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• Tian Uchiha Yagami

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Asignatura: Ingeniería de Materiales

Materiales pétreos y cerámicos

TEXTO TEXTONº Nº44

Materiales cementosos Esta sección describe las propiedades básicas de materiales que generalmente se utilizan en construcción. Por comodidad, los materiales están agrupados en las siguientes categorías: materiales cementosos, metales, materiales orgánicos y compuestos. La aplicación de estos materiales se analiza en las siguientes secciones, en las que también se describen las influencias ambientales sobre los materiales.

4 Materiales cementosos Cualquier sustancia que aglutine materiales puede considerarse como cemento. Hay muchos tipos de cementos, pero en construcción el término "cementos" se refiere a agentes que se mezclan con agua u otro líquido, O con ambos, para obtener una pasta aglutinante. Inicialmente, una masa de partículas cubierta con la pasta está en estado plástico y puede conformarse, o moldearse, en varias formas. Esta mezcla puede tenerse por material cementoso porque puede aglutinar otros materiales. Tras un tiempo, debido a reacciones químicas, la pasta fragua y la masa se endurece. Cuando las partículas san agregados finos (arena), se obtiene mortero; cuando son agregados finos mezclados con gruesos, se obtiene concreto.

4.1 Tipos de materiales cementosos Los materiales cementosos se pueden clasificar en varias formas. Una de las que con frecuencia se utiliza es por el constituyente químico que ocasiona el fraguado o endurecimiento del cemento. Los cementos de silicato y aluminato, donde los agentes fraguadores son silicatos y aluminatos de calcio, son los tipos que se usan con más frecuencia. Las cales, donde el endurecimiento se debe a la conversión de hidróxidos en carbonatos, se utilizaron anteriormente como el único material cementoso, pero su lento fraguado y endurecimiento no son compatibles con las necesidades modernas. Por lo tanto, su principal función en la actualidad consiste en plastificar los cementos que de otra forma serian gruesos y agregar elasticidad a morteros y repellos. El uso de cal es benéfico debido a que su lento fraguado favorece la cura o recementación de grietas superficiales finas. Otra clase de cementos está formada de yeso calcinado y sus productos afines. Los cementos de yeso son de uso generalizado en el repellado de interiores y en la fabricación de entarimados y de bloques, pero la solubilidad del yeso impide su uso en construcciones expuestas a cualquier clima excepto los extremadamente secos. Los cementos de oxicloruro constituyen un tipo de cementos especiales de propiedades poco comunes. Su costo es prohibitivo para uso general si compite con cementos más baratos pero, para usos especiales como por ejemplo en la construcción de pisos a prueba de chispas, no tienen igual. Pág. 2

Los cementos de mampostería o cementos de mortero son de uso generalizado debido a su utilidad. Si bien es cierto que constituyen, en general, mezclas de uno o más de los cementos citados antes con algunos agregados, merecen consideración especial por su economía. Se pueden utilizar otros materiales cementosos, como son los polímeros, cenizas finas y gas de sílice como sustitutos del cemento en concreto. Los polímeros son plásticos con moléculas de cadena larga; los concretos hechos con ellos tienen muchas cualidades muy superiores a las del concreto ordinario. El gas de sílice, también conocido como microsílica es un producto de desecho de hornos de arco eléctrico. La sílice reacciona con cal en concreto para formar un material cementoso. Una partícula de gas tiene un diámetro de sólo 1% del de una partícula de cemento.

4.2 Cementos portland Las partículas que, se convierten en agentes aglutinantes se conocen como cementos hidráulicos cuando se mezclan con agua. Los cementos de uso más generalizado en construcción son los cementos portland, que se elaboran con la incorporación de una mezcla de materiales calcáreos y arcillosos. La materia prima se dosifica con todo cuidado para obtener las cantidades deseadas de cal, sílice, óxido de aluminio y óxido de hierro. Después de triturada, para facilitar la calcinación, la materia prima se pasa alargo horno rotatorio, que se mantiene a una temperatura de alrededor de 2700° F. La materia prima, durante su calcinación, sufre reacciones químicas y forma nódulos duros, del tamaño de una nuez, de un nuevo material llamado clínker. El clínker, después de descargarlo del horno y enfriarlo, se tritura para formar un polvo fino (no menos de 1600 cm2 por gramo de superficie específica BIaine). Durante este proceso de trituración, se agrega un retardante (por lo general un pequeño porcentaje de yeso) para controlar la rapidez de fraguado en el momento en que se hidrate el cemento. El polvo fino es el cemento portland. Hay cuatro compuestos que constituyen más del 90% de peso de cemento portland, a saber: silicato tricálcico (C3S), silicato dicálcico (C2S), aluminato tricálcico (C3A) y ferroaluminato tetracálcico (C4AF). Cada uno de estos compuestos puede identificarse en la estructura del clínker de cemento portland vista al microscopio y cada uno aporta propiedades características que determinan la mezcla final.

4.2.1 Hidratación del cemento Cuando se agrega agua al cemento portland, los compuestos básicos presentes se transforman en nuevos compuestos por reacciones químicas Silicato tricálcico + agua

gel de tobermorita + hidróxido de calcio

Silicato dicálcico + agua

gel de tobermorita + hidróxido de calcio

Ferroaluminato tetracálcico + agua + hidróxido de calcio Aluminato tricálcico + agua + hidróxido de calcio Aluminato tricálcico + agua + yeso

hidrato de ferroaluminato cálcico

hidrato de aluminato tetracálcico

monosulfoaluminatos de calcio

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Dos silicatos de calcio, que constituyen alrededor del 75% por peso del cemento portland, reaccionan con el agua para producir dos nuevos compuestos: gel de tobermorita el cual no es cristalino e hidróxido de calcio que es cristalino. En la pasta de cemento completamente hidratada, el hidróxido de calcio constituye el 25% del peso y el gel de tobermorita, alrededor del 50%. La tercera y cuarta reacciones muestran cómo se combinan los otros dos compuestos principales del cemento portland con el agua para formar productos de reacción. En la última reacción aparece el yeso, compuesto agregado al cemento portland durante la trituración del clínker para controlar el fraguado. Cada producto de la relación de hidratación desempeña una función en el comportamiento mecánico de la pasta endurecida. El más importante de ellos es el compuesto llamado gel de tobermorita, el cual es el principal compuesto aglomerante de la pasta de cemento, Este gel tiene composición y estructura semejantes a la de un mineral natural, llamado tobermorita, debido a que fue descubierto en la zona de Tobermory en Escocia, Este gel es una sustancia dividida, extremadamente fina, con estructura coherente, El diámetro promedio de un gramo de cemento portland proveniente de la trituración del clínker es de alrededor de 10 μm. Las partículas del producto de hidratación, gel de tobermorita, son del orden de una milésima de este tamaño, Las partículas de ese minúsculo tamaño sólo pueden observarse con la amplificación disponible en un microscopio electrónico. La enorme superficie específica del gel (alrededor de 3 malones de cm2 por gramo) produce fuerzas atractivas entre las partículas, porque los átomos en cada superficie tratan de completar sus enlaces insaturados por medio de adsorción, Estas fuerzas ocasionan que las partículas de gel de tobermorita se adhieran entre sí y con otras partículas introducidas en la pasta de cemento. Por tanto, el gel de tobermorita forma la base de la pasta de cemento endurecida y del concreto, porque liga o aglutina entre sí a todos los componentes.

