C3A.3SO4 Ca.32H20 C3A. SO4Ca.12H20 + H20

Perodo en que seproduce la hidratacin

desde el amasado.( 1 ) C3A + Yeso + Agua Ettringita 1 - 2 horas( 2 ) C3A + Agua Aluminato hidratado 2 - 5 horas

( 3 ) C3S + Agua Tobermorita + Portlandita 6 -10 horasFase CSH Ca (OH)2

( 4 ) C2S + Agua Tobermorita + Portlandita 8 -15 horasFase CSH Ca (OH)2


36/163

hidratado y al del yeso que capta para formar este nuevocompuesto.

En la figura 3 se presenta un esquema que muestra loexpresado en este aparte.

Figura 3. Componentes mineralgicos del cemento y sus reacciones dehidratacin

CEMENTO PORTLAND

CLINKER YESO

Silicatos deCalcio

C3S = 45 a 70 %

C2S = 15 a 35 %

Aluminato deCalcio

C3A = 0 a 15 %

FerritoAluminato

TetraclcicoC4AF = 3 a 15 %

Cal Libre< 1.5 %

+

AGUA

REACCIONES DE HIDRATACIN

Silicatos deClcio

Hidratados3CaO.2SiO2.3H2O

Hidrxidode Clcio

Ca(OH)2

Aluminato deClcio

Hidratado3CaO.Al2O3.6H2O

Aluminatos yFerritos de Clcio

Hidratados3CaO.Al2O3.6H2O

+CaO.Fe2O3.nH2O

Hidrxidode Clcio

Ca(OH)2

3CaO.Al2O3.6H2O 3CaSO4.2H2O

TOBERMORITA PORTLANDITA Aluminatos de

Clcio HidratadosFerritos de Clcio

Hidratados

ETTRINGITA3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O

Parte


37/163

37

Tecnolgicamente en los cementos hidratados se aprecian trespropiedades fundamentales: fraguado, estabilidad de volumen y

resistencia mecnica. A continuacin se presenta un breveanlisis de stas propiedades.

2.2.8 Fraguado

Se denomina fraguado al perodo que entre el momento enque se combinaron los materiales, integrantes de una pasta,mortero u concreto y la prdida de plasticidad de la mezcla. Entrminos prcticos este perodo est entre 1 a 2 horas. Alponerse en contacto ntimo al cemento con el agua se inician unaserie de reacciones, que ocurren por disolucin y precipitacin,

dando lugar a la formacin de unos productos slidos hidratadosque conducen al denominadofinal de fraguado, en donde resultauna pasta cuajada - congelada a partir de la cual se consolida elarmazn del slido global que terminar endureciendo con elcorrer del tiempo. Los factores que afectan el fraguado estn enfuncin de:

La cantidad de agua: A mayor agua mayor tiempo defraguado.

La temperatura del medio: A mayor temperatura menortiempo de fraguado y viceversa. Igual ocurre con la

temperatura del cemento o del mortero o del concreto. La finura del cemento: A mayor finura menor tiempo defraguado.

La vejez del cemento incrementa el tiempo de fraguado. El ambiente: A mayor humedad relativa mayor tiempo de

fraguado. El contenido de C3A y SO3. La presencia de sustancias orgnicas retardan y pueden

llegar a inhibir eI fraguado como por ejemplo, losazcares, lignitos, etc. Muchas veces los agregados de rotraen dichas sustancias.

El fraguado no debe confundirse con el endurecimiento, pueseste ltimo aspecto tiene que ver con el incremento de resistenciadesarrollado en una pasta fraguada.


38/163

El mecanismo del fraguado parece obedecer a las distintasvelocidades de hidratacin que ofrecen los cuatro componentes

bsicos del cemento, siendo el aluminato triclcico - C3A - el demayor velocidad de reaccin con el agua, que de no mediar lapresencia del yeso, conducira a un "fraguado rpido". Laformacin de la ettringita permite que sea el silicato triclcico elprimer compuesto de carcter hidrulico en reaccionar, una vezla capa de etringita formada alrededor de los componentesbsicos del clinker se ha solubilizado. Ese tiempo desolubilizacin genera un perodo en el cual parecera que no seproducen reacciones qumicas y solo se dan diluciones eincrementos de finura de las partculas del cemento,

Lo anterior vale la pena tenerlo en cuenta cuando se presentan

en las obras cementos de fraguado rpido por carencia de yeso opor altas temperaturas, pues pueden generar concreto de bajacalidad resistente. Un cemento de fraguado rpido se caracterizaporque su reaccin va acompaado de una liberacin de calorque eleva la temperatura de la masa del concreto rpidamente.Un cemento que tarda en fraguar, puede desarrollar mejoresresistencias mecnicas con el tiempo que el de fraguado normal.Un retardo en el fraguado de 1 2 horas adicionales al tiemponormal, no ocasiona prdidas apreciables de resistencias a cortoplazo. Es esta la razn por la cual las normas o especificacionesde los cementos, en el caso del fraguado, tienen un rango amplio,entre 45 minutos y 8 horas.

