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• Jhon Cuadros

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CEMENTO En ingeniería civil y construcción se denomina cemento a un aglutinante o aglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o grava más árido fino o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, manejable y plástica capaz de fraguar y endurecer al reaccionar con el agua y adquiriendo por ello consistencia pétrea, el hormigón o concreto. Su uso está muy generalizado, siendo su principal función la de aglutinante.

TIPOS DE CEMENTO

TIPOS DE CEMENTOS ARTIFICIALES

1) CEMENTO PORTLAND

Varios siglos antes de Cristo los romanos descubrieron la “puzzolana”, material volcánico que extraían de Puzzuoli, cerca de Nápoles, Italia. Mezclada con cal y arena endurecía cuando se amasaba con agua. La puzzolana experimenta un fraguado hidráulico porque su transformación es causada por la acción del agua. Muchas veces se intento imitar sin éxito hasta que, en 1824 el albañil inglés John Aspdin elaboró un polvo que, empastado con agua, adquiría dureza y coloración grisácea. Como se parecía a las piedras de Portland (Inglaterra), fue llamado Cemento Portland.

Es de color gris obscuro y es conocido como "CP", es el más económico y el de mayor utilización. Son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicato de calcio hidráulicos, esto es, fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua. En el curso de esta reacción, denominada hidratación, el cemento se combina con el agua para formar una pasta y cuando le son agregadas arena y grava, se forma lo que se conoce como "concreto". Comúnmente se encuentra en los subministros de materiales de construcción envasados en sacos de 50 Kg; o sea, aproximadamente 40 L de producto. Cada saco lleva la denominación "CP" seguida de 2 números (ejemplo: 250/315) que indican la clase caracterizando su resistencia de 7 días y de 18 días de fraguado. Es el cemento

hidráulico

más

frecuentemente

usado,

cuya

composición

aproximadamente 95% de clinker y 5% de yeso (o algún otro componente).

incluye

CLASES DE CEMENTO PORTLAND

 Tipo I: Normal, destinado a usos generales: estructuras, pavimentos, bloques, tubos.

 Tipo II: Modificado, adecuado en general para obras hidráulicas por su calor de hidratación moderado y su regular resistencia a los sulfatos.

 Tipo III: Rápida resistencia alta, recomendable para sustituir al tipo I en obras de emergencia o cuando de desee retirar pronto las cimbras para usarlas un número mayor de veces; adquiere una determinada resistencia, en igualdad de condiciones, en la tercera parte del tiempo que necesita para ello el cemento tipo I. Sin embargo, la resistencia final es la misma que la correspondiente al cemento normal.

 Tipo IV: De bajo calor, adecuado para la construcción de grandes espesores (presas) porque su calor de hidratación es muy reducido a tenor de su resistencia que se adquiere lentamente.  Tipo V: De alta resistencia a los sulfatos, recomendable en cimentaciones expuestas a la acción de aguas sulfatadas y agresivas. Se produce también, el cemento portland blanco, de características semejantes al tipo I, usado en construcciones urbanas cuando lo demandan razones arquitectónicas. Peso volumétrico del concreto. La densidad del cemento Portland es muy elevada; su peso volumétrico depende de la compactación, pero puede aceptarse un valor medio de 1500 kg/m3, el cual concuerda con la costumbre de suponer un volumen de 33 litros para el saco de cemento de 50 kg. El peso volumétrico del concreto común es variable de acuerdo con la densidad de los agregados y puede estimarse entre 2200 y 2500 kg/m3, como promedio, lo que lo coloca entre los materiales de construcción pesados en relación con la intensidad de las cargas que soporta, especialmente cuando trabaja a flexión.

La producción de concretos ligeros ha sido preocupación constante de los investigadores, quienes en un principio dirigieron su interés hacia los agregados de poco peso: tezontles y piedras pómez, los cuales presentan la dificultad de sus cualidades higroscópicas que hacen punto menos que imposible la correcta dosificación del agua de mezclado, de la que depende la resistencia del concreto. La dificultad que presentan los agregados ligeros parece haber sido superada con los inclusores de aire, los cuales producen numerosas burbujas en el seno de la mezcla disminuyendo su peso volumétrico y aumentando al mismo tiempo su trabajabilidad, cohesión y resistencia a la acción de los sulfatos y las heladas. Los inclusores de aire son productos químicos, generalmente compuestos de fino polvo de aluminio o zinc, que se agregan en la mezcladora o que vienen ya añadidos en el propio cemento.

CEMENTOS PORTLAND ESPECIALES Los cementos portland especiales son los cementos que se obtienen de la misma forma que el portland, pero que tienen características diferentes a causa de variaciones en el porcentaje de los componentes que lo forman.

 PORTLAND FÉRRICO

El portland férrico está caracterizado por un módulo de fundentes de 0,64. Esto significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se obtiene introduciendo cenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Este tipo de composición comporta por lo tanto, además de una mayor presencia de Fe2O3, una menor presencia de 3CaOAl2O3 cuya hidratación es la que desarrolla más calor. Por este motivo estos cementos son particularmente apropiados para ser utilizados en climas cálidos. Los mejores cementos férricos son los que tienen un módulo calcáreo bajo, en efecto estos contienen una menor cantidad de 3CaOSiO2, cuya hidratación produce la mayor cantidad de cal libre (Ca (OH)2).

Puesto que la cal libre es el componente mayormente atacable por las aguas agresivas, estos cementos, conteniendo una menor cantidad, son más resistentes a las aguas agresivas.

 CEMENTOS BLANCOS

Contrariamente a los cementos férricos, los cementos blancos tienen un módulo de fundentes muy alto, aproximadamente 10.

Estos contienen por lo tanto un porcentaje bajísimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a la falta del hierro que le da una tonalidad grisácea al Portland normal y un gris más obscuro al cemento férrico. La reducción del Fe2O3 es compensada con el agregado de fluorita (CaF2) y de criolita (Na3AlF6), necesarios en la fase de fabricación en el horno. para bajar la calidad del tipo de cemento que hoy en día hay 4: que son tipo I 52,5, tipo II 52,5, tipo II 42,5 y tipo II 32,5;también llamado pavi) se le suele añadir una adición extra de caliza que se le llama clinkerita para rebajar el tipo, ya que normalmente el clinker molido con yeso sería tipo I

2) CEMENTOS DE MEZCLAS

Los cementos de mezclas se obtienen agregando al cemento Portland normal otros componentes como la puzolana. El agregado de estos componentes le da a estos cementos nuevas características que lo diferencian del Portland normal.

 Cemento siderúrgicos  Cemento puzolánicos

CEMENTOS SIDERÚRGICOS

La puzolana ha sido sustituida en muchos casos por la ceniza de carbón proveniente de las centrales termoeléctricas, escoria de fundiciones o residuos obtenidos calentando el

cuarzo. Estos componentes son introducidos entre el 35 hasta el 80%. El porcentaje de estos materiales puede ser particularmente elevado, siendo que se origina a partir de silicatos, es un material potencialmente hidráulico. Esta debe sin embargo ser activada en un ambiente alcalino, es decir en presencia de iones OH-. Es por este motivo que debe estar presente por lo menos un 20 % de cemento Portland normal. Por los mismos motivos que el cemento puzolánico, el cemento siderúrgico también tiene buena resistencia a las aguas agresivas y desarrolla menos calor durante el fraguado. Otra característica de estos cementos es su elevada alcalinidad natural, que lo rinde particularmente resistente a la corrosión atmosférica causada por los sulfatos.

Tiene alta resistencia química, de ácidos y sulfatos, y una alta temperatura al fraguar.

CEMENTO PUZOLÁMICO

Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente en la región del Lazio y la Campania, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las proximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitrubio describía cuatro tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja.

Mezclada con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua.

Esta propiedad permite el empleo innovador del hormigón, como ya habían entendido los romanos: El antiguo puerto de cosa fue construido con puzolana mezclada con cal apenas antes de su uso y colada bajo agua, probablemente utilizando un tubo, para depositarla en el fondo sin que se diluya en el agua de mar. Los tres muelles son visibles todavía, con la parte sumergida en buenas condiciones después de 2100 años. La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y puede obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolánico contiene aproximadamente:

 55-70% de clinker Portland

 30-45% de puzolana  2-4% de yeso

Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca(OH)2), se tendrá una menor cantidad de esta última. Pero justamente porque la cal es el componente que es atacado por las aguas agresivas, el cemento puzolánico será más resistente al ataque de éstas. Por otro lado, como el 3CaOAl2O3 está presente solamente en el componente constituido por el clinker Portland, la colada de cemento puzolánico desarrollará un menor calor de reacción durante el fraguado. Este cemento es por lo tanto adecuado para ser usado en climas particularmente calurosos o para coladas de grandes dimensiones. Se usa principalmente en elementos en las que se necesita alta permeabilidad y durabilidad.

3) Cemento de fraguado rápido El cemento de fraguado rápido, también conocido como «cemento romano», se caracteriza por iniciar el fraguado a los pocos minutos de su preparación con agua. Se produce en forma similar al cemento Portland, pero con el horno a una temperatura menor. Es apropiado para trabajos menores, de fijaciones y reparaciones, no es apropiado para grandes obras porque no se dispondría del tiempo para efectuar una buena colada.

4) Cemento aluminoso

El cemento aluminoso se produce a partir principalmente de la bauxita con impurezas de óxido de hierro (Fe2O3), óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio (SiO2). Adicionalmente se agrega calcáreo o bien carbonato de calcio. El cemento aluminoso, también llamado «cemento fundido», por lo que la temperatura del horno alcanza hasta los 1.600°C y se alcanza la fusión de los componentes. El cemento fundido es colado en moldes para formar «panes» que serán enfriados y finalmente molidos para obtener el producto final. El cemento aluminoso tiene la siguiente composición de óxidos: 35-40% óxido de calcio 40-50% óxido de aluminio

5% óxido de silicio 5-10% óxido de hierro 1% óxido de titanio

Por lo que se refiere a sus reales componentes se tiene: 60-70% CaOAl2O3 10-15% 2CaOSiO2 4CaOAl2O3Fe2O3 2CaOAl2O3SiO2

Por lo que se refiere al óxido de silicio, su presencia como impureza tiene que ser menor al 6 %, porque el componente al que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2) tiene pocas propiedades hidrófilas.

EN CONCLUSIÓN Inmediatamente después de que el cemento se reciba en el área de las obras si es cemento a granel, deberá almacenarse en depósitos secos, diseñados a prueba de agua, adecuadamente ventilados y con instalaciones apropiadas para evitar la absorción de humedad. Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área de las obras, el contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias. RECOMENDACIONES Es recomendable emplear el cemento en el orden cronológico de su recibo en la obra para evitar envejecimiento, apelmazamiento o fraguado superficial. El cemento a granel se almacenará en tanques herméticos y se tendrá especial cuidado en su almacenamiento y manipuleo para prevenir su contaminación. El cemento de diversas procedencias se almacenará separadamente para evitar el uso indiscriminado en la preparación de las mezclas.

El cemento que se mantiene seco conserva todas sus características. Almacenado en latas estancas o en ambientes de temperatura y humedad controlada, su duración será indefinida. En

las obras se requieren disposiciones para que el cemento se mantenga en buenas condiciones por un espacio de tiempo determinado. En obras grandes o en aquellos casos en que el cemento deba mantenerse por un tiempo considerable se deberá proveer una bodega, de tamaño adecuado sin aberturas ni grietas, que pueda mantener el ambiente lo más seco que sea posible. En los casos en que sea previsible la presencia de lluvias, el techo tendrá la pendiente adecuada.

PATOLOGIA DEL CONCRETO La Patología del Concreto se define como el estudio sistemático de los procesos y características de las “enfermedades” o los “defectos y daños” que puede sufrir el concreto, sus causas, sus consecuencias y remedios. En resumen, en este trabajo se entiende por Patología a aquella parte de la Durabilidad que se refiere a los signos, causas posibles y diagnóstico del Deterioro que experimentan las estructuras del concreto.

A continuación presentamos algunas patologías o fallas que sufre el concreto antes o después de ser colocados en el lugar donde van a cumplir una función determinada: 1. Hormiguero o cangrejera: Es la exposición del agregado grueso y vacíos irregulares en la superficie del concreto, cuando el mortero presente en la mezcla no logra cubrir todo el espacio alrededor de los agregados y eso se ve reflejado luego del desencofrado de una estructura cuando no se toma las medidas necesarias.

Causas:   

Baja relación A/C que da una mala trabajabilidad. Mal vibrado. Uso de agregado muy voluminoso.

Soluciones: Resanar la parte deteriorada con el aditivo SIKADUR 32, gel que une el concreto viejo con el nuevo.

2. Junta Fría: Es la no adherencia de un concreto viejo con uno nuevo.

2.1. Soluciones: Utilizar el aditivo SIKADUR 32, que es un gel que se encarga de combatir este tipo de problemas. Su utilización consiste en aplicar este gel una media hora antes al concreto viejo, para que pueda reaccionar una vez colocado el concreto nuevo, es decir uniéndolos como si se tratara de un concreto monolítico. 3. Crazing o panal de abeja: Película delgada de pasta que se agrieta formando un patrón de figuración tipo panal de abeja, que con el tiempo deteriora toda la superficie del concreto y produce el descascaro de este.

3.1. Causas: Polvorear cemento en la superficie de la estructura cuando se produce la exudación, con el fin de “secar” y poder pulir. 3.2. Soluciones: Resanar la parte deteriorada con el aditivo SIKADUR 32. En un caso extremo, la reconstrucción de la estructura. 4. Fisuracion del concreto:

3.1. Causas: No utilizar material de relleno adecuado. Mala compactación del material de relleno. No utilizar concreto estructural (en este caso 140 kg/cm2 ).

3.2. Soluciones: Si la fisura es leve, se puede resanar y utilizar SIKADUR 32. Si las fisuras son de gran envergadura, y se muestran produciendo hundimientos, es recomendable proceder a su reconstrucción. 5. Fisuracion en el concreto armado: Esta falla se presenta como una rajadura que es paralela a la dirección del acero. Puede originar desprendimiento del concreto y flexión de las losas.

5.1. Causas: Ingreso de cloruros y carbonatos dentro de la estructura del concreto armado que produce un incremento del volumen del acero y a la vez reduce la sección de este. Contacto de la estructura con zonas salinas o de alto nivel freático. Infiltración de agua. Utilización de acero con signos de corrosión. 5.2. Soluciones: Protección catódica que consiste en aplicar corriente a través de un ánodo que polariza el acero, este flujo de corriente controla el desarrollo y progreso de corrosión convirtiendo las áreas anódicas existentes a áreas catódicas.

  

La corrosión es una reacción electroquímica, entonces si se controla la corriente de la reacción se puede controlar la corrosión. Utilización de aditivos, como por ejemplo inhibidores, que se añade a la mezcla de concreto. Su efectividad no está del todo garantizado, ya que pueden causar efectos secundarios como modificación de tiempo de fraguado y disminución de la resistencia. En casos extremos se debe proceder a reconstruir la estructura.

6. Contracción por secado del concreto: Este fenómeno se produce por la perdida de humedad del concreto, debido a la acción de agentes como la temperatura, viento, humedad relativa, etc. que proporcionan la evaporación del agua y el secado

6.1. Causas:  Poca cantidad de agregados en la mezcla.  Alta relación A/C.  Características del cemento.  Pocos refuerzos.  Curado ineficiente. 6.2. Soluciones: 

Picar la parte fisurada y desecharla, posteriormente resanarlo con un nuevo concreto, y para garantizar la adherencia de ambos utilizar SIKADUR 32.

ATAQUE POR CONGELACION En concretos húmedos, expuestos a temperaturas a menores de 0 c , puede presentarse agrietamiento debido a la presión interna que se desarrolla en los poros capilares de la pasta como resultado del paso de agua de hielo , con aumento en volumen de orden del 9 % , durante el proceso de congelación de esta Los esfuerzos producidos por el cambio de estado líquido a solido dan lugar a agrietamiento y deterioro de la pasta si no se toman las medidas adecuadas ATAQUES QUIMICOS ATAQUE POR ACIDOS Siendo el concreto químicamente básico, con un PH del orden de 13 , puede ser atcados por medios ácidos , con PH menor de 7 , los cuales reaccionan con el hidróxido de calcio de la pasta produciéndose compuestos de calcio solubles de agua Entre los elementos que atacan al concreto se encuentran los ácidos sulfúricos , nítrico sulfuroso , hidrofluorhidrico, clorhídrico ; las aguas provenientes de minas , industrias , corrientes montañosas , o fuentes minerales , que puedan contener o formar acidos ; las turbas que por oxidación puedan producir ácido sulfúrico ; y los ácidos sulfúricos ; y los acidos de origen industrial ATAQUES POR BASES Las bases son compuesto químicos que desprenden hidróxido en solución en agua , ejemplo de bases son , el hidróxido de sodio o soda caustica y el hidróxido de amonio o amoniaco . si estos hidróxidos penetran en el concreto y se concentra en una zona determinada se produce daño físico por cristalización y expansión a partir de la reacción entre el hidróxido y el bióxido de carbono proveniente del aire . el mismo efecto se obtiene por ciclos de humedecimiento y secado del concreto en una solución de los mencionados hidróxidos Las soluciones de carbonato de sodio pueden deteriorar la superficie del concreto al estado fresco , si la concentración excede al 20% en soluciones básicas puede presentarse corrosión en el concreto debido a la disolución de silicato y aluminatos ATAQUES POR SALES Las sales son compuestos químicos derivados de acidos o bases , formnada de la reaccion