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Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Construcciones Departamento de Ingeniería Civil Trabajo de diploma Título: Evaluación de propiedades físico-mecánicas en morteros de albañilería a partir de cementos con sustituciones de clínquer por arcillas calcinadas y caliza. Autora: Claudia María Rodríguez Rodríguez. Tutores: Msc. Arq. Yoandi Lima Triana Dra. Arq. Dania Betancourt Cura Santa Clara 2014
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Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Construcciones
Departamento de Ingeniería Civil
Trabajo de diploma
Título: Evaluación de propiedades físico-mecánicas en morteros de
albañilería a partir de cementos con sustituciones de clínquer por arcillas
calcinadas y caliza.
Autora: Claudia María Rodríguez Rodríguez.
Tutores: Msc. Arq. Yoandi Lima Triana
Dra. Arq. Dania Betancourt Cura
Santa Clara
2014
Pensamiento
I
Pensamiento
Toda obra grande, en arte como en la ciencia, es el resultado de una gran pasión puesta al servicio de una gran idea.
S. Ramón y Cajal.
Dedicatoria
II
Dedicatoria
A mis padres, porque me siento orgullosa de ellos.
Agradecimientos
III
Agradecimientos
A mis padres, por estar siempre a mi lado.
A mis tutores Yoandi Lima y Dania Betancourt por su apoyo y ayuda.
Al tutor de Kety.
A toda mi familia por tanta preocupación, en especial a Melba y Margarita.
A Salvador por su apoyo y ayuda sin límite; por estar a mi lado.
A los trabajadores de La Fábrica de Cemento en Siguaney, especialmente a Roberto y María Luisa.
Al equipo de trabajo de la ENIA, en especial a Irelys, Marita y Solís.
A mis compañeros de aula por estos cinco años inolvidables, en especial a
Claudia, Kety y Lauren.
A todas mis amistades, que han contribuido con la realización de este sueño.
A todos los amigos de la familia que me han ayudado y han confiado en mí, en
especial Bárbaro.
A los profesores que durante estos cinco años han contribuido a mi educación y
formación profesional, especialmente a Rolando Lima y Raúl Gonzales.
¡Gracias por todo!
Resumen
IV
Resumen El trabajo presenta la evaluación del comportamiento físico-mecánico de morteros
fabricados con dos nuevos aglomerantes, formulados sobre la base del sistema clínquer-
arcilla calcinada-carbonato de calcio. La fabricación de los cementos se realizó a escala de
laboratorio. Estos presentan sustituciones de 60 y 75% de clínquer por arcilla calcinada y
caliza para ser utilizados como cementos de albañilería, los cuales cumplen con los
requerimientos físico-mecánicos exigidos por las normativas nacionales e internacionales,
resultando ser la finura del aglomerante el factor más influyente en la laborabilidad de las
mezclas.
Las materias primas utilizadas son procedentes de la fábrica de cemento Siguaney,
caracterizadas en su laboratorio. La reactividad puzolánica de los productos de calcinación
se evaluó por el método de Calorimetría Isotérmica y la reología de las muestras patrón se
analizó por el ensayo de Minicono. Los áridos empleados para la fabricación de las probetas
prismáticas fueron seleccionados de las canteras Purio y Arimao, caracterizados en la
Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas, y fueron combinados en las
dosificaciones seleccionadas con la cal proveniente de Palenque.
Las mezclas de morteros diseñadas fueron tipo II y tipo III, elaboradas con los cementos
producidos, empleando como referencia el PP-25. Los resultados de los ensayos de
resistencia a compresión, así como los de absorción capilar fueron analizados
estadísticamente mediante el programa Statgraphics, demostrando la influencia de cada
tipo de cemento y áridos empleados en dichos parámetros. Las probetas prismáticas
presentan un comportamiento físico-mecánico que satisface los requisitos exigidos en las
normativas vigentes.
Abstract
V
Abstract
This paper presents the evaluation of the physical-mechanical behavior of mortars made with
two new binders, created on the basis of the clinker- calcined clay- calcium carbonate
system. The cements were manufactured at laboratory scale. In the process, clinker was
replaced in a 60 to 75 % by calcined clay and lime stone. This way, the cements could be
used as masonry cements, being named SIG B-60 and SIG B-75. These cements fulfill the
physical - mechanical requests demanded by the national and international regulations,
turning out to be the fineness of the binder the most influential factor in the workability of the
mixtures. The raw materials that were used, come from the cement factory Siguaney, and
they were characterized in the laboratory of the entity. The puzzolanic reactivity of the
calcination products was assessed by the method of Isothermal Calorimetry, and the essay of
Minicone analyzed the rheology of the standard samples. The aggregates used in the
manufacture of the prisms were selected from the quarries in El Purio and Arimao, and
characterized in the Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas. They were combined in
the chosen dosages, with lime from Palenque.
The mortar mixes were designed Type II and Type III, prepared with the produced cements,
using as reference the PP 25. The results of the compressive strength tests, as well as those
of capillary absorption were statistically analyzed by means of the program Statgraphics,
showing the influence of each type of cement and aggregates used in these parameters. The
prisms have a physical-mechanical behavior that meets the requirements of current
legislation.
Índice
VI
Índice Pensamiento ........................................................................................................................... II
Dedicatoria ............................................................................................................................. II
Agradecimientos .................................................................................................................... III
Resumen. ............................................................................................................................. IV
Abstract… ................................................................................... ……………………………….V
Índice……. ............................................................................................................................ VI
Introducción ............................................................................................................................ 1
Capítulo I: Fundamentos teóricos sobre la fabricación de cementos ternarios, para su
aplicación en morteros de albañilería. ..................................................................................... 6
1.1 Producción de Cemento Portland. Generalidades. .................................................... 6
1.2 Materiales Cementicios Suplementarios .................................................................... 7
1.2.1 Las arcillas calcinadas y el carbonato de calcio......................................................... 8
1.2.2 Puzolanas ................................................................................................................. 9
1.3 Cementos ternarios con arcillas calcinadas. ........................................................ 10
1.4 El Sistema clínquer-arcillas calcinadas -carbonato de calcio ................................... 11
1.4.1 La hidratación del cemento Portland ....................................................................... 11
1.4.2 La reacción puzolánica ............................................................................................ 13
1.5 Especificaciones para cementos de albañilería ...................................................... 14
1.6 Cemento de bajo carbono (CBC). ........................................................................... 18
1.7 Morteros de albañilería. Generalidades ................................................................... 19
1.7.1 Definición de mortero ............................................................................................. 19
1.7.2 Morteros de cemento .............................................................................................. 20
1.7.3 Morteros de albañilería ............................................................................................ 20
1.7.4 Clasificación de los morteros ................................................................................... 21
1.7.5 Propiedades de los morteros ................................................................................... 22
1.7.6 Dosificación según la norma cubana NC175:2002 .................................................. 24
1.8 Técnicas y métodos de ensayo ............................................................................... 25
Índice
VII
1.8.1 Ensayos que se le realizan al cemento según la norma cubana NC95:2011. .......... 25
1.8.2 Métodos de ensayos para la evaluación de morteros de albañilería según NC
175:2002. .......................................................................................................................... 26
1.9 Conclusiones parciales............................................................................................ 30
Capítulo II: Fabricación y empleo de cementos ternarios con sustituciones de clínquer para
su utilización en morteros de albañilería ............................................................................... 32
2. Materiales y métodos .............................................................................................. 32
2.1 Generalidades. ........................................................................................................ 32
2.2 Diseño de Experimento ........................................................................................... 32
2.3 Selección y caracterización de las materias primas. ........................................ 34
2.3.1 Arcilla calcinada con adición de caliza ..................................................................... 35
2.3.2 Caliza ...................................................................................................................... 35
2.3.3 Clínquer .................................................................................................................. 36
2.3.4 Yeso ........................................................................................................................ 36
2.3.5 Árido triturado del Purio ........................................................................................... 36
2.3.6 Árido natural de Arimao ........................................................................................... 38
2.3.7 Árido normalizado ................................................................................................... 39
2.3.8 Cal .......................................................................................................................... 39
2.3.9 Agua ........................................................................................................................ 40
2.3.10 Cemento de referencia ............................................................................................ 40
2.4 Protocolo de molienda para la producción de los cementos. ................................... 41
2.5 Ensayos para la caracterización del cemento .......................................................... 42
2.5.1 Peso Específico (g/cm2) ......................................................................................... 42
2.5.2 Expansión (mm) ...................................................................................................... 42
2.5.3 Finura (% pasado tamiz 90µm) ............................................................................... 42
2.5.4 Superficie específica ............................................................................................... 42
2.5.5 Determinación del fraguado inicial y final:................................................................ 42
2.5.6 Ensayo de resistencia mecánica. ............................................................................ 43
Índice
VIII
2.6 Ensayos en pastas de cemento ............................................................................... 44
2.6.1 Minicono .................................................................................................................. 44
2.6.2 Calorimetría Isotérmica ........................................................................................... 45
2.7 Ensayos a morteros ................................................................................................ 45
2.7.1 Producción de probetas prismáticas ........................................................................ 45
2.7.1.1 Con árido natural de Arimao y triturado del Purio .................................................... 45
2.7.1.2 Determinación de la consistencia ............................................................................ 46
2.7.1.3 Ensayo de resistencia a compresión ....................................................................... 47
2.7.1.4 Determinación de la absorción de agua por capilaridad .......................................... 48
2.7.1.5 Ensayo de Carbonatación ....................................................................................... 48
2.8 Conclusiones parciales............................................................................................ 49
Capítulo III: Análisis del comportamiento físico-mecánico, de morteros de albañilería con
aglomerantes de cementos con sustituciones de clínquer .................................................... 50
3. Generalidades. ....................................................................................................... 50
3.1. Análisis de los resultados de los aglomerantes. ...................................................... 50
3.1.1 Ensayos de caracterización ..................................................................................... 50
3.1.2 Ensayos de resistencia físico-mecánica .................................................................. 51
3.2 Análisis de los resultados en pastas. ....................................................................... 52
3.2.1 Ensayo del Minicono ............................................................................................... 52
3.2.2 Calorimetría Isotérmica ........................................................................................... 54
3.3 Análisis de los resultados de morteros. ................................................................... 56
3.3.1 Análisis de los resultados obtenidos del ensayo de resistencia a compresión ......... 56
3.3.2 Análisis de los resultados obtenidos del ensayo de Absorción Capilar .................... 59
3.3.3 Análisis de los resultados obtenidos del ensayo de Carbonatación ......................... 61
3.4 Conclusiones parciales............................................................................................ 63
Conclusiones generales ........................................................................................................ 64
Recomendaciones ................................................................................................................ 65
Bibliografía ............................................................................................................................ 66
Anexos….. ............................................................................................................................ 70
Glosario de la notación química simplificada utilizada ........................................................... 90
Introducción
1
Introducción
El cemento Portland es un material que se fabrica aproximadamente en 150 países,
principalmente en Asia, Europa, y el Medio Oriente. El volumen de producción del
cemento Portland para el 2020 aumentará entre el 120-180%.(Vanderley, (2002)) Este
creciente aumento de su producción lo hace responsable de cerca del 7 % de las emisiones
de CO2 y del 5 % del consumo de energía en el sector industrial. Aunque es uno de los
elementos que más ha contribuido al desarrollo de la humanidad, ha resultado ser uno de los
principales responsables de la degradación ambiental del planeta, debido a su proceso
productivo que, en lo fundamental, está montado sobre la base de la explotación intensiva
de recursos no renovables y en el cual se emiten significativos volúmenes de gases de
efecto invernadero.(Martirena, (2003)) (Hendriks, 1998, Pierre-Claude, 2000, Vanderley,
(2002))
Estos son los principales factores que influyen de forma negativa en sus costos y
sostenibilidad ambiental. Ante esta problemática la industria del cemento ha adoptado una
serie de estrategias dentro de las que se encuentran la modernización tecnológica, el uso de
combustibles alternativos y el empleo de materiales cementicios suplementarios (MCS) en
sustitución del clínquer; siendo esta última la opción más viable para la Industria cubana,
pues requiere de menores inversiones a corto plazo.(Alujas, (2010), Castillo, (2010),
Scrivener, (2008), Fernández, (2013)).
En Cuba como resultado de ajustes tecnológicos de la producción del cemento se busca
economizar el combustible tradicional y minimizar los efectos que provoca al medio
ambiente. Para ello, el país ha llevado a cabo varios estudios enfocados en la producción de
nuevos cementos, de limitado contenido de clínquer, por una mezcla del material conocido
como metacaolín y piedra caliza, esta última sin calcinar, hecho que evita la posible emisión
de toneladas de CO2 a la atmósfera. (Pérez Cabrera, (2013), Alujas, (2010), Martirena,
(2003)).
Los cementos de albañilería son usados principalmente en la preparación de morteros
producidos a nivel mundial, ya que su elaboración y proceso de producción poseen un costo
menor que el de los cementos con fines estructurales, existiendo hoy en día variadas clases
de morteros de cemento que ofrecen distintas formas y propiedades químicas y
mecánicas que son aplicadas a obras con características particulares de diversos
tipos.(Bustillo Revuelta, 2005) En la actualidad varios países han encontrado vías de
Introducción
2
producción para estos cementos procurando el desarrollo sostenible de la humanidad
mediante la sustitución del clínquer por materias primas de fácil obtención.
Los morteros de albañilería de cemento Portland y adiciones han surgido como el material
adecuado para la construcción de gran número y variedad de estructuras en el mundo de
hoy. Estos nuevos cementos en nuestro país serán aplicados como componentes de los
morteros de albañilería. El presente trabajo dirige su interés al estudio y la evaluación de
morteros de albañilería utilizando cementos con volúmenes de sustitución de clínquer,
cumpliendo con las especificaciones de la norma cubana NC175:2002 Morteros de
Albañilería. Especificaciones.
Situación Problémica:
Cuba en el 2012 produjo 1378.6 millones de t de cemento P-35, lo que representa el 75% de
la producción anual (1824 M t), y 446 millones de t de cemento PP-25, que representan el
25% de la producción anual (1824 M t). Para el 2016 se espera no existan condiciones en
cuanto a cantidad de materia prima para cumplir con la demanda exigida, debido a los
incrementos de la producción de cemento, por lo que se hace necesario aumentar la
producción y uso de los cementos con adiciones así como el nivel de sustitución de clínquer
en el cemento(Martirena, 2014). Aparejado a esto se han creado variantes del aglomerante
de tipo puzolánico de calidad y prestaciones similares al cemento cubano PP-25, para los
cuales no se han formulado dosificaciones.
Investigadores del Centro de Investigación y Desarrollo de Estructuras y Materiales (CIDEM),
en conjunto con el Instituto Federal Politécnico de Laussana (EPFL), desde el 2009 realizan
investigaciones sobre cementos con elevados porcentajes de sustitución de clínquer por
arcillas calcinadas y caliza. Actualmente no se han llevado a la producción todas las
variantes de sustituciones de clínquer necesarias para culminar el estudio. Dentro de este
contexto, la presente investigación se plantea como problema científico:
¿Es posible mejorar el desempeño de los morteros de albañilería al emplear como
aglomerante cementos ternarios con importantes volúmenes de sustitución de clínquer de 60
y 75% de acuerdo con las especificaciones de calidad de la norma cubana NC 175: 2002?
Hipótesis
Mediante el empleo de cementos con volúmenes de sustitución del 60 al 75% de clínquer
por arcilla calcinada y caliza en la fabricación de morteros de albañilería, se logran
cumplimentar las especificaciones de la norma cubana NC 175: 2002. Morteros de
Albañilería.
Introducción
3
Objetivo general.
Evaluar el comportamiento de los morteros de albañilería elaborados con cementos ternarios
con sustituciones del 60 y 75% del clínquer del Cemento Portland por arcillas calcinadas y
calizas.
Objetivos específicos
1. Establecer los fundamentos teóricos sobre los cementos con sustituciones de
clínquer y su empleo potencial en morteros de albañilería.
2. Elaborar a escala de laboratorio, los cementos con un 60 y un 75% de sustitución de
clínquer por una mezcla de arcilla calcinada–caliza en proporción 2:1, que cumplan
con las especificaciones de la norma NC 95:2011 y NC 175:2002 Morteros de
Albañilería. Especificaciones.
3. Evaluar el comportamiento de los morteros elaborados con cemento de un 60 y un
75% de sustitución de clínquer por una mezcla de arcilla calcinada – caliza en
proporción 2:1, con el empleo de árido natural en diferentes dosificaciones.
4. Analizar los resultados de los ensayos físico-mecánicos realizados a los morteros
empleando los cementos ternarios, y atendiendo a requerimientos establecidos por
las normas vigentes.
Tareas científicas:
1. Búsqueda bibliográfica que permita conocer el estado del arte de la temática a través
de la revisión de la literatura más actualizada sobre el tema.
2. Selección y obtención de las materias primas a emplear.
3. Caracterización a las materias primas que se emplearán en la elaboración de los
morteros.
4. Producción de cementos con 60 y 75% de sustitución de clínquer por arcilla calcinada
y caliza como aglomerante fundamental del mortero.
5. Determinación de las características físico-mecánicas de los cementos a evaluar.
6. Fabricación de morteros con los aglomerantes diseñados atendiendo a los
requerimientos de la NC 175:2002 Morteros de Albañilería. Especificaciones.
7. Evaluación de las propiedades físico-mecánicas de los morteros elaborados.
8. Análisis del comportamiento de los morteros a partir de los resultados obtenidos en
los ensayos.
Introducción
4
Novedad Científica
Se demuestra que los cementos con sustituciones entre el 60 y el 75% de clínquer por arcilla
calcinada y caliza pueden ser utilizados como aglomerante fundamental en morteros de
albañilería.
Aportes
Práctico: Se demuestra que las nuevas alternativas de materiales sustituyentes del clínquer
presente en el Cemento Portland constituyen materias primas económicas y de abundante
existencia y validan el uso del cemento con altos volúmenes de sustitución en morteros de
albañilería.
Teórico: El estudio y evaluación del empleo de los cementos con altos volúmenes de
sustitución en los morteros de albañilería permitirá obtener resultados consistentes capaces
de garantizar la credibilidad del producto para proveer el desarrollo de nuevas normas.
Estructura de los capítulos
Capítulo 1: Fundamentos teóricos sobre la fabricación de cementos ternarios para su
aplicación en morteros de albañilería.
Se presenta una revisión bibliográfica acerca de los cementos ternarios a base de arcillas
caoliníticas de bajo grado de pureza. Se define la necesidad de la implementación de
materiales cementicios suplementarios para la producción de cemento con altos niveles de
sustitución de clínquer así como su aplicación en morteros de albañilería.
Capítulo 2: Fabricación y empleo de cementos ternarios con sustituciones de clínquer para
su utilización en morteros de albañilería.
Se describe el proceso de obtención de los cementos con 60 y 75% de sustitución de
clínquer para su empleo como materia prima en morteros de albañilería. Se expone el diseño
de experimentos y se elaboran los cementos que se emplearán en los morteros. Concluida
esta etapa se caracterizan las materias primas que se utilizarán para los morteros, se lleva a
cabo la elaboración de las probetas y se desarrollan los principales ensayos que permiten
evaluar el comportamiento físico-mecánico de los morteros elaborados con cemento de bajo
carbono.
Capítulo 3: Análisis del comportamiento físico-mecánico, de morteros de albañilería con
aglomerantes de cementos con sustituciones de clínquer.
Introducción
5
Se exponen los resultados obtenidos en los ensayos y se comparan con la referencia de
cemento Portland para evaluar si el cemento de bajo carbono cumple con las
especificaciones de calidad establecidas en las normativas cubanas. Luego se presentan las
conclusiones y las recomendaciones del trabajo.
Capítulo I
6
Capítulo I: Fundamentos teóricos sobre la fabricación de cementos ternarios,
para su aplicación en morteros de albañilería.
1.1 Producción de Cemento Portland. Generalidades.
El nombre cemento procede del latín ¨caementun¨, que significa argamasa o mezcla. Es una
sustancia adhesiva, natural o artificial, capaz de unir entre sí fragmentos o masas de
materiales sólidos con una distribución granulométrica determinada, con las que se pueden
formar masas plásticas, que generalmente reciben el nombre de agregado, formando un
conjunto totalmente compacto. Así mismo con la masa plástica de cemento pueden unirse
distintas piezas entre sí, realizarse recubrimientos, enlucir, realizar reparaciones, etc.
(Crespo, 1990)
El cemento se forma a partir de una mezcla de carbonato de calcio, aluminosilicatos u otros
materiales de una composición global similar y con la reactividad suficiente, previamente
molidos y homogeneizados en las cantidades necesarias. El cemento Portland es un
aglomerante hidráulico inorgánico, que se obtiene a partir del clínquer, el cual se produce
mediante la calcinación a 14800C de la arcilla. El clínquer está compuesto normalmente por
cuatro fases principales: alita, belita, aluminato y ferrita. Algunas otras, como ciertos sulfatos
de álcalis y óxido de calcio están presentes en menores proporciones(Castillo, (2010), Phair,
(2006) , Pierre-Claude, 2000).
A nivel mundial se calcula que las industrias cementeras producen más de 2500
millones de toneladas de cemento al año, lo que las hace responsables de la emisión del 7%
de CO2 a la atmósfera y del 5% del consumo de energía en el sector industrial. Todo
esto acentúa el fenómeno conocido como efecto invernadero, que reduce la emisión de
calor al espacio y provoca un mayor calentamiento del planeta.(Mena Mederos, 2012)
Esta situación es atenuada mediante implementación de procesos y tecnologías más
eficientes, que han logrado reducir parcialmente algunas emisiones, correspondientes
principalmente a la quema del combustible, y a la fabricación del clínquer, que ha mantenido
un crecimiento constante, paralelo al incremento en la producción de CPO.(Alujas, (2010),
Habert and Choupay, (2009)-b, Lorenzo and Goni, 2003)
El cemento se encuentra difundido en todo el mundo por su importancia en la obras de
ingeniería civil, ya que es la materia prima fundamental para la construcción en 150 países
aproximadamente, principalmente en Asia, Europa y el Medio Oriente, este es reconocido
como uno de los elementos que más ha contribuido al progreso de la humanidad, siendo
asociado con el desarrollo socioeconómico de un país.(Hendriks, 1998).
Capítulo I
7
En el 2012 en nuestro país se produjeron 1378.6 millones de t de cemento P-35, lo que
representa el 75% de la producción anual (1824 M t), y 446 millones de t de cemento PP-25,
que representan el 25% de la producción anual (1824 M t). Para el 2016 se espera que no
existan condiciones en cuanto a cantidad de materia prima para cumplir con la demanda
exigida debido a los incrementos de la producción de cemento, por lo que se hace necesario
aumentar la producción y uso de los cementos con adiciones, así como el nivel de
sustitución de clínquer en el cemento(Martirena, 2014)
En general la necesidad de reducir los costos de la producción de cemento, algo
fundamental para el desarrollo socioeconómico del país, hace que surjan nuevos métodos y
formulaciones del producto, no sólo para reducir el precio del mismo, sino también para
contribuir al desarrollo sostenible de la vida en el planeta, al atenuar las emisiones
contaminantes que surgen durante el proceso de producción. Surgen entonces como
alternativas las variantes de materiales cementicios suplementarios.
1.2 Materiales Cementicios Suplementarios
El desarrollo de las producciones de Cemento Portland Ordinario (CPO) a nivel mundial hace
que surjan nuevas técnicas de elaboración del producto capaces de contribuir al desarrollo
sostenible. Los estudios encaminados para la reducción de emisiones de CO2 pueden ser
clasificados en dos grandes grupos: los necesarios para aumentar la eficiencia del
proceso, disminuyendo el consumo de combustibles, y los orientados a extender el
clínquer usando adiciones activas o inertes (MCS), que son añadidas en la fábrica o a
la hora de utilizar el cemento. (Martirena, (2003))
Las adiciones minerales en la producción de cementos mezclados aportan beneficios
ecológicos y contribuyen a mejorar las propiedades de los hormigones, tales como, menor
calor de hidratación, resistencias mecánicas finales superiores, alta resistencia ante
sulfatos, baja permeabilidad, así como baja reactividad álcali-agregado.(Lawrence, 2005)
Con el empleo de adiciones se logran mejorar las características y propiedades de la
pasta, hasta la implicación de sustituir determinados porcientos de clínquer de cemento
Portland bajo el contexto actual de degradación ambiental. Estos materiales que se emplean
para el suplemento constituían desechos industriales o simplemente estaban en la
naturaleza en su estado natural sin explotar al máximo sus propiedades.(Morales, 2010)
Existen a nivel mundial varios tipos de materiales cementicios suplementarios, las principales
fuentes han sido los desechos de procesos industriales, entre ellos, las cenizas volantes
pulverizadas, humo de silicio, y la escoria de alto horno granulada. La alta demanda de estos
Capítulo I
8
productos y su limitada disponibilidad, se ha reflejado en un incremento significativo de
sus precios en el mercado. (Blanco, (2009), Salas, (2009), Nair, (2008))
El empleo de los materiales cementicios suplementarios como sustitutos parciales del
contenido de clínquer, trae consigo cambios en la estructura de poros, dado el efecto
puzolánico, que provoca un reemplazo de la portlandita porosa por las diferentes fases
hidratadas (C-S-H, C-A-H, C-A-S-H). La adición de materiales más finos que el cemento
conlleva a su densificación y sirve como sitios de nucleación para el crecimiento de las fases
hidratadas. Como resultado de mayor contenido de fases hidratadas y menos grupos CH por
la reacción puzolánica, lo hace más resistente a la penetración de agentes nocivos. (Sakai,
(2005) )
La sustitución del clínquer por arcilla calcinada y carbonato de calcio, constituye una
alternativa favorable para la economía, ya que el producto es de fácil obtención, pues se
encuentra difundido en proporciones notables en gran parte del territorio. Además,
contribuye a la reducción de emisiones dañinas al medio ambiente en el proceso de
fabricación del cemento.
1.2.1 Las arcillas calcinadas y el carbonato de calcio.
Las arcillas calcinadas y el carbonato de calcio, son alternativas interesantes para países
industrializados y en vías de desarrollo. La mayoría de las arcillas y el carbonato de calcio
están distribuidos de forma uniforme en la geografía del planeta, de forma que pueden ser
considerados materiales de abundante disponibilidad. Dentro de los materiales empleados
como filler se encuentra la piedra caliza, la cual se usa ampliamente como material extensor
del clínquer. La caliza, al ser molida conjuntamente con el clínquer que es más resistente,
puede alcanzar valores muy altos de finura, lo cual acelera la hidratación de las fases de
alita y alúmina, además de que suple las discontinuidades en la granulometría del clínquer
al actuar como material de relleno entre sus granos. Químicamente, al reaccionar con la
alúmina, forma los mono-carbo-aluminatos, lo cual los hace competir con el yeso
añadido para completar la formulación final del cemento mezclado.(Menéndez, (2003))
La activación de las arcillas como material puzolánico se produce a partir de la remoción de
los OH- estructurales, la ruptura de los enlaces químicos y la desestabilización resultante de
la estructura cristalina. La pérdida de los OH- desestabiliza eléctricamente la estructura.
Es por eso que en las arcillas calcinadas las fases de alúmina juegan un papel muy
importante en la reactividad puzolánica, pues son estas zonas de la estructura las primeras
en desestabilizarse durante el proceso de desoxhidrilación. La desestabilización de cargas
Capítulo I
9
eléctricas y la ruptura de los enlaces químicos por el calentamiento provocan el colapso
parcial de la estructura.(Alujas, 2010)
El proceso de activación puede hacerse a través de medios mecánicos, químicos o térmicos,
dentro de los cuales la activación térmica es la forma más efectiva y empleada para
modificar la estructura cristalina de las arcillas y alcanzar el máximo potencial de reactividad
puzolánica(Shi and Day, (2001)).
En estos sistemas reaccionan las fases con altos contenidos de alúmina de la arcilla
calcinada con la portlandita que se libera durante la hidratación del clínquer, los carbonatos
contenidos en la roca caliza y los sulfatos contenidos en el yeso adicionado a la mezcla, para
formar fases del tipo Afm (hemicarbo y monocarboaluminatos).(Rossen, 2010)
𝐶3𝐴+𝐶𝑎𝑆𝑂4+𝐶𝑎𝐶𝑂3→𝐶6𝐴S3𝐻32+𝐶4𝐴𝐶𝐻11
El carbonato de calcio presente en la piedra caliza triturada tiene un doble papel durante los
procesos de hidratación, una parte reacciona sinérgicamente con las fases alumínicas de las
arcillas calcinadas, dando lugar a la obtención de fases que estabilizan la fase etringita,
propiciando con ello un incremento del volumen total de productos de reacción, el
decrecimiento de la porosidad y por tanto el aumento de la resistencia. La otra parte de la
caliza actúa como filler inerte, proporciona superficie específica adicional para la
precipitación de los productos de reacción, favoreciendo con ello las resistencias iniciales
(Muller, 2005)
De forma general, la activación de las arcillas se produce con el objetivo de romper los
enlaces químicos existentes en la estructura de la misma, logrando la desestabilización de
las partículas que, unidas a la caliza que acelera la hidratación de las fases de alita y
alúmina y suplen las discontinuidades en la granulometría del clínquer, logran que la mezcla
funcione como material puzolánico.
1.2.2 Puzolanas
En la normas (ASTM, 1992 la definición 618-78) plantea: "las puzolanas son materiales
silíceos, alumino-síliceos quienes por sí solos poseen poco o ningún valor cementante, pero
cuando se encuentran finamente divididos y están en presencia de agua, reaccionan
químicamente con el hidróxido de calcio a temperatura ambiente para formar compuestos
con propiedades cementantes".
Las puzolanas, según su origen, se clasifican en dos grandes grupos: las naturales
tales como tobas, piedra pómez etc, y las artificiales, como rocas, materiales no reactivos,
cenizas volantes. Pero también puede existir un grupo intermedio constituido por puzolanas
naturales que se someten a tratamientos térmicos de activación, análogos a los que
Capítulo I
10
se aplican para obtener puzolanas artificiales, con objeto de incrementar sus
propiedades hidráulicas. Las puzolanas contienen constituyentes que combinados
químicamente con el hidróxido de calcio a temperatura ambiente y en presencia de agua,
dan lugar a compuestos permanentemente insolubles y estables que se comportan como
conglomerantes hidráulicos. (Salazar, 2002, Morales, 2010, Megat, 2011)
En los cementos mezclados ocurre la transformación de la portlandita en hidrosilicato de
calcio mediante la reacción puzolánica, la cual se forma mediante la hidratación del
cemento Portland, provocando la reducción del desprendimiento de calor durante la
hidratación y refinamiento de la porosidad en la pasta de cemento. Esto permitió la obtención
de materiales con aplicaciones específicas como son los hormigones de altas resistencias,
los de bajo calor de hidratación, los resistentes a las expansiones causadas por la reacción
álcalis – sílice, el ataque de sulfatos y la elaboración de sellantes de grietas por
inyección(Feldman, (1984) )
El uso de puzolanas como adición al cemento trae grandes ventajas a los hormigones, evita
la exudación, la reducción de la relación agua cemento, la reducción de la segregación, la
retracción tanto hidráulica como térmica y la expansión por cal libre, la cual trae consigo la
reducción de la porosidad, la estabilidad del hormigón frente a la fisuración, sulfatos y por
la reacción álcalis- agregado, y en cuanto a la durabilidad hace que los hormigones
tengan un mejor comportamiento frente a ataques de las agua puras, ácidas, de mar,
y a suelos sulfatados, entre otras.(Salazar, 2002)
Los materiales puzolánicos pueden ser utilizados como materia prima en la fabricación del
clínquer, aportando SiO2, A12O3 y Fe2O3 al crudo, por lo que pueden reemplazar
parcialmente a la arcilla y ser adicionados en el molino con el clínquer y el yeso, en calidad
de material puzolánico.(Mena, (2013))
De forma general los materiales puzolánicos a pesar de no poseer propiedades cementicias,
son capaces de reaccionar con el hidróxido de calcio, proporcionando al cemento
propiedades recomendables para su puesta en obra, de forma tal que su presencia influye
en la durabilidad del cemento.
1.3 Cementos ternarios con arcillas calcinadas.
Los sistemas ternarios a base de cemento, cal y puzolanas se basa en la suposición que a
mayor sustitución de cemento Pórtland, disminuye la cantidad de iones Ca2+ que se
encuentran en la solución de agua de los poros, producida por la hidratación del cemento
Portland, reduciendo la posibilidad que tenga lugar la reacción puzolánica. (Martirena,
2011).
Capítulo I
11
Actualmente se están desarrollando estudios sobre sistemas ternarios a base de
cemento Pórtland–arcillas calcinadas (metacaolín)-caliza. El metacaolín es una puzolana
muy reactiva que se obtiene a partir de activar el mineral caolinita (Si4Al4O10(OH)8). Ha
sido demostrado en estudios recientes que el metacaolín puede sustituir cemento en una
proporción de hasta un 30%.La piedra caliza molida es una fuente barata y ampliamente
disponible de mineral calcita (CaCO3). Cuando las adiciones son en el orden del 5% de
clínquer, el cemento resultante exhibe propiedades iguales o ligeramente superiores debido
al aumento de compacidad. Cuando la adición está entre10% y 15%, los efectos
resultantes son negativos(Martirena, (2011)).
Para bajos niveles de adición de caliza fina, este material reacciona para formar fases de
hemicarbo-aluminato o mono-carbo-aluminato, consumiendo fases AFm, que liberan iones
de sulfato que contribuyen a formar más ettringita en el sistema. El aluminato tricálcico C3A
reacciona con sulfato de calcio para formar ettringita y con el carbonato de calcio para formar
fases AFm (mono-carbo-aluminatos), estabilizándose la fase AFt ettringita. La baja
solubilidad del carbonato de calcio puede demorar la liberación de iones de carbonato en
solución, provocando la formación de hemi-carbo-aluminato (Lothenbach, 2008).
En sistema de CPO con arcillas calcinadas incorporadas para la sustitución de clínquer, el Al
sustituye parcialmente al Si en los tetraedros que forman las cadenas de los CSH, y el Al
también se encuentra sustituyendo al Ca en los regiones intercapa de los CSH, es por ello
que sin dudas este es un de los minerales más importantes en la reacción puzolánica(Love
et al., 2007). También es importante destacar que la sustitución de CPO por adiciones
minerales de carácter puzolánico, tiende a favorecer la formación de fases de monosulfatos
cálcicos (ettringita) sobre las fases de hidrosulfatos cálcicos, favoreciendo la resistencia
mecánica en los primeros momentos de la reacción.(Chakchouk et al., 2009)
El metacaolín (Al2Si2O7), resultado de la activación térmica de arcillas caoliníticas, se ha
estado investigando como material puzolánico en las últimas décadas. Considerado como un
material cementante suplementario, se produce al calcinar arcillas a temperaturas alrededor
de 500°C-850°C en dependencia de las fases mineralógicas presentes, produciéndose una
transformación en su estructura cristalina al romper los enlaces de OH- estructurales.(He et
al., 1995, Zhang and Malhotra, 1995)
1.4 El Sistema clínquer-arcillas calcinadas -carbonato de calcio
1.4.1 La hidratación del cemento Portland
Cuando se combinan el cemento con el agua utilizada para el amasado, ocurren dos
fenómenos fundamentales como el fraguado y el endurecimiento asociados a los procesos
Capítulo I
12
de hidratación, los cuales presentan alta complejidad, debido a las variadas y complejas
reacciones químicas y físicas que tienen lugar. La variada composición de fases del
cemento, así como el distinto comportamiento de las mismas, complican aún más los
procesos de fraguado. Unos minerales tienen una velocidad de reacción con el agua muy
elevada, mientras que otros lo hacen más lentamente, el C3A fragua rápidamente, lo
cual lo convierte en el responsable de la necesidad del retardador en la mezcla, donde
generalmente es utilizado el yeso( de 3 al 5% de la masa del cemento). La cal libre y el
aluminato tricálsico también forman parte de los compuestos que reaccionan rápidamente
formando el hidróxido de calcio.(Taylor, 1990)
El aluminato tricálsico (C3A), en presencia del hidróxido de calcio, reacciona de la
siguiente forma:
3CaO.Al2O3+12H2O+Ca (OH)2 4CaO.Al2O3.13H2O
(C3 A) (Agua) (Cal) (hidroaluminato de calcio)
La forma estable del hidroaluminato (con seis moléculas de agua) cristaliza en el sistema
cúbico y se forma como resultado de una reacción rápida del aluminato tricálcico con
el agua:
3CaO.Al2O3+6H2O 3CaO.Al2O3.6H2O
El yeso desempeña el papel de surfactante en el cemento y reacciona con el aluminato
tricálcico, fijándolo en hidrosulfoaluminato cálcico (ettringita) al principio de la hidratación
del cemento.
3CaO.Al2O3.Al2O3+26H2O+3(CaSO4.H2O) 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O
(C3 A) (Agua) (Yeso) (Ettringita)
La ettringita se segrega en estado coloidal finamente disperso, precipitándose sobre los
granos de aluminato tricálsico, retardando así la llegada del agua y el fraguado del cemento.
La cristalización del hidróxido de calcio a partir de la solución sobresaturada hace que
disminuya la concentración de dicho compuesto, y la ettringita se forma entonces como
cristales largos aciculares. Precisamente los cristales de ettringita son los que condicionan
la resistencia en los primeros momentos de amasarse el cemento con el agua. Dicho mineral
al formarse provoca un aumento de volumen con respecto al de las sustancias reaccionantes
(aluminato tricálcico y yeso), pero debido que ello ocurre en una masa en estado fresco no
provoca fisuración, sino cierta compactación y rellenado de los poros de la pasta de cemento
que favorece la compacidad y resistencia del conjunto. La ettringita reacciona posteriormente
con el resto del aluminato tricálcico, que queda después de consumir la proporción de yeso
Capítulo I
13
agregado, formándose entonces los monosulfatoaluminatos de calcio (fase AFm). (Alujas,
(2010))
2(3CaO.Al2O3)+3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+22H2O 3(CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O)
La ganancia progresiva de resistencia de la pasta de cemento (endurecimiento) que ocurre
posteriormente, se debe fundamentalmente a la formación de hidrosilicatos de calcio como
consecuencia de la hidratación de la alita y la belita, según se expone en las siguientes
reacciones:
2(3CaO.SiO2)+6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca (OH)2
(Alita) (Agua) (Tobermorita) (Portlandita)
2(2CaO.SiO2)+4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O+Ca (OH)2
(Belita) (Agua) (Tobermorita) (Portlandita)
En las dos situaciones se aprecia la formación de dos compuestos básicos, la tobermorita y
la portlandita. El primero de ellos constituye la fase más importante de los productos
de hidratación del cemento Pórtland, y es precisamente el mineral que aporta las
buenas propiedades mecánicas y físicas que posee el cemento. El hidrosilicato de calcio
(CSH por sus siglas en inglés) 3CaO.2SiO2.3H2O se forma en una solución saturada de
hidróxido de calcio. (Taylor, 1990)
1.4.2 La reacción puzolánica
La reactividad puzolánica de materiales provenientes de la activación térmica de las arcillas,
dependen casi en su totalidad del tamaño de la partícula, el área de superficie específica y
la mineralogía de las fases arcillosas. Si el material posee mayor superficie específica o
finura provoca que aumente la velocidad de reacción cal-puzolana, favoreciéndose este
efecto con el incremento de la temperatura, sobre todo a edades tempranas (Castillo,
(2010)).
(Alujas, (2010)) plantea que los nuevos productos de hidratación, formados a partir de la
reacción de las puzolanas con la CH generada durante la hidratación del CPO, son
los responsables de la mejora en las propiedades mecánicas y de durabilidad del hormigón.
Para el caso particular de las arcillas calcinadas, tres reacciones químicas pueden ser
planteadas para describir la interacción entre el Ca (OH)2 y la sílice y la alúmina que se
encuentran en un estado de alto desorden estructural.
AS2 + 5CH + 3H C4AH13 + 2CSH
(Metacaolín) (Portlandita) (Agua) (Tetracalcioaluminato) (Silicato de calcio hidratado)
AS2 + 6CH + 9H C3AH6 + 2CSH
(Metacaolín) (Portlandita) (Agua) (Tricalcioaluminato) (Silicato de calcio hidratado)
Capítulo I
14
AS2 + 3CH + 6H C3ASH6 + CSH
(Metacaolín)(Portlandita)(Agua) (Stratlingita o gehhelenita)(Silicato de calcio hidratado)
Un estudio realizado por Ambroise en 1994 ofrece un grupo de estas ventajas de la actividad
puzolánica del metacaolín, planteando que esta proporciona un efecto acelerador en la
hidratación de la fase alita del clínquer, para valores menores a un 30% de sustitución del
CPO, disminuye el contenido de cal libre en la mezcla, provoca una formación de
adicionales (C-S-H) y otros como strätlingita o gehlenita y C3AH6 conocido como
hidrogranate) productos de hidratación, acelera el tiempo de fraguado (inicial y final) de
la mezcla, para niveles inferiores al 30% de sustitución del CPO, provoca un
desplazamiento de los diámetros de poros hacia valores más pequeños (refinamiento de
la estructura de poros) y trae consigo el aumento de la resistencia a la compresión en
morteros a 28 días respecto a aquellos de Portland puro. Para valores de 30% de
sustitución, se alcanza la resistencia a la compresión de las mezclas de Portland puro a
mayores edades (48 días).
Uno de los efectos físicos que ocurren producto de la adición de una puzolana al cemento
Portland Ordinario, es el aumento de la compacidad por efecto filler y la nucleación
heterogénea por el aporte de las puzolanas de una superficie adicional, que favorece
la nucleación y crecimiento a edades tempranas de los productos de hidratación del CPO.
Estos efectos no dependen de la reactividad química de la adición mineral, sino de la
cantidad de superficie disponible y del por ciento de sustitución. Otro efecto es el de
dilución, debido al cual se produce un mayor espacio para la formación y crecimiento de
las fases hidratadas, lo que favorece la reacción de hidratación (Frias et al., (2000) , Dopico
et al., (2008) ).
El efecto químico fundamental está dado por la reactividad puzolánica de la adición
mineral. Las puzolanas pueden reaccionar con parte de la CH presente en la pasta
hidratada, densificando la microestructura de la pasta y refinando la estructura de poros, con
la disminución de la permeabilidad y el aumento de la resistencia mecánica. Al mismo
tiempo, como la CH presente en la pasta es susceptible a formar fases con potencial
expansivo al reaccionar con agentes externos como los sulfatos, su reducción favorece
la resistencia al ataque químico.(Frias et al., (2000) )
1.5 Especificaciones para cementos de albañilería
El cemento de albañilería se emplea para morteros en construcciones de albañilería o
enlucido, o en ambos, el cual contiene materiales plastificantes y posiblemente, otras
adiciones para elevar esta función.(NC526-07, 2007)
Capítulo I
15
En la norma europea ENV 413-1:94 el cemento de albañilería se define como un
conglomerante hidráulico pulverulento, que se basa esencialmente en la presencia de
clínquer portland para desarrollar resistencia mecánica. Cuando se mezcla con arena y agua
únicamente, sin la adición de otros materiales, produce un mortero trabajable apropiado para
su uso en enlucidos interiores y exteriores y trabajos de albañilería.
El grupo de propiedades que caracterizan al cemento en su uso final como aglomerante
hidráulico definen su calidad en hormigones y morteros. Dichas propiedades son
importantes para la fabricación, la ejecución y la vida útil de los productos para los
cuales el cemento es utilizado.
El fraguado es el desarrollo de rigidez de una pasta o mortero de cemento, que cambia su
carácter de una masa plástica a un material rígido. El tiempo transcurrido antes del fraguado
depende de varios factores, incluyendo la temperatura, la relación Agua/Cemento y las
características del cemento. Durante el fraguado hay que distinguir dos fases conocidas
como "principio de fraguado" y "fin de fraguado" y que son importantes para conocer el
tiempo durante el cual la pasta permanece plástica y, por tanto, es trabajable. El
principio de fraguado se caracteriza por iniciarse la rigidez de la pasta y, el final del mismo
viene marcado por la pérdida de plasticidad de aquella. (Ruiz Hidalgo, 2009)
La aplicación fundamental del cemento es la fabricación de morteros y hormigones,
destinados a la construcción de elementos en los que generalmente, la propiedad más
interesante es su resistencia mecánica. Por consiguiente los cementos, junto con los áridos,
tienen que conferírsela y esto lo logran porque al amasarlos con agua dan lugar a pastas
que endurecen y tiene una gran cohesión, cuya porosidad va disminuyendo a la vez
que la resistencia mecánica va creciendo con el paso del tiempo, presentando además,
una gran adherencia con los áridos que componen el mortero y el hormigón. Todas las fases
del cemento que hidratan, pueden potencialmente, contribuir al desarrollo de resistencias.
(Perez Nagore and Elorza Uria, n.d.)
El calor de hidratación es un factor de importancia en la práctica. Tiene un efecto auto
acelerador en la hidratación de cemento, sin embargo, también puede ser un factor
problemático ya que el calentamiento de la parte interior de la estructura de hormigón, puede
generar gradientes térmicos que pueden inducir tensiones mecánicas, que finalmente
resultan en la formación de hendiduras, fisuras y grietas.(Aranda et al., n.d, VanderWerf,
2012)
La durabilidad depende de un número de factores asociados con la composición del
cemento, las características de la construcción y aspectos ambientales. Pero también las
Capítulo I
16
características del cemento propio juegan un papel importante. De forma general influyen
significativamente dos aspectos de la durabilidad como resistencias a medios químicamente
agresivos, especialmente agua que contiene sulfatos y reacciones entre álcalis y agregados
que tienen un efecto de empeoramiento.(Aranda et al., n.d)
La finura es una característica íntimamente ligada al valor hidráulico del cemento, ya que
influye decisivamente en la velocidad de las reacciones químicas que tienen lugar durante su
fraguado y endurecimiento. Si el cemento posee una finura excesiva, su retracción y calor
de fraguado son muy altos (lo que en general resulta perjudicial), el conglomerante resulta
ser más susceptible a la meteorización (envejecimiento) tras un almacenamiento
prolongado, y disminuye su resistencia a la aguas agresivas. Pero siendo así, que la
resistencia mecánica aumenta con la finura, se llega a una situación de compromiso: el
cemento Portland debe estar finamente molido, pero no en exceso. En las fases por las que
el cemento pasa hasta su transformación para convertirse en pseudo-sólidos, pueden
aparecer aumentos de volumen o "entumecimientos", así como reducciones conocidas como
"retracciones". A partir del primer día puede tener lugar la retracción más importante de la
pasta denominada "retracción de secado" y que es debida a una pérdida de agua en
la pasta endurecida. De aquí la importancia de mantener un grado de humedad elevado
durante los primeros días de la vida de estos materiales. Si la pasta se encuentra saturada
de agua se producirá un entumecimiento. (Gonzáles de la Cotera and n.d, Scrivener and
Nonat, 2011)
Para cumplir con las propiedades antes mencionadas se hace necesaria la existencia de
normativas que regulen las condiciones en que se deben encontrar los cementos, en función
del uso y características para lo cual se diseñan. De ahí que a nivel nacional e internacional
para los cementos de albañilería existen especificaciones como las que se presentan en las
Tablas 1.1, 1.2 y 1.3:
Tabla 1.1 Especificaciones de calidad para cemento de albañilería según la NC 97:2011
índice Requisito UM Grado CA-160
Método de ensayo
Físicos Retenido tamiz 4 900 mallas (máx.) % 15 NC 54-207
Tiempo de fraguado inicial (mín.) mín 60
Tiempo de fraguado final (máx.) h 12
Estabilidad de volumen por Le Chatelier (máx.)
mín 10
Mecánico Resistencia a compresión (mín.) 7 días kgf/cm (MPa)
100
28 días 160
Químico Trióxido de Azufre (máx.) % 3,5 NC 54-206
Fuente: Norma Cubana 97:2011
Capítulo I
17
Tabla 1.2 Especificaciones de calidad de cementos de albañilería según normas internacionales
Requisitos físicos
Tipo de cemento de albañilería
Norma de ensayo
N S M
Finura, resido tamiz de 45µm 24 24 24 ASTM C 430
Expansión en autoclave 1 1 1 NCh 3121/3
Tiempo de fraguado
ASTM C 266
Inicial 120 90 90
Final 1000 1000 1000
Resistencia a la compresión
NCh 3121/3
7 días 3,4 9 12,4
28 días 6,2 14,5 20
Contenido de aire del mortero
NCh 3121/3
Vol. Min 8 8 8
Vol. Max 21 19 19
Retención de agua 70 70 70 NCh 2259
Fuente: Norma Chilena (3121/1-2010 y Guatemalteca (NTG 41096)
Tabla 1.3 Especificaciones de calidad para cemento de albañilería según la EN 196
índice Requisito UM Grado CA-160
Método de ensayo
Físicos Retenido tamiz 4 900 mallas (máx.) % 15 NC 54-207
Tiempo de fraguado inicial (mín.) mín 60
Tiempo de fraguado final (máx.) h 15
Estabilidad de volumen por Le Chatelier (máx.)
mín 10
Fuente: Norma Europea EN 196
Tabla 1.3 Especificaciones de resistencia para cemento de albañilería según la EN 196
Tipo y clase
Resistencia 7 días Resistencia 28 días
MC 5 …. ≥5 ≤15
MC 12,5
≥7 ≥7 ≤32,5 MC 12,5 X
MC22,5X ≥10 ≥10 ≤42,5
Fuente: Norma Europea EN 196
Capítulo I
18
Tabla 1.3 Especificaciones de calidad para cemento de albañilería según la ASTM C 91
índice Requisito UM Cemento
de albañilería
Físicos Retenido tamiz 4 900 mallas (máx.) % 24
Tiempo de fraguado inicial (mín.) mín 120
Tiempo de fraguado final (máx.) h 17
Resistencia 7 días 28 días
MPa 3.4 6.2
Expansión en autoclave % 1 Fuente: Norma americana ASTM C 91
1.6 Cemento de bajo carbono (CBC).
En estudios recientes sobre los cementos con sustituciones de clínquer por arcilla calcinada,
se ha demostrado que el metacaolín es un material puzolánico que posee excelente
potencial para mejorar la resistencia y la durabilidad, al ser mezclado con el CPO. Ha sido
demostrado que con una sustitución del 30% del contenido de clínquer por metacaolín y el
uso de aditivo se logra una baja porosidad y un aumento considerable de resistencia
mecánica. Valores superiores al 10% de sustitución de metacaolín, no muestran aumentos
significativos de resistencia en el hormigón. Al realizar reemplazos de cemento por
metacaolín, con porcentajes entre el 30% y 40%, se logra remover completamente el
hidróxido de calcio, sin embargo, la resistencia a la compresión en estas mezclas con
reemplazos por encima del 20% se disminuyen drásticamente.(Mena Mederos, 2012)
La adición de metacaolín reduce la degradación por sulfatos en los morteros, teniendo
presente que el óptimo reemplazo está entre el 10 y 15% en peso. (Courard et al., 2003,
Sabir et al., 2001)
La presencia de metacaolín influye de forma significativa en la estructura de poros en
morteros, produciendo un importante refinamiento de los mismos, de aquí las
transformaciones que ocurren en las propiedades de transporte de agua y en los niveles
de difusión de iones agresivos hacia el interior del material. El efecto de empaquetamiento
ocurre en los primeros momentos de la hidratación, producto del acomodamiento de las
partículas finas que no reaccionan en los espacios libres entre los granos de cemento
Portland, a medida que aumenta la reacción de hidratación, aparecen las condiciones para
que ocurra la reacción puzolánica. Los productos de la reacción puzolánica ocupan los
espacios creados por los poros capilares, cuyo diámetro se reduce considerablemente. La
proporción de poros de gel aumenta, mientras que los capilares disminuyen. Se considera
que esta es la causa de la disminución de la permeabilidad en los hormigones y morteros
Capítulo I
19
fabricados con materiales cementicios suplementarios, que se reporta en algunos casos de
hasta en tres órdenes de magnitud en relación a pastas idénticas fabricadas con cemento
Portland con la misma relación agua/aglomerante (Dopico, 2008).
El cemento de bajo carbono (CBC) es una nueva tecnología surgida en el Centro de
Investigación y Desarrollo de las Estructuras y los Materiales de Construcción, que tiene
la tarea de hacer frente a la creciente demanda de los recursos y al mismo tiempo, reducir el
impacto ambiental, utilizando la infraestructura existente disponible, es utilizado como
componente de los morteros. Este nuevo aglomerante es un cemento ternario, con un
considerable potencial de ahorro de CO2 (hasta 50%), al mismo tiempo que muestra
propiedades similares al cemento Portland. Esto se logra mediante la sustitución de parte del
clínquer por una combinación sinérgica de arcilla calcinada y piedra caliza, esta calcinación
ocurre a temperaturas más bajas que la requerida para la obtención del clínquer lo que
conlleva a ahorros de combustible. La novedad y el potencial de CBC residen en el efecto
sinérgico de arcillas calcinadas y piedra caliza en términos de resistencia a las proporciones
de mezcla específicas(Alujas, (2010), Castillo, (2010), Martirena, (2003), Mena, (2013),
Pérez Cabrera, (2013), Scrivener, (2008), Fernández, (2013)).
El cemento de bajo carbono está compuesto para el caso del SIG B-60 por un 33.17% de
clínquer con una sustitución de 60% del mismo por arcilla calcinada y caliza en proporción
2:1 y para el caso del SIG B-75 se dispondrá de un 18,17% de clínquer y 75% de sustitución
de la misma mezcla. Los otros constituyentes son el carbonato de calcio dado por la piedra
caliza sin calcinar, en proporciones de 20% y 25% respectivamente y un 6,83% de yeso en
ambos casos, y el 40 % y 50% de arcillas caoliníticas de baja pureza, como vía para producir
puzolanas de alta reactividad que al ser calcinadas a altas temperaturas obtiene el nombre
de metacaolín.(Alujas, (2010), Castillo, (2010), Fernández, (2013), Mena, (2013), Restrepo,
(2006))han demostrado que con una sustitución del contenido del clínquer por un 30% de
metacaolín y el uso de aditivo se logra una baja porosidad y un aumento considerable de la
resistencia mecánica.
1.7 Morteros de albañilería. Generalidades
1.7.1 Definición de mortero
La mezcla de materiales inertes y aglomerantes amasados con agua en cantidad suficiente
para que la masa sea laborable es la definición que dan varios autores de mortero. Cuando
los materiales aglomerantes se mezclan con agua solamente, la masa recibe el nombre de
pasta. (Crespo, 1990, Alvarez Cabrera, 2011;, Alconz Ingala, 2006)
Capítulo I
20
Se puede definir como una mezcla constituida por el conglomerante, áridos finos o
aglomerados, agua de empaste y eventualmente aditivos químicos y adiciones que le
otorgan características especiales como su plasticidad inicial, que permite trabajarla y
moldearla según la necesidad, que lo hace útil como material de construcción.(Barrera,
(2002), N.A, (2007), Hernbostel, (2002), Lana, (2005))
Los morteros se emplean como material de unión, de piedras naturales y artificiales, ladrillos,
bloques entre sí y con otros elementos, para colocar losas de pisos y azulejos, para
recubrimiento de muros, para la fabricación de piedras artificiales. Los morteros más
empleados son los de cal, de cementos y la mezcla de ambos (llamados bastardos), con
arena natural. (Crespo, 1990)
1.7.2 Morteros de cemento
El uso común del cemento Portland como el ingrediente cementante por excelencia en los
morteros, comenzó a mediados del siglo XX y se ha mantenido hasta nuestros días. Sin
embargo, en la actualidad es común que el agente cementante utilizado para elaborar los
morteros sea una mezcla de cemento Portland con cal, o en ocasiones con cemento de
mampostería. (Alconz Ingala, 2006). Los aglomerantes tienen un carácter cementante, entre
los más conocidos encontramos el cemento, cal y yeso. (Alconz Ingala, 2006, Arriola,
(2009), Hernbostel, (2002)).
(Alconz Ingala, 2006) plantea que el cemento contribuye a la resistencia y durabilidad. Para
el uso en los morteros se encuentra el Portland ordinario, el puzolánico, el de escoria,
resistente a sulfatos, el de baja reactividad álcali, el de bajo calor de hidratación, el
blanco, o el llamado de mampostería, entre otros. Cabe señalar que el cemento Portland
por sí solo, contribuye a lograr la resistencia del mortero a edades tempranas, lo cual es
un factor importante, ya que permite ir avanzando en la construcción, sin embargo, el
mortero que se logra es poco manejable ya que casi no retiene agua, por lo que es común
que se le adicione cal y algún aditivo.
1.7.3 Morteros de albañilería
El empleo de los morteros se conoce hace muchos siglos antes de nuestra era, los primeros
en utilizarlos fueron los griegos, romanos, hebreos, etc., unas veces para unir elementos
(principalmente piedras) y otras como recubrimiento de paredes e incluso hoy, a pesar del
tiempo transcurrido perduran algunas de esas obras.
La función del material inerte (arena) es económica, reduciendo el costo del mortero sin
detrimento sensible del poder adherente y resistente, también mecánica, evitando o
reduciendo las grietas que surgen por contracción en el fraguado de cales y cementos y por
Capítulo I
21
los cambios de contenidos de agua (retracción); haciendo más laborable en determinados
casos el mortero. Los morteros tienen dos usos fundamentales, en las edificaciones, o sea,
pueden emplearse como materiales de asentamiento o unión de elementos y como material
de recubrimiento o acabado de una superficie.(Alvarez Cabrera, 2011)
(Rodríguez, 2008, Álvarez, (2011)), plantean que el propósito principal del mortero en la
mampostería es la adherencia de unidades dentro de un ensamble, el cual actúa como
elemento integral, que tiene características de comportamiento deseadas. El mortero influye
en las propiedades estructurales de la mampostería, a la vez que reduce su permeabilidad.
Los morteros de albañilería tienen diferencias importantes según su estado: morteros
plásticos y endurecidos.
1.7.4 Clasificación de los morteros
Los morteros y pastas se clasifican de acuerdo con el carácter del adherente: en aéreos o
hidráulicos, según sea esta cal o cemento respectivamente. Por la clase del material inerte:
en morteros de arena natural, artificial, puzolánica, etc. Se clasifican en pastosos con
suficiente cantidad de agua y fluidos con exceso de agua. Estos estados en los morteros
pueden obtenerse también variando la dosificación y la composición granulométrica del
material.(Mola, n.d.)
El mortero como material resultante de la mezcla íntima de un árido, aglomerante y agua,
según la naturaleza del aglomerante se puede clasificar en: morteros con base de cal, con
puzolanas, morteros con base de yeso, basados en aglomerantes hidráulicos, con
aglomerantes arcillosos, basados en aglomerantes orgánicos y basados en mezclas de
aglomerante. Por la masa volumétrica se clasifican en: frescos y endurecidos que a su vez
pueden ser pesados o ligeros y por el sistema de fabricación puede ser hecho en obra,
industrial semiterminado o industrial manual.(Aguado, 2012, Alconz Ingala, 2006, Pérez
Yepez, (2008))
Los morteros basados en aglomerantes hidráulicos son productos artificiales de naturaleza
inorgánica y mineral, capaces de formar una pasta que fragua y da compuestos estables que
endurecen con el tiempo al ponerse en contacto con agua. Sin embargo los morteros
basados en aglomerantes orgánicos poseen elevado peso molecular, producto de
reacciones de polimerización por adición o condensación de diferentes compuestos de base.
Las matrices orgánicas se pueden clasificar en termoestables y termoplásticas siendo las
más empleadas las acrílicas, poliéster y epoxi, que le atribuyen ventajas a los morteros
como: elevada reversibilidad, elasticidad, y resistencia a determinadas sustancias
químicas.(Arriola, (2009), Miravete, (2000))
Capítulo I
22
Las mezclas de materiales bituminosos o arcillosos con arena son también morteros, los
primeros muy usados en la construcción de pavimentos, los segundos en la consolidación de
subsuelos. (Alvarez Cabrera, 2011;)
(Álvarez, (2011)) clasificó los morteros de acuerdo con el tipo de aplicación, en relación a la
calidad de los cementos, en morteros de albañilería y morteros especiales, los de albañilería
son empleados para la evaluación de las resistencias mecánicas de los cementos, estos son
los más empleados, tanto en la colocación de elementos (ladrillos, bloques, rasillas, celosías,
etc.) como en el revestimiento de edificaciones. Los especiales engloban varios tipos como
morteros de cola, dentro del cual se encuentra el cemento blanco o gris, estos están
conformados por áridos finos de naturaleza calcárea o silícea, libres de arcillas y materias
orgánicas, así como el mortero monocapa aplicado en varias capas sucesivas como el
salpicado, resano y el fino. Los morteros también se clasifican en: autonivelantes que son
idóneos para la colocación de pavimentos, para la nivelación de prepisos y en reparaciones
especiales del hormigón. Los conocidos morteros de relleno se emplean en estado semiseco
en lugares donde se coloca por retacado y en rellenar las vainas de los cables de elementos
postensados, relleno de bases para pernos en equipos. Por sus propiedades, no presentan
retracción y algunos generan alguna expansión durante el proceso de fraguado y
endurecimiento. Los morteros aligerados son empleados como aislantes térmico y acústico,
niveladores de pendientes, rellenos en cubiertas antes de colocar la soladura y en relleno de
zanjas, otro de los integrantes de esta familia son los morteros poliméricos donde el
conglomerante principal son polímeros y no el cemento, son empleados como revestimiento
de cualquier soporte o paramento, fachadas, zócalos, cajas de escaleras, pasillos, entre
otros(Álvarez, (2011), Lana, (2005), Mas, (2006))
1.7.5 Propiedades de los morteros
El mortero debe cumplir propiedades específicas en dependencia del uso que se le asigne.
Para lograrlas, el cemento como materia prima fundamental juega un papel esencial, de ahí
la necesidad de tener presente las funciones del mortero, para la creación de cementos de
albañilería capaces de afianzar dichas propiedades.
El mortero es un material similar a una piedra artificial y por consiguiente sus propiedades
deben ser las de esta; pero durante el período de elaboración en obras, es una masa
plástica necesariamente adaptable al lugar donde se coloca; el mortero debe estar dotado de
propiedades tales que produzcan la máxima eficiencia a través de los diferentes estados por
los que atraviesa, es decir: resistente y durable, laborable, plástico y consistente al inicio.
Dentro de las prestaciones que ofrece un mortero se distinguen dos etapas diferenciadas por
Capítulo I
23
su estado físico: estado fresco y estado endurecido. Varios autores(Álvarez, (2011), Barrera,
(2002), Salazar, (2000), Sánchez, 2002)enfocaron su estudio al análisis de estas
propiedades.
La consistencia se adquiere mediante adición de agua a la masa de arena y conglomerante,
esta propiedad mide la facilidad de colocación de mezcla en las unidades de mampostería o
en revestimientos y está relacionada con la relación agua/cemento.
La retención de agua es la habilidad del mortero para mantener su plasticidad, la cual es
superior cuando se le añade cal, aditivos plastificantes o agentes inclusores de aire al
mortero, acelerando la velocidad de endurecimiento y la resistencia final a la compresión del
mortero.
La laborabilidad es la propiedad en virtud de la cual con el mínimo esfuerzo se produce la
máxima eficiencia en su función adherente. El mortero laborable puede extenderse
fácilmente sobre paredes y juntas de la unidad de albañilería, es capaz de soportar el peso
de las unidades (ladrillos, bloques, etc.) cuando se colocan sobre él, facilitando su alineación
y salir de las juntas cuando se aplica una presión sobre las mismas. Esta propiedad es el
resultado de la lubricación de las partículas de áridos, mediante la pasta conglomerante.
Una buena laborabilidad es importante para propiciar la máxima adherencia en las unidades
de albañilería. (Álvarez, (2011))
La velocidad de endurecimiento depende también de factores tales como las condiciones del
clima, la composición de la mezcla y la mano de obra.
La masa unitaria indica la resistencia del mortero, si es muy densa la mezcla su resistencia
debe ser alta, siendo esta propiedad un parámetro fundamental para obtener el contenido de
aire atrapado en el mortero, el cual es capaz de mejorar la trabajabilidad y la resistencia a los
ciclos hielo-deshielo, reduciendo la resistencia mecánica, la adherencia y la impermeabilidad.
Cuando los morteros se encuentran en estado manipulable o plástico, presentan ciertas
características que definen su comportamiento e influyen en cómo reaccionará en estado
endurecido alguna de estas son: la trabajabilidad, la retención de agua, velocidad de
endurecimiento y el contenido de aire. En estado endurecido posee las propiedades de
retracción, adherencia, resistencia a la compresión, durabilidad y permeabilidad.(Alvarez
Cabrera, 2011;)
La adherencia, es la propiedad que poseen los morteros de adherirse a los materiales con
los cuales están en contacto (piedras, ladrillos, acero, etc.). La adherencia del mortero
depende de todas las características de este y de la superficie y naturaleza del material al
que se adhiere. Esta es la capacidad que tiene el mortero de absorber tensiones normales y
Capítulo I
24
tangenciales a la superficie que lo une con la estructura. Esta propiedad afecta en gran
forma la permeabilidad y la resistencia a la flexión. Las arenas de granos gruesos y finos sin
granos medios producen morteros que son superiores, desde el punto de vista de
adherencia así como de compacidad y resistencia. (Mola, n.d., Menéndez, 1946, Sánchez,
2002).
La resistencia es la propiedad empleada para añadir elementos de forma resistente, pues el
mortero debe poseer una resistencia acorde con los elementos que debe unir. Se requiere
una alta resistencia a la compresión cuando el mortero soporte cargas altas y sucesivas,
siendo éstas un indicio de las resistencias a tensiones de corte y a tensiones de
tracción.(Courard, (2003))
La retracción es producida por reacciones químicas de hidratación de la pasta, sobre todo
con una alta relación agua-cemento, donde el agua de mezclado tiende a evaporase
produciendo tensiones internas en el mortero dando lugar a los cambios de volumen y el
peligro de agrietamiento. Existen varios tipos de retracción como: plástica, hidráulica o de
secado y térmica. La retracción aumenta cuanto más rico en cemento, en elementos finos
son los morteros y con la cantidad de agua de amasado. (Courard, (2003))
Otra de las propiedades relevantes es la durabilidad la cual es definida en los morteros como
la condición por la cual estos deben mantener sus propiedades a través del tiempo y de
resistir las acciones destructivas provocadas por los agentes externos como las bajas
temperaturas, la penetración del agua, desgaste por abrasión, retracción al secado,
eflorescencias, agentes corrosivos, o choques térmicos, entre otros, sin deterioro de sus
condiciones físico-químicas con el tiempo. La durabilidad resulta muy afectada por un exceso
de arena y un retemplado del mortero, así como el usar unidades de albañilería de alta
absorción.(NC175., 2002)
La permeabilidad es la característica de dejar filtrar el aire o el agua, los morteros trabajables
y uniformes pueden hacer que la mampostería sea más resistente a la permeabilidad de
agua. Esta propiedad se ve afectada por factores como la adherencia entre el mortero y las
unidades de mampostería.(Salazar, (2000))
1.7.6 Dosificación según la norma cubana NC175:2002
El término dosificación define la proporción en volumen o en masa de los diferentes
materiales que componen el mortero (aglomerante/árido/aditivo) y, va a depender, de la
finalidad del mortero, de su composición y de la resistencia mínima deseada (Renison,
(2000)). En la siguiente Tabla 1.4 se presentan las dosificaciones según la NC 175: 2002
Tabla 1.4. Dosificaciones generales y propiedades de los morteros de albañilería
Capítulo I
25
Tipos de mortero
Rc. 28d. MPa
Adh.28d.Mpa
Tipos de cementos Arena
Hidrato de cal
P-350 PP-25 Albañilería
1
8 2
I 2.4 0.15±0.05
1
6 2
1 4 1.5
1
5 2
II 3.5 0.25±0.05
1
4 1
1 4 1
1
4 2
III 5.2 0.40±0.05
1
3 1
1 4 1
1
4 1
IV 8.9 0.50±0.05
1
3 0.5
1 3 0.5
1
3 1
V 12.4 0.65±0.05
1
3 0.5
1 2.5 Fuente: NC 175:2002 Morteros de albañilería dosificaciones.
1.8 Técnicas y métodos de ensayo
1.8.1 Ensayos que se le realizan al cemento según la norma cubana
NC95:2011.
El cemento es un material conformado por varias materias primas, por ello las reacciones
que es capaz de ocasionar son variadas, de ahí se hace necesario someterlo a ensayos
como: estabilidad de volumen, la cual se determina según NC 504: 2007 observando la
expansión volumétrica de la pasta de cemento, la densidad del cemento hidráulico es
definida como la masa de la unidad de volumen del sólido y se determina por la norma
cubana NC 523:2007. La consistencia normal consiste en determinar la cantidad de agua
requerida para preparar la pasta de cemento hidráulico a ensayar, esta se determina por NC
524: 2007.
Estos ensayos junto al método de medición del calor de hidratación, ensayo especificado
por la norma NC 525: 2007 mediante el cual se determina si el cemento hidráulico que
analiza satisface el requerimiento aplicable de la especificación sobre el calor de hidratación
y la determinación de la finura, así como el método del tamizado y la permeabilidad al aire
descrito en la norma cubana NC–EN 196-6: 2007 permite comprobar la uniformidad del
proceso de molienda de una sola y misma planta.
Capítulo I
26
Otro de los ensayos más empleados es la resistencia mecánica a compresión y flexión del
mortero de cemento, cuyo procedimiento se detalla en la norma cubana NC 506: 2007, este
método de ensayo se aplica a los tipos de cemento definidos en las Normas Cubanas de
Especificaciones de los cementos NC 95, NC 96, NC 97, NC 98, NC 99, NC 100 y NC 101.
El cemento de forma general posee propiedades tanto físicas como químicas. Los ensayos
realizados al cemento para la determinación de sus propiedades son el análisis químico, el
ataque con clorhídrico que disuelve a los cationes y deja un residuo de SiO2, en el líquido se
determinan Fe, Al, Ca y Mg, se valora el “residuo insoluble” y la cal libre. El análisis
físico comprende determinaciones como la finura; el agua de amasado, el comienzo y
fin del fraguado, pruebas de resistencia a tracción y a compresión y la expansión. (Perez
Nagore and Elorza Uria, n.d.)
Existen otros ensayos para evaluar los cambios y propiedades en pastas de cemento, como
la calorimetría isotérmica, el Minicono, el embudo de March, estos últimos con el objetivo de
medir fluidez y comportamiento plástico en la pasta.
La Calorimetría Isotérmica es una técnica de análisis térmico que se basa en la medición de
la velocidad de liberación de calor en función del tiempo bajo un régimen isotérmico,
aprovechando el carácter altamente exotérmico de las reacciones de hidratación del CPO y
de las reacciones puzolánicas (Pane and Hansen, 2005). De esta forma, la cantidad de
calor total acumulado es directamente proporcional a la cantidad de productos de
hidratación generados y puede tomarse como una medida del grado de reacción
alcanzado por el sistema. La velocidad o flujo de liberación de calor provee información
acerca de la cinética y los mecanismos de hidratación (Sha and Pereira, 2001).
1.8.2 Métodos de ensayos para la evaluación de morteros de albañilería según
NC 175:2002.
Los morteros de albañilería deben cumplir con propiedades establecidas por las normativas
vigentes de cada país de acuerdo con los objetivos del proyecto donde se empelen los
mismos. Para su comprobación se usan técnicas y métodos de ensayos, que evalúan el
mortero tanto en estado fresco como endurecido. A continuación se explican cuáles son los
métodos y ensayos utilizados.
La capacidad de retención de agua de una muestra se determina por la cantidad de agua
retenida en el mismo, después de la succión y se expresa en el porcentaje de agua retenida
en el mortero. Resultados obtenidos en laboratorios demuestran que la retención de agua se
incrementa con la adición de cal, la incorporación de aire, la adición de arena fina y utilizando
Capítulo I
27
aditivos retenedores de agua. La capacidad de retención de agua se determina por la NC
169: 2002 y su valor no será menor del 90 %. La densidad aparente se determina a los
morteros en varios estados: polvo seco, fresco y endurecido. En estado de polvo seco la
densidad de un mortero seco, es la relación entre la masa de mortero seco y el volumen que
ocupa el mismo cuando se introduce no compactado en un recipiente de una capacidad
dada, en estado fresco se compacta de una manera prescrita en un recipiente de medida
con capacidad dada. En estado endurecido, se divide la masa seca, entre el volumen que
ocupa cuando se sumerge en agua en estado saturado. Las probetas con mayor densidad
real y menor densidad aparente son las que tienen mayor volumen de porosidad y mayor
intercomunicación entre poros. Las normativas para determinar la densidad real y aparente
de los morteros en sus diferentes estados se describen en: NC 567: 2007, NC 601: 2008,
NC-EN 1015- 10: 2008.
La fluidez está estrechamente ligada con la laborabilidad, consistencia, plasticidad y es una
forma de medir las condiciones que debe poseer un mortero para su utilización en obra. Para
que un mortero sea laborable la consistencia debe ser la apropiada para su aplicación con
facilidad, rellenando todos los huecos de la base; su capacidad de retención de agua debe
evitar la rigidez excesiva del mortero por succión de la base. Los morteros pueden tener
consistencia seca, plástica y fluida. Cuando la consistencia es seca, los morteros son
ásperos y no laborables, debido a que el conglomerante solo rellena los huecos entre los
áridos. Si la consistencia es plástica o sea morteros laborables, una fina película del
aglomerante moja la superficie de los áridos, actuando como lubricante, dando buena
adherencia entre estos con la estructura sólida. Si es fluida, las partículas de la arena se
hallan sueltas dentro del conglomerante, sin cohesión interna y con tendencia de depositarse
por gravedad. Son varios los factores que influyen en la consistencia del mortero como son:
relación agua/cemento, relación conglomerante/arena y granulometría de la arena. La fluidez
recomendada para los morteros de albañilería y determinada por la NC 170: 2002 será
de190 mm ± 5 mm de diámetro.
Con el ensayo de resistencia mecánica se determinan las resistencias que son necesarias
para juntas de colocación y revestimientos, además de ser utilizado como patrón de la
resistencia a la adherencia, ya que ambas son relativamente proporcionales. La resistencia a
la compresión aumenta con el incremento del contenido de cemento y disminuye con el
aumento de la cal, arena, agua y contenido de aire. Los ensayos mecánicos se realizan por
la NC 173: 2002 y tienen como principio del método la determinación de la resistencia a
flexión y compresión en probetas prismáticas de 40 x 40 x160 mm. De acuerdo con los cinco
Capítulo I
28
tipos de morteros según la norma cubana la resistencia a la compresión a los 28 días exige
valores mínimos que oscilan entre 2,4 – 12,4 MPa.(Álvarez, (2011))
La absorción de agua por capilaridad es una propiedad que se produce al existir diferencia
de presión dentro de los capilares lo cual provoca que el agua ascienda por su interior. A
más fino y largo el capilar la absorción será mayor. Los ensayos de absorción capilar se
realizan por la NC 171: 2002. Morteros de albañilería. Especificaciones, consiste en medir el
aumento de peso por unidad de superficie que experimentan las probetas de 40 x 40 x 160
mm por efecto del agua absorbida por capilaridad, cuando se sumergen por una de sus
bases menores de 40 x40 mm hasta la altura de 5 ± 1 mm. Las probetas son pesadas antes
de ser colocadas en el agua y a las edades de 4 h; 8 h; 1; 3; 5 y 7días.
La retracción tiene tres orígenes: retracción térmica ocasionada por el enfriamiento del
mortero, la retracción hidráulica o de secado, originada por la pérdida de agua de amasado
por evaporación del mortero y la retracción plástica. La retracción se presenta como un
fenómeno complejo, influenciado por una multitud de parámetros, y aunque siempre ha
estado directamente asociada a la patología de las fisuras, también puede desarrollar otros
efectos, como la reducción de volumen o encogimiento, que tiene lugar durante el secado de
los morteros.(Habert and Choupay, (2009)-a)
El procedimiento del ensayo de adherencia se especifica en la norma cubana NC 172:
2002Morteros de albañilería. Especificaciones. En el mortero fresco se debe a las
propiedades reológicas de la pasta de cemento y/o cal. Esta puede comprobarse aplicando
mortero entre dos elementos a unir (ladrillos, bloques, etc.) y separándolos al cabo de cierto
tiempo. Si el mortero permanece adherido a las dos superficies, existe buena adherencia .En
el mortero endurecido depende de varios factores como son: superficie donde se va a
colocar (absorción, rugosidad, porosidad) y del mortero en si (granulometría de los áridos y
retención de agua). La rugosidad y la porosidad ayudan a que aumente la adherencia.
(Pierre-Claude, 2000)
La permeabilidad al agua se puede determinar tanto en laboratorio como en el lugar in situ y
permite caracterizar el material y por comparación apreciar modificaciones o alteraciones
superficiales, que modifican la absorción de agua sobre el nivel superficial; define el efecto
sobre el tratamiento de impregnación de un tratamiento cambiando la permeabilidad
superficial; caracteriza el efecto de la intemperie, además aprecia el efecto del tiempo natural
o artificial (aparato simulador) por una impermeabilidad o tratamiento impermeable o por
tratamiento de impregnación.(Álvarez, (2011))
Capítulo I
29
Entre los ensayos para determinar la tendencia de durabilidad del mortero se encuentran:
ensayos al intemperismo, cristalización por inmersión total, método humedad-secado por la
norma europea UNE 67-034-86, absorción por capilaridad, entre otros. (NC 175:2002)
Por medio del ensayo de intemperismo se mide la acción combinada de todos los elementos
de la naturaleza que afectan al mortero como son: la lluvia, clima (calor, frío), tiempo (día,
noche), el viento, ácidos y sales, que generalmente se encuentran en la atmósfera (anhídrido
carbónico, cloruro de sodio y ácido sulfúrico); bacterias y hongos, los cuales generan entre
otros los siguientes procesos físicos: cambio de volumen, debido a la formación de sales o el
cambio de temperatura y humedad; desgaste superficial, por acción del viento y la lluvia; y
grietas motivadas por expansiones y contracciones.(Courard, (2003), Fortes, (2005)).
El ensayo de porosidad abierta se realiza según la recomendación RILEM (1980). La
porosidad es una propiedad fundamental de las rocas y materiales de construcción, que
influye en su durabilidad. Las probetas se colocan en un recipiente y se vierte agua destilada
a temperatura ambiente, que se añadirá lentamente para que las probetas no queden
completamente sumergidas antes de 15 minutos. (Mas, (2006))
El ensayo de cristalización de sales se realiza de acuerdo con las normas RILEM (1980)
sobre probetas cúbicas de mortero (30x30x30mm), curadas durante 7 días a 40oC y 100%
de HR; posteriormente se carbonatan en cámara de CO2, a aproximadamente 21oC y HR =
50%, hasta consumo de la portlandita restante. Las probetas se mantienen durante 4 horas
en una disolución saturada de Na2SO4 (10%en peso), posteriormente se secan en la estufa a
95±5 ºC durante 16 horas y se enfrían a temperatura ambiente durante 4 horas completando
así el ciclo de 24 horas, este proceso es realizado hasta completar 30 ciclos.(Commission
25-PEM, (1990) )
Capítulo I
30
1.9 Conclusiones parciales
Las nuevas formulaciones para la producción de cemento con el uso de adiciones
minerales activas como sustitutas parciales del clínquer en el cemento Portland
Ordinario, representan un beneficio económico para los países en vía de
desarrollo pues con 1 t de clínquer se incrementa en un 56% la productividad.
La utilización de sistemas ternarios con arcillas calcinadas y caliza como
sustitutos parciales del contenido de clínquer en el CPO constituye una
alternativa favorable como material puzolánico por su alta disponibilidad,
aportando con su empleo la mejora de propiedades físico-mecánicas en morteros
en cuanto a impermeabilidad, resistencia y durabilidad.
En la bibliografía consultada se evidencia que a nivel internacional las normas que
más se referencian sobre las especificaciones para cementos de albañilería son:
la chilena (NCh 3121/1-2010), la europea (EN196) y la guatemalteca (NTG
41096).
Los morteros de albañilería presentan propiedades que son evaluadas mediante
técnicas y métodos, tanto para el mortero en su conjunto como para los
materiales que lo componen. Algunas de estas técnicas y métodos son:
absorción, consistencia, durabilidad, resistencia mecánica, retención de agua,
permeabilidad así como los normados para cada uno de sus constituyentes.
Los morteros de albañilería son clasificados según la norma cubana NC 175:2002
en 5 tipos, dependiendo de su utilización (colocación y revestimiento), pero la
bibliografía consultada muestra otras clasificaciones, con respecto al carácter del
Capítulo I
31
adherente: en aéreos o hidráulicos, por la masa volumétrica en frescos y
endurecidos y en relación a la calidad de los cementos, en morteros de albañilería
y morteros especiales.
Capítulo II
32
Capítulo II: Fabricación y empleo de cementos ternarios con sustituciones de clínquer para su utilización en morteros de albañilería
2. Materiales y métodos
2.1 Generalidades.
En el siguiente capítulo se exponen las características de los materiales que se utilizaron
para la fabricación a escala de laboratorio de los cementos con un 60 y un 75% de
sustitución de clínquer por una mezcla arcilla calcinada –caliza en proporción 2:1, diseñados
para ser empleados como cementos para morteros de albañilería. Además se fabricaron
morteros tipo II y III según NC 175:2002 Morteros de albañilería. Especificaciones, con
ambos aglomerantes producidos, empleando arena de las canteras Mariano Pérez Valí (El
Purio) y Arimao en Cienfuegos y con adición de cal. Como resultado de diferentes
combinaciones se obtuvieron 12 diseños de mezclas incluyendo 4 mezclas con cemento PP-
25 empleado como referencia.
2.2 Diseño de Experimento
El diseño multifactorial realizado está sustentado en la evaluación del comportamiento de los
cementos con un 60 y un 75% de sustitución de clínquer por una mezcla arcilla calcinada–
caliza en proporción 2:1 como aglomerante para morteros de albañilería en comparación con
el PP-25. Para ello se siguió la siguiente metodología:
Selección y procesamiento de las materias primas utilizadas en la elaboración de los
cementos y morteros a elaborar.
Caracterización del clínquer, yeso, arcilla, caliza, cal y áridos empleados como materias
primas.
Obtención a escala de laboratorio de cementos con un 60 y un 75% de sustitución de
clínquer por una mezcla de arcilla calcinada – caliza en proporción 2:1 para la realización
de los ensayos:
Superficie Específica (cm2/g)
Peso Específico (g/cm2)
Finura (% pasado tamiz 90µm)
T. Fraguado Inicial (min)
T. Fraguado Final (hrs.)
Consistencia Normal (%)
Expansión (mm)
Capítulo II
33
Resistencia a la compresión a los 3, 7 y 28 días con arena normalizada.
Fabricación de morteros de colocación y revestimientos tipo II y III atendiendo a las
dosificaciones de la NC 175:2002 fijando una fluidez determinada con las arenas de El
Purio y Arimao.
Producción de briquetas prismáticas de mortero de (160 x 40 x 40) mm, y realización de
los ensayos:
Resistencia a la compresión a los 7,14 y 28 días con arena natural.
Absorción de agua por capilaridad a la edad de 28 días.
Carbonatación.
Evaluación de los resultados obtenidos en los ensayos.
Declaración de las variables:
La metodología a utilizar consistió en la confección de 12 mezclas y la realización de una
serie de ensayos mediante los cuales se hallaron las principales propiedades y
características de los morteros elaborados.
Previamente a la determinación de las propiedades de los morteros se caracterizaron los
componentes que lo constituyen, tales como los cementos, áridos y la cal.
Debido al número de mezclas y la necesidad de obtención de los cementos constituyentes
del mortero, el programa experimental se dividió en dos etapas:
1) La primera de ellas consistió en la elaboración de los cementos con 60 y 75% de
sustitución de clínquer por arcilla calcinada y caliza, los cuales fueron caracterizados de
acuerdo con la norma cubana NC 95:2011 Cemento Portland. Especificaciones. Se
realizaron ensayos de consistencia normal, tiempo de fraguado, expansión, finura, peso
específico así como resistencia mecánica a los 3,7 y 28 días.
2) La segunda etapa correspondió a la realización de ensayos que permitieron determinar
propiedades físico-mecánicas de los morteros elaborados con los aglomerantes
producidos, así como la capacidad de absorción y carbonatación de las briquetas
elaboradas, según la norma cubana NC 175:2002 Morteros de albañilería.
Especificaciones.
Para la realización del diseño de experimento se definieron las variables independientes, que
fueron: los cementos, los áridos y las dosificaciones de las mezclas. De forma general se
establecen:
Tipos de morteros (tipo II y III)………………………….…..con dos niveles.
Cementos (B-60, B-75 y PP-25)……………………………con tres niveles.
Áridos (El Purio y Arimao)……………………………….….con dos niveles.
Capítulo II
34
Las propiedades de los morteros fueron declaradas como las variables dependientes, entre
las que se encuentran:
La resistencia físico-mecánica
Consistencia
Absorción
Carbonatación
Para el diseño de las mezclas se emplearon dos tipos de morteros, el tipo II y III. El mortero
tipo II con una proporción volumétrica de 1:5:1(cemento – arena – cal) fue seleccionado
dado que se puede emplear en muros no portantes y de cierre, para resano, repello gordo y
fino, así como para colocación de baldosas de cerámica y losetas hidráulicas y el mortero
tipo III de proporción en volumen de 1:4:1 (cemento – arena – cal) pues se emplea en muros
no portantes y de cierre, para resano, repello gordo y fino, así como para colocación de
azulejos y piezas de cerámicas, además se emplearon para la fabricación de las probetas las
arenas de la cantera Mariano Pérez Valí (Purio) y Arimao.
La combinación de los cementos a evaluar con las arenas se muestra en la Tabla 2.1:
Tabla2.1: Dosificaciones de las mezclas de morteros
Muestra Tipo de mortero
Cemento Arena
M-1 II (1:5:1) B-60 Purio
M-2 II (1:5:1) B-75 Purio
M-3 II (1:5:1) B-60 Arimao
M-4 II (1:5:1) B-75 Arimao
M-5 III (1:4:1) B-60 Purio
M-6 III (1:4:1) B-75 Purio
M-7 III (1:4:1) B-60 Arimao
M-8 III (1:4:1) B-75 Arimao
M-9 Ref. II(1:5:1) PP-25 Purio
M-10 Ref. III(1:4:1) PP-25 Purio
M-10 Ref. II(1:5:1) PP-25 Arimao
M-12 Ref. III(1:4:1) PP-25 Arimao
Fuente: Elaborado por la autora.
2.3 Selección y caracterización de las materias primas
Los materiales empleados para la elaboración de los cementos fueron el clínquer, el yeso y
la arcilla calcinada con caliza, obtenidos de la producción en la Fábrica de Cemento de
Siguaney. El clínquer es el utilizado en la fábrica, el yeso es procedente de los yacimientos
ubicados en Punta Alegre en la zona norte de la provincia de Ciego de Ávila, la arcilla de
Capítulo II
35
Pontezuela y la caliza es procedente de los yacimientos ubicados en Guayos, Sancti
Spíritus.
Para la elaboración de los morteros se realizó la caracterización de los cementos (B-60 y B-
75) que constituyen la materia prima fundamental. Estos cementos, junto con las arenas del
Purio, en Encrucijada, y Arimao, en Cienfuegos, y la cal proveniente de Palenque, dieron
como resultado los morteros evaluados.
2.3.1 Arcilla calcinada con adición de caliza
Como adición activa para la elaboración de los cementos con altos volúmenes de sustitución,
se empleó la mezcla de arcilla calcinada y caliza en proporción 2:1. Como material
puzolánico dentro de la mezcla se usó el producto de la calcinación industrial de la arcilla
proveniente del yacimiento Pontezuela, ubicado a 18 Km al noroeste de la ciudad de
Camagüey. Este yacimiento ha sido estudiado por diferentes autores debido a la alta
reactividad puzolánica de sus productos de calcinación y su alto contenido de fases
arcillosas.
Para la calcinación a escala industrial el material fue alimentado en su estado natural al
horno y secado en la zona de precalentamiento a una temperatura cercana a los 250ºC,
que garantiza la completa eliminación del agua adsorbida en la fase arcillosa. El
proceso de calcinación industrial fue realizado en un horno rotatorio durante
aproximadamente 6 horas, en las cuales la temperatura de calcinación osciló entre los 750 y
los 850ºC. La arcilla activada térmicamente se mezcló con la caliza proveniente del
yacimiento La Vigía, en proporción 2:1. Esta mezcla fue molida en un molino de bolas MB
800 durante 18 minutos hasta alcanzar una finura entre 90 y 95%.La composición química
del material se muestra en la tabla 2.2
Tabla 2.2: Composición química de la Arcilla calcinada
Compuesto PI MgO Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO RI SO3
Porciento% 5,39 0,86 26,6 46,08 18,18 1,6 0 0 Fuente: Elaborado por la autora
2.3.2 Caliza
La caliza que se emplea en la producción a escala industrial en la fábrica proviene de
Guayos, municipio de Sancti Spíritus. La caracterización de la misma se realizó en el
laboratorio de la fábrica, dichas características se muestran en la en la Tabla 2.3:
Tabla 2.3: Composición química de la Caliza
Compuesto SiO2 Al2O3 Fe203 CaO MgO SO3 CaCO3
Porciento (%) 4,12 1,15 0,64 51,59 1,21 40,92 92 Fuente: Elaborado por la autora
Capítulo II
36
2.3.3 Clínquer
Se utilizó el clínquer de la planta Siguaney, en Sancti Spíritus, siendo este el utilizado en la
producción de la fábrica. La caracterización del mismo se realizó en el laboratorio de la
propia entidad, la cual se muestra en la Tabla 2.4
Tabla 2.4: Composición química de Clínquer
Clínquer SiO2 Al2O3 Fe203 CaO MgO SO3 PPI Total CIO RI
Porciento (%)
20,9 4,7 4,59 62,53 1,58 1,35 2,88 1,2 1,2 1,72
Fuente: Elaborado por la autora
2.3.4 Yeso
El yeso empleado es proveniente de Punta Alegre, fue tomado en forma de roca del
almacenamiento en la fábrica, y se caracterizó en el laboratorio de la misma, su composición
química se muestra en la Tabla 2.5:
Tabla 2.5: Composición química del Yeso
Compuesto SiO2 Al2O3 Fe203 CaO MgO SO3 PPI RI
Porciento (%) 5,24 4,7 3,38 30,36 1,96 31,95 21,67 9,07 Fuente: Elaborado por la autora
2.3.5 Árido triturado del Purio
Para la realización de los morteros se empleó arena natural procedente de la cantera
Mariano Pérez Valí, conocida como El Purio, en la provincia de Villa Clara, municipio de
Encrucijada, en la Finca La Caridad al Sur del CAI Perucho Figueredo a 30 Km al Norte de
Santa Clara. La arena se obtiene producto de la trituración de las rocas de origen calizo,
(N.A, 2008) y fue caracterizada en el laboratorio de la Empresa Nacional de
Investigaciones Aplicadas (ENIA) en Villa Clara, según los requisitos exigidos en la norma
cubana NC 175: 2002 Morteros de albañilería. Especificaciones. En el procedimiento se
emplearon 45Kg del material, seleccionado en el proceso de cuarteo normado. Su
composición química se muestra a continuación:
Tabla2.6: Composición química del árido triturado del Purio
Análisis Químico
Dióxido de silicio (SiO2) 0.25
Óxido férrico (Fe2O3) 1.91
Óxido de aluminio (Al2O3) 3.92
Óxido de calcio (CaO) 50.53
Óxido de magnesio (MgO) 0.19
Capítulo II
37
Trióxido de azufre(SO3) 0.02
Pérdida por ignición(PPI) 42.89
Residuo insoluble(RI) 1.11
Carbonatos totales(CT) 90.18
Fuente: Catálogo de áridos para Hormigón(N.A, 2008)
Tabla2.7: Características físico – mecánicas de la arena del Purio
Ensayos
Material más fino que el tamiz - 200
Pesos (g) % que pasa por Tamiz - 200 Especificaciones
Peso inicial seco 537,03 2,56
≤ 10 Peso final seco 523,26
Partículas de arcillas
Pesos (g) % de partículas de arcillas Especificaciones
Peso inicial 190,52 0,21 1 Peso final 190,12 0,17
Peso Específico
Pesos (g/cm³) Incertidumbre Especificaciones
PEC 2,54 0,020 ≥ 2,5
PES 2,60 0,019 --- --- PEA 2,71 0,018
% Absorción 2,5 0,17 ≤ 3,0
Peso Volumétrico
Pesos(Kg/m³) incertidumbre Especificaciones
Peso volumétrico suelto
15,27 28,02
--- Peso volumétrico
compactado 16,18 28,02
Fuente: Elaborado por la autora
Tabla2.8: Resultados del ensayo granulométrico de la arena del Purio
Tamices Por ciento pasado
Especificaciones
No. mm
4 4,76 99 100
8 2,38 67 95 -100
16 1,19 35 70 -100
30 0,59 16 40 -75
50 0,297 7 20 -40
100 0,149 3 10 - 25
200 0,074 --- 0 -10
Fuente: Elaborado por la autora
Capítulo II
38
2.3.6 Árido natural de Arimao
La cantera del árido se localiza en Carretera Santa Martina, provincia de Cienfuegos, y
posee una formación geológica aluvio. Su composición química se muestra en la Tabla
2.9:(N.A, 2008)
Tabla 2.9: Composición química del árido de Arimao
Análisis Químico
Dióxido de silicio (SiO2) 66.89
Óxido férrico (Fe2O3) 10.09
Óxido de aluminio (Al2O3) 13.23
Óxido de calcio (CaO) 4.96
Óxido de magnesio (MgO) 1.39
Trióxido de azufre(SO3) 0.04
Perdida por ignición(PPI) 2.31
Residuo insoluble(RI) 92.16
Carbonatos totales(CT) 11.91
Fuente: Catálogo de áridos para Hormigón(N.A, 2008)
Tabla 2.10: Características físico – mecánicas de la arena de Arimao
Ensayos
Material más fino que el tamiz - 200
Pesos (g) % que pasa por Tamiz - 200 Especificaciones
Peso inicial seco 583,25 0,45 ≤ 5
Peso final seco 580, 65
Partículas de arcillas
Pesos (g) % de partículas de arcillas Especificaciones
Peso inicial 124,09 0,31 1
Peso final 123,71 0,18
Peso Específico
Pesos (g/cm³)
Incertidumbre Especificaciones
PEC 2,63 0,021 ≥ 2,5
PES 2,65 0,02 --- --- PEA 2,7 0,019
% Absorción 1 0,16 ≤ 3,0
Peso Volumétrico
Pesos(Kg/m³) incertidumbre Especificaciones
Peso volumétrico suelto
15,82 28,02 ---
Peso volumétrico compactado
16,54 28,03
Fuente: Elaborado por la autora
Capítulo II
39
Tabla 2.11: Resultados del ensayo granulométrico de la arena de Arimao
Tamices Por ciento
pasado Especificaciones
No. mm
4 4,76 98 100
8 2,38 82 95 -100
16 1,19 56 70 -100
30 0,59 27 40 -75
50 0,297 7 10 - 35
100 0,149 2 2 - 15
200 0,074 - -
Fuente: Elaborado por la autora
2.3.7 Árido normalizado
Las mezclas para la elaboración de los morteros se realizaron con áridos de la Isla de la
Juventud, arena sílice normalizada. (Zayas Reñé, 2011)
Tabla 2.12: Grano de árido normalizado
Grano No %Retenido Peso(g)
1 Tamiz 2mm 450
2 Tamiz 1mm 460
3 Tamiz 0,5mm 270
4 Tamiz 0,15mm 175
Fuente: Elaborado por la autora
2.3.8 Cal
La cal empleada proviene de Palenque, en el municipio de Camajuaní, perteneciente a la
provincia Villa Clara. Este yacimiento se encuentra específicamente al Norte de Villa Clara, a
1.5 Km al Sur de la carretera Santa Clara - Cabaiguán. La cal se encontraba en estado
apagado y húmedo, para la realización de las probetas se secó en la estufa a 105º C durante
24 horas para eliminar la humedad del material y luego se tamizó por el tamiz #16.(N.A,
2008). Los ensayos de caracterización de la materia prima fueron realizados en el Centro de
Desarrollo de Técnicas y Materiales de la Construcción (CTDMC). Los resultados obtenidos
se muestran en la Tabla 2.13
Tabla 2.13 Análisis químico de la cal
Ensayos
UM
Resultados
Normas
1 2 Prom.
Dióxido de Silicio ( SiO2 ) % 2.12 2.08 2.10 NC 54-35/86
Óxido Férrico (Fe2 O3) % 1.91 1.91 1.91 NC 54-339/86
Óxido de Aluminio ( Al2O3) % 3.66 3.66 3.66 54-338/86
Óxido de Calcio (CaO) % 54.91 54.91 54.91 NC 54-341/86
Capítulo II
40
Óxido de Magnesio (MgO) % 2.12 2.12 2.12 NC 54-337/86
Trióxido de azufré (SO3) % 0.12 0.14 0.14 NC 54-05/85
Perdida por Ignición(PPI) % 30.93 30.95 30.94 NC 054-004/85
Carbonato de Magnesio % 3.60 3.60 3.60 NC 54 – 27: 1985
Humedad % 0.82 0.79 0.80 NC 44-20: 72
Carbonato de Calcio % 98.05 98.05 98.05 NC 44-20/72
Óxido de Calcio e Hidrato de Calcio. Determinación Volumétrica del por ciento Aprovechable.
%
41.44
41.44
41.44
NC 54 –279/1984
Fuente: Elaborado por la autora
2.3.9 Agua
Para la realización de los ensayos se utilizó agua potable del servicio público, como lo
especifica la norma NC 353 Aguas para el amasado y curado del hormigón y los morteros –
Especificaciones.
2.3.10 Cemento de referencia
El cemento seleccionado como referencia para comparar con los dos nuevos aglomerantes
fue el PP-25 producido en la fábrica de cemento de Siguaney. La composición mineralógica
de este cemento se basa aproximadamente en 79% de clínquer, 15 % de toba zeolítica y 6%
de yeso. Su caracterización se muestra en la Tabla 2.14:
Tabla 2.14: Caracterización del cemento PP-25
Ensayos Unidad PP-25 Especificaciones
Tiempo de Fraguado Inicial min 210 ≥45
Tiempo de Fraguado Final h 4:45 ≤ 10
Consistencia Normal % 26.9 ---
Finura de Molido del Cemento % 7.0 ≤ 10
Peso Específico Real del Cemento kg/cm3 2.80 ---
Resistencia a Compresión 3 días MPa _ ---
Resistencia a la Flexión a 3 días MPa _ ---
Resistencia a Compresión a 7 días MPa 21.4 ---
Resistencia a la Flexión a 7 días MPa 6.1 ---
Resistencia a Compresión a 28 días MPa 30.3 ≥ 25
Resistencia a la Flexión a 28 días MPa 7.9 ---
Fuente: Elaborado por la autora
Capítulo II
41
2.4 Protocolo de molienda para la producción de los cementos.
La producción de los cementos consistió en la inter-molienda de los materiales, cada uno
fue molido durante el tiempo necesario para la obtención de la finura requerida con que se
trabaja en la producción de la fábrica 90-95%.
La molienda de los materiales se realizó mediante el uso de un molino de bolas de acero
MB-800 que desarrolla un mecanismo de impacto y desgaste, con el cual se pueden lograr
partículas con tamaño de 10 μm. La molienda de clínquer se realizó en amasadas de 10
kilogramos por 17 minutos, resultando 4 amasadas en total para obtener la cantidad
necesaria. Luego en un molino de martillo se molió la arcilla con la caliza y para obtener la
finura necesaria se introdujo durante 18 minutos en el molino de bolas, resultando 5
amasadas en total. La mezcla fue añadida en las proporciones adecuadas con el yeso
molido durante 1 minuto. En cada proceso de molienda se realizaba la prueba de finura
hasta que cada materia prima alcanzaba la deseada (90-95%), determinándolas mediante el
procedimiento húmedo establecido en la NC-EN 196-6:2007.
Después de la intermolienda se realizó el mezclado de las materias primas de manera
conjunta en las cantidades correspondientes a cada uno de los diseños de los aglomerantes
con los niveles de sustitución requeridos. En las Tablas 2.14 y 2.15 se muestran dichas
proporciones:
Tabla 2.15: Proporciones de los aglomerantes
Cemento SIG-B60 Cemento SIG-B75
Proporciones Proporciones
Clínquer 33,17 Clínquer 18,17
Carbonato de calcio 20 Carbonato de calcio 25
Arcilla calcinada 40 Arcilla calcinada 50
Yeso 6,83 Yeso 6,83 Fuente: Elaborado por la autora
Tabla2.16: Calculo de materiales para 30 Kilogramos
Cemento SIG-B75 Cemento SIG-B60
Proporciones Proporciones
Clínquer 18 Clínquer 22,5
Arcilla + Carbonato de calcio 9,95 Arcilla + Carbonato de calcio 5,45
Yeso 2,05 Yeso 2,05
Fuente: Elaborado por la autora
Capítulo II
42
2.5 Ensayos para la caracterización del cemento
2.5.1 Peso Específico (g/cm2)
Este parámetro es de utilidad para el diseño y control en las mezclas de hormigón, el ensayo
se realiza mediante el frasco de Le Chatelier, para el cual se utilizaron aproximadamente 64g
de cada cemento, el cual se introduce en el equipo y la diferencia entre la lectura inicial y
final representa el volumen de líquido desplazado por la masa de cemento usada. El
procedimiento detallado se realizó según lo establecido en la norma cubana NC 507: 2007
Cemento Hidráulico. Método de ensayo. Análisis químico
2.5.2 Expansión (mm)
La estabilidad de volumen se determina según NC 504: 2007 observando la expansión
volumétrica de la pasta de cemento de consistencia normal, indicada por el desplazamiento
relativo de dos agujas. La pasta de cemento de consistencia normal tiene una resistencia
específica a la penetración de una sonda normalizada. El agua requerida para la confección
de dicha pasta se determina por medio de sucesivos ensayos de penetración en pastas con
diferentes contenidos de agua. El ensayo se realiza simultáneamente en dos probetas de la
misma amasada de pasta de cemento.
2.5.3 Finura (% pasado tamiz 90µm)
Para la determinación de este parámetro se establece el método de la norma cubana NC-EN
196-6: 2007 “Cemento Hidráulico-Método de ensayo-Determinación de la finura y la
superficie específica”. Con la utilización del tamiz con malla/cm²: 4900, de abertura nominal
0,090 mm y tolerancia media de 7%.
2.5.4 Superficie específica
La superficie específica (cm2/g) consiste en la observación del tiempo que tarda cierta
cantidad de aire en pasar a través de una capa compactada de cemento de dimensiones y
porosidad especificadas. Los principios de este método, los aparatos, materiales y
condiciones de ensayos son los establecidos en la NC-EN 196-6: 2007 “Cemento Hidráulico-
Método de ensayo-Determinación de la finura y la superficie específica”
2.5.5 Determinación del fraguado inicial y final:
El método de ensayo para determinar la consistencia normal y el tiempo de fraguado
mediante la aguja de Vicat, consiste en determinar la cantidad de agua requerida para
preparar la pasta de cemento hidráulico a ensayar, para ello se utilizaron 650g de cada
cemento introduciéndolos en la mezcladora con agua, siguiendo con lo establecido en la NC
Capítulo II
43
524: 2007Cemento hidráulico-Método de ensayo-Determinación de la consistencia y tiempos
de fraguado por aguja de Vicat.
Se utiliza como instrumento la aguja de Vicat. Para le realización del ensayo es necesaria
la preparación de la probeta de pasta, el molde troncónico con la pasta en su interior y la
placa de apoyo se sumergirá en agua potable a una temperatura de (25±2) °C y cada 5
minutos aproximadamente, se saca el molde del agua con la placa y la pasta que contiene,
se coloca debajo de la aguja de Vicat perfectamente limpia y seca, tomando los valores de
penetración de la aguja en la pasta. Se ha alcanzado un fraguado inicial, cuando la aguja
penetre en la probeta (3±1) mm de separación de la placa de vidrio que se utiliza como base.
Se alcanza el fraguado final cuando la penetración de la aguja en la probeta sea de 1 mm.
2.5.6 Ensayo de resistencia mecánica.
La realización de probetas se realizó en el laboratorio de la fábrica de cemento de Siguaney,
resultando 6 moldes para la realización de los ensayos físico-mecánicos en las edades de
3,7 y 28 días, con arena normalizada en una proporción de 1350±5 g. Antes de elaborar las
probetas, se limpiaron y engrasaron los moldes a utilizar de acuerdo con los requerimientos
de la norma NC 173:2002Morteros de Albañilería. Especificaciones. Después de elaborada
la mezcla con una relación agua-cemento 0.5 como establece la norma NC 95:2011Cemento
Portland. Especificaciones, se vertió el material en dos capas compactándolas en una
compactadora Ibertest (Fabricada en la Unión Europea) a razón de 60 golpes por minuto.
Después fueros sometidos por 24 horas a la cámara de curado a temperatura 23±1,70C,
hasta ser desmoldadas y depositadas bajo agua para esperar los días de rotura normados
(3,7 y 28).
Procedimiento general según la norma cubana(NC506, 2007) :
Mezclado del mortero: Se vertió el cemento en la mezcladora, a los10 segundos se le
adicionó el agua, luego a los 30 segundos se vertieron los diferentes granos de arena
normalizada, resultando un total de 1355 g de áridos, primero la fracción fina, luego la media,
la intermedia y por último la gruesa. Este procedimiento se realizó durante 60 segundos a
una velocidad lenta. Seguidamente se mezcló durante 30 segundos a una velocidad rápida.
Se detuvo la mezcladora durante 90 segundos, utilizando los primeros 15 para separar el
mortero adherido en las paredes y el tiempo restante debe permanecer en reposo. Por último
se puso en marcha nuevamente la mezcladora durante 60 segundos a la velocidad rápida.
Enmoldado y compactación: Cada molde antes de ser utilizado debe estaba limpio y
engrasado. Se adicionaron unos 300g de material en cada compartimento y se compacto,
dando para ello 60 golpes por minuto, seguidamente se colocó una segunda capa de
Capítulo II
44
material y se realizó el mismo procedimiento, luego se retira la tolva y se enraso cada
briqueta.
Conservación y curado de las probetas: Las probetas estuvieron a una temperatura
aproximada de 23±1,7 ºC durante 24h, después se desencofraron y fueron sumergidas en
agua.
Fig. 2.1: Proceso de fabricación de las probetas prismáticas
2.6 Ensayos en pastas de cemento
2.6.1 Minicono
Son diversos los métodos de ensayos que han sido desarrollados para la determinación
de las propiedades físicas en las pastas de cemento, concernientes a la evaluación de su
reología, en función de diferentes objetivos. La laborabilidad de las mezclas es una
característica importante que se manifiesta en su estado fresco que determina en gran
medida las propiedades a corto, mediano y largo plazo del producto terminado y puede ser
medida en pastas, morteros u hormigón según la naturaleza de la aplicación.(Escalona
Perera, 2001)
La determinación de la plasticidad, su variación en el tiempo y la reducción de agua de las
pastas de cemento están basadas en la medición del área de esparcimiento alcanzada como
consecuencia de la caída por gravedad al retirar el cono de Abraham que la contiene. Para la
realización del ensayo se tomaron 100g de cemento y 50g de agua manteniendo la relación
de 0,5 mezclándolo la pasta a 250 r.p.m., la pasta es vertida en el Minicono durante 1 minuto
Capítulo II
45
levantándola verticalmente. Para el desarrollo del ensayo es necesario consultar la norma
cubana NC 235:2005 Pastas de cemento-Determinación de la plasticidad y su variación en el
tiempo por el método del Minicono.
2.6.2 Calorimetría Isotérmica
El ensayo se basa en la medición de la velocidad de liberación de calor en función del
tiempo bajo un régimen isotérmico y aprovecha el carácter altamente exotérmico de las
reacciones de hidratación del CPO y de la reacción puzolánica y su cinética relativamente
lenta. De esta forma, la cantidad de calor total liberado para un momento dado es
directamente proporcional a la cantidad de productos de hidratación generados hasta ese
momento, y puede tomarse como una medida del grado de reacción alcanzado por el
sistema. La medida del calor total desarrollado y la velocidad o flujo de calor obtenidos por
este método proveen información acerca de la cinética de hidratación, grado de hidratación,
mecanismo de hidratación etc., por lo que es una técnica que encuentra aplicaciones
extensivas en el estudio de las reacciones de hidratación del CPO y de las puzolanas
(Alonso and Palomo, 2001)
El ensayo de calorimetría isotérmica fue realizado en las pastas de los cementos con
sustituciones de arcilla calcinada y caliza a una relación agua/cemento de 0,5 para garantizar
una adecuada laborabilidad sin el empleo de plastificantes. Las pastas fueron mezcladas a
1000 rpm durante 1 minuto, y el ensayo se realizó en un calorímetro TamAirde la firma
Thermometric con 8 canales. El cemento de bajo carbono a utilizar en cada caso fue
mezclado con el agua de amasado, utilizando una hélice de cuatro palas. Primeramente el
equipo se calibró para una escala de 600 mW, a una temperatura de 30°C. El agua utilizada
para la realización del ensayo era destilada y fue utilizada como referencia para cada una
de las muestras y lecturas cada 20 segundos durante 3 días fueron tomadas usando un
ordenador conectado al equipo.
2.7 Ensayos a morteros
En la Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas (ENIA) se realizaron los ensayos
correspondientes para la evaluación de los morteros de albañilería, empleando áridos de de
Arimao y el Purio para evaluar las propiedades físico-mecánicas, así como las propiedades
de absorción, con las dosificaciones diseñadas y los aglomerantes producidos.
2.7.1 Producción de probetas prismáticas
2.7.1.1 Con árido natural de Arimao y triturado del Purio
Capítulo II
46
Las mezclas fueron elaboradas en el Laboratorio de la Empresa Nacional de
Investigaciones Aplicadas (ENIA) en Villa Clara. Siguiendo el protocolo de ensayo para el
llenado de los moldes se comenzó con la preparación del material necesario en bandejas
con las proporciones mostradas con el objetivo de facilitar el mezclado en a mezcladora
garantizando la correcta homogenización de los materiales
La elaboración de las probetas se realizó de acuerdo con el diseño de mezclas planteado, se
llenaron 12 moldes culminando con un total de 48 para la realización de todos los ensayos.
Para la elaboración de las probetas se limpiaron y engrasaron los moldes a utilizar siendo
armados según las especificaciones de la norma NC173:2002. Morteros de Albañilería.
Especificaciones. El material fue vertido en dos capas compactándolas a 25 golpes
distribuidos de forma homogénea. Después de 24 horas de elaboradas las probetas se
desmoldaron, se marcaron y se sometieron al proceso de curado en un ambiente con
humedad relativa de aproximadamente un 90 %. Por cada combinación diseñada se
fabricaron 4 moldes de probetas prismáticas de (40x40x160) mm, para la realización de
ensayos programados en el diseño de experimento.
Procedimiento general según la norma cubana (NC175, 2002)
Se emplearon moldes de 40 mm x 40 mm x 160 mm para cada ensayo, lo que genera tres
probetas para el ensayo de flexión y seis para el ensayo a compresión. Los moldes estaban
limpios y bien cerrado. Las paredes y su base fueron engrasadas antes de ser utilizados.
Se vertió una porción representativa de la muestra de aproximadamente 300 g de
mortero en cada compartimento del molde, para formar una primera capa que se compactó
en toda su superficie con 25 golpes suaves y homogéneos. Se vertió el resto del material y
se repitió la operación de apisonado. Se eliminaron los espacios vacíos que quedaron en la
superficie de los tres compartimentos. Cuando el mortero comenzó a endurecer, se enrasó
el molde con una superficie metálica.
Se mantuvieron en el molde durante 24h en ambiente húmedo a temperatura de (27 oC ± 2
oC) y más de 90 % de humedad relativa (no sumergidas en agua). A continuación se
desmoldaron, se marcaron y se mantuvieron en ambiente húmedo hasta la edad de ensayo.
2.7.1.2 Determinación de la consistencia
La consistencia se determinó por la Mesa de Sacudidas según las especificaciones de la
norma NC 170:2002 Mortero fresco, adicionando agua a la mezcla hasta que esta cumpla
con establecido en dicha norma (190 mm ± 5 mm) de diámetro. Los resultados del ensayo se
muestran en la Tabla 2.17
Capítulo II
47
Tabla2.17: Determinación de la Consistencia en la mesa de sacudidas
Muestra Agua(ml) Consistencia
M-1 335 18,5
M-2 312 18,5
M-3 302 18,5
M-4 330 19
M-5 265 18,5
M-6 275 19
M-7 260 18,5
M-8 270 19,5
Fuente: Elaborado por la autora
2.7.1.3 Ensayo de resistencia a compresión El ensayo fue realizado de acuerdo con las exigencias de la norma NC173: 2002 Mortero
endurecido. Determinación de la resistencia a flexión y compresión. Para ello se elaboraron 3
probetas prismáticas de (40 x 40 x 160) mm por cada diseño de mezcla, para ser ensayadas
a las edades de 7, 14 y 28 días. Para el ensayo de flexión se colocaron las probetas en una
prensa ¨caenaho¨ B C.C.C.P (1975) que dispone de 3 cilindros de acero de 10 mm de
diámetro, en dos de ellos descansaron las briquetas y el tercero que está equidistante de
estos dos se apoya sobre la cara opuesta de la probeta ejerciendo una carga verticalmente y
creciendo progresivamente.
El ensayo de compresión se realizó utilizando las mitades que resultaron del ensayo a
flexión, en este se ejerce un esfuerzo a través de dos placas de acero sobre la sección de 40
x 40 mm de la probeta hasta que llega a la deformación de esta, siendo este valor tomado
para el cálculo de los valores de resistencia.
Fig. 2.2: Proceso de fabricación de las probetas prismáticas en la ENIA
Capítulo II
48
2.7.1.4 Determinación de la absorción de agua por capilaridad
Este ensayo se realiza según la NC 171:2002 Mortero endurecido, para la realización del
procedimiento se colocaron en absorción 24 probetas prismáticas, 3 por cada diseño de
mezcla elaborado. Las probetas luego de sacadas del curado fueron colocadas en la estufa
por 24 horas, posteriormente fueron enfriadas, pesadas para ser colocadas verticalmente
sobre un lecho de arena de aproximadamente 10 mm de espesor en una bandeja con 5 mm
de agua por encima del lecho de arena. Las mediciones del peso se tomaron a las edades
de 4 y 8 horas, además de 1, 3, 5 y 7 días.
2.7.1.5 Ensayo de Carbonatación
Para el ensayo de carbonatación se siguió el procedimiento del ensayo de la norma NC355:
2004. Determinación de la profundidad de Carbonatación en hormigones endurecidos y
Puestos en servicio, fabricándose 3 probetas prismáticas de (4 x 4 x160) mm por cada
muestra diseñada y fueron sometidas al proceso de curado durante 28 días manteniendo
una humedad de aproximadamente 90%. Para la realización de dicho ensayo se empleó el
indicador fenolftaleína al 1%, como un patrón para medir la propiedad durabilidad de los
morteros de albañilería con los cemento empleados. Con el objetivo de determinar la
variación del pH y de esta forma evaluar la presencia de carbonatación así como su
profundidad.
Capítulo II
49
2.8 Conclusiones parciales
Debido a la importancia que le confiere el cemento y árido a las propiedades de los
morteros tanto en estado fresco como endurecido, se concibió el diseño experimental,
utilizando 3 tipos de cementos (PP 25, B-60, y B-70), 2 tipos de áridos (Arimao y El Purio) y
2 dosificaciones (tipo II y III) lo que permitió establecer una comparación de las propiedades
físico-mecánicas entre las diferentes mezclas elaboradas.
La molienda realizada no permite el control estable de la finura y la superficie
específica de los cementos ternarios producidos a escala de laboratorio, encontrándose
afectada por las diferentes durezas de las materias primas constituyentes del aglomerante.
Los áridos empleados para la elaboración de las probetas prismáticas de morteros no
satisfacen las especificaciones en cuanto a la granulometría según lo establecido en la NC
54 256:83 lo que puede afectar propiedades como la laborabilidad y resistencia en las
mezclas.
La caracterización de los cementos producidos se realizó mediante ensayos,
especificados en las normativas vigentes, midiendo parámetros tales como: finura,
superficie específica, tiempos de fraguado, expansión y peso específico.
A los morteros elaborados se les determinó en estado fresco la consistencia de cada
diseño de mezcla y en estado endurecido, para evaluar propiedades físico-mecánicas, se
sometieron a ensayos de resistencia a flexo-compresión y absorción capilar; además de
evaluar la conducta ante la carbonatación.
Capítulo III
50
Capítulo III: Análisis del comportamiento físico-mecánico, de morteros de albañilería con aglomerantes de cementos con sustituciones de clínquer
3. Generalidades.
En el presente capítulo se exponen los resultados de la evaluación de los morteros con el fin
de determinar sus propiedades físico-mecánicas. También se caracterizan y evalúan los
resultados de los aglomerantes con 60 y 75% de sustitución de clínquer por arcilla calcinada
y caliza en proporción 2:1, cuya producción a escala de laboratorio se realizó en la Fábrica
de Cementos Siguaney.
Los resultados obtenidos de los ensayos de resistencia de la compresión se procesan
estadísticamente a través del programa Statgraphics Centurion XV. v.15.2.14 con el fin de
determinar si el factor cemento tiene un efecto estadísticamente significativo sobre la
resistencia, así como la influencia del tipo de mortero y áridos empleados.
3.1. Análisis de los resultados de los aglomerantes.
3.1.1 Ensayos de caracterización
Luego de fabricados los cementos mediante el procedimiento descrito en el capítulo anterior
fueron sometidos a los ensayos establecidos en la NC 95:2001 para caracterizarlos, además
de ser comparados con cemento PP-250 tomado como referencia, cuyos resultados se
muestran en la Tabla 3.1
Tabla 3.1: Ensayos físicos de los cementos obtenidos con arcilla calcinada a escala de laboratorio.
Ensayos Cemento B-60 Cemento B-75 PP-25
Peso Específico(cm2/g) 2,87 2,73 2.8
Superficie Específica(cm2/g) 6633 6609 3375
Finura(%pasado tamiz 90µm) 92,8 91,4 89,2
T. Fraguado Inicial(min) 65 45 210
T. Fraguado Final(hrs) 2,17 1,58 4:45
Consistencia Normal (%) 32 34,5 26.9
Expansión(mm) 0,5 0 0
Fuente: Elaborado por la autora
Los cementos elaborados a escala de laboratorio poseen una alta finura y superficie
específica como se observa en la Tabla 3.1, debido al efecto de sobremolienda de los
materiales de menor dureza como el yeso y el gran aporte de la arcilla a la superficie
específica, esto impacta en los resultados de consistencia normal, afectando la laborabilidad
de las mezclas. Los tiempos de fraguado se mantienen por debajo de los valores permitidos
en las normativas que se encuentran entre 1 y 12 horas.
Capítulo III
51
3.1.2 Ensayos de resistencia físico-mecánica
En el gráfico siguiente se muestra el comportamiento resistente de cada uno de los
cementos y su referencia a medida que avanza su edad, 3, 7 y 28 días. Para la evaluación
de la resistencia a compresión, se realizaron 3 series de morteros para cada uno de los
cementos con relación agua/cemento de 0,5 como se establece en la norma NC
506:2007 resultando 6 series en total.
Fig. 3.1: Gráfico del comportamiento de la resistencia a la compresión de los cementos
evaluados.
Como se puede observar en este gráfico los cementos producidos cumplen con las
especificaciones de calidad exigida en la NC 97:2011, americana (ASTM C 91), chilena
(3121/1-2010), guatemalteca(NTG 41096) y europea (EN196) para los cementos de
albañilería; sobrepasando los valores exigidos, cumpliendo satisfactoriamente a los 28
días con la resistencia exigida, que según la NC 97: 2011 es de 16 MPa, lo cual afirma
que ambos cementos se pueden emplear con ese propósito.
El B60 presenta mayor superficie específica que el PP-25 y mayor finura debido
probablemente a la sobremolienda de los materiales más blandos, en este caso, la arcilla
calcinada, el carbonato de calcio y el yeso.
Capítulo III
52
Figura 3.2: Comportamiento de los cementos a diferentes edades de ensayo
A edades tempranas los cementos ternarios aumentan su resistencia lentamente, siendo el
B-75, el de menor progreso debido probablemente al poco contenido de clínquer existente en
su composición. El B-60 presenta cambios más significativos en comparación con el
cemento PP-25 siendo los valores alcanzados similares al B-45 producido a escala industrial
en el 2013.
A la edad de 28 días, los cementos cumplen con los requerimientos establecidos en las
normativas nacionales e internacionales en cuanto a la resistencia (16 MPa), siendo el B-60
el de resultados más representativos comparables incluso con los valores obtenidos para el
PP-25 que es un cemento empleado con fines estructurales.
3.2 Análisis de los resultados en pastas.
3.2.1 Ensayo del Minicono
El ensayo del Minicono forma parte de los ensayos para determinar las propiedades
reológicas en las pastas de cemento con el objetivo principal de determinar su laborabilidad.
Este ensayo se realizó a las muestras de cemento B-60 y B-75 tomando como patrón de
referencia el cemento PP-25.
Capítulo III
53
Figura 3.2: Gráfico del comportamiento de la reología de las pastas de cementos.
Como se observa en la figura 3.2 el cemento B-75 es el que mayor cantidad de agua
requiere para lograr cumplir con los requisitos de laborabilidad, dado que el área de
extensión de la pasta al quitar el Minicono es menor que la obtenida de los demás cementos,
esto se debe a la gran cantidad de arcilla existente en su composición, que es finamente
molida por su baja dureza, logrando que el cemento posea una mayor superficie específica
que el B-60 y el PP-25. El cemento B-60, al poseer menor sustitución de clínquer, necesita
menor cantidad de agua para lograr que la pasta sea laborable, aunque por su composición
el PP-25 alcanza una plasticidad superior a los demás cementos.
Figura 3.3: Gráfico del comportamiento de la finura de las pastas de cementos.
Muestras.]
Capítulo III
54
El ensayo de Minicono con la muestra patrón arroja resultados que indican la gran finura de
los cementos ternarios por la presencia de arcilla en sustituciones de clínquer que es
finamente molida dado su baja dureza, lo que demuestra que la mezcla con estos cementos
requiere mayor cantidad de agua para alcanzar la laborabilidad requerida.
3.2.2 Calorimetría Isotérmica
Para la realización del ensayo de calorimetría se realizaron las pastas de los cementos a
evaluar (B-60, B-75 y PP-25), siendo el PP-25 usado como referencia. Con las curvas de
calor liberado se asume que el calor total libre en el tiempo es directamente proporcional al
volumen total de productos formados en la reacción puzolánica y por tanto brinda una
medida del grado de reacción en los sistemas evaluados (Alonso and Palomo, 2001).
En las curvas de la figura 3.4 a) se evidencia una disminución considerable del flujo de
calor a partir de las 3 primeras horas aproximadamente, asociado al período de inducción
que se presenta rápidamente debido a la aceleración de las reacciones, seguido por la
aparición a partir de las primeras 5 horas de una señal ancha y bien definida especialmente
en el B-75 donde se aprecia una fusión entre el final del período de inducción y el comienzo
del período de aceleración. El B-60 presenta definidas ambas fases debido a que el
contenido de arcilla se presenta en menor por ciento, de ahí que no se aceleran con igual
rapidez las reacciones por lo que el calor liberado es menor.
El comportamiento es similar para los sistemas B-60 y B-75, sin embargo, el PP-25 presenta
en el período de aceleración un pico definido asociado al contenido de aluminato, para el B-
60 el pico referido a los aluminatos se aprecia alrededor de las 16 horas y para el B-75
aproximadamente a las 18 horas presentando un desplazamiento y un aumento de la
intensidad debido a la elevada finura del cemento y al contenido de arcilla calcinada con
carbonato de calcio. De forma general el contenido de clínquer presenta menor retenido en
el tamiz de 90µ en los sistemas ternarios B-60 y B-75 lo que los hace más reactivos.
Capítulo III
55
a)
Es comúnmente asumido que el calor acumulado es proporcional a la cantidad de
productos de reacción formados y por tanto nos brinda una medida del grado de reactividad
de los sistemas, como se aprecia en la figura 3.4 b) .El PP-25 presenta mayor calor
acumulado por gramo de pasta, lo que se asocia a la formación de un número mayor de
productos y por tanto la posibilidad de agrietamientos o contracción por enfriamiento lo que
no sucede en la misma magnitud para los demás sistemas.
b)
Fig 3.4 Gráficos del ensayo de calorimetría isotérmica: a) curvas de calor liberado(B-60, B-75,
PP-25) b)curvas de calor acumulado vs tiempo (B-60, B-75, PP-25)
Capítulo III
56
3.3 Análisis de los resultados de morteros.
3.3.1 Análisis de los resultados obtenidos del ensayo de resistencia a
compresión
Después de la fabricación de las mezclas descritas en el capítulo anterior y confeccionadas
todas las muestras necesarias se realizó el ensayo de resistencia a la compresión a edades
de 7, 14 y 28 días siendo las edades exigidas por la normativa vigente (NC 175:2002), cuyo
valor exigido para mortero Tipo II es de 3,5 MPa y para Tipo III 5,2 MPa.
En la Tabla 3.3 se muestran los valores medios de resistencia a compresión obtenidos para
cada tipo de cemento, con la combinación de áridos y el tipo de mortero para cada una de
las edades ensayadas.
Tabla 3.3: Resistencia a compresión a los 7,14 y 28 días.
Tipo de mortero
Tipo de cemento
Árido Rb-7 Días Rb-14 Días Rb-28 Días
Tipo II B-60 Purio 2,21 3,38 6,21
Tipo II B-75 Purio 2,21 3,38 4,98
Tipo II B-60 Arimao 2,63 2,83 4,83
Tipo II B-75 Arimao 1,88 3,52 4,33
Tipo III B-60 Purio 3,29 3,33 6,79
Tipo III B-75 Purio 2,50 4,04 6,56
Tipo III B-60 Arimao 3,08 3,88 6,06
Tipo III B-75 Arimao 2,85 3,67 5,23
Tipo II PP-25 Purio 9,00 12,43 14,62
Tipo III PP-25 Purio 8,33 11,60 15,07
Tipo II PP-25 Arimao 4,80 7,57 9,13
Tipo III PP-25 Arimao 5,08 8,45 10,43
Fuente: Elaborado por la autora
En el gráfico siguiente se muestran los resultados del ensayo de resistencia a compresión
para cada muestra, con el objetivo de realizar una comparación con los valores exigidos
para los morteros de albañilería en la norma cubana NC 175:2002.Morteros de albañilería.
Especificaciones para mortero tipo II y tipo III, cuyos resultados son satisfactorios,
cumpliendo todas las muestras con las especificaciones, de las cuales la de menor
resistencia es la M-4, compuesta por el cemento B-75 y arena de Arimao lo cual la hace
critica debido probablemente a que esta no cumple con las especificaciones granulométricas
exigidas en la NC 54 256:83, pues dicho cemento posee resistencias inferiores al B-60 yPP-
25 producto de su contenido de clínquer (18%), dicha muestra posee 4.33 MPa de
resistencia siendo el valor establecido de 3,5 MPa para el mortero tipo II.
Capítulo III
57
Para los morteros tipo III la muestra de menor valor de resistencia es la M-8 con valor de
5,23 MPa, siendo el valor exigido de 5,20 MPa, esto puede ser propiciado por las
características de los materiales que la componen que son el cemento B-75 con 18% de
clínquer y arena de Arimao con una granulometría que no cumple las especificaciones de
distribución apropiadas.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
M-1 M-2 M-3 M-4 M-5 M-6 M-7 M-8 M-9 M-10 M-11 M-12
7 Días
14 Días
28 Días
Fig. 3.5: Resultados de la Resistencia a la Compresión
Fig. 3.6: Gráficos de resistencia a compresión por edad de ensayo
En la figura 3.6 representa los resultados de resistencia de cada muestra a medida que
aumentan los días de ensayo. Los morteros elaborados con el cemento B-60 y B-75
Mortero tipo II
Mortero tipo III
Capítulo III
58
presentan resistencia inferior que los elaborados con PP-25, pero cumplen con lo establecido
en la norma para morteros de albañilería, siendo el de menor valor de resistencia la muestra
M-4 que aumentó sólo un 0,81 MPa en 14 días.
La influencia de los áridos en los resultados obtenidos se refleja en la figura 3.7, donde se
aprecia que la arena proveniente de la cantera del Purio presenta mejores resultados en su
empleo para los morteros, de ahí los resultados de resistencia obtenidos con la arena de
Arimao.
Fig. 3.7 Gráfico de la influencia de los áridos en la resistencia a la compresión
En las figuras siguientes, se muestra la influencia de los factores: tipo de mortero, tipo de
árido y días de ensayo, sobre la resistencia de las muestras a los 28 días.
Fig. 3.8 Gráfico de interacciones de la resistencia a compresión en función de los cementos y los tipos de morteros analizados.
Capítulo III
59
Fig. 3.9 Gráfico de interacciones de la resistencia a compresión en función de los áridos y los
cementos analizados.
Fig. 3.10 Gráfico de interacciones de la resistencia a compresión en función de los días de ensayo y los cementos analizados.
El procesamiento estadístico demuestra que los áridos, los cementos, el tipo de mortero así
como los días de ensayo, presentan efecto estadísticamente significativo sobre la resistencia
a compresión a los 28 días de ensayo y entre ellos mismos, con un 95% de nivel de
confianza. El tipo de mortero II presenta menores valores de resistencia debido en cierta
medida por las proporciones de árido, los cuales influyen significativamente en los resultados
de resistencia, siendo el de aportes favorables, el de la cantera Mariano Pérez Valí.
De forma general los resultados del ensayo de resistencia a Flexo- Compresión con los
cementos B-60 y B-75 cumplen con los requisitos de la normativa cubana para tipo II y tipo III
obteniendo resultados superiores con el árido triturado de la cantera Mariano Pérez Valí.
3.3.2 Análisis de los resultados obtenidos del ensayo de Absorción Capilar
El ensayo de absorción fue realizado después de los 28 días de curado, 24 probetas
prismáticas de (40x40x160) mm fueron colocadas en absorción, las cuales se pesaron
consecutivamente en las edades exigidas por las normativas vigentes (4h,8h,1d,3d,5d,7d)
obteniendo los resultados siguientes:
Capítulo III
60
Tabla 3.4: Ensayo de absorción de agua por capilaridad.
Absorción(g/cm2)
Muestra 4h 8h 1d 3d 5d 7d
M -1 0,42 0,67 1,50 2,39 2,67 2,86
M -2 0,57 0,89 1,86 2,87 3,22 3,40
M -3 0,41 0,63 1,31 2,13 2,42 2,64
M -4 0,52 0,81 1,71 2,96 3,54 3,88
M -5 0,47 0,70 1,38 2,03 2,20 2,32
M -6 0,71 1,04 1,96 2,72 2,92 3,01
M -7 0,36 0,57 1,23 1,86 2,05 2,17
M -8 0,55 0,81 1,56 2,39 2,57 2,65
M -9 0,43 0,61 0,95 1,26 1,40 1,45
M -10 0,42 0,57 0,96 1,26 1,36 1,47
M -11 0,29 0,43 0,83 1,22 1,35 1,45
M -12 0,43 0,61 1,07 1,48 1,61 1,68 Fuente: Elaborado por la autora
Los resultados obtenidos en este ensayo muestran que el cemento B-60 y B-75 presentan
valores de absorción mayores que el PP-25, comportándose el B-75 de forma superior a los
demás, debido al contenido de arcilla presente en su composición, mostrándose estas
diferencias en la figura 3.11
Fig. 3.11 Gráfico de resultados del ensayo de absorción capilar.
El procesamiento estadístico realizado expone como resultado que existen dos factores que
influyen significativamente en la absorción con un 95% de nivel de confianza, dado que en el
análisis de varianza, el tipo de cemento y la edad de ensayo poseen valores inferiores a
0,05, por lo que dichos factores tienen un efecto estadísticamente significativo sobre la
absorción.
Capítulo III
61
Como se observa en la figura 3.12, la muestra con mayor valor de absorción es la 4, lo cual
se debe a la composición de cemento B-75 y árido de Arimao, presentando las muestras
elaboradas con cemento PP-25 menor absorción que las de B-60 y B-75.
Fig. 3.12 Gráfico de resultados del ensayo de absorción capilar para cada edad.
De forma general los cementos B-60 y B-75 presentan valores de absorción superiores a
las elaboradas con cemento PP-25. En nuestro país no existen normativas que nos brinden
valores de comparación para la evaluación del ensayo, pero sus resultados nos permiten
emitir un criterio de evaluación sobre el grado de porosidad presente en el material y con ello
obtenemos un parámetro de durabilidad.
3.3.3 Análisis de los resultados obtenidos del ensayo de Carbonatación
El ensayo según el procedimiento que plantea la NC-355:2004, determina la profundidad
de carbonatación en las secciones de las muestras de hormigón. Este ensayo se empleó en
las muestras de mortero, tomando como procedimiento el normalizado para hormigones.
Debido a la naturaleza química de los cementos, se realizó el ensayo de carbonatación
para verificar la velocidad de desencadenamiento de las reacciones que involucra el
deterioro. Para la realización del mismo se tomó una muestra de cada mezcla de mortero,
combinando los áridos, cementos y las dosificaciones expuestas en el capítulo anterior, las
cuales no permanecieron expuestas a un ambiente agresivo, lo cual nos indicó el grado de
carbonatación que poseen las muestras sin estar expuestas, con el objetivo de tenerlas
como patrón de comparación en ensayos futuros.
Capítulo III
62
Al aplicar el indicador de fenolftaleína al 1% como indicador de alcalinidad, todas las
muestras tomaron un color rojo purpura en toda la sección, lo que significa que estas
muestras presentan un pH superior a 9.5, indicando que los morteros no están
carbonatados aún. Para obtener la curva de comportamiento de los morteros a la
carbonatación se debe continuar realizando este ensayo en las secciones transversales de
las muestra a las edades de 60 días,6 meses, 12 meses, y 2 años.
Fig. 3.13. Ensayo de carbonatación a los 28 días de edad.
Capítulo III
63
3.4 Conclusiones parciales
Los cementos ternarios con contenido de 60 y 75% de arcilla calcinada y carbonato
de calcio, cumplen con las especificaciones físico-mecánicas establecidas en la NC
97:2011, americana (ASTM C 91), chilena (3121/1-2010), guatemalteca (NTG 41096) y
europea (EN196).
Los cementos ternarios evaluados poseen mayor superficie específica que el PP-25,
por tanto requieren un incremento en la demanda de agua para lograr la laborabilidad
requerida en las mezclas.
La resistencia de los morteros evaluados con dosificaciones para tipo II y tipo III,
fabricados con los aglomerantes B-60 y B-75, muestra un buen comportamiento físico-
mecánico a los 28 días, cumpliendo con las especificaciones establecidas en la norma
cubana NC 175:2002.
Se apreció que las probetas prismáticas elaboradas con los cementos B-75, B-60 y
PP-25 no presentan síntomas de carbonatación al mostrar una coloración rosado
púlpura a la edad de 28 días.
Los ensayos de absorción realizados a los morteros elaborados con cemento B-75
presentan valores de absorción superiores al B-60 y PP-25.
Conclusiones generales
64
Conclusiones generales
Las propiedades de los morteros están determinadas en gran medida por sus
materiales constituyentes, de ahí sus funciones y clasificaciones. Estas propiedades
son evaluadas mediante técnicas y métodos, tanto para el mortero en su conjunto
como para los materiales que lo componen tales como: absorción, consistencia,
durabilidad, resistencia mecánica, retención de agua, permeabilidad así como los
normados para cada uno de sus constituyentes.
Los cementos B-60 y B-75, fabricados a escala de laboratorio, fueron molidos hasta
lograr finuras que semejan a las obtenidas en la Fábrica de Cemento Siguaney,
alcanzando valores de 92,8 y 91,4% pasado por el tamiz de 90 micras para cada
cemento respectivamente, cumpliendo con los requerimientos establecidos en la
normas NC 97:2011, americana (ASTM C 91), chilena (3121/1-2010), guatemalteca
(NTG 41096) y europea (EN196)
Los cementos ternarios obtenidos mediante la sustitución de un 60 y 75% de
contenido de clínquer, por la combinación arcilla calcinada y carbonato de calcio,
pueden clasificarse como cementos de albañilería, pues cumplen con los requisitos
establecidos en la norma cubana (NC 97:2011), americana (ASTM C 91), chilena
(3121/1-2010), europea (EN196) y guatemalteca (NTG 41096).
La resistencia a la compresión de los morteros de albañilería para tipo II y III
mostraron a la edad de 28 días valores que superan las especificaciones físico –
mecánicas establecidas en la norma cubana NC 175:2002 en un 43.64% para el B-60
y un 29.72% para el B-75.
El ensayo de carbonatación realizado a las mezclas de mortero con cemento B-75,
B60 y PP-25 a la edad de 28 días, muestran un comportamiento adecuado ante este
fenómeno en edades tempranas.
En el ensayo de absorción capilar se aprecia que la absorción de los morteros
elaborados con el cemento B-75 fue superior a los elaborados con B-60, de forma tal
que ambos superan los valores obtenidos con el PP-25.
Recomendaciones
65
Recomendaciones
Realizar una prueba a nivel industrial de la producción de los cementos B-60 y
B-75 para corroborar los resultados obtenidos a escala de laboratorio.
Ejecutar ensayos macro y microestructurales a los morteros elaborados con
los nuevos aglomerantes para evaluar parámetros que influyan en la
durabilidad.
Medir efecto de carbonatación en las edades de 60 días, 6 meses, 1 año y 2
años a los morteros elaborados con cemento B-60 y B-75.
Bibliografía
66
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Anexo I
70
Anexos Anexo I. Cantera donde se obtiene la arcilla en la región de Pontezuela Nombre: Pontezuela; Materia Prima: Caolín; Provincia: Camagüey; Características de la Materia Mineral: Caolín, arcillas caoliníticas y montmorillonita, arcillas rojas, pardas oscuras, plásticas, (espesor 0-15m) abigarradas, amarillas, (espesor 20m) blancas o grises caolinitizadas (espesor 2m). Minerales de hierro.
Anexo II. Análisis estadístico de la evaluación de las propiedades mecánicas de los cementos B-60 y B-75. Variable dependiente: Resistencia Factores: Tipo de Cemento Días de ensayo Número de casos completos: 36
Este procedimiento ejecuta un análisis de varianza de varios factores para Resistencia.
Realiza varias pruebas y gráficas para determinar qué factores tienen un efecto
estadísticamente significativo sobre Resistencia. También evalúa la significancia de las
interacciones entre los factores, si es que hay suficientes datos. Las pruebas-F en la tabla
Anexos
71
ANOVA le permitirán identificar los factores significativos. Para cada factor significativo, las
Pruebas de Rangos Múltiples le dirán cuales medias son significativamente diferentes de
otras. La Gráfico de Medias y la Gráfica de Interacciones le ayudarán a interpretar los
efectos significativos. Los Gráficos de Residuos le ayudarán a juzgar si los datos han
violado los supuestos subyacentes al análisis de varianza.
Análisis de Varianza para Resistencia - Suma de Cuadrados Tipo III
Fuente Suma de Cuadrados
Gl Cuadrado Medio
Razón-F
Valor-P
Efectos principales
A:Tipo de Cemento 1,49511E7 1 1,49511E7 103,26 0,0000
B:Dias de ensayo 2,81835E7 2 1,40917E7 97,32 0,0000
Residuos 4,63347E6 32 144796,
TOTAL (corregido) 4,77681E7 35
Todas las razones-F se basan en el cuadrado medio del error residual La tabla ANOVA descompone la variabilidad de Resistencia en contribuciones debidas a
varios factores. Puesto que se ha escogido la suma de cuadrados Tipo III (por omisión), la
contribución de cada factor se mide eliminando los efectos de los demás factores. Los
valores-P prueban la significancia estadística de cada uno de los factores. Puesto que 2
valores-P son menores que 0,05, estos factores tienen un efecto estadísticamente
significativo sobre Resistencia con un 95,0% de nivel de confianza.
Tabla de Medias por Mínimos Cuadrados para Resistencia con intervalos de confianza
del 95,0%
Error Límite Límite
Nivel Casos Media Est. Inferior Superior
Media global 36 2986,11
Tipo de Cemento
B60 18 3630,56 89,6896
3447,86
3813,25
B75 18 2341,67 89,6896
2158,97
2524,36
Días de ensayo
3 12 1887,5 109,847
1663,75
2111,25
7 12 3016,67 109,847
2792,92
3240,42
28 12 4054,17 109,847
3830,42
4277,92
Anexos
72
Esta tabla muestra la media de Resistencia para cada uno de los niveles de los factores.
También muestra los errores estándar de cada media, los cuales son una medida de la
variabilidad en su muestreo. Las dos columnas de la extrema derecha muestran intervalos
de confianza del 95,0% para cada una de las medias. Pueden desplegarse estas medias e
intervalos seleccionado Gráfico de Medias de la lista de Opciones Gráficas.
Pruebas de Múltiple Rangos para Resistencia por Tipo de Cemento
Método: 95,0 porcentaje LSD
Tipo de Cemento
Casos
Media LS
Sigma LS
Grupos Homogéneos
B75 18 2341,67 89,6896 X
B60 18 3630,56 89,6896 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Límites
B60 - B75 * 1288,89 258,366
* indica una diferencia significativa. Esta tabla aplica un procedimiento de comparación multiple para determinar cuáles medias
son significativamente diferentes de otras. La mitad inferior de la salida muestra las
diferencias estimadas entre cada par de medias. Se ha colocado un asterisco junto a 1 par,
indicando que este par muestra diferencias estadísticamente significativas con un nivel del
95,0% de confianza. En la parte superior de la página, se han identificado 2 grupos
homogéneos según la alineación de las X's en columnas. No existen diferencias
estadísticamente significativas entre aquellos niveles que compartan una misma columna de
X's. El método empleado actualmente para discriminar entre las medias es el procedimiento
de diferencia mínima significativa (LSD) de Fisher. Con este método hay un riesgo del 5,0%
al decir que cada par de medias es significativamente diferente, cuando la diferencia real es
igual a 0.
Anexos
73
Dispersión por Código de Nivel
1600
2600
3600
4600
5600
Re
sis
ten
cia
Tipo de Cemento
B60 B75
Dispersión por Código de Nivel
1600
2600
3600
4600
5600
Re
sis
ten
cia
Dias de ensayo
3 7 28
ANOVA Gráfico para Resistencia
-4400 -2400 -400 1600 3600 5600
Residuos
Tipo de Cemento P = 0,0000B75 B60
Dias de ensayo P = 0,00003 7 28
Anexos
74
B60 B75
Medias y 95,0% de Fisher LSD
Tipo de Cemento
2200
2600
3000
3400
3800
Resis
tencia
3 7 28
Medias y 95,0% de Fisher LSD
Dias de ensayo
1700
2200
2700
3200
3700
4200
4700
Resis
tencia
Anexos
75
Gráfico de Interacciones
Tipo de Cemento
1600
2600
3600
4600
5600
Resis
tencia
B60 B75
Dias de ensayo
3
7
28
Rotura a los 3 días B60
Rotura a los 3 días B75
Peso de las probetas Valores Resistencia
Peso de las probetas Valores Resistencia
559 2000 564 1650
2050 1700
562 2050 559 1650
2150 1700
569 2200 563 1650
2100 1750
563 2092 13,07 562 1683 10,5
Rotura a los 7 días B60
Rotura a los 7 días B75
Peso de las probetas Valores Resistencia
Peso de las probetas Valores Resistencia
568 3650 571 2350
3700 2450
567 3650 558 2300
3700 2300
573 3700 562 2350
3650 2400
569 3675 22,9 564 2358 14,7
Anexos
76
Rotura a los 28 días B60
Rotura a los 28 días B75
Peso de las probetas Valores Resistencia
Peso de las probetas Valores Resistencia
574 5200 571 2950
5100 3000
565 5050 558 3000
5000 3050
567 5100 562 2950
5300 2950
569 5125 32 564 2983 18,7
Anexo III. Análisis estadístico de la evaluación de las propiedades
mecánicas de los morteros evaluados
Variable dependiente: Resistencia Factores: Tipo de cemento Tipo de mortero Árido Días Número de casos completos: 216 Este procedimiento ejecuta un análisis de varianza de varios factores para Resistencia.
Realiza varias pruebas y gráficas para determinar que factores tienen un efecto
estadísticamente significativo sobre Resistencia. También evalúa la significancia de las
interacciones entre los factores, si es que hay suficientes datos. Las pruebas-F en la tabla
ANOVA le permitirán identificar los factores significativos. Para cada factor significativo, las
Pruebas de Rangos Múltiples le dirán cuales medias son significativamente diferentes de
otras. La Gráfico de Medias y la Gráfica de Interacciones le ayudarán a interpretar los
efectos significativos. Los Gráficos de Residuos le ayudarán a juzgar si los datos han
violado los supuestos subyacentes al análisis de varianza.
Análisis de Varianza para Resistencia - Suma de Cuadrados Tipo III
Fuente Suma de Cuadrados
Gl Cuadrado Medio
Razón-F
Valor-P
EFECTOS
Anexos
77
PRINCIPALES
A:Tipo de cemento 1621.16 2 810.581 524.90 0.0000
B:Tipo de mortero 27.6434 1 27.6434 17.90 0.0000
C:Arido 146.997 1 146.997 95.19 0.0000
D:Dias 544.668 2 272.334 176.35 0.0000
RESIDUOS 322.751 209 1.54426
TOTAL (CORREGIDO)
2674.29 215
Todas las razones-F se basan en el cuadrado medio del error residual La tabla ANOVA descompone la variabilidad de Resistencia en contribuciones debidas a
varios factores. Puesto que se ha escogido la suma de cuadrados Tipo III (por omisión), la
contribución de cada factor se mide eliminando los efectos de los demás factores. Los
valores-P prueban la significancia estadística de cada uno de los factores. Puesto que 4
valores-P son menores que 0.05, estos factores tienen un efecto estadísticamente
significativo sobre Resistencia con un 95.0% de nivel de confianza.
Análisis de Varianza para Resistencia - Suma de Cuadrados Tipo III
Fuente Suma de Cuadrados
Gl Cuadrado Medio
Razón-F Valor-P
EFECTOS PRINCIPALES
A:Tipo de cemento 1621.16 2 810.581 524.90 0.0000
B:Tipo de mortero 27.6434 1 27.6434 17.90 0.0000
C:Arido 146.997 1 146.997 95.19 0.0000
D:Dias 544.668 2 272.334 176.35 0.0000
RESIDUOS 322.751 209 1.54426
TOTAL (CORREGIDO)
2674.29 215
Todas las razones-F se basan en el cuadrado medio del error residual La tabla ANOVA descompone la variabilidad de Resistencia en contribuciones debidas a
varios factores. Puesto que se ha escogido la suma de cuadrados Tipo III (por omisión), la
contribución de cada factor se mide eliminando los efectos de los demás factores. Los
valores-P prueban la significancia estadística de cada uno de los factores. Puesto que 4
valores-P son menores que 0.05, estos factores tienen un efecto estadísticamente
significativo sobre Resistencia con un 95.0% de nivel de confianza.
Tabla de Medias por Mínimos Cuadrados para Resistencia con intervalos de confianza
del 95.0%
Error Límite Límite
Nivel Casos Media Est. Inferior Superior
MEDIA GLOBAL 216 5.79664
Anexos
78
Tipo de cemento
B-60 72 4.20312 0.146452 3.91441 4.49184
B-75 72 3.53472 0.146452 3.24601 3.82343
CPO (PP250) 72 9.65208 0.146471 9.36333 9.94083
Tipo de mortero
Tipo II 108 5.43889 0.119588 5.20313 5.67464
Tipo III 108 6.1544 0.119577 5.91867 6.39013
Árido
Arimao 107 4.97148 0.120148 4.73462 5.20834
M. Pérez(Purio) 109 6.6218 0.11904 6.38713 6.85648
Días
7 72 3.98854 0.146452 3.69983 4.27725
14 72 5.54722 0.146471 5.25847 5.83597
28 72 7.85417 0.146452 7.56545 8.14288
Esta tabla muestra la media de Resistencia para cada uno de los niveles de los factores.
También muestra los errores estándar de cada media, los cuales son una medida de la
variabilidad en su muestreo. Las dos columnas de la extrema derecha muestran intervalos
de confianza del 95.0% para cada una de las medias. Pueden desplegarse estas medias e
intervalos seleccionado Gráfico de Medias de la lista de Opciones Gráficas.
Pruebas de Múltiple Rangos para Resistencia por Tipo de cemento Método: 95.0 porcentaje LSD
Tipo de cemento
Casos
Media LS
Sigma LS
Grupos Homogéneos
B-75 72 3.53472 0.146452
X
B-60 72 4.20312 0.146452
X
CPO (PP250) 72 9.65208 0.146471
X
Contraste Sig. Diferencia +/- Límites
B-60 - B-75 * 0.668403 0.408301
B-60 - CPO (PP250)
* -5.44895 0.408327
B-75 - CPO (PP250)
* -6.11736 0.408327
* indica una diferencia significativa. Esta tabla aplica un procedimiento de comparación multiple para determinar cuáles medias
son significativamente diferentes de otras. La mitad inferior de la salida muestra las
diferencias estimadas entre cada par de medias. El asterisco que se encuentra al lado de
los 3 pares indica que estos pares muestran diferencias estadísticamente significativas con
Anexos
79
un nivel del 95.0% de confianza. En la parte superior de la página, se han identificado 3
grupos homogéneos según la alineación de las X's en columnas. No existen diferencias
estadísticamente significativas entre aquellos niveles que compartan una misma columna de
X's. El método empleado actualmente para discriminar entre las medias es el procedimiento
de diferencia mínima significativa (LSD) de Fisher. Con este método hay un riesgo del 5.0%
al decir que cada par de medias es significativamente diferente, cuando la diferencia real es
igual a 0.
Dispersión por Código de Nivel
0
4
8
12
16
Resis
tencia
Tipo de cemento
B-60 B-75 CPO (PP250)
Dispersión por Código de Nivel
0
4
8
12
16
Resis
tencia
Tipo de mortero
Tipo II Tipo III
Anexos
80
Dispersión por Código de Nivel
0
4
8
12
16
Resis
tencia
Arido
Arimao M. Pérez(Purio)
Dispersión por Código de Nivel
0
4
8
12
16
Resis
tencia
Dias
7 14 28
ANOVA Gráfico para Resistencia
-24 -4 16 36 56
Residuos
Tipo de cemento P = 0.0000B-75 B-60 CPO (PP250)
Tipo de mortero P = 0.0000Tipo II Tipo III
Arido P = 0.0000Arimao M. Pérez(Purio)
Dias P = 0.00007 14 28
Anexos
81
B-60 B-75 CPO (PP250)
Medias y 95.0% de Fisher LSD
Tipo de cemento
3.3
5.3
7.3
9.3
11.3
Resis
tencia
Tipo II Tipo III
Medias y 95.0% de Fisher LSD
Tipo de mortero
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.2
6.4
Resis
tencia
Arimao M. Pérez(Purio)
Medias y 95.0% de Fisher LSD
Arido
4.8
5.2
5.6
6
6.4
6.8
Resis
tencia
Anexos
82
7 14 28
Medias y 95.0% de Fisher LSD
Dias
3.7
4.7
5.7
6.7
7.7
8.7
Resis
tencia
Gráfico de Interacciones
Tipo de cemento
3
5
7
9
11
Resis
tencia
B-60 B-75 CPO (PP250)
Tipo de mortero
Tipo II
Tipo III
Gráfico de Interacciones
Tipo de cemento
3.3
5.3
7.3
9.3
11.3
13.3
Resis
tencia
B-60 B-75 CPO (PP250)
Arido
Arimao
M. Pérez(Purio)
Anexos
83
Gráfico de Interacciones
Tipo de cemento
0
3
6
9
12
15
Resis
tencia
B-60 B-75 CPO (PP250)
Dias
7
14
28
Gráfico de Interacciones
Tipo de mortero
4.4
4.9
5.4
5.9
6.4
6.9
Resis
tencia
Tipo II Tipo III
Arido
Arimao
M. Pérez(Purio)
Gráfico de Interacciones
Tipo de mortero
3.7
4.7
5.7
6.7
7.7
8.7
Resis
tencia
Tipo II Tipo III
Dias
7
14
28
Gráfico de Interacciones
Arido
3.3
4.3
5.3
6.3
7.3
8.3
9.3
Resis
tencia
Arimao M. Pérez(Purio)
Dias
7
14
28
Anexos
84
Anexo IV. Análisis estadístico de la evaluación de la absorción capilar
Variable dependiente: Absorción Factores: Árido Tiempo de ensayo Tipo de cemento Tipo de mortero Número de casos completos: 178
Este procedimiento ejecuta un análisis de varianza de varios factores para Absorción.
Realiza varias pruebas y gráficas para determinar que factores tienen un efecto
estadísticamente significativo sobre Absorción. También evalúa la significancia de las
interacciones entre los factores, si es que hay suficientes datos. Las pruebas-F en la tabla
ANOVA le permitirán identificar los factores significativos. Para cada factor significativo, las
Pruebas de Rangos Múltiples le dirán cuales medias son significativamente diferentes de
otras. La Gráfico de Medias y la Gráfica de Interacciones le ayudarán a interpretar los
efectos significativos. Los Gráficos de Residuos le ayudarán a juzgar si los datos han
violado los supuestos subyacentes al análisis de varianza.
Análisis de Varianza para Absorción - Suma de Cuadrados Tipo III
Fuente Suma de Cuadrados
Gl Cuadrado Medio
Razón-F Valor-P
EFECTOS PRINCIPALES
A:Arido 0,464091 1 0,464091 3,74 0,0547
B:Tiempo de ensayo 87,8657 5 17,5731 141,68 0,0000
C:Tipo de cemento 18,5076 2 9,25379 74,61 0,0000
D:Tipo de mortero 0,0529834 1 0,0529834 0,43 0,5143
RESIDUOS 20,837 168 0,12403
TOTAL (CORREGIDO)
131,328 177
Todas las razones-F se basan en el cuadrado medio del error residual
La tabla ANOVA descompone la variabilidad de Absorción en contribuciones debidas a
varios factores. Puesto que se ha escogido la suma de cuadrados Tipo III (por omisión), la
contribución de cada factor se mide eliminando los efectos de los demás factores. Los
valores-P prueban la significancia estadística de cada uno de los factores. Puesto que 2
valores-P son menores que 0,05, estos factores tienen un efecto estadísticamente
significativo sobre Absorción con un 95,0% de nivel de confianza.
Anexos
85
Tabla de Medias por Mínimos Cuadrados para Absorción con intervalos de confianza del 95,0%
Error Límite Límite
Nivel Casos Media Est. Inferior Superior
MEDIA GLOBAL 178 1,57037
Árido
Arimao 90 1,51879 0,0706188 1,37937 1,6582
M. Pérez(Purio) 88 1,62194 0,0668868 1,4899 1,75399
Tiempo de ensayo
1 36 1,36 0,0586964 1,24412 1,47588
3 36 2,05139 0,0586964 1,93551 2,16727
4 33 0,486443 0,0615146 0,365001 0,607884
5 36 2,27023 0,0593817 2,153 2,38746
7 1 2,55913 0,356544 1,85524 3,26301
8 36 0,695 0,0586964 0,579122 0,810878
Tipo de cemento
B-60 58 1,71202 0,0707567 1,57233 1,85171
B-75 60 1,87366 0,0751751 1,72525 2,02207
CPO (PP250) 60 1,12542 0,0749536 0,977447 1,27339
Tipo de mortero
Tipo II 84 1,55273 0,0712386 1,41209 1,69337
Tipo III 94 1,588 0,0664859 1,45675 1,71926
Esta tabla muestra la media de Absorción para cada uno de los niveles de los factores.
También muestra los errores estándar de cada media, los cuales son una medida de la
variabilidad en su muestreo. Las dos columnas de la extrema derecha muestran intervalos
de confianza del 95,0% para cada una de las medias. Pueden desplegarse estas medias e
intervalos seleccionado Gráfico de Medias de la lista de Opciones Gráficas.
Pruebas de Múltiple Rangos para Absorción por Árido
Método: 95,0 porcentaje LSD
Árido Casos
Media LS
Sigma LS Grupos Homogéneos
Arimao 90 1,51879 0,0706188 X
M. Pérez(Purio) 88 1,62194 0,0668868 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Límites
Arimao - M. Pérez(Purio)
-0,103157 0,105281
* indica una diferencia significativa.
Anexos
86
Esta tabla aplica un procedimiento de comparación multiple para determinar cuáles medias
son significativamente diferentes de otras. La mitad inferior de la salida muestra las
diferencias estimadas entre cada par de medias. No hay diferencias estadísticamente
significativas entre cualquier par de medias, con un nivel del 95,0% de confianza. En la parte
superior de la página, se ha identificado un grupo homogéneo, según la alineación de las X's
en columna. No existen diferencias estadísticamente significativas entre aquellos niveles
que compartan una misma columna de X's. El método empleado actualmente para
discriminar entre las medias es el procedimiento de diferencia mínima significativa (LSD) de
Fisher. Con este método hay un riesgo del 5,0% al decir que cada par de medias es
significativamente diferente, cuando la diferencia real es igual a 0.
Dispersión por Código de Nivel
0
1
2
3
4
5
Ab
so
rció
n
Arido
Arimao M. Pérez(Purio)
Dispersión por Código de Nivel
0
1
2
3
4
5
Ab
so
rció
n
Tiempo de ensayo
1 3 4h 5 7 8h
Anexos
87
Dispersión por Código de Nivel
0
1
2
3
4
5
Ab
so
rció
n
Tipo de cemento
B-60 B-75 CPO (PP250)
Dispersión por Código de Nivel
0
1
2
3
4
5
Ab
so
rció
n
Tipo de mortero
Tipo II Tipo III
ANOVA Gráfico para Absorción
-7 -5 -3 -1 1 3 5
Residuos
Arido P = 0,0547ArimaoM. Pérez(Purio)
Tiempo de ensayo P = 0,00004h 8h 1 3 57
Tipo de cemento P = 0,0000CPO (PP250) B-60 B-75
Tipo de mortero P = 0,5143Tipo IITipo III
Anexos
88
Arimao M. Pérez(Purio)
Medias y 95,0% de Fisher LSD
Arido
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
Absorc
ión
1 3 4h 5 7 8h
Medias y 95,0% de Fisher LSD
Tiempo de ensayo
0
1
2
3
4
Absorc
ión
B-60 B-75 CPO (PP250)
Medias y 95,0% de Fisher LSD
Tipo de cemento
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
Absorc
ión
Anexos
89
Tipo II Tipo III
Medias y 95,0% de Fisher LSD
Tipo de mortero
1,4
1,45
1,5
1,55
1,6
1,65
1,7
Absorc
ión
Glosario
90
Glosario de la notación química simplificada utilizada A: Al2O3
S: SiO2
C: CaO
M: MgO
F: Fe2O3
$: SO3
H: H2O
N: Na2O
K: K2O
C3S: 3CaO. SiO2
C2S: 2CaO. SiO2
C4AF4: CaO. Al2O3. Fe2O3
C3A: 3CaO. Al2O3
C$H2: CaSO4. 2H2O
CC: CaCO3
CH: Ca (OH)2
CSH: CaO. SiO2. H2O
CASH: CaO. Al2O3. SiO2. H2O
3C3A. 3C$.H32: 3CaO. Al2O3. 3CaSO4. 32H2O
3C3A. C$.H12: 3CaO. Al2O3. CaSO4. 12H2O
3CaO. Al2O3. 0.5Ca (OH)2. 0.5CaCO3. 11.5 H2O
3C3A. C. H11: 3CaO. Al2O3. CaCO3. 11H2O
C2ASH8: 2CaO. Al2O3. SiO2. 8H2O