Hay una perturbacin de la plasticidad de la mezcla decemento que se denominanfalso fraguado.Esta ocurre cuando elyeso, dihidratado utilizado como regulador de fraguado, setransforma en hemihidrato debido a una elevacin detemperatura mayor de 120C que puede tener lugar en el procesode molienda. El falso fraguado se corrige almacenando mstiempo el cemento o realizando un mezclado ms largo yvigoroso del concreto. Cuando este fenmeno no se detectaoportunamente, en la preparacin de la mezcla, sta se presentaaparentemente ms seca o entumecida, incorporando ms aguacon la consecuente prdida de resistencias mecnicas. El falsofraguado, al contrario del fraguado relmpago, no vaacompaado de una fuerte liberacin de calor que genere uncalentamiento de la masa de la mezcla.


39/163

39

Los ensayos para medir la consistencia normal de la pasta, eltiempo de fraguado y el falso fraguado del cemento, estn

contenidos en las normas colombianas NTC 118, 110, 297.

2.2.9 Estabilidad de volumen

La Contraccin irreversible o Contraccin qumica de laspastas de cemento se explica por el hecho de que el agua deamasado ocupa menos espacio cuando queda ocluida en elretculo de los productos de hidratacin. El proceso dehidratacin del cemento portland da lugar a la formacin decompuestos con volumen absoluto superior a los compuestos

anhidros. En cambio, durante el fraguado endurecimiento seproduce una disminucin en el volumen absoluto de la pasta. Aeste fenmeno tambin se le denomina retraccin intrnseca.

Existe tambin la retraccin plstica y la retraccinhidrulica o de secado, que tiene lugar por evaporacin rpidadel agua de amasado durante el estado plstico de la masa decemento o cuando esta ha fraguado y endurecido. En generalestas retracciones se detectan por la aparicin de fisuras o grietasy se producen cuando el mdulo de elasticidad, multiplicado porel de retraccin, es mayor que la resistencia a la traccin de lamasa problema. Las retracciones plsticas que se presentan antesdel fraguado en general corresponden a que el cemento no tienecapacidad de retener el agua en cantidades adecuadas o porque lahidratacin de ste es muy lenta. En las retracciones hidrulicaso por secado, los factores que inciden en ella son: el diseo y elclculo de superficies, la dosificacin de cemento, la humedadrelativa del medio de conservacin, la temperatura ambiente y lavelocidades del viento. Las retracciones plsticas o hidrulicas sepueden combatir ptimamente si se efecta un buen curado queimpida la prdida rpida de humedad de la masa de la mezcla.

La retraccin potencial de un cemento portland obedecefundamentalmente a:

La Composicin Mineralgica: Existen unos coeficientesde retraccin del cemento portland a los 28 das en funcinde la composicin mineralgica, estos se presentan en latabla 11. Estos valores se aplican bajo el mismo modelo


40/163

estipulado para calcular el calor total de hidratacin y elresultado se expresa en porcentaje (%) de retraccin.

De la tabla se deduce que el contenido de C3A es quien dala mayor retraccin. Tambin se ha comprobado que si elcontenido de yeso en un cemento no corresponde al ptimocon relacin al contenido de C3A, habr una mayorretraccin de dicho cemento.

Componentes % RetraccinC3S 0.04C2S 0.020C3A 0.102

C4FA 0.025

Tabla 11. Coeficientes de retraccin del cemento portland en funcin desu composicin mineralgica, a los 28 das

La finura del cemento, tambin guarda una relacin directacon la retraccin. Ver tabla 12.

Retracciones a: (%)Superficie especfica(cm2/g) 3 das 7 das 28 das3.046 1.07 1.53 1.983.524 1.14 1.69 2.224.000 1.30 1.77 2.45

Tabla 12. Relacin entre la finura del cemento y la retraccin enmorteros a 90 das

La conservacin en ambiente hmedo o seco: Tiene efectoen la retraccin. Ver tabla 13.

Retracciones a: (%)Medio ambiente

3 das 7 das 14 das 28 das50% de H.R. 1.14 1.38 1.61 2.20100% de H.R. 0.38 0.46 0.46 0.46

Tabla 13. Efecto de la humedad relativa y la retraccin sobre probetas demortero conservadas a diferentes edades

Efecto de la cantidad de cemento sobre lo retraccin. Amayor contenido de cemento en una pasta mortero u


41/163

41

concreto la retraccin aumenta, por ello deben evitarse losexcesos de cemento. En la figura 4, se observa la retraccin

en funcin de la cantidad de cemento y la relacin a/c.

Figura 4. Retraccin del concreto en funcin de la cantidad de cemento yla relacin a/c

Resumiendo, se puede considerar que la retraccin delCemento Portland obedece fundamentalmente a: su calor dehidratacin, la cantidad de cemento, la relacin a/c y a lahumedad relativa de conservacin.

2.2.10 Calores de Hidratacin

La reaccin del cemento con el agua es exotrmica y liberauna gran cantidad de calor cuyo valor total es cercano a 120cal/g. de cemento. Lo ms, importante de este aspecto no es la

cantidad total de calor liberado sino la velocidad con que sedesprende dicho calor.

Dicha velocidad de desprendimiento de calor, est afectadapara todo cemento por:

Figura N 4: Retraccin del Concreto en funcin de la

Cantidad de Cemento y la Relacin a/c

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

Cantidad de Cemento (kg/m3)

Contraccinde

spuesde6meses

(m

m/m)

a/c = 0.3

a/c = 0.4

a/c = 0.5

a/c = 0.6

a/c = 0.7


42/163

La Temperatura de Curado: Este aspecto donde se muestraque a mayor temperatura de curado existe una mayor

velocidad de desprendimiento de calor se presenta en lastablas 14 y 15.

Calor de hidratacin (cal/g) para a/c = 0.4Temperatura (C)

3 das 7 das 28 das 90 das4,4 29,5 43,5 78,4 88,8

23,3 52,4 72,4 83,6 90,8

40,0 72,3 80,3 86,8 93,1

Tabla 14. Efecto de la temperatura de curado sobre el calor dehidratacin

Calor de hidratacin desarrollado (cal/g.) a:Tipo de cemento4C 24C 32C 41C

I 36,9 68,0 73,9 80,0III 52,9 83,2 85,3 93,2

IV 25,7 46,6 45,8 51,2

Tabla 15. Calor de hidratacin desarrollado despus de 3 das, adiferentes temperaturas

La relacin a/c: A mayor relacin a/c mayordesprendimiento de calor a cualquier edad. Verbeck yFoster han realizado la investigacin ms completa sobre elefecto de la relacin agua/cemento (a/c) en el calor dehidratacin del cemento. En la tabla 16 se presenta unresumen de sus datos.

La finura del cemento: Tambin afecta la velocidad dedesprendimiento de calor. El incremento en la finurapermite un incremento en la liberacin del calor en lasprimeras edades, entre 1 y 28 das, pero a edades cercanasa 1 ao su efecto ya no es tan notable. Por cada 100 cm2/g(mtodo de Wagner) se incrementa el desarrollo del caloren 4 a 5 cal/g al da, de 1 a 3 cal/g a 7 y 28 das y menos de1 cal /g a un ao.


43/163

Calordehidratacin(cal/g)eneltiempoindicado

Tipodecemento

ASTM

Numerode

muestrasenel

promedio

Relacina/c

3das

7das

28das

90das

1ao

6.5aos

13aos

0.4

60.9

79.2

95.6

103.8

108.6

116.8

0.6

65.8

87.7

107.1

114.7

120.0

123.1

I

8

0.8

66.3

89.4

111.6

119.5

122.2

125.0

118.20

0.4

46.9

60.9

79,6

88,1

95,4

98,4

0.6

49.6

61.3

83,5

94,8

102,1

104,6

II

5

0.8

49.3

64.3

84.7

99.2

106.8

106.1

100.70

0.4

75.9

90.6

101.6

106.8

114.2

120.6

0.6

86.1

103.6

119.9

124.4

127.3

127.2

III

3

0.8

86.7

105.0

121.0

126.3

130.0

130.0

120.50

0.4

40.9

50.1

65.6

74.4

80.6

85.3

0.6

43.2

53.5

66.6

78.7

90.4

92.5

IV

4

0.8

41.7

52.8

69.8

82.5

94.8

96.4

87.30

0.4

55.7

70.5

86.5

94.4

100.5

106.5

0.6

60.3

76.6

95.0

104.0

110.7

113.0

V

20

0.8

60.2

78.1

97.9

108.2

114.0

115.4

107.99

Tabla16.

Efectodelarelacina/csobrelosc

aloresmediosdehidratacindelosdistintostiposdecementoASTM,cu

radosa

21C


44/163

Diferentes investigadores han logrado calcular el calor dehidratacin de los minerales que componen al clinker. Se puede

determinar el calor total de hidratacin de un cemento cualquieracon una exactitud suficiente para trabajos prcticos, si se conocela composicin potencial de este. En la tabla 17, se presentan loscoeficientes hallados por Lerch y Bogue y por Woods, Steinour yStarke para ser aplicados al siguiente modelo de clculo:

Calor de hidratacin de los minerales (cal/g)Segn: C3S (a) C2S (b) C3A (c) C4FA (d) CaOlibreLerch y Bogu 120 62 207 100 279Woods, Steinour y Starker(despus de 1 ao)

136 62 200 30* -

Tabla 17. Calor de hidratacin de los minerales del clinker

Diversos investigadores han llegado a una misma conclusinen cuanto a establecer genricamente, que a los 3 das se liberaaproximadamente el 50% del calor total de hidratacin, a los 7das el 75% del calor total y a los 6 meses entre el 83 y el 91% de

dicho calor total.

La importancia del calor de hidratacin desde el punto devista tcnico consiste en que eleva la temperatura de la masa delconcreto. Esto es ventajoso cuando la temperatura del ambientees baja para los elementos de concreto de dimensionescorrientes. En concretos en masa, con ms de 1 metro de espesor,cuando se genera el calor de hidratacin el ncleo se endurecemanteniendo una mayor temperatura que el exterior debido a labaja conductividad trmica del concreto que es de: 3x10-3(cal/(cms. seg. C)), tal que el calor de hidratacin no es llevado

a la superficie y cedido al exterior tan rpidamente como seproduce. Se presenta una acumulacin de calor en el ncleo puesen las primeras horas el concreto se comporta adiabticamente y

*Al cabo de 6 meses: 73 cal/g.

H= a (%C3S) + b (%C2S) + c (%C3A) + d (%C4FA)

H= Calor de hidratacin total en cal/g.


45/163

45

se generan tensiones por la diferencia de temperaturas entre laszonas fras, exteriores de la obra y las calientes del ncleo, dando

lugar a las "grietas de encofrado que la mayora de las veces secolmatan espontneamente o son de pocos centmetros deprofundidad, pudindose presentar tambin "grietas de fractura''de consecuencias graves.

Aplicando un balance de energa se pueden calcular lastemperaturas del concreto siempre y cuando se disponga de lasiguiente informacin:

Calores especficos de los materiales, que integran alconcreto.

Cementos y Agregados 0.2 cal/g C Agua sin combinar 1.0 cal/g C Agua combinada (despus de fraguado) 0.9 cal/g C

Calor de hidratacin del cemento a la edad en que se deseaconocer la temperatura del concreto endurecido.

Diseo de mezcla del concreto. Por ejemplo:

Cemento 350 kg/m3 Agua 180 lt/m3

Agregados(Arena + Grava) 1.850 kg/m

3

Temperatura de los materiales a emplear

Conocida esa informacin, se procede como se indicasiguiendo el ejemplo de la mezcla propuesto:

1. En primer lugar se define el trmino Capacidad Calricacomo el producto de la masa por el Calor Especfico yexpresada en kcal/m3. En la tabla 18 se presenta un resumendel manejo de los datos.

La capacidad calrica del concreto fresco corresponde a lasuma de (1) + (2) + (3) en (e) y equivale para el ejemplo a:(Ver tabla 17)

Capacidad Calrica del Concreto Fresco (Mhf*Cphf) = 620 kcal/m3 C


46/163

46

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

N Constituyentes Dosificacin(kg/m3)

CalorEspecfico

(kcal/kgC)

CapacidadCalrica

(kcal/m3 C)

Temperaturadel Material

(C)

1 Cemento 350 0.2 70 652 Agregados 1850 0.2 370 25

3

Agua sincombinar(Antesfraguado)

180 1.0 180 20

4

AguaCombinada(Despus defraguado)

170* 0.9 153

Suma de 1+2+3 620

Suma de 1+2+4 593

Tabla 18. Resumen del manejo de datos

2. El clculo de la temperatura del concreto fresco se efecta as:(temperatura de referencia 0C).

Mhf*Cphf*Thf= Mc*Cpc*Tc+ MAg*CpAg*TAg + MH2O*CpH2O*TH2O

Luego:

620 Thf= 70x 65 + 370 x 25 + 180 x 20

Thf= 28,06 C

3. Para calcular la temperatura del concreto endurecido, hay quecalcular la capacidad calrica del concreto endurecido. Es lasuma de: (1) + (2) + (4) en (e) y equivale para el ejemplo, a593 Kcal/m3C. (Ver tabla 17). El balance trmico se planteaas:

Mhe*Cphe*(The- Thf) = Calor Generado por la Hidratacin del Cemento

* Se estima que el agua combinada es 10 kg/m3 menor que la original por fenmeno deevaporacin y absorcin.


47/163

47

Para calcular la temperatura del concreto a los 3 das devaciado hay que conocer el calor de hidratacin liberado por

el cemento a los 3 das. Este, se debe medir o calcular con lasecuaciones planteadas anteriormente. Para este ejemplo, seasumir que el valor es de 75 cal/g, entonces:

Mhe*Cphe*(The- Thf) = 75 kcal/kg x 350 kg/m3

The= 72.33C

donde:Thf= Temperatura del concreto frescoThe= Temperatura del concreto endurecido

De lo anterior se puede concluir:

La temperatura del cemento incide poco en la temperaturadel concreto fresco, salve que se empleen mezclas ricas encemento y que ste se encuentre caliente. La temperaturamxima de uso recomendada para el cemento es de 65C.

La temperatura del concreto endurecido dependefundamentalmente de la cantidad de cemento en la mezcla ydel calor de hidratacin de ste.

Reducir la temperatura de los agregados, por la gran masa deellos, contribuye substancialmente a reducir la temperaturadel concreto fresco y endurecido.

Se acostumbra, cuando no hay otro recurso, a utilizar aguafra o escamas de hielo para bajar la temperatura delconcreto. Este procedimiento es costoso.

La temperatura del concreto fresco, conjuntamente con latemperatura del ambiente, la humedad relativa y la velocidaddel viento, son los factores que determinan la velocidad deevaporacin de agua de la masa del concreto. Esta velocidaddetermina el riesgo que existe para que se formen fisuras enlas primeras horas de vaciado. S la rapidez de la evaporacinse aproxima a 1.0 kg/m2 hr, es necesario tomar precaucionesen contra del agrietamiento por contraccin plstica. En la

figura 5, se presenta un nomograma que permite evaluar esteriesgo. Para utilizar la figura se debe proceder as:

Iniciar con la temperatura del aire, avanzar hacia arriba a lahumedad relativa,


48/163

48

Avanzar hacia la derecha a la temperatura del concreto, Descender a buscar la velocidad del viento,

Retroceder hacia la izquierda, leyendo la velocidad deevaporacin de agua. Cuando esta lectura se encuentra enlos rangos presentados a continuacin, se puede inferir lasposibilidades de que la obra presente fisuramiento.

Figura 5. Influencia de la temperatura del aire, la humedad relativa, latemperatura concreto y la velocidad del viento, sobre velocidad de

evaporacin de agua del concreto.


49/163

49

Delvasto S. y de Gutirrez R. evaluaron el comportamiento devarios cementos colombianos respecto al desarrollo del calor de

hidratacin curados a distintas temperaturas. Tambin, evaluaronvaras adiciones activas e inertes y su relacin con el calor dehidratacin del cemento. Estos resultados se presentan en lastablas 19, 20 y 21.

Los cementos ensayados, presentaron comportamientosdismiles, lo que indica lo errado de tipificar sus propiedades.As mismo, se comprende que las adiciones al cementocontribuyen a la reduccin de los calores de hidratacin en formadistinta, aunque positiva.

Porcentaje de adicin

5 10 15 20 30Edad de curadodasPorcentaje de reduccin de h

1 - 68.8 65.0 85.6 -3 46.2 54.6 - 62.1 -7 21.5 49.2 50.2 54.7 74.628 14.2 26.5 34.2 41.7 54.6

Tabla 19. Reduccin (%) en el calor de hidratacin por efecto de laadicin de ceniza volante para una edad determinada

Porcentaje de adicin5 10 15 20 30Edad de curado

dasPorcentaje de reduccin de h

1 27.7 32.1 35.1 41.8 47.73 18.0 - 28.3 40.5 36.27 14.5 16.4 18.7 26.3 29.328 3.0 7.5 10.2 14.6 18.1

Tabla 20. Reduccin (%) en el calor de hidratacin por efecto de laadicin de caliza para una edad determinada


50/163

50

Porcentaje de adicin3 6 9 12 15 18 21 30Edad de

curado das

Porcentaje de reduccin de h1 2.5 7.1 8.4 13.7 16.0 19.3 22.1 46.23 - 6.0 12.5 12.5 18.2 19.2 21.4 28.57 0.5 3.2 7.6 12.5 16.2 16.9 21.5 29.328 0.0 2.8 9.6 11.6 16.3 18.1 17.0 -

Tabla 21. Reduccin (%) en el calor de hidratacin por efecto de laadicin de arena para una edad determinada

2.2.11 La Resistencia Mecnica del Cemento

La naturaleza y la distribucin de la pasta de cemento son lascondiciones que ms colaboran en el desarrollo de lasresistencias mecnicas del concreto en el tiempo. Hay dos teorasplanteadas sobre el endurecimiento. Henry Le Chatelier (1850-1936) plante que el proceso de endurecimiento del cementotiene como base la qumica cristalina pura y por ello afirma quelos productos resultantes de la hidratacin del cemento, poseenmenos solubilidad que los compuestos originales que van areaccionar, as los hidratos se precipitan como cristales desdeuna solucin sobresaturada. Estos cristales alargados muy finos,producen un apretado afieltramiento o entrelazamiento que

define propiedades de alta cohesividad y adherencia.La otra teora es la denominada teora coloidal propuesta porWilkelun Michaelis (1840-1910). Esta plantea que la cohesinresulta de la precipitacin de una masa gelatinosa coloidalformada por silicatos de calcio hidratados (tobermorita) bastanteinsoluble, que endurece gradualmente al perder agua por secadoexterno o por succin interna causada por la hidratacin de losncleos no hidratados de los granos de cemento.

Actualmente, se considera que ambas teoras contienenelementos aceptables y no son totalmente contradictorias. Sedistinguen tres perodos en el fraguado y endurecimiento del

cemento: el primer paso corresponde al de disolucin de loscompuestos del cemento, el segundo paso es aquel en que todoslos productos de la hidrlisis pasan al estado coloidal y a esto seatribuye al fenmeno de fraguado. Posteriormente, estos geles setransforman en cristales alargados que generan el endurecimiento


51/163

51

o desarrollo de resistencias del cemento. Sobre estas teoras se haseguido trabajando y avanzando, sin embargo, la base de toda

investigacin sigue siendo la interaccin entre los dosmecanismos formulados por Le Chatelier y Michaelis.El cemento portland reacciona con el agua a menor velocidad

despus del fraguado. En las primeras 24 horas a temperaturaambiente, del 30 al 40% del cemento se habr hidratadoformando capas que incrementan la densidad y el espesoralrededor de cada partcula. Ver figura 6.

Figura 6. Representacin del desarrollo de la microestructura en la pastade cemento portland; las partculas finas se han omitido por claridad. (a)

mezcla inicial, (b) 7 das, (c) 28 das, (d) 90 das.

Material sin hidratar

Ca ilares llenos de a uaCa(OH)

2

C-S-H


52/163

52

Las grandes partculas de clinker hidratan por disolucin parcialy parcialmente por reacciones in situ tal, que se forman

sustancias en la frontera con el grano original. La profundidad dereaccin se incrementa con el tiempo, pero la velocidad dereaccin se reduce de tal manera que las partculas grandespueden tener corazones no hidratados despus de aos de curadohmedo. La porcin disuelta genera productos en los espaciosllenos de agua cerca a los granos. Los silicatos de calcioproducen cristales de hidrxido de calcio y muy cercanamentehidratos de silicato de calcio amorfos (CSH gel) que encierranfases cristalinas producidas en las primeras reacciones. Los poroscapilares permanecen en la pasta madura de cemento endurecidoincrementando su tamao con la relacin a/c y teniendo

dimetros entre 10 m a 10 nm.Power defini a los productos de hidratacin del cemento

portland como un Gel de cemento, reconociendo que estaconstituido por: productos cristalinos y geles de CSH ymicroporos. Las investigaciones mostraron que los geles decemento poseen una porosidad mnima cercana al 30% y susuperficie especfica es del orden de 200 m2/g, calculada porBET. Estos estudios tambin mostraron que con una relacin a/cde 0.38, todos los espacios de los poros capilares se llenan por ungel de mxima densidad cuando todo el cemento se ha hidratado.

Las mezclas preparadas con relaciones agua/cemento menores de0.38 no se hidratarn completamente. La cantidad de cementoque se puede hidratar es proporcionalmente menor porque lahidratacin virtualmente se detiene cuando los espacios capilaresse han llenado con gel de mnima porosidad. Cuando se consiguela completa hidratacin, en pastas endurecidas saturadaspreparadas con relaciones a/c mayores de 0.38 quedan poroscapilares sin llenar, iguales al exceso por encima de 0.38. Lasmezclas parcialmente hidratadas tienen proporcionalmentemenos gel y ms espacios capilares. Los cementos de diferentescomposiciones se comportan de manera similar a lo expuestoantes. Ver figuras 7 y 8. Interesa conocer que la hidratacin decada unidad de volumen de cemento produce cerca de 2.1volmenes de gel y que la porosidad del gel esta enaproximadamente el 28%.


53/163

Figura7.

Composici

ndelapastaendiferentesestadosd

ehidratacin

PASTAFRESCA

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.00

0.100

.19

0.29

0.38

0.48

0.57

0.66

0.76

0.86

0.95

Relacina/c

VolmendePasta(ml)

cementosin

hidrat.

Aguacapilar

100%D

EHIDRATACIN

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.00

0.10

0.19

0.29

0.38

0.48

0.57

0.66

0.76

0.86

0.95

Relacina/c

VolmendePasta(ml)

Productode

hidratacin

Cementosin

hidratar

Aguacapilar

67%D

EHIDRATACIN

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.00

0.10

0.

19

0.29

0.38

0.48

0.57

0.66

0.76

0.86

0.95

Relacina/c

VolmendePasta(ml)

Productode

hidratacin

cementosin

hidratar

Aguacapilar

33%D

EHIDRATACIN

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.00

0.10

0.19

0.29

0.38

0.48

0.57

0.66

0.76

0.86

0.95

Relacina/c

VolmendePasta(ml)

Productode

hidratacin

Cementosin

hidratar

Aguacapilar


54/163

Figura 8. Proporciones volumtricas de la pasta de cemento en diferentes

etapas de la hidratacin (a/c=0.48)

Conjuntamente con lo anterior, se sabe que la cantidad deagua requerida para preparar un concreto depende de:

Del tipo de cemento y la cantidad del mismo De la distribucin, forma y tamao de los agregados gruesos

y finos De la trabajabilidad solicitada al concreto.

Sin embargo, la cantidad de agua necesaria para hidratar alcemento est alrededor del 25% de su peso, por lo tanto elexceso de agua sobre este valor, contribuye a la menejabilidad ypor ende a la colocacin de la mezcla de concreto, peroincrementa el contenido de poros al evaporarse el agua no

100 cc 3.7 cm3

50 cc

0 cc

0 % de 50% de 100% de

Hidratacin Hidratacin Hidratacin

7.4 cm3Poros capilares vacios

7.0 cm3agua capilar

24.0 cm3

agua de gel

61.6 cm3

Productos slidos dehidratacin

Capilares

CementoHidratado

Poros capilares vacios

33.5 cm3agua capilar

12.0 cm3

agua de gel

30.8 cm3

Productos slidos dehiratacin.

20.0 cm3

Cemento no hidratado

60 cm3

agua

(60 grs)

40 cm3

Cemento

(126 grs)

Cementohidratado


55/163

Alejandro Salazar JaramilloEmail : [email protected]

reaccionante y en consecuencia, se produce una prdida deresistencias mecnicas y una disminucin de la potencial

durabilidad del concreto. Es entonces, la cantidad de agua en unamezcla, un factor determinante de las propiedades de resistenciamecnica de la misma.

Cumpliendo con las especificaciones mnimas de norma(NTC), en el pas existen varias fbricas de cemento que bajouna misma especificacin ofrecen productos de rpido o lentodesarrollo de la resistencia y cuya comercializacin se hacegenricamente sin orientacin. Esto ltimo debe ser unaresponsabilidad del fabricante de cemento, tal que el usuariopueda discernir sobre la conveniencia o no de emplear un

cemento en particular y los riesgos frente a las condiciones deobra exigidas tales como: resistencia mecnica a una edaddefinida, estabilidad de volumen, durabilidad, etc.

En la figura 9, se muestran los efectos de la relacin a/c en laresistencia mecnica a compresin para morteros plsticos en laciudad de Cali. Esta informacin corresponde a morterospreparados con arena del ro Cauca (Cali), siendo la ecuacin decorrelacin:

ca

y

45.6

68.678= y 0.94-r =

Resistencia a Compresin del Mortero en funcin

de la Relacin a/c (Arena Ro Cauca - Cali)

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

Relacin a/c

ResistenciaalaCompresin(Mp)


56/163

Figura 9. Resistencia compresin del mortero en funcin de la relacina/c (Arena Ro Cauca Cali)


57/163

Alejandro Salazar JaramilloEmail : [email protected]

3

Agregados para prepararmorteros

Los agregados para preparar los morteros, deben Cumplir lanorma NTC 2240, Agregados usados en morteros demampostera. En esta norma se relacionan las siguientes normasde referencia:

NTC 32 Tamices de ensayo de tejido de alambre. NTC 77 Mtodo para el anlisis por tamizado de los

agregados finos y gruesos.

NTC 78 Agregados para concreto. Determinacin delporcentaje de material que pasa tamiz ICONTEC 75.Mtodo del lavado.

NTC 126 Mtodo para determinarla sanidad de losagregados por ataque con sulfato de sodio o sulfato demagnesia.

NTC 127 Mtodo para determinar el contenido aproximadode materia orgnica en arenas usadas en la preparacin demortero y concreto.

NTC 129 Prctica para la toma de muestras de agregados. NTC 130 Mtodo para determinar la cantidad de partculas

livianas en los agregados ptreos. NTC 237 Mtodo para determinar la densidad y la

absorcin de agregados finos. NTC 579 Efecto de las impurezas orgnicas del agregado

fino sobre la resistencia de morteros y concretos.


58/163

NTC 589 Concreto. Mtodo para determinar el porcentajede terrones de arcilla y partculas deleznables

En la figura nmero 9 se presenta la curva granulomtrica querecomienda la norma para los agregados usados en morteros demampostera. La curva corresponde a la arena natural.

Figura 9. Rango de granulometra de la arena natural para prepararmorteros segn la norma NTC 2240

La norma plantea que entre dos tamices consecutivos no debehaber ms de un 50% de material retenido. Entre los tamices #50(300 ) y #100 (150 ) tampoco puede haber ms de un 25 % dematerial retenido. La norma tambin define un rango cuando setrata de emplear arena manufacturada o triturada. En este caso sepermite que haya un porcentaje de material que pase la malla#100 del 10 al 25 % y que pase la malla #200 (75) entre 0 y10%.

Por experiencia del autor, la arena ptima para preparar losmorteros de pega y de recubrimiento y conseguir las mejorespropiedades, es aquella cuyo tamao mximo es de 2.36 mm(tamiz malla # 8).

Rango de Granulometra de la Arena Natural para

preparar Morteros segn la norma NTC 2240

0

20

40

60

80

100

0.01 0.1 1 10

Tamao (mm.)

%Pasa


59/163


60/163

Los agregados genricamente se clasifican por tamaos,aunque existen otras formas de clasificarlos de acuerdo a su

origen, forma, densidad, etc.

De acuerdo a su tamao se clasifican en:

Agregado fino: aquel que pasa el tamiz 4.76 mm. (#4) y esretenido en el tamiz 74(#200)

Agregado grueso: aquel retenido en el tamiz 4.76 mm.(#4)

Generalmente en Colombia, la arena es un agregado finoresultante de la desintegracin natural o artificial de las rocas; la

grava es un agregado grueso de tamao mximo superior a 20mm.() y la gravilla corresponde a un agregado grueso detamao mximo inferior a 20 mm.()

De acuerdo a su origen, las rocas y los agregados deconstruccin se clasifican as:

Naturales: silceos, calcreos, micceos, zeolticos, etc.,segn sea su roca de origen.

Artificiales: arcillas expandidas, escorias de carbn y altoshornos.

Los agregados naturalestambin se podran analizar con baseen la manera como adquieren su tamao, ya sea por agentesnaturales - cantos rodados - por trituracin. En general,cualquiera de las clasificaciones geolgicas dadas, pueden incluirmateriales que permitan producir un agregado apropiado o nopara uso en concreto, an cuando algunos grupos tienden aresultar mejores que otros.

Es importante realizar anlisis y estudios petrogrficoscuando se desconoce un material que se desea seleccionar paraproducir agregados para concreto. Este anlisis se realiza

efectuando una observacin megascpica por parte de unGelogo con el fin de de

Libro Mortero de Mampostería

Documents

Transcript of Libro Mortero de Mampostería