Conocimiento y estudio de materiales (página 3)

Extracción de piedras

Un método reciente empleado en el descubrimiento de los yacimientos es el empleo de los métodos eléctricos a base de fijar las líneas equipotenciales que se manifiestan en el suelo con detectores especiales y el plano de resistencia del terreno.

Otro método muy utilizado es el empleo de aparatos electromagnéticos.

Dichos aparatos fueron utilizados durante la guerra pasada; se dice que Francia e Inglaterra utilizaron detectores para el eficaz descubrimiento de cualquier resto de metal.

Las canteras constituyen los grandes yacimientos de piedras, estas son extraídas mediante dos métodos de explotación, uno llamado explotación a cielo abierto y el otro llamado explotación subterránea.

La explotación a cielo abierto se realiza cuando la cantera se encuentra a poca profundidad y la exploración subterránea se leva a cabo en el caso que la cantera se encuentre a una considerable profundidad.

La explotación a cielo abierto es el método más usado se inicia realizando la limpieza del terreno, es decir retirando la tierra de la cantera y algunas piedras que sean distintas a la roca a extraer. Las rocas pueden aparecer en variadas formas, que son irregulares; y es necesario subdividirlas (partirlas) para

poder trasladarlas hasta el lugar donde se las requiera, por medio de camiones, debido a su tamaño.

Si la canteras están ubicadas a gran profundidad seria antieconómico descubrirlas para trabajar a cielo abierto, por ello se realizan galerías subterráneas cuyos techos son sostenidos por pilares de la misma piedra o por mampostería.

Unidad B2

Aglomerantes

Se llaman materiales aglomerantes aquellos materiales que, en estado pastoso y con consistencia variable, tienen la propiedad de poderse moldear, de adherirse fácilmente a otros materiales, de unirlos entre sí, protegerlos, endurecerse y alcanzar resistencias mecánicas considerables.

Estos materiales son de vital importancia en la construcción, para formar parte de casi todos los elementos de la misma.

Clasificación

En una clasificación general distinguimos tres clases de aglomerantes:

• AGLOMERANTES AEREOS: Son aquellos que endurecen en presencia de aire, dando lugar a materiales aglomerados o morteros no resistentes al agua, como por ejemplo CALES AEREAS Y YESOS.
• AGLOMERANTES HIDRÁULICOS: Son aquellos que endurecen en presencia de aire y agua, como por ejemplo CALES HIDRAULICAS Y CEMENTOS.
• AGLOMERANTES HIDROCARBONADOS: Son aquellos formados por hidrocarburos líquidos o viscosos, que endurecen por enfriamiento o evaporación de sus disolventes. como por ejemplo BETUNES.

Los aglomerantes aéreos o hidráulicos, son cuerpos sólidos finamente pulverizados que al reaccionar con agua, fraguan y endurecen en tiempo mas o menos corto conformando cuerpos cristalinos, capaces de unir materiales pétreos, metales y orgánicos.

Los aglomerantes hidrocarbonados, se calientan a cierta temperatura y adquieren resistencia al perder viscosidad, dando lugar a estructuras coloidales rígidas.

Glosario

MATERIALES AGLOMERADOS: son aquellos que resultan de la unión de los aglomerantes y los materiales pétreos. Ej.: Morteros Y Hormigones

FRAGUADO: es el proceso de endurecimiento sin aumento de su resistencia.

ENDURECIMIENTO: ocurre después del fragüe con aumento de su resistencia, adquiriendo el material un aspecto pétreo. Estos procesos se dan en cales, yesos y cementos.

Yesos

Es un aglomerante aéreo cuyo mineral esencial es el sulfato cálcico hemihidratado, obtenido por deshidratación parcial de la roca natural denominada yeso natural, que fragua y endurece por hidratación al recuperar el agua que perdió en la cocción.

Como ligante es poco utilizado por su baja resistencia tanto a acciones mecánicas como químicas, además su tiempo de fraguado es muy rápido.

El yeso grueso de construcción se utiliza como pasta de agarre en la ejecución de tabicados, en revestimientos interiores y como aglomerante auxiliar en obra.

El yeso fino de construcción para enlucidos, blanqueos sobre revestimientos interiores.

Obtención del yeso

La fabricación del yeso consta de cuatro fases importantes:

1ºExtraccion o arranque de piedra. Se extrae fácilmente con la ayuda de barrenos de pólvora de mina. Según la situación del filón, la cantera puede ser a cielo abierto o en galerías.

2ºFragmentacion y trituración de la piedra de yeso. Para esto, se emplean molinos de martillos. Se introducen en ellos la roca fragmentada y es triturada al golpeo de los martillos. Se emplean también las machacadoras de mandíbula, que consisten en una gruesa placa de acero fija y otra móvil, accionada por una biela-manivela. La apertura de estas mandíbulas es graduable, con lo que se consigue una granulometría diferente de la roca triturada.

3ºDeshidratacion y cocción de la piedra. Primitivamente se realizaba formando montones de piedras de yeso, en capas alternas de combustible y piedra, o, también, colocándola en unos huecos en las laderas de los montes, y empleando, con material de combustible, madera de los bosques próximos. El yeso así obtenido contiene las cenizas del combustible y muchas impurezas, por lo que se llama yeso negro; se emplea para construcciones no vistas

Clasificación de los yesos

Clasificación de los yesos:

*Yeso gris o negro. Se obtiene calcinando la piedra algez en contacto con los combustibles. Los humos y las impurezas(cenizas, carbón, etc…), aparte de las que lleva consigo la piedra de yeso(se emplea un algez con muchas impurezas), ennegrecen el producto. La finura de molido es muy deficiente. Resulta el yeso de peor calidad, por lo que solo se emplea en obras no vistas.

*Yeso blanco. Se obtiene a partir de un algez con pequeñas proporciones de impurezas, después de calcinado y vitrificado es finamente molido hasta el punto de no quedar retenido mas de un 10% en un tamiz de dos décimas de mm. Es muy blanco y en mortero se utiliza para el enlucido de paredes y techos de interiores.

*Yeso escayola. Es un yeso blanco de la mejor calidad, tanto en purezas como en fineza del grano, no quedando retenido mas del 1%

Características y ensayos en el yeso

Los ensayos mecánicos más característicos que se realizan con el yeso son los de compresión y flexión. Las normas españolas fijan los mínimos de la tabla 9.5

Cales

Es un producto resultante de la descomposición de las rocas calizas por la acción del calor. Estas rocas calentadas a mas de 900º C producen o se obtienen el óxido de calcio, conocido con el nombre de cal viva, producto sólido de color blanco y peso especifico de 3.4 kg./dm. Esta cal viva puesta en contacto con el agua se hidrata (apagado de la cal) con desprendimiento de calor, obteniéndose una pasta blanda que amasada con agua y arena se confecciona el mortero de cal o estupo, muy empleado en enfoscado de exteriores. Esta pasta limada se emplea también en imprimación o pintado de paredes y techos de edificios y cubiertas.

Obtención de la cal

Es un producto que resulta de la descomposición por calor de las piedras calizas a una temperatura de 900 °C, la cual produce la siguiente reacción química:

CO3Ca +  CO2 + CaO

Obteniéndose CAL VIVA (CaO).

Pero la cal viva reacciona con agua dando lugar a la siguiente reacción química:

CaO + H2O Ca (OH)2 + 

Obteniéndose cal apagada (Hidróxido de calcio ) con desprendimiento de calor a 160 °C.

La cal apagada, es una pasta fluida y untuosa, que tiene la propiedad de endurecerse lentamente al aire, elazando cuerpos sólidos, lo cual la hace actuar como aglomerante dando lugar a la siguiente reacción química:

Ca(OH)2 + CO2 CO3Ca + H2O

Que reconstituye la piedra caliza de partida. Esta reacción comienza a las 24 hs de amasar la pasta y termina a los 6 meses.

Cuando se produce el fraguado, hay una disminución de volumen ( contracción ), lo que puede producir grietas y asentamientos.

Clasificación de las cales

De acuerdo a sus propiedades físicas y composición química, se clasifican en:

Cales aéreas

Se clasifican de acuerdo al tipo de piedra caliza de las que fueron obtenidas, según sea pura, arcillosa o magnesiana en:

• Grasas: 95 – 100 % de CO3Ca.
• Magras: 50 % de magnesia ( poco recomendable ).
• Fuertes: 5 % de arcilla y 95 % de CO3Ca y magnesia.

Las cales de Córdoba, son representativas de las llamadas cales grasas.

Al amasarla con agua da una pasta untuosa al tacto y con aumento de su volumen.

Índice de hidraulicidad

Es la relación entre sílice, alumina, magnesia y cal

i = SiO2 + Al2O

OCa + MgO

Podemos clasificar los aglomerantes en función del índice de hidraulicidad (i) de acuerdo a la siguiente tabla:

Conservación de las cales

Se debe protegerlas de la humedad ambiente para evitar el apagamiento espontáneo.

A corto plazo pueden conservarse cubriéndola con lonas.

A largo plazo pueden durar hasta 6 meses si se las conserva adecuadamente de la humedad.

Rendimiento de las cales

Es la relación entre el volumen de cal apagada obtenida y el volumen de cal viva.

Un buen rendimiento puede considerarse por ejemplo, la obtención de 300 litros de cal apagada con 1000 Kg. De cal viva.

R = Volumen de cal apagada

Volumen de cal viva

Siendo R el rendimiento de la cal, que como se observa, es un numero adimensional.

Cales hidráulicas

Se obtiene de la piedra caliza que contiene sílice y alumina. Con el 5 % de arcilla, fragua en sitios húmedos y aun, bajo el agua, es pues la arcilla, el componente que le da característica de hidraulicidad.

Su obtención varia de la cal viva en el proceso de hidratación después del cribado posterior al enfriamiento.

Ensayos de las cales

No hay normas fijas pero lo usual es:

• Resistencia a compresión:

Se hacen probetas con cal y arena normal en una proporción 1 : 3, siendo para las cales grasas en aire seco y a los 28 días su resistencia a la compresión es de 6 kg/cm2 .

Las cales hidráulicas deben tener una resistencia a la compresión es de 10 – 30 kg/cm2 a los 7 días o 30 – 60 kg/cm2 a los 28 días

• Rendimiento.
• Finura.
• Estabilidad de volumen.

Cemento

Este ligante se fabrica con la combinación de componentes siliceos y calcicos a alta temperatura aproximadamente 1500 °C, con lo que se obtiene un material granular poroso llamado clinker y esta constituido básicamente por compuestos calcicos, silicatos, aluminatos y ferraluminatos, lo que da lugar al Cemento Pórtland cuya invención data del año 1824 por Aspdin, si bien los romanos utilizaron las " puzolanas " para mejorar el comportamiento de las cales aéreas .

Tipos y subclasificaciones

Cemento natural y sus clases:

El cemento natural, llamado romano, atendiendo a su principio y fin de fraguado, se divide en:

• Cemento rápido. De aspecto y color terroso, por su alto contenido en arcilla (del 26% al 40%), es un aglomerante obtenido por trituración, cocción y reducción a polvo de margas calizas que, en la fase de cocción, ha sido sometido a una temperatura entre 1000º y 2000º C.

El principio de fraguado se origina entre los 3 y 5 minutos después de amasado, y se termina antes de los 50 minutos.

Se designa con las letras NR, seguidas de un número, que expresa la resistencia a la compresión. Por ser la temperatura de cocción muy baja no llegan a formarse algunos silicatos, por lo que resulta un aglomerante de baja resistencia mecánica.

Normalmente, con este tipo de cemento no se hace mortero, aunque admite una cierta cantidad de arena. Se emplea en forma de pasta para usos similares a los del yeso, con la ventaja de fraguar en ambientes húmedos y de resistir a las aguas, en general.

• Cemento lento. Es de color gris, porque el contenido de arcillas de estas calizas esta comprendido entre el 21% y el 25%.

El fraguado se inicia transcurrido unos 30 minutos después de su amasado, y termina después de varias horas.

Para obtener esta clase de cemento, se calcinan las rocas calizas a una temperatura comprendida entre 1200º y 1400ºC.

Se designa con las letras NL, seguidas de un numero, que expresan su resistencia a la compresión. El empleo de este tipo de cemento es cada vez mas reducido, porque sus propiedades y características han sido superadas por los cementos artificiales.

Cemento artificial y sus clases:

Es el que se obtiene mezclando piedra caliza con arcilla, en proporciones convenientes; la mezcla obtenida se calcina en hornos giratorios, hasta su principio de fusión (aprox. 1500ºC); este producto llamado clinker, de color grisáceo-verdoso, se mezcla con otros materiales diversos, según la clase de aglomerante que se desea obtener, y se reduce a polvo.

• Cemento Pórtland. Llamado así a su color, semejante al de la piedra de las canteras inglesas de Pórtland, es un conglomerante hidráulico, obtenido por la pulverización del clinker, y sin mas adición que la piedra de yeso natural, en un porcentaje no superior al 5%, para retrasar el fraguado de los silicatos y aluminatos anhidros, que forman el clinker. Su color es gris, mas o menos oscuro, según la cantidad de oxido férrico.

• Denominación. Eventualmente puede darse la denominación comercial del cemento Pórtland a aquel que, además de los componentes principales, clinker y piedra de yeso, contenga otras adiciones no nocivas, en proporción inferior al 10%, con objeto de mejorar algunas cualidades.

Se fabrican varias clases de cemento, las cuales se determinan con unas siglas, compuestas de letras, que son las iniciales de su nombre y un numero indicador de la resistencia mínima a la compresión, en kilogramos por centímetro cuadrado, que, a los 28 días, debe alcanzar el mortero confeccionado con tres partes de arena normal (97% de sílice, procedente de Segovia y de granulometría fijada) y una de cemento.

Normalmente, se encuentran las siguientes categorías de cementos Pórtland:

Composición del cemento portland

Propiedades de los compuestos del cemento portland

SILICATO TRICALCICO: SC3

Produce una reacción química exotérmica, debido a que se hidrata rápidamente durante los primeros días en que entra en contacto con el agua.

Los cementos que se utilizan en cantidades masivas, en piezas de gran volumen, se calientan a muy altas temperaturas y posteriormente al disminuir la velocidad de enfriamiento generan esfuerzos de tracción que no soporta el hormigón con su consiguiente agrietamiento.

Es responsable de las propiedades de los cementos de alta resistencia inicial, debiéndose tener precaución cuando entre en contacto con aguas que contengan sustancias agresivas, pues se producirán deterioros que pueden producir la perdida de cohesión de la masa de hormigón.

SILICATO BICALCICO: SC2

Posee características opuestas al del silicato tricalcico, ya que su reacción con el agua es lenta y produce menos calor de hidratación.

Los cementos con altos contenidos de SC2, tienen endurecimiento lento son aptos para utilizarlos en obras donde haya gran volumen de hormigón y no son sensibles al ataque de agentes agresivos.

ALUMINATO TRICALCICO: AC3

Se hidrata en las primeras 24 hs por lo tanto se hace necesario la incorporación de yeso al cemento porque de lo contrario se produciría el fraguado instantáneo.

Al ser rápida la hidratación provoca aumentos de temperatura y también es muy vulnerable al ataque de los sulfatos, provocando la perdida de cohesión de la pasta cementicia.

FERROALUMINATO TETRACALCICO: FAC4

En realidad aporta muy poco a la resistencia del cemento y su incorporación obedece por sobre todo a la regulación del contenido de AC3.

Proceso de obtención del cemento

La piedra caliza en una proporción del 75% en peso, triturada y desecada, junto a la arcilla en una proporción del 25% se muelen y mezclan homogéneamente en molinos giratorios de bolas. El polvo así obtenido es almacenado en silos a la espera de ser introducidos en un horno cilíndrico con el eje ligeramente inclinado, calentado a 1600º C por ignición de carbón pulverizado, donde la mezcla caliza arcilla, sufre sucesivamente un proceso de deshidratación, otro de calcinación y por ultimo el de vitrificación. El producto vitrificado es conducido, a la salida del horno a un molino-refrigerador en el que se obtiene un producto sólido y pétreo conocido con el nombre de clinker, que junto a una pequeña proporción o pequeña cantidad de yeso blanco o escayola es reducido a un polvo muy fino, homogéneo y de tacto muy suave en molinos de bolas giratorias, como es el cemento, que es almacenado en silos para su posterior envasado y transporte.

Ensayos de calidad del Cemento Portland

Con el fin de asegurar que las propiedades establecidas por las normas estén dentro de valores tolerables, se realizan ensayos físicos y químicos regulados por IRAM 1503, los cuales son::

Ensayos físicos:

• Finura.
• Residuo pasante Tamiz N° 200.
• Tiempos de fraguado.
• Superficie específica (permeametria).

Ensayos químicos:

• Residuo insoluble.
• Sulfuros.
• Cloruros.

Ensayos mecánicos ( IRAM 1622 ):

• Resistencia a compresión y flexión: se realizan probetas prismáticas de 4 x 4 x 16 cm con mortero de relación agua cemento 0,50 y 1:3 relación cemento agregado.

Cementos puzolanicos

Son cementos mixtos compuestos por clinker Pórtland y una puzolana natural o artificial.

El clinker es el producto granular obtenido por la fusión de minerales calcáreos y arcillosos que se muelen en el proceso de fabricación del cemento Pórtland.

Las puzolanas son materiales de origen natural volcánico en base a sílice o artificiales tales como la escoria de alto horno.

La función de las puzolanas es de fiar cal a temperatura ambiente y formar compuestos hidráulicos.

Ofrecen ventajas respecto a los Pórtland desde el punto de vista técnico, económico y ecológico, puesto que son resistentes a los sulfatos, disminución del consumo de clinker en su fabricación y estimula al empleo de residuos como la escoria de alto horno.

Arcillas

Hay diversas definiciones, según el punto de vista y la fuente:

El diccionario nos dice lo siguiente:

Las arcillas son las rocas blandas que se hacen plásticas al contacto con el agua, siendo frágiles en seco, y con gran capacidad de absorción.

La Enciclopedia las define así:

La arcilla es un silicato de aluminio hidratado, en forma de roca plástica, impermeable al agua y bajo la acción del calor se deshidrata, endureciéndose mucho.

La Enciclopedia técnica dice:

Las arcillas son cualquier sedimento o depósito mineral que es plástico cuando se humedece y que consiste de un material granuloso muy fino, formado por partículas muy pequeñas cuyo tamaño es inferior a 4 micras, y que se componen principalmente de silicatos de aluminio hidratados [¡1 micra es la diezmilésima parte de un centímetro! o sea la dimensión aproximada de los microbios comunes].

Propiedades de la arcilla

Plasticidad: Mediante la adición de una cierta cantidad de agua, la arcilla puede adquirir la forma que uno desee. Esto puede ser debido a la figura del grano (cuanto más pequeña y aplanada), la atracción química entre las partículas, la materia carbonosa así como una cantidad adecuada de materia orgánica.

Merma: Debido a la evaporación del agua contenida en la pasta se produce un encogimiento o merma durante el secado.

Refractariedad: Todas las arcillas son refractarias, es decir resisten los aumentos de temperatura sin sufrir variaciones, aunque cada tipo de arcilla tiene una temperatura de cocción.

Porosidad: El grado de porosidad varia según el tipo de arcilla. Esta depende de la consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico después de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un índice más elevado de absorción puesto que son más porosas.

Color: Las arcillas presentan coloraciones diversas después de la cocción debido a la presencia en ellas de óxido de hierro, carbonato cálcico, etc.

Aplicaciones

Absorbentes

La elevada superficie específica de la bentonita, le confiere una gran capacidad tanto de absorción como de adsorción. Debido a esto se emplea en decoloración y clarificación de aceites, vinos, sidras, cervezas, etc. Tienen gran importancia en los procesos industriales de purificación de aguas que contengan diferentes tipos de aceites industriales y contaminantes orgánicos.

Se utiliza además como soporte de productos químicos, como por ejemplo herbicidas, pesticidas e insecticidas, posibilitando una distribución homogénea del producto tóxico.

En los últimos años, además, están compitiendo con otras arcillas absorbentes (sepiolita y paligorskita) como materia prima para la fabricación de lechos de animales. La demanda de bentonitas para este uso varia sustancialmente de unos países a otros, así en Estados Unidos comenzaron a utilizarse a finales de los años 80, sin embargo en Europa el mercado es más complejo y su demanda mucho menor.

Material de Sellado

La creciente importancia que está tomado en los últimos años, por parte de los gobiernos de toda Europa, la legislación en lo referente a medio ambiente, ha favorecido la apertura y desarrollo de todo un mercado orientado hacia el uso de bentonitas como material de sellado en depósitos de residuos tanto tóxicos y peligrosos, como radiactivos de baja y media actividad.

Durante muchos años las bentonitas se han venido utilizando en mezclas de suelos en torno a los vertederos, con el fin de disminuir la permeabilidad de los mismos. De esta forma se impide el escape de gases o lixiviados generados en el depósito. Esta mezcla se podía realizar in situ o sacando el suelo de su emplazamiento, mezclándolo con la bentonita y volviéndolo a colocar en su sitio, la ventaja de la primera alternativa es que supone un gasto menor pero, sin embargo, implica una mezcla menos homogénea. La segunda alternativa, sin embargo, es más cara pero asegura una mejor homogeneización de la mezcla bentonita-suelo. Por otro lado, esto disminuye la cantidad de bentonita necesaria (5-6 %), frente a 7-8 % para la utilizada en mezclas in situ.

Más recientemente ha surgido una nueva tendencia en el diseño de barreras de impermeabilización que se basa en la fabricación de complejos bentonitas-geosintéticos (geomembranas y geotextiles). Consiste en la colocación de una barrera de arcilla compactada ente dos capas, una de geotextil y otra de geomembrana (plásticos manufacturados, como polietileno de alta densidad o polipropileno, entre otros).

La geomembrana es impermeable, mientras que el geotextil es permeable, de modo que permite a la bentonita hinchar, produciendo la barrera de sellado compactada.

La normativa varía de un país a otro en cuanto a los valores que tienen que cumplir las arcillas compactadas para dicho fin.

Esta utilidad de las bentonitas como material de sellado se basa fundamentalmente en algunas de sus propiedades características, como son: su elevada superficie específica, gran capacidad de hinchamiento, buena plasticidad y lubricidad, alta impermeabilidad, baja compresibilidad. Las bentonitas más utilizadas para es fin son las sódicas, por tener mayor capacidad de hinchamiento.

Así mismo, se utilizan bentonitas sódicas como material impermeabilizante y contenedor en los siguientes campos:

* Como contenedores de aguas frescas: Estanques y lagos ornamentales, campos de golf, canales… * Como contenedores de aguas residuales: Efluentes industriales (balsas). * En suelos contaminados: Cubiertas, barreras verticales. * En el sellado de pozos de aguas subterráneas contaminadas. * En depósitos de residuos radiactivos: Repositorios subterráneos, sellado de fracturas en granitos, etc.

Ingeniería Civil

Las bentonitas se empezaron a utilizar para este fin en Europa en los años 50, y se desarrolló más tarde en Estados Unidos. Se utiliza para cementar fisuras y grietas de rocas, absorbiendo la humedad para impedir que esta produzca derrumbamiento de túneles o excavaciones, para impermeabilizar trincheras, estabilización de charcas, etc.

Para que puedan ser utilizadas han de estar dotadas de un marcado carácter tixotrópico, viscosidad, alta capacidad de hinchamiento y buena dispersabilidad. Las bentonitas sódicas o cálcicas activadas son las que presentan las mejores propiedades para este uso.

Los usos en este campo se pueden resumir en:

* Creación de membranas impermeables en torno a barreras en el suelo, o como soporte de excavaciones. * Prevención de hundimientos. En las obras, se puede evitar el desplome de paredes lubricándolas con lechadas de bentonita. * Protección de tuberías: como lubricante y rellenando grietas. * En cementos: aumenta su capacidad de ser trabajado y su plasticidad. * En túneles: Ayuda a la estabilización y soporte en la construcción de túneles. Actúa como lubricante (un 3-5 % de lodo de bentonita sódica mantenida a determinada presión soporta el frente del túnel). También es posible el transporte de los materiales excavados en el seno de fluidos benoníticos por arrastre. * En tomas de tierra: Proporciona seguridad en el caso de rotura de cables enterrados. * Transporte de sólidos en suspensión.

Suelo cemento

Suelo cemento o suelo estabilizado con cemento es una simple mezcla en seco de suelo o tierra con determinadas características granulométricas, cemento Portland, aditivos a los que se adiciona una cierta cantidad de agua para humedecer la mezcla resultante y se compacta. El porcentaje de cemento puede variar entre el 7 al 12% dependiendo del tipo de suelo.

Entre las características del producto ya curado (tiempo fragüe cemento) se le exigen unas determinadas condiciones de insusceptibilidad al agua, resistencia y durabilidad.

Características mezcla

Es una mezcla de tierra tamizada (abertura de 0,5 cm aproximadamente), arena común y cemento Portland, de modo que la relación volumétrica entre los primeros dos sea 2:1.

Los dosajes de cemento se calculan como porcentaje en peso del material seco. La humedad de la tierra durante el apisonamiento puede ser del 18 % base húmeda.

La combinación ideal es:

70-80% de arena.

20 a 30% de limo.

5 a 10% de arcilla.

Si los suelos son muy arenosos van a requerir la incorporación de más cemento y a los arcillosos hay que agregarles arena. Los suelos limosos con un 50 % de arena se estabilizan con un 10% de cemento.

La humedad debe ser similar a la que tenía el suelo antes de ser excavado, entre el 8 y 16%. La forma práctica para ver si ya posee la consistencia adecuada consiste en tomar una porción de material en la mano y apretarla. Debe cohesionarse sin ensuciar la palma de la mano y se puede partir en dos.

Pared de suelo apisonado

Para construir una pared de suelo apisonado en necesario construir previamente un armazón o encofrado que sirva de molde con la suficiente resistencia mecánica para resistir el empuje lateral que se produce al compactar el suelo con el pisón.

El rellenado se hace en capas de 20 cm, que se reducen a la mitad, tras el apisonamiento. Este se hace mediante dos pisones: Uno metálico de 8,3 Kg, y base rectangular de 336 cm2, y uno de madera (especialmente para los ángulos y zonas de más difícil acceso), de 4,2 Kg y 56 cm2 de sección.

Apisonar una sección de 0,35 m2 requiere promedio unos 130 golpes de pisón por capa, desde una altura promedio de 0,35 m. Esto representa una energía de apisonamiento de 1,69 J/cm2 si los pisones se dejaran caer por su propio peso. En el caso del pisón de madera (que aportaría el 32 % de ese valor), los operarios deben arrojarlo hacia abajo, de modo que la energía disponible sea algo mayor.

El armado de un encofrado doble requiere 4 operarios durante 2 horas. Su apisonamiento, la misma cantidad de operarios durante 4 horas. Tamizar la tierra demanda 1 operario trabajando 4 horas.

Ejemplo: Se requiere construir un tabique interior de 0,40 m espesor de 2,5 m de largo, 2,4 m de alto. Para la mitad inferior del mismo se utiliza suelo tamizado puro, y en el resto se adiciona arena común en igual proporción que para el suelo-cemento. Se recomienda la inclusión de cañas (tacuara, bambú, guadua) colocadas horizontalmente entre algunas capas de apisonado para controlar el fisuramiento. Esta es una opción cuando la pared va a quedar resguardada del agua. Para prevenir posibles deterioros por la intemperie durante el proceso de construcción se sugiere revocarla.

Unidad B3

Morteros

Los morteros son mezclas de aglomerante, agregado y agua, de acuerdo a ello tendremos morteros simples que constan de ligante y agua o los compuestos cuya constitución es: ligante, agua y agregado.

Aplicaciones

El Mortero está diseñado para trabajos en donde no se requieren elevadas resistencias a la compresión sino tan sólo propiedades litigantes y/o aglutinantes, como por ejemplo:

Plantillas – Para tener un área de trabajo limpia durante los trabajos de cimentación

Cimentaciones de mampostería – Para tener unidas las piedras que dan sustento al cimiento

Pegado de bloques y ladrillos – En la construcción de muros

Aplanado (enjarres, zarpeo) de muros – Para mejorar la apariencia y protegerlos de la acción de la intemperie

Pisos y firmes – Para pisos en general sin tránsito de equipo pesado; sólo para firmes y no para losas de cimentación

Tipos de mortero

De acuerdo al tipo de aglomerante tenemos:

• Morteros de barro
• Morteros de cal
• Morteros de cemento
• Morteros de yeso
• Morteros mixtos

Dosificación de los morteros

Los morteros se expresan como una relaciَn de volْmenes de los elementos componentes entre aglomerantes y agregados.

Por ejemplo, tenemos un mortero

1 volumen de cal + 3 volúmenes de arena

Se expresa: 1 : 3

Donde el primer termino indica el volumen de aglomerante y el otro corresponde al agregado u otros aglomerantes.

Estos volúmenes se miden en baldes, canastos, carretillas, etc.

La mezcla tiene un volumen menor que el que ocupan los componentes sueltos y una vez empastados y batidos sus materiales, se llama rendimiento.

Los materiales que componen el mortero, se caracterizan por su Peso Aparente y Volumen Aparente y por su Peso Especifico Real y su Volumen Real.

El volumen real es el que se considera descontando sus espacios vacios.

Suele usarse sin embargo el coeficiente de aporte que establece la proporción de parte solida respecto al peso aparente es decir:

En la siguiente tabla, se tabularon valores empíricos de coeficiente de aporte

Para las cales de nuestro país tenemos valores indicativos de rendimientos

En base a los datos anteriores se puede calcular la cantidad de materiales que componen un mortero teniendo en cuenta los pesos aparentes.

Pesos aparentes

Desarrollamos un ejemplo para calcular el consumo de materiales en un mortero cuya dosificación es 1 : 1 : 3 : 3 y resumimos en la siguiente tabla

La cantidad de materiales se obtienen del siguiente modo considerando los pesos aparentes:

Cantidad de aglomerantes en kg: Peso aparente: Volumen real

Cantidad de Cemento: 1400 : 0.1914 = 268 kg. Análogamente se hace para la Cal.

Cantidad de agregados en m3: Volumen aparente : volumen real

Cantidad de Arena: 3: 5.27 = 0.570 m3. Análogamente se hace para el Polvo de ladrillos.

Algunos autores proponen tablas para el cálculo de la cantidad de materiales para diferentes clases de morteros.

Ejemplo: Dada una pared de ladrillos de acuerdo al croquis que muestra la figura, calcular la cantidad de materiales que se necesitan para el mortero o mezcla, utilizando la tabla precedente:

Recordamos que estos valores son indicativos, y en la mayoría de los caso son conservadores, el computo de materiales de un mortero puede realizarse con tablas que da cualquier texto de computo de materiales o a través de un soft conveniente, pero aquí damos los principios de como se calculan dichos componentes de la mezcla.

Si no deseamos usar las tablas antedichas, podemos utilizar los valores medios mas usuales de diferentes clases de mezclas:

Hormigones

El hormigón es una mezcla homogénea compuesta por una pasta adhesiva de cemento portland y agua que mantiene unidas a los agregados, donde en todos los casos debe considerarse el volumen de vacios que contienen aire.

Una de las características del hormigón es la homogeneidad, lo que indica sus componentes deben ser agitados por medios mecánicos de modo de lograr que se mantengan las proporciones de la dosificación de la mezcla en los diferentes elementos estructurales donde se vierte el mismo.

La separación de los componentes del hormigón, recibe el nombre de segregación.

Las causas de segregación puedes ser:

• Dosificación inadecuada
• Exceso de agua
• Hormigonera deficiente
• Tiempo de mezclado insuficiente
• Transporte prolongado
• Vibraciones durante el transporte
• No hay correlación entre diámetro de armaduras y tamaño máximo del agregado grueso

Al ser relativamente fácil poder moldearlo con las formas que el proyectista imagine, sus aplicaciones estructurales son casi ilimitadas.

Pero, la importante versatilidad con la que hoy se lo emplea en losas, vigas rectas y curvas, cáscaras delgadas de cualquier forma concebible, sólo fue posible con el advenimiento del hormigón armado. Considerando la escasa resistencia a tracción del hormigón, este nuevo material heterogéneo llamado "hormigón armado" suple dicha deficiencia mediante la incorporación de barras de acero en el interior de su masa, confiriéndole la adecuada capacidad resistente a tracción.

Se denomina hormigón armado al material compuesto por hormigón y barras de acero, asociados de tal manera que, asegurada la adherencia del acero dentro de la masa de hormigón, forman un sólido único, desde el punto de vista mecánico. La unión del hormigón con las barras de acero, ubicadas estratégicamente en su interior, permite aprovecha ventajosamente las características de cada uno de los materiales, creando piezas con capacidad de resistir flexiones. El área de las barras de acero suele ser entre el 0.2% y el 3% de la sección total del elemento estructural.

La capacidad resistente a flexión de una sección de hormigón armado dependerá de la resistencia a compresión del hormigón, ya que las tracciones quedan reservadas al acero de un modo exclusivo.

Preparación

El hormigón tiene propiedades de un liquido durante su fabricación, transporte y colocación, para luego pasar al estado de solido donde resiste a esfuerzos mecánicos y a la acción de agentes agresivos externos.

Los materiales que componen el hormigón, pueden llegar a obra en diferentes formas de acuerdo a las necesidades del caso, por lo que una vez dosificada la mezcla, se debe agitar la misma durante 1 o 2 minutos en la hormigonera, para lograr un contacto intimo de sus componentes.

Los medios de transporte del hormigón, pueden ser baldes, carretillas, camiones mixer, tuberías, etc.

Las precauciones que se deben tener en cuenta al transportar la mezcla es fundamentalmente evitar la separación de sus componentes.

La característica principal del hormigón en este estado, es la trabajabilidad, propiedad referida a su movilidad, es decir a ser transportado sin que se produzca segregación de sus componentes para que, una vez vertido en los encofrados, llenen completamente las armaduras sin dejar huecos, para lo cual debe compactarse de acuerdo a su consistencia.

Se llama consistencia, al grado de fluidez que posee la mezcla fresca.

El fraguado es el periodo durante el cual la pasta cementicia pasa del estado líquido al solido sin resistencia mecánica pero ya no se permite su transporte sin que se deterioren sus propiedades finales. El fraguado termina a partir del momento en que la masa adquiere resistencia mecánica a ensayos a rotura de compresión, tracción o flexión. Esto ocurre después de varias horas (entre 4 a 10 ) dependiendo de varios factores, entre ellos el tipo de cemento utilizado.

Podemos decir que el fraguado es el proceso intermedio entre el hormigón en estado fresco y el estado endurecido.

Es recomendable que el fraguado comience lo más tarde posible, para poder hormigonar sin inconveniente y termine lo menos posible para aprovechar los encofrados y puntales.

Se produce un aumento progresivo de la resistencia mecánica del hormigón, una vez terminado el periodo de fraguado.

El proceso de endurecimiento continúa por años. Hasta que se complete la hidratación d e todas las partículas de cemento.

En todos los casos se debe evaluar el factor económico, tal que sea compatible con las otras condiciones mencionadas.

Lo anterior puede resumirse en el siguiente esquema:

• FRAGUADO  paso de líquido a sólido  inicio (45 min.) y fin (10 h)

• ENDURECIMIENTO Þ se solidifica el cemento

• DESENCOFRADO

Dosificación del Hormigón

Dosificar es determinar las cantidades necesarias de material de una mezcla, de manera tal que esta se comporte de determinada forma en estado fresco y endurecido.

La resistencia mecánica es independiente del grado de fluidez de la mezcla, no así las otras propiedades del hormigón.

Se puede decir que los hormigones fluidos son mas susceptibles de ser atacados por agentes agresivos exteriores.

Entre los métodos de dosificación podemos mencionar los siguientes:

• Racional: Se utiliza el método propuesto por el ACI y consisten la determinación de volúmenes absolutos de los componentes de la mezcla y luego su determinación en peso por unidad de volumen de hormigón.
• Empírica: No tiene en cuenta las características físicas de los agregados, solo por estimaciones visuales del tamaño máximo del agregado grueso. Es valido para obras de pequeña envergadura donde las tensiones de trabajo del hormigón sean bajas
• Semi empírica: Se mantiene fija la relación agua cemento con distintas cantidades de agregados gruesos y finos, ensayando pastones de prueba, donde se seleccionan los que más se adapten a las condiciones de la obra. Pero no se tiene la cantidad exacta de los agregados gruesos y finos, que permita obtener una mezcla más económica.

Procedimiento para calcular proporciones

El procedimiento que se sigue se puede sistematizar del siguiente modo:

• CONTENIDO DE AGREGADO GRUESO ( B )

Obtención del Volumen Agregado Grueso Compactado (VAGC) o (b/bo)

Con el Modulo De Fineza Del Agregado Fino (MFAF) y con el Tamaño Máximo

Del Agregado Grueso (TMAG), de la siguiente tabla se obtiene b/bo

Se llama TMAG, a la abertura del tamiz tal que el pasante resulte > = del 95 % en peso del árido seco.

Este tamaño debe ser tal que permita colocar el hormigón sin dificultad dentro de los encofrados sin que queden espacios vacios. Debe asegurarse la máxima compacidad del mismo como así también el recubrimiento total de las armaduras.

En la práctica se recomienda un tamaño máximo de 19 mm para los casos de difícil colocación y un tamaño de 26,5 mm en los casos de fácil colocación.

Luego se calcula el contenido en peso de AG por m3 de hormigón (B) haciendo:

Con este valor calculamos el volumen solido absoluto ocupado por el AG (b) por unidad de volumen de hormigón de manera que:

• CONTENIDO DE AGUA (A)

Con el MFAF y el valor de (b) de la siguiente tabla se obtiene el contenido de agua:

Si las partículas son redondeadas se corrige disminuyendo el contenido de agua entre un 5 a 10 %. Además corregimos por cambio de consistencia de acuerdo a la siguiente tabla:

• CONTENIDO DE CEMENTO ( C )

Se calcula la relación agua cemento (a/c) de acuerdo a la siguiente expresión:

Siendo:

: coeficiente cuyo valor depende de las características de forma y textura de AG y vale 3,1 para el canto rodado y 3,7 para piedra partida.

C’28: resistencia promedio a compresión el mortero de cemento a 28 días

 ¡¯bm28: resistencia cilíndrica a compresión a 28 días en probetas de 15 x 30 cm.

Por lo tanto C = A/(a/c) contenido de cemento en peso por m3 de hormigón.

• CONTENIDO DE ARENA ( D )

d = 1 – ( a + b + c + ) siendo ( d ) volumen solido de la arena.

Y el contenido de arena se obtiene haciendo el producto del volumen solido de la arena con el peso especifico real de la arena.

• VERIFICACIÓN

Se realiza un pastón de prueba con los ajustes necesarios hasta lograr la trabajabilidad deseada, luego se llena con la mezcla un recipiente de volumen conocido compactando en forma normalizada y se determina el peso unitario del hormigón fresco (PUHF) de tal modo que

• Ejemplo numérico:

Determinar la cantidad de materiales necesarias para obtener un hormigón cuya resistencia media cilíndrica a compresión sea de 250 kg/cm2 a los 28 días con un asentamiento de 12 cm + – 2 y con una relación agua cemento (a/c) < = 0,55.

Datos de los materiales:

Obtención de b/bo.

Con TMAG = 38 mm y MFAF = 2, 60 de tabla se obtiene b/bo = 0.73

Obtención de B.

B = (b/bo) x PUC = 0,73 x 1700 kg/m3 = 1241 kg

Obtenci de b.

b = B / PEAG = 1241 kg / 2600 kg / m3 = 0,48 m3

Obtenci de A.

Con b = 0,48 m3 y MFAF = 2, 60 de tabla se obtiene ao = 164 lts

Se corrige por forma del agregado y por variaci del asentamiento de acuerdo a la tabla

A = 164 lts – 5% 164 lts + 2, 5 x 64 lts = 0, 16 m3

Obtención de C.

Se calcula a / c = 0.715 x log 3,1 (450 / 250 ) = 0.53

Luego C = A / (a/c) = 160 kg / 0.53 = 302 kg

Siendo c = 302 kg / 3150 kg / m3 = 0.096 m3

Obtención de D.

d = 1 – ( a + b + c ) = 1 – ( 0.16 m3 + 0.48 m3 + 0.096 m3 ) = 0,264 m3

D = d x PEAF = 0,264 m3 x 2630 kg / m3 = 695 kg

En resumen:

A = agua = 160 kg / m3

B = ripio = 1241 kg / m3

C = cemento = 302 kg / m3

D = arena = 695 kg / m3

Total 2398 kg / m3

Curado del hormigón

Conjunto de operaciones para la retención de H2O  correcta y completa hidratación del cemento

Se debe realizar después del fraguado Þ de lo contrario se lleva la lechada

Debe mantenerse hasta alcanzar un 70 % de la resistencia prevista en el proyecto