4.2.2 Efectos de los compuestos del cemento portland Cada uno de los cuatro compuestos principales del cemento portland contribuyen en el comportamiento del cemento, cuando pasa del estado plástico al endurecido después de la hidratación. El conocimiento del comportamiento de cada uno de los compuestos principales durante la hidratación permita ajustar las cantidades de cada uno durante la fabricación, para producir las propiedades deseadas en el cemento. El silicato tricálcico (C3S) es el que produce la alta resistencia inicial del cemento portland hidratado. Pasa del fraguado inicial al final en unas cuantas horas, La reacción del C 3S con agua desprende una gran cantidad de calor (calor de hidratación). La rapidez de endurecimiento de la pasta de cemento está en relación directa con el calor de hidratación; cuanto más rápido sea el fraguado, tanto mayor será la exotermía. El C 3S hidratado alcanza gran parte de su resistencia en siete días El silicato dicálcico (C2S) se encuentra en tres formas diferentes designadas alfa, beta y gamma, Dado que la fase alfa es inestable a la temperatura ambiente y la fase gamma no muestra endurecimiento al hidratarla, sólo la fase beta es importante en cemento portland, El C2S beta requiere algunos días para fraguar, Es el causante principal de la resistencia posterior de la pasta de cemento portland. Debido a que la reacción de hidratación Pág. 4

avanza con lentitud, hay un bajo calor de hidratación. El compuesto C 2S beta en el cemento portland desarrolla menores resistencias hasta después de 28 días; sin embargo, aumenta gradualmente, alcanzando una resistencia similar a la del C3S, El aluminato tricálcico (C3A) presenta fraguado instantáneo al hidratado. Es el causante primario del fraguado inicial del cemento portland y desprende grandes cantidades de calor durante la hidratación. El yeso agregado al cemento portland durante la trituración o molienda en el proceso de fabricación, se combina con el C 3A para controlar el tiempo de fraguado. El compuesto C3A muestra poco aumento en la resistencia después de un día. Aunque el C3A hidratado, por sí solo, produce una resistencia muy baja, su presencia en el cemento portland hidratado produce otros efectos importantes. Un aumento en la cantidad de C3A en el cemento portland ocasiona un fraguado más rápido y también disminuye la resistencia del producto final al ataque de los sulfatos. El ferroaluminato tetracálcico (C4AF) es semejante al C3A, porque se hidrata con rapidez y sólo desarrolla baja resistencia. No obstante, al contrario de C 3A, no muestra fraguado instantáneo. La velocidad de hidratación es afectada, además de la composición, por la finura de molienda, la cantidad de agua agregada y las temperaturas de los componentes al momento de mezclarlos. Para lograr una hidratación más rápida, los cementos se trituran hasta dejarlos muy finos. El aumento inicial en la temperatura y la presencia de una cantidad suficiente de agua también aceleran la rapidez de reacción,

4.2.3 Especificaciones para el cemento portland Los cementos portland, por lo general, se fabrican en cinco tipos, cuyas propiedades se han normalizado sobre la base de la Especificación ASTM de Normas para el Cemento Portland (C150). Los tipos se distinguen según los requisitos tanto químicos como físicos.

El cemento tipo I Para usos generales, es el que más se emplea para fines estructurales cuando no se requieren las propiedades especiales especificadas para los otros cuatro tipos de cemento.

El cemento tipo II Modificado para usos generales, se emplea cuando se prevé una exposición moderada al ataque por sulfatos o cuando se requiere un moderado calor de hidratación. Estas características se logran al imponer limitaciones en el contenido de C3S y C2S del cemento. El cemento II adquiere resistencia con más lentitud que el tipo I; pero al final de cuentas, alcanza la misma resistencia. El cemento tipo II, cuando se satisfacen los requisitos químicos opcionales, se puede utilizar como cemento de bajo contenido de álcali en presencia de agregados reactivos al álcali en concretos.

El cemento tipo III De alta resistencia inicial, es recomendable cuando se necesita una resistencia temprana en una situación particular de construcción. El concreto hecho con el cemento tipo III desarrolla en 7 días una resistencia igual a la desarrollada en 28 días por concretos hechos con cemento tipo I o tipo II. Esta alta resistencia inicial se logra al aumentar el contenido de C3S y de C3A en el cemento y al molerlo más fino. Las especificaciones no exigen un mínimo de finura, pero se advierte un límite práctico cuando las partículas son Pág. 5

tan diminutos, que una cantidad muy pequeña de humedad prehidratará el cemento durante el almacenamiento y manejo. Dado que el cemento tipo III tiene un gran desprendimiento de calor, no se debe usar en colados masivos. Con un 15% de C 3A presenta una mala resistencia a los sulfatos. El contenido de C 3A puede limitarse al 8% para obtener una resistencia moderada a los sulfatos, o a 5% cuando se requiere alta resistencia.

El cemento tipo IV De bajo calor de hidratación, se ha desarrollado para usarse en concreto masivo. Si se utiliza cemento tipo I en colados masivos que no puedan perder calor por radiación, el cemento libera suficiente calor durante la hidratación aumentando la temperatura del concreto hasta unos 50º o 60º F. Esto causa un aumento relativamente grande de las dimensiones mientras el concreto está todavía en estado plástico; posteriormente, su enfriamiento diferencial después de endurecer ocasiona que se produzcan grietas por contracción. El bajo calor de hidratación en el cemento tipo IV se logra limitando los compuestos que más influyen en la formación de calor por hidratación, o sea, C 3A y C3S. Dado que estos compuestos también aportan la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una mezcla que gana resistencia con lentitud. El calor de hidratación del cemento tipo IV suele ser más o menos 80% del de tipo A, 65% del de tipo I y 55% del de tipo III después de la primera semana de hidratación. Los porcentajes son un poco mayores después de más o menos un año.

