CEMENTO - CONCRETO PROPIEDADES DE LOS MATERIALES (CIVIL) Y MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN (ARQUITECTURA) PROFESOR: ING. EDGAR ALFREDO GAVIDIA PAREDES UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR

Historia: La utilización de cementos y aglomerantes, se remonta a: INTRODUCCION Definición: Es una sustancia de polvo fino hecha de argamasa de yeso capaz de formar una pasta blanda al mezclarse con el agua y que se endurece espontáneamente en contacto con el aire. Historia: La utilización de cementos y aglomerantes, se remonta a: -Egipto, construcción de las pirámides. -Griegos y romanos, utilización de los primeros concretos. Llamado por los romanos “Opus Cementitium”. -En 1724, se busca la cal hidráulica, adicionando arcilla a la mezcla con cal. -En 1778, el Sr Aspdin realiza ensayos con rocas de la isla de Pórtland (Inglaterra), es el Padre del cemento Pórtland. 2

TIPOS DE CEMENTO CEMENTO PORTLAND: Cemento hidráulico producido mediante la pulverización del Clincker, compuesto esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos y que contiene generalmente una o mas de las formas de sulfato de calcio como una adición durante la molienda. TIPOS DE CEMENTO PORTLAND: Tipo I: normal es el cemento Pórtland destinado a obras de concreto en general, cuando en las mismas no se especifique la utilización de otro tipo. (Edificios, estructuras industriales, conjuntos habitacionales). Libera mas calor de hidratación que otros tipos de cemento.

TIPOS DE CEMENTO Tipo II: Moderada resistencia a los sulfatos, destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a la acción moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratación, cuando así sea especificado. (Puentes, tuberías de concreto). Tipo III: Alta resistencia inicial, cuando se necesita que la estructura de concreto reciba carga lo antes posible o cuando es necesario desencofrar a los pocos días del vaciado. Tipo IV: Usado donde se requiere bajo calor de hidratación en que no deben producirse dilataciones durante el fraguado. Tipo V: Usado donde se requiera una elevada resistencia a la acción concentrada de los sulfatos. (canales, alcantarillas, obras portuarias).

TIPOS DE CEMENTO PORTLAND PUZOLÁNICO -Pórtland Puzolánico tipo IP: Donde la adición de puzolana es del 15 –40 % del total. -Pórtland Puzolánico tipo I(PM): Donde la adición de puzolana es menos del 15 % -Pórtland Puzolánico tipo P: Donde la adición de puzolana es mas del 40% CEMENTOS ESPECIALES -Cemento Pórtland Blanco -Cemento de Albañilería -Cementos Aluminosos -Cementos compuestos

TIPOS DE CEMENTO- Aplicaciones Represa en Antamina, cemento Pórtland tipo II Complejo habitacional y comercial, cemento Pórtland tipo I Punta Lagunas de San Juan, cemento Pórtland puzolánico tipo I (PM)

PRODUCCION MATERIAS PRIMAS PARA LA FABRICACION DEL CEMENTO: COMPONENTES ADICIONADOS -Oxido de manganeso -Álcalis: K2O, Na2O -Azufre -Cloruros -Floruros FASES MINERALES DEL CLINKER Al combinarse durante el proceso de sinterización en el horno los cuatro elementos: Calcio, Sílice, Aluminio y Hierro; se producen cuatro nuevos compuestos mineralógicos principales en el clincker, que son:   -El SILICATO TRICALCICO 3CaO.SiO2 (C3S) ALITA -El SILICATO BICALCICO 2CaO.SiO2 (C2S) BELITA -El ALUMINATO TRICALCICO 3CaO.Al2O3 (C3S) -El FERRO – ALUMINATO TETRACALCICO 4CaO . Al2O3 . Fe2O3 (C4AF)

COMPONENTES QUÍMICOS DEL CEMENTO Silicato tricálcico. C3S que contribuye en el buen desarrollo de la resistencia, endurece rápidamente y tiene una influencia importante sobre el tiempo de fraguado y la resistencia temprana. Calor elevado de hidratación. Silicato dicálcico C2S Se hidrata con mayor lentitud y contribuye a la ganancia de resistencia en 7 días. Aluminato tricálcico C3A. Resistencia temprana y elevado calor de hidratación. Mala resistencia al sulfato y un mayor cambio de volumen. Aluminoferrita tetracálcica C4AF Producto que se forma en los hornos y actúa como elemento de relleno con poca o ninguna resistencia.

PRODUCCION – Proceso de Fabricación 1. EXTRACCION CANTERA 3. MOLINO DE CRUDO 2. CHANCADO 4. HORNEADO 6. EMPAQUE 5. MOLINO DE CEMENTO Video cemento videocemento.flv

CONCRETO CONVENCIONAL EL CONCRETO- HORMIGON CONCRETO CONVENCIONAL Es un material modesto y de elaboración sencilla, cuyo uso tiene una tradición de dos mil años mas o menos. Hibrido por excelencia donde su esencia radica en la mezcla o aleación de que se componga. Es una masa eficaz y barata considerada la piedra artificial. Su composición se basa exclusivamente en tres ingredientes: CEMENTO AGREGADOS AGUA CONCRETO ARMADO De composición, propiedades y comportamiento sustancialmente diferentes al anterior. Compuesto de hormigón convencional reforzado con barras o mallas de acero a las que se les denomina armaduras.

AGREGADOS Agregados finos: Arena natural o manufacturada Partícula menor a 10 mm. Agregados gruesos: Partículas se retienen en la malla 16 Partícula entre 19 a 25 mm. Constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto. Los agregados deben consistir en partículas con resistencia adecuada así como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto. 11

PASTA Cemento Portland 7% - 15% La pasta constituye del 25 al 40 % del volumen total del concreto. Cemento Portland 7% - 15% Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el albañil Joseph Aspdin. Este cemento se llama Portland por la similitud en su físico con las rocas encontradas en Portland. Unión homogénea de arcilla y caliza, estas al ser sometidas al calor y llevándola hasta un principio de fusión dan lugar a un producto llamado clinker; Se mezcla el clinkler con una cantidad de yeso inferior al 3% (como retardador de fraguado), y molido. Agua 14% -21% Entre menos agua se utilice, se tendrá una mejor calidad de concreto – a condición que se pueda consolidar adecuadamente. Menores cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas mas rígidas; pero con vibración, a un las mezclas mas rígidas pueden ser empleadas. http://www.arqhys.com/construccion/construccion-cemento.html 12

PROCESO - ELABORACION

EL CONCRETO- HORMIGON Lanificio Gatti , Pier Luigi Nervi, Roma, 1952 La torre de Costa Rica, en A Coruña, vista desde la azotea del edificio Trébol

Palazzetto dello Sport EL CONCRETO- HORMIGON Palazzetto dello Sport Pier Luigi Nervi 1958

AGUA Debe estar razonablemente limpia y sin cantidades de materia orgánica, barro y sales. Evitar agua con concentración de sulfatos mayores al 1% pueden perjudicar la resistencia del concreto reduciéndola en un 10%, al igual que el alto contenido de sales (cloruro de sodio), superiores al 3.5%. El agua de ciénagas o de lagos estancados puede contener acido tánico, el cual causa retardos en el fraguado y desarrollo de la resistencia. ADITIVOS Son materiales diferentes del cemento, los agregados y del agua que se usan como ingredientes del concreto y se adicionan inmediatamente antes o durante el mezclado. Se emplean para modificar las propiedades del concreto, para mejorar su trabajabilidad, aumentar la resistencia, retardar o acelerar el desarrollo de la resistencia y aumentar su resistencia a la congelación.

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DOSIFICACION 18 MEZCLA CEMENTO ARENA (M3) PIEDRA (M3) AGUA (LTS) RESISTENCIA OBTENIDA C A P KILOS SACOS x 50 kg   TRITURADA CUANDO EL AGREGADO ESTA HUMEDO CUANDO EL AGREGADO ESTA SECO A LOS 28 DIAS EN CONDICIONES NORMALES Y SIN ADITIVOS KG / CM2 LBS / PULG2 1 2 420 8.500 0.670 170 190 250 3,555 2,5 380 7.500 0.600 0.760 160 180 240 3,400 3 350 7.000 0.555 0.835 150 220 3,130 3,5 320 6.500 0.515 0.900 155 210 3,000 4 300 6.000 0.475 0.950 145 200 2,850 2.5 280 5.260 0.890 140 2,700 4,5 260 5.500 0.520 0.940 130 2,560 0.715 2,400 5.250 0.625 0.825 175 2,280 5 230 4.500 0.920 2,000 18

CONSOLIDACION / VIBRACION Pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo la fricción entre ellas y dándole a la mezcla las cualidades móviles de un fluido denso. Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable para ser consolidada de manera adecuada por varillado manual, puede que no exista ninguna ventaja en vibrarla. El vibrado mecánico tiene muchas ventajas. Los vibradores de alta frecuencia posibilitan la colocación económica de mezclas que no son facilites de consolidar a mano bajo ciertas condiciones. 19

HIDRATACION, TIEMPO DE FRAGUADO, ENDURECIMIENTO La propiedad de liga de las pastas de cemento Portland se debe a la reacción química entre el cemento y el agua. Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Portland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este ultimo es con mucho el componente cementante mas importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, - fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional - principalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la medula del concreto. Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque la velocidad determinad el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al transporte y colocación del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido. 20

CURADO / ENDURECIMIENTO El curado tiene por objeto evitar un secado prematuro, especialmente bajo la acción de los rayos del sol y del viento. El aumento de resistencia continuara con la edad mientras este presente algo de cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanezca favorable la temperatura del concreto. Si se vuelve a saturar el concreto luego de un periodo de secado, la hidratación se reanuda y la resistencia vuelve a aumentar. Sin embargo lo mejor es aplicar el curado húmedo al concreto de manera continua desde el momento en que se ha colocado hasta cuando haya alcanzado la calidad deseada debido a que el concreto es difícil de restaurar. 21

CURADO / ENDURECIMIENTO Es necesario evitar la pérdida de agua durante el periodo en el que se produce la reacción del cemento con el agua para poder alcanzar la resistencia inherente del concreto. El curado debe ser continuo para que no se generen agrietamientos superficiales. Se debe iniciar el proceso de curado tan pronto se quita la formaleta o tan pronto como la superficie no resulte dañada por el procedimiento de curado. Tipos de curados Agua, rocío continuo, usando arena u otros diques. Compuestos químicos formadores de membranas, soluciones de resinas o ceras. Hojas de papel o plásticos. Mantas y colchas, manta en yute o algodón.

EL CONCRETO- HORMIGON Restaurant Submarí, arquitecte Félix Candela

CONTROL DE MEZCLAS EN OBRA Las propiedades más importantes a controlar en obra son: Asentamiento (slump) y la resistencia a compresión Asentamiento: Nos indica la trabajabilidad del concreto e indirectamente nos muestra su reacción inicial (fraguado inicial); consta de una muestra que se toma bajo ciertos parámetros, la cual es ensayada en el cono de Abrams y se reporta una medida en centímetros o pulgadas, dependiendo del sistema de medición que aplique según el país. A mayor asentamiento mayor fluidez (trabajabilidad).

CONTROL DE MEZCLAS EN OBRA Resistencia a la compresión: Se toman muestras en unas camisas cilíndricas, las cuales serán sometidas a compresión controlada a los 7, 14 y 28 días.

EL CONCRETO- HORMIGON Un hormigón es mas resistente cuando mas densa sea su masa. El tipo y calidad de cemento empleado influye en la resistencia final y especialmente en grado de dureza del producto. Un alto contenido de agua reduce la resistencia y hace aumentar la retracción. La consolidación y la homogenización del fluido se realiza preferiblemente mediante vibrado mecánico. Aumento de la densidad y facilidad de la distribución. El encofrado debe ser lo suficientemente rígido para que no se deforme, debe estar sin imperfecciones superficiales o según requerimientos del diseñador. Se deben evitar juntas para garantizar la homogeneidad de la estructura. Para la construcción en concreto se deben aprovechar las diferentes ventajas que ofrece la formaleta, sea esta reutilizable en madera o metálica, sean formaletas perdidas o formaletas deslizables, entre otras, para dar las formas deseadas apropiadas en el uso del concreto. La prefabricación en concreto ofrece mayores ventajas; mejor control de calidad, reducción del tiempo, diversidad en acabados, etc. Las estructuras en concreto pretensado han ofrecido mayor resistencia en los concretos reforzados o armado.

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PATOLOGÍAS DEL CONCRETO Debido al mal vibrado se ocasionan “hormigueros”, estos son bolsas de aire que quedaron al momento del vaciado. Oxidación el acero, perder adherencia, acabados. Al haber altas temperaturas, mucho viento y un mal curado, el concreto se “consume” toda el agua presente y se “reseca”, generando una contracción que puede producir fisuras y hasta grietas. Variación de la relación a/c, implica reducción en la resistencia final; en obra es común la adición de agua para recuperar manejabilidad y debido a ello se modifica ostensiblemente dicha relación. Exceso de aditivos, ya sea para retardar, acelerar, plastificar, puede desencadenar grandes problemas en el fraguado y en la resistencia.