El cemento tipo V Resistente a los sulfatos se especifica cuando hay una exposición intensa a los sulfatos. Las aplicaciones típicas comprenden las estructuras hidráulicas expuestas a aguas con alto contenido de álcalis y en estructuras expuestas al .agua del mar. La resistencia al sulfato del cemento tipo V se logra minimizando el contenido de C 3A, pues este compuesto es el más susceptible al ataque por sulfatos. Los cementos tipo IV y V son especiales y los mayoristas de materiales de construcción no suelen tenerlos en existencia. Por lo general, se deben solicitar por anticipado al fabricante cuando se trata de obras grandes. Los cementos portland con aire retenido (ASTM C226) son para la producción de concreto expuesto a intensas heladas. Estos cementos se fabrican en los tipos I, A y III, pero no en los IV y V. Cuando el fabricante ha agregado un agente retenedor de aire al cemento, éste se designa tipo IA, IIA o IIIA.

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Otros tipos de cementos 5 Otros tipos de cementos hidráulicos Aun cuando los cementos portland son los cementos hidráulicos modernos más comunes, hay otras varias clases en uso en la actualidad.

5.1 Cementos aluminosos Estos cementos se preparan fundiendo una mezcla de materiales aluminosos y calcáreos (generalmente bauxita y piedra caliza) y triturando el producto resultante hasta obtener un polvo fino. Estos cementos se caracterizan por sus propiedades de rápido endurecimiento y alta resistencia desarrollados en los primeros curados. En vista que el cemento aluminoso libera rápidamente una gran cantidad de calor durante la hidratación, debe tenerse cuidado de no utilizar el cemento en lugares donde no se pueda disipar calor. Por lo general no es deseable para colocar concretos de cemento aluminoso en coladas de más de 12 in, de otro modo la elevación de la temperatura puede ocasionar un grave debilitamiento del concreto. Los cementos aluminosos son mucho más resistentes a la acción de aguas sulfatadas de lo que son los cementos portland. También son mucho más resistentes que los cementos de silicatos al ataque de aguas que contengan el agresivo dióxido de carbono o ácidos minerales débiles. Su principal uso está en concretos donde se puede aprovechar su muy alta resistencia inicial o su resistencia a sulfatos, y donde el costo extra del cemento no sea un factor importante. Otro uso de los cementos aluminosos está en su combinación con ladrillo refractario para hacer concreto refractario. A medida que aumentan las temperaturas se presenta la deshidratación de los productos de hidratación. Por último, estos compuestos crean un enlace cerámica con los agregados.

5.2 Cemento portland blanco Estos cementos producen morteros de color blanco brillante para uso en aplicaciones arquitectónicas. Para obtener este color blanco en el cemento es necesario utilizar materia prima con bajo contenido de óxido de hierro, usar combustible sin pirita y calcinar a una temperatura arriba de la necesaria para el cemento portland normal. Las propiedades físicas generalmente satisfacen los requisitos de un cemento portland tipo I.

5.3 Cementos naturales Los cementos naturales se forman calcinando una mezcla natural de sustancias calcáreas y arcillosas a una temperatura abajo de aquella en que tiene lugar la sinterización. La "Especificación para cemento natural", ASTM C10, exige que la temperatura no sea más alta de lo necesario para desprender el gas de ácido carbónico. Como los cementos naturales se derivan de materiales que se presentan en forma natural y no se hace un esfuerzo especial para ajustar la composición, tanto la composición como las propiedades varían en una forma más bien amplia. Algunos cementos naturales pueden ser casi equivalentes en propiedades al cemento portland; Pág. 7

otros son mucho más débiles. Los cementos naturales se utilizan principalmente en morteros para albañilería y como agregado en concretos de cemento portland.

5.4 Cales Se hacen principalmente de óxido de calcio (CaO), que se presenta en forma natural en piedra caliza, mármol, greda, coral y conchas. En construcción, se utilizan por lo general en morteros y se obtienen al extraer agua de materiales naturales. Sus propiedades aglutinantes se deben a la reabsorción del agua expulsada y a la formación de los mismos compuestos químicos de los que se componía la materia prima original.

La cal hidráulica Se hace al calcinar piedra caliza, que contenga sílice y alúmina, a una temperatura un poco inferior a la de fusión incipiente. En el apagado (hidratación), se suministra sólo el agua suficiente para hidratar la cal libre y formar suficiente cal libre (CaO), para permitir la hidratación y dejar sin hidratar suficientes silicatos de calcio para dar al polvo seco sus propiedades hidráulicas. Debido a Su bajo contenido de silicato y alto contenido de cal, las cales hidráulicas son relativamente débiles y se usan principalmente en morteros para albañilería.

La cal viva Es el producto de calcinar (hacer pulverulenta por calentamiento) piedra caliza que contenga grandes proporciones de carbonato de calcio (CaCO) y un poco de carbonato de magnesio (MgCO). La calcinación evapora el agua de la piedra, calienta ésta a una temperatura suficientemente alta para que ocurra una disociación química y desprende bióxido de carbono como gas, dejando los óxidos de calcio y magnesia. El óxido de calcio resultante (CaO), que recibe el nombre de cal viva, tiene una gran afinidad para el agua. La cal viva, destinada para usarse en construcción, debe combinarse primero con la cantidad correcta de agua para formar una pasta de cal, proceso que se denomina apagado. Cuando la cal viva se mezcla con una proporción de dos a tres veces su peso de agua, el óxido de cal se combina con el agua para formar hidróxido de calcio y se genera suficiente calor para que hierva toda la masa. El producto resultante es una suspensión finamente dividida de hidróxido de calcio (y óxido de magnesio) que, al enfriarse, se endurece para formar una masilla. Esta última, tras un periodo de curado, se utiliza básicamente en morteros para albañilería a los que imparte una gran facilidad para moldearse. También se puede utilizar como agregado en concretos para mejorar su moldeo.

Las cales hidratadas Se preparan con cal viva por la adición de una cantidad limitada de agua durante el proceso de fabricación. La cal hidratada fue desarrollada para ejercer mejor control sobre la operación de apagado, al efectuar esto durante la manufactura y no en el campo de construcción. Después que el proceso de hidratación deja de producir calor, se obtendrá un polvo seco como resultado final. La cal hidratada se puede utilizar en el campo en la misma forma que la cal viva, como masilla o pasta, pero no requiere de un largo periodo de curado; también se puede mezclar con arena cuando está seca, antes de agregar agua. La cal hidratada se puede manejar con más facilidad que la cal viva porque no es tan sensible a la humedad. La plasticidad de morteros hechos con cales hidratadas, aun cuando es mejor de la que tiene la mayor parte de los cementos, no es tan alta como la de morteros hechos con una cantidad equivalente de masilla de cal viva apagada.

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5.5 Cementos de yeso El yeso mineral cuando es puro, está formado de dihidrato cristalino de sulfato de calcio (CaSO4.2H2O). Cuando se calienta a temperaturas arriba de 212° F pero que no rebasen los 374° F, se desprenden tres cuartas partes del agua de cristalización. El producto resultante, CaSO4.½H2O, llamado yeso mate o de París, es un polvo fino y blanco. Cuándo se recombina con agua, fragua rápidamente y alcanza resistencia al secarse al reformar el dihidrato original de sulfato de calcio. El yeso mate se utiliza como yeso para mezclar con cal o para moldear, o se combina con fibra y arena para formar un yeso "cemento". Los yesos tienen un fuerte fraguado y alcanzan toda su resistencia cuando están secos.

5.6 Cementos de oxicloruro Los cementos de oxicloruro de magnesia se forman por una reacción entre óxido de magnesia ligeramente calcinado (MgO) y una fuerte solución acuosa de cloruro de magnesia (MgCl2). El producto resultante es un material aglutinante denso y duro, con estructura cristalina. Este cemento de oxicloruro, o cemento Sorel, desarrolla mejor ligamento con agregado que con cemento portland. Muchas veces se mezcla con agregado de color para hacer composiciones de pisos, o se utiliza para aglomerar virutas o aserrín de madera en la fabricación de bloques o losetas para muros divisorios. Tiene resistencia moderada al agua pero no debe utilizarse en condiciones de humedad continua. Un cemento similar de oxicloruro se hace al mezclar óxido de zinc y cloruro de zinc.

5.7 Cementos para albañilería Los cementos para albañilería, o cementos para mortero, se fabrican para mezclarse con arena y emplearse para colocar unidades de albañilería, como ladrillos, tejas o piedras. Pueden ser uno cualquiera de los cementos hidráulicos ya estudiados, o combinaciones de los mismos en cualquier proporción. Muchos cementos comerciales para albañilería son mezclas de cemento portland y piedra caliza pulverizada, que muchas veces contienen hasta un 50 o 60% de piedra caliza. Se venden en bolsas que contienen de 70 a 80 lb, cada bolsa con un contenido nominal de un pie cúbico. El precio por bolsa es por lo general menor al del cemento portland, pero debido a que se emplea una bolsa más liviana, el costo por tonelada es más alto que el del cemento portland. Como no hay límites en la composición química ni en los requisitos físicos, las especificaciones del cemento para albañilería no son rígidas. Algunos fabricantes hacen variar ampliamente la composición, dependiendo de la competencia, condiciones climáticas o disponibilidad de materiales. Las propiedades de los morteros resultantes pueden variar bastante.

5.8 Cenizas finas La ceniza fina que satisface la norma de la ASTM C618, "Especificación para ceniza fina y puzolana natural calcinada o en bruto para uso como agregado mineral en concreto de cemento portland", se utiliza generalmente como material cementoso y como agregado.

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Las puzolanas naturales se derivan de algunas tierras diatomáceas, horstenos y esquistos opalinos, y otros materiales. Si bien es cierto que forman parte de una designación ASTM común con las cenizas finas, no se encuentran tan fácilmente como estas últimas y por lo tanto no generan el mismo nivel de interés o investigación. Las cenizas finas se producen por combustión de carbones, generalmente en plantas de generación eléctrica. La ceniza que en forma normal sería expulsada por una chimenea se retiene por diferentes medios, como por ejemplo precipitadores electrostáticos. La ceniza fina se puede clasificar por tamaños antes de enviarse a fabricantes de concretos. Todas las cenizas finas poseen las propiedades de las puzolanas, o sea que tienen la capacidad de reaccionar con hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos con propiedades cementosas. Cuando se mezcla cemento con agua ocurre una reacción química (hidratación); el producto de esta reacción es el hidrato de silicato de calcio (CSH) y el hidróxido de calcio [Ca(OH) 2]. Las cenizas finas tienen altos porcentajes de dióxido de silicio (SiO2). En presencia de humedad, el Ca(OH)2 reacciona con el SiO2 para formar otro CSH. Las cenizas tipo F son el resultado de calcinar antracita o carbones bituminosos y poseen propiedades puzolánicas. Tanto en investigaciones como en la práctica se ha demostrado que suelen presentar resistencia al sulfato y reducir expansiones de agregados de álcali. Las cenizas finas tipo C resultan de calcinar lignito o carbones subbituminosos. Debido a las propiedades químicas del carbón, las cenizas finas tipo C tienen algunas propiedades cementosas además de las puzolánicas; también podrán reducir la durabilidad de concretos en los que se incorporen.

5.9 Humos de sílice (microsílica) El humo de sílice, o microsílica, es un gas condensado producto de aleaciones de silicio metálico o ferrosilicio que se obtiene en hornos de arco eléctrico. [Aun cuando ambos términos son correctos, el microsílice (MS) es un nombre menos confuso. La norma canadiense CAN/CSA-A23.5-M86, "Materiales cementosos suplementarios", limita el SiO2 amorfo a un máximo de 85% y un tamaño extra grande de 10%. Muchos microsílices contienen más de 90% de SiO2. El MS tiene un diámetro promedio de 0.1 a 0.2 μm, que es alrededor del 1% del tamaño de partícula del cemento portland. Debido a este tamaño tan .pequeño, no es posible utilizar el MS en su forma bruta. Los fabricantes lo suministran ya sea densificado, en un lodo (con o sin agregados reductores de agua), en pastillas o esferillas. El MS densificado o el de Iodos se pueden utilizar en concretos; el de pastillas o esferillas se densifica al punto de que no se rompe durante la mezcla. Debido a su tamaño muy pequeño, el MS imparte varias propiedades útiles al concreto: aumenta mucho su resistencia a largo plazo, reacciona en forma muy eficiente con el Ca(OH)2 y crea un material benéfico en lugar de un producto de desecho. El MS se utiliza generalmente en concreto con una resistencia de diseño de más de 12 000 psi. Comunica al concreto mayor resistencia a sulfatos, y reduce en forma considerable la permeabilidad del concreto. Del mismo modo, su pequeño tamaño permite al MS tapar físicamente grietas pequeñas y aberturas diminutas.

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Morteros y lechadas

6 Morteros y lechadas Los morteros se hacen de cemento, agregado fino (arena) yagua. Se utilizan para la erección de unidades de albañilería, yesos y masillas y, con la adición de agregados gruesos, para concretos. Las propiedades de los morteros varían grandemente, dependiendo de las propiedades del cemento que se utilice, de la proporción entre cemento y arena, de las características y granulometría de la arena, y de la proporción entre agua y sólidos. Las lechadas son semejantes a los morteros en composición, pero las mezclas se proporcionan para obtener, antes del fraguado, una consistencia de fluidez sin segregación de los componentes.

6.1 Empaque y proporción de morteros En general, los morteros están proporcionados por volumen. Una especificación común es que no más de 3 ft3 de arena se utilicen con 1 ft3 de material cementoso. A veces hay dificultades para determinar exactamente cuánto material constituye un pie cúbico: una bolsa de cemento (94 lb), por convenio, se denomina pie cúbico al hacer proporciones de morteros o concretos, pero se puede utilizar un pie cúbico real de masilla de cal al hacer proporciones de morteros. Como las cales hidratadas se venden en bolsas de 50 lb, cada una de las cuales tiene un poco más de un pie cúbico de masilla, pesos de 40, 42 y 45 lb de cal hidratada se han utilizado como un pie cúbico en estudios de laboratorio, pero, en el trabajo, se utiliza con frecuencia una bolsa como pie cúbico. Los cementos para albañilería se venden en bolsas que contienen de 70 a 80 lb, y una bolsa se considera como un pie cúbico.

6.2 Propiedades de morteros La facilidad de ser trabajable es una propiedad importante de los morteros, en particular de los que se emplean junto con una unidad de albañilería de alta absorción. La propiedad de ser trabajable se controla mediante el carácter del cemento y la cantidad de arena. Por ejemplo, un mortero hecho de 3 partes de arena y 1 parte de masilla de cal apagada será más trabajable que una hecha de 2 partes de arena y 1 parte de cemento portland. Pero el mortero de 3:1 tiene menor resistencia. Mediante la correcta selección o mezcla de materiales cementosos, se obtiene generalmente un término medio satisfactorio, o sea un mortero de adecuada resistencia y facilidad de ser trabajable. Retención de agua es la proporción entre fluidez después de 1 minuto de succión estándar y la fluidez antes de la succión – se utiliza como índice de la facilidad de los morteros para ser trabajables. Un alto valor de retención de agua se considera deseable para la mayor parte de los propósitos, pero hay una amplia variación en la retención de Pág. 11

agua en morteros hechos con proporciones variables de cemento y cal y con cales variables. La "Especificación estándar para morteros para unidad de albañilería", ASTM C270, exige que el mortero se mezcle a una fluidez inicial de 100 a 115, como se determina por el método de prueba de la ASTM C109, para tener una fluidez después de succión de por lo menos 75%. La resistencia del mortero se utiliza con frecuencia como requisito de especificación, aun cuando tiene poca relación con la resistencia de albañilería. La resistencia del mortero es afectada principalmente por la cantidad de cemento en la matriz. Otros factores de importancia son la proporción de arena y material cementoso, condiciones de curado y edad cuando se prueba. El cambio de volumen de morteros constituye otra propiedad importante. El cambio normal de volumen (como se distingue por la inexactitud) puede considerarse como la contracción durante el endurecimiento tempranero, contracción en el secado, expansión en el mojado y cambios debidos a la temperatura. Una vez secos, los morteros se dilatan otra vez cuando se mojan. El mojado y secado alternados producen dilatación y contracción alternadas que, en apariencia, continúa en forma indefinida con morteros de cemento portland. Los coeficientes de expansión térmica de varias morteros, reportados en "Cambios de volumen en materiales de ladrillo para albañilería", revista de investigación de la National Bureau of Standards, vol. 6, p. 1003, varían de 0.38 x 10-5 a 0.60 x 10-5 para morteros de cemento para albañilería; de 0.41 x 10-5 a 0.53 x 10-5 para morteros de cal, y de 0.42 x 105 a 0.61 x 10-5 para morteros de cemento. La composición de los materiales cementosos aparentemente tiene poco efecto en el coeficiente de expansión térmica de un mortero.

6.3 Morteros de alta adhesión Cuando al mortero se agregan materiales poliméricos, como el butadieno de estireno y cloruro de polivinilideno, aparecen fuerzas de adhesión, compresión y de corte grandemente aumentadas. Para obtener alta resistencia, los otros materiales, incluyendo arena, agua, cemento portland tipo I o lII, y un aditivo para facilidad de ser trabajable, como por ejemplo piedra caliza triturada y pulverizada o polvo de mármol, deben ser de calidad igual a la de los ingredientes del mortero estándar. La alta resistencia del mortero hace posible que la mampostería resista considerables esfuerzos de flexión y de tracción. Esto hace posible la construcción de paredes más delgadas y la preinstalación de paneles de media asta que se pueden erigir en el lugar.

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Agregados 7 Agregados para concretos de cemento portland El término "agregado" es amplio y comprende piedras-bola, pedruscos, piedra triturada, grava, escoria de alto horno enfriada por aire, arenas nativas y manufacturadas, y agregados de pesos ligeros manufacturados y naturales. Los agregados se pueden describir más por sus respectivos tamaños.

7.1 Agregados de peso normal. Típicamente, estos agregados tienen pesos específicos de entre 2.0 y 3.0. En general, se distinguen por su tamaño en la forma siguiente: Piedras-bola

Mayores de 6 in

Pedruscos

De 6 a 3 in

Agregado grueso

De 3 in a tamiz núm. 4

Agregado fino

Tamiz núm. 4 a tamiz núm. 200

Relleno mineral

Material que pase por el tamiz núm. 200

Empleados en la mayor parte de las construcciones de concreto, los agregados de peso normal se obtienen de lechos secos de ríos o al extraer y triturar material de formaciones. El concreto hecho con finos de peso normal y agregados gruesos pesa alrededor de 144 lb/ft3. Las piedras-bola y los pedruscos no se utilizan tal como se extraen, sino que son triturados hasta obtener los diversos tamaños de agregado grueso y arenas manufacturadas y relleno mineral. Las gravas y arenas en estado natural se obtienen por acción del agua y desgaste en glaciares y depósitos de ríos. Estos materiales tienen superficies tersas, redondas y distribuciones de tamaño de partículas que requieren de un procesamiento mínimo. Estos materiales se pueden obtener en granulometrías ya sea gruesa o de agregados finos. Los agregados finos pasan el 100% de su material por un tamiz de 3/8 de pulgada; los agregados gruesos retienen la mayor parte del material en un tamiz núm. 4. Los agregados comprenden alrededor del 75% del volumen de una mezcla típica de concreto. La limpieza, estabilidad de volumen, resistencia y forma de la partícula son importantes en cualquier agregado. Los agregados se consideran limpios si no tienen exceso de arcilla, sedimento, mica, materia orgánica, sales químicas y granos cubiertos. Un agregado es físicamente estable en volumen si retiene estabilidad dimensional o bajo cambios de temperatura o humedad y resiste la intemperie sin descomposición. Para ser considerado adecuado en resistencia, un agregado debe ser capaz de aprovechar toda la fuerza de la matriz de cemento. Cuando la resistencia al desgaste sea importante, el agregado debe ser duro y tenaz. Se han desarrollado varios procesos para mejorar la calidad de los agregados que no satisfagan las especificaciones deseadas. Se puede utilizar el lavado para eliminar recubrimientos de las partículas o para cambiar la granulometría del agregado. Para mejorar los agregados gruesos se puede emplear la separación de elementos pesados, mediante un líquido de gravedad específica variable como es una suspensión de agua y magnetita finamente molida y ferrosilicio. El material no deseable de peso ligero se Pág. 13

elimina por flotación, y las partículas pesadas se asientan. La separación por vibración hidráulica, donde las partículas más ligeras son llevadas hacia arriba por pulsaciones causadas por aire o por diafragmas de hule, también es un medio para separar las partículas más ligeras. Las partículas suaves y desmenuzables se pueden separar de las duras y elásticas por un proceso llamado fraccionamiento elástico. Los agregados se dejan caer en una superficie inclinada de acero endurecido, y su calidad se mide por la distancia que rebotan. .Los agregados que contienen ciertas formas de sílice o carbonatos pueden reaccionar con los álcalis presentes en el cemento portland (óxido de sodio y óxido de potasio). El producto de reacción agrieta el concreto o puede crear ampollas en la superficie del concreto. La reacción es más pronunciada cuando el concreto está en un medio caliente y húmedo. La reactividad potencial de un agregado con álcalis se puede determinar ya sea mediante prueba química (ASTM C289) o por el método de barra de mortero (ASTM C227); este último método es una prueba más rigurosa y proporciona resultados más confiables, pero requiere un tiempo mucho más largo para realizarse. La dureza de un agregado grueso se mide por las pruebas de abrasión de Los Ángeles, ASTM C131 o C595. Estas pruebas rompen el agregado al impactarlo con bolas de acero en un tambor de la misma aleación. La descomposición resultante no está directamente relacionada con la abrasión que un agregado recibe en servicio, pero los resultados pueden estar relacionados en forma empírica. La estabilidad de volumen de un agregado se mide mediante la prueba ASTM C88 "Test Method for Soundness of Aggregates by Use of Sodium Sulfate or Magnesium SuIfate", Esta prueba mide la cantidad de degradación del agregado cuando se expone a ciclos alternados de mojado y secado en una solución de sulfato. La forma de partícula tiene un efecto importante en las propiedades del concreto. La arena y grava naturales tienen una forma de partícula redonda y tersa. El agregado triturado (grueso o fino) puede tener formas que son planas y alargadas, angulares, cúbicas, semejantes a discos o a barras. Estas formas resultan según el equipo de trituración que se utilice y de la mineralogía del agregado. La angulosidad y elongación (alargamiento) extremas aumentan la cantidad de cemento necesario para dar resistencia, producen dificultad en el acabado y aumentan el esfuerzo necesario para bombear el concreto. Las partículas planas y alargadas también aumentan la cantidad necesaria de agua para la mezcla. El aglutinamiento entre partículas angulares es mayor que entre las tersas. Las partículas angulares, debidamente graduadas, pueden aprovechar esta propiedad y reducir el aumento de agua necesaria para obtener concreto con contenido de cemento y resistencia igual a la de una mezcla de piedra tersa. La resistencia a congelamiento y deshielo es afectada por la estructura de poros, absorción, porosidad y permeabilidad del agregado. Los agregados que se saturen en forma crítica y luego se congelen no pueden tener espacio para la expansión del agua congelada. Datos empíricos muestran que el deterioro por congelación y deshielo del concreto es ocasionado por agregados gruesos, no finos. Un método prescrito en “Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing", ASTM C666, mide la operación del concreto por cambios de peso, una reducción en el módulo dinámico de elasticidad, y aumentos en la longitud de la muestra. Los tiempos erráticos de fraguado y de rapidez de endurecimiento pueden ser ocasionados por impurezas orgánicas de los agregados, principalmente de la arena. La presencia de estas impurezas puede investigarse por un método dado en "Test Method for Organic Impurities in Fine Aggregates for Concrete", ASTM C40.

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Las ampollas y la reducida durabilidad pueden ser ocasionadas por partículas suaves, terrones de arcilla de horsteno y otras partículas desmenuzables, carbón, lignito, u otros materiales de peso ligero en los agregados. El carbón y el lignito también pueden ocasionar manchas de superficies expuestas del concreto. La estabilidad de volumen se refiere a la susceptibilidad del agregado a la expansión cuando se calienta, o a expansiones y contracciones cíclicas al secarse y saturarse. Los agregados que son susceptibles a cambios de volumen debidos a la humedad deben evitarse. La granulometría y el tamaño máximo de los agregados son importantes debido a su efecto en la dosificación, trabajabilidad, economía, porosidad y contracción del concreto. La distribución del tamaño de partículas se determina por separación con una serie de tamices estándar. Los tamices estándar utilizados son los núm. 4, 8, 16, 30, 50 y 100, para agregado fino, y 6, 3,1½, ¾ y 3/8 in y núm. 4 para agregado grueso El módulo de finura (F.M.) es un índice para describir lo fino o grueso del agregado. El módulo de finura de una arena se cálculo sumando los porcentajes retenidos acumulados en las seis mallas estándar y dividiendo la suma entre 100. El módulo de finura no es indicador de granulometría, ya que un número infinito de tamizados dará el mismo valor para el módulo de finura, pero da una idea del grosor o finura del material. Los valores de F.M. de 2.50 a 3.00 son normales. La norma ASTM C33 indica límites de granulometría de agregados finos y gruesos. Los últimos aparecen desde tamaño 1 (3½ a 1½ in) a tamaño 8 (3/8 a núm. 8). La National Stone Association especifica una graduación para arenas manufacturadas que difiere de la del agregado fino en C33 principalmente para tamices núm. 100 y 200. La graduación de La NSA es notoriamente más fina (mayores porcentajes pasan por cada tamiz). Los materiales finos, compuestos de partículas angulares, son rocas finas, al contrario de sedimentos y arcillas de arena natural, y contribuye a la facilidad de trabajar el concreto. Las diversas graduaciones indican tamaños estándar para la producción de agregados y pruebas de control de calidad. Conducen a la producción de concreto con propiedades aceptables, pero debe tenerse cuidado cuando se utilicen límites estándar de granulometría individual. Si el número de tamaños de agregado es limitado, o no hay suficiente traslapo entre tamaños de agregado, no se puede obtener un concreto aceptable o económico con agregados aceptablemente clasificados. La razón de esto es que la graduación combinada está clasificada por aberturas. La situación ideal es una distribución de tamaño densa o bien graduada que optimice el contenido vacío de los agregados combinados. Es posible, sin embargo, obtener un concreto aceptable con agregados individuales que no satisfagan los límites estándar pero que se pueden combinar para producir una graduación densa. El material que pasa por el tamiz núm. 200 es arcilla, sedimento o una combinación de estos dos. Aumenta la demanda de agua del agregado. Grandes cantidades de materiales menores al núm. 200 también pueden indicar la presencia de recubrimientos de arcilla en el agregado grueso que disminuiría el aglutinamiento del agregado a la matriz de cemento. En la ASTM C117 "MateriaIs Finer than 75μm Sieve in Mineral Aggregates by Washing" se da un método de prueba. Los cambios en la granulometría de arena en límites extremos tienen poco efecto en las resistencias compresivas de morteros y concretos cuando la proporción y asentamiento Pág. 15

de agua-cemento se mantienen constantes, pero tales cambios en la granulometría de la arena ocasionan que el contenido de cemento varíe inversa mente con el módulo de finura de la arena. Aun cuando este cambio en el contenido de cemento sea pequeño, la granulometría de la arena tiene gran influencia en la facilidad de trabajo y calidad del acabado del concreto. Por lo general, el tamaño del agregado grueso, se escoge procurando utilizar el mayor que resulte práctico para Un trabajo, siendo el límite superior normal de 6 in.

7.2 Agregados ligeros Los agregados ligeros se pueden obtener por expansión de arcilla, esquisto, pizarra, perlita, obsidiana y vermiculita por calor; mediante la expansión de escoria de alto horno con procesos especiales de enfriamiento; a partir de yacimientos de piedra pómez, escoria, cenizas volcánicas, toba y diatomita; y de cenizas industriales. La resistencia del concreto hecho con agregados ligeros está en función de su peso, que puede variar desde 35 hasta 115 lb/ft3. Los agregados de peso ligero se pueden dividir en dos categorías: estructurales y no estructurales. Los agregados estructurales de peso ligero están definidos por la ASTM C330 y la C331. Son manufacturados (arcilla expandida, esquisto, o pizarra, o escoria de alto horno) o naturales (escoria o piedra pómez). Estos agregados producen concretos generalmente en los límites entre 3000 y 4000 psi de resistencia; se pueden obtener resistencias más altas. Los agregados comunes de peso ligero no estructurales (ASTM C332) son vermiculita y perlita, aunque también se pueden utilizar escoria y piedra pómez. Estos materiales se emplean en concreto aislador para amortiguamiento de ruido y para acabados de piso no estructural. El concreto de peso ligero tiene mejor resistencia al fuego y mejores propiedades de aislamiento contra el calor y el sonido que el concreto ordinario, y ofrece ahorros en soportes estructurales y menos cimentaciones debido a menores cargas muertas. El concreto estructural con agregados de peso ligero cuesta de 30 a 50% más que el hecho con agregados ordinarios, y tiene más porosidad y más contracción al secado. La resistencia al desgaste por la intemperie es aproximadamente la misma para ambos tipos de concreto. El concreto de peso ligero se puede hacer con agentes espumantes como por ejemplo el polvo de aluminio, que genera un gas mientras el concreto está todavía en estado plástico y se puede dilatar.

7.3 Agregados gruesos En la construcción de reactores nucleares, se requieren grandes cantidades de concreto pesado para propósitos de blindaje y estructurales. Los agregados gruesos se utilizan en concretos para blindaje, porque la absorción de rayos gamma es proporcional a la densidad. El concreto pesado puede variar entre 150 lb/ft 3 del concreto normal y las 384 lb/ft3, cuando se utilizan municiones de acero como agregado fino y partículas de acero como agregado grueso. Además de los agregados fabricados a partir de productos de hierro, se han utilizado como agregados gruesos diversos productos de canteras y minerales, como la barita, limonita, hemetita, amenita y magnetita.

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TEXTO TEXTONº Nº88

Concretos 8.1 Concreto Hormigón o Concreto, material artificial utilizado en ingeniería que se obtiene mezclando cemento Portland, agua, algunos materiales bastos como la grava y otros refinados, y una pequeña cantidad de aire. El hormigón es casi el único material de construcción que llega en bruto a la obra. Esta característica hace que sea muy útil en construcción, ya que puede moldearse de muchas formas. Presenta una amplia variedad de texturas y colores y se utiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos. Otras características favorables del hormigón son su resistencia, su bajo costo y su larga duración. Si se mezcla con los materiales adecuados, el hormigón puede soportar fuerzas de compresión elevadas. Su resistencia longitudinal es baja, pero reforzándolo con acero y a través de un diseño adecuado se puede hacer que la estructura sea tan resistente a las fuerzas longitudinales como a la compresión. Su larga duración se evidencia en la conservación de columnas construidas por los egipcios hace más de 3.600 años.

8.2 Composición Los componentes principales del hormigón son pasta de cemento Portland, agua y aire, que puede entrar de forma natural y dejar unas pequeñas cavidades o se puede introducir artificialmente en forma de burbujas. Los materiales inertes pueden dividirse en dos grupos: materiales finos, como puede ser la arena, y materiales bastos, como grava, piedras o escoria. En general, se llaman materiales finos si sus partículas son menores que 6,4 mm y bastos si son mayores, pero según el grosor de la estructura que se va a construir el tamaño de los materiales bastos varía mucho. En la construcción de elementos de pequeño grosor se utilizan materiales con partículas pequeñas, de 6,4 mm. En la construcción de presas se utilizan piedras de 15 cm de diámetro o más. El tamaño de los materiales bastos no debe exceder la quinta parte de la dimensión más pequeña de la pieza de hormigón que se vaya a construir. Al mezclar el cemento Portland con agua, los compuestos del cemento reaccionan y forman una pasta aglutinadora. Si la mezcla está bien hecha, cada partícula de arena y cada trozo de grava queda envuelta por la pasta y todos los huecos que existan entre ellas quedarán rellenos. Cuando la pasta se seca y se endurece, todos estos materiales quedan ligados formando una masa sólida. En condiciones normales el hormigón se fortalece con el paso del tiempo. La reacción química entre el cemento y el agua que produce el endurecimiento de la pasta y la compactación de los materiales que se introducen en ella requiere tiempo. Esta reacción es rápida al principio pero después es mucho más lenta. Si hay humedad, el hormigón sigue endureciéndose durante años. Por ejemplo, la resistencia del hormigón vertido es de 70.307 g/cm2 al día siguiente, 316.382 g/cm2 una semana después, 421.842 g/cm2 al mes siguiente y 597.610 g/cm2 pasados cinco años. Las mezclas de hormigón se especifican en forma de relación entre los volúmenes de cemento, arena y piedra utilizados. Por ejemplo, una mezcla 1:2:3 consiste en una parte por volumen de cemento, dos partes de arena y tres partes de agregados sólidos. Según Pág. 17

su aplicación, se alteran estas proporciones para conseguir cambios específicos en sus propiedades, sobre todo en cuanto a resistencia y duración. Estas relaciones varían de 1:2:3 a 1:2:4 y 1:3:5. La cantidad de agua que se añade a estas mezclas es de 1 a 1,5 veces el volumen de cemento. Para obtener hormigón de alta resistencia el contenido de agua debe ser bajo, sólo el suficiente para humedecer toda la mezcla. En general, cuanta más agua se añada a la mezcla, más fácil será trabajarla, pero más débil será el hormigón cuando se endurezca. El hormigón puede hacerse absolutamente hermético y utilizarse para contener agua y para resistir la entrada de la misma. Por otra parte, para construir bases filtrantes, se puede hacer poroso y muy permeable. También puede presentar una superficie lisa y pulida tan suave como el cristal. Si se utilizan agregados pesados, como trozos de acero, se obtienen mezclas densas de 4.000 kg/m3. También se puede fabricar hormigón de sólo 481 kg/m3 utilizando agregados ligeros especiales y espumas. Estos hormigones ligeros flotan en el agua, se pueden serrar en trozos o clavar en otras superficies. Para pequeños trabajos o reparaciones, puede mezclarse a mano, pero sólo las máquinas mezcladoras garantizan una mezcla uniforme. La proporción recomendada para la mayoría de usos a pequeña escala —como suelos, aceras, calzadas, patios y piscinas— es la mezcla 1:2:3. Cuando la superficie del hormigón se ha endurecido requiere un tratamiento especial, ya sea salpicándola o cubriéndola con agua o con materiales que retengan la humedad, capas impermeables, capas plásticas, arpillera húmeda o arena. También hay pulverizadores especiales. Cuanto más tiempo se mantenga húmedo el hormigón, será más fuerte y durará más. En época de calor debe mantenerse húmedo por lo menos tres días, y en época de frío no se debe dejar congelar durante la fase inicial de endurecimiento. Para ello se cubre con una lona alquitranada o con otros productos que ayudan a mantener el calor generado por las reacciones químicas que se producen en su interior y provocan su endurecimiento.

8.3 Técnicas de construcción El hormigón se moldea de muchas maneras. Para construir los cimientos de pequeños edificios se vierte directamente en zanjas cavadas en la tierra. Para otros tipos de cimientos y algunos muros, se vierte entre los soportes o encofrados de madera o de hierro, que se eliminan cuando el hormigón se ha secado. En la construcción con losas prefabricadas, las planchas que forman techos y suelos se montan en el suelo y después se elevan con gatos hidráulicos y se fijan las columnas a la altura precisa. Los encofrados deslizantes se utilizan para formar columnas y los núcleos de los edificios. Se van moviendo hacia arriba de 15 a 38 cm por hora mientras se vierte el hormigón y se colocan los refuerzos. El método de fraguar hacia arriba se suele utilizar en la construcción de edificios de una o dos plantas. Las paredes se fraguan en tierra o en la planta correspondiente y se sitúan con grúas. Después se fijan las paredes por sus extremos o entre ellas a unas columnas de hormigón. Para pavimentar carreteras con hormigón se utiliza una máquina pavimentadora de cimbra móvil. Esta máquina arrastra una estructura con dos guías metálicas separadas. Se vierte una capa de hormigón entre las dos guías y la máquina va avanzando lentamente. Las guías de los laterales mantienen el hormigón en su sitio hasta que éste se seca. Estas pavimentadoras pueden forjar una capa continua de pavimento de hormigón de uno o dos carriles. En ciertas aplicaciones, como la construcción de piscinas, canales y superficies curvas, el hormigón puede aplicarse por inyección. Con este método el hormigón se pulveriza a presión con máquinas neumáticas sin necesidad de utilizar encofrados. Así se elimina todo el trabajo de los moldes de hierro y madera y se puede aplicar hormigón en lugares donde los métodos convencionales serían difíciles o imposibles de emplear.

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El hormigón con aire ocluido es hormigón en el que se introducen pequeñas burbujas de aire en la mezcla con el cemento, durante su fabricación, preparación o en la fase de mezclado con la arena y los agregados. La presencia de estas burbujas aporta propiedades favorables al hormigón, tanto cuando está fresco como cuando se ha endurecido. Cuando está fresco y recién mezclado las burbujas de aire actúan como lubricante; hacen la mezcla más manejable por lo que reducen la cantidad de agua necesaria para hacerla. Este sistema de aire también reduce la cantidad de arena necesaria. El aire presente en el hormigón endurecido reduce radicalmente los ajustes que derivan de la utilización de productos químicos anticongelantes en calles y carreteras. También previene los daños que producen en los pavimentos las heladas y deshielos. Las burbujas de aire funcionan como diminutas válvulas de seguridad que proporcionan espacio al agua para expandirse si la temperatura baja y se hiela.

8.4 Albañilería con hormigón En todos los tipos de construcción de albañilería se utilizan ladrillos o bloques de hormigón. Se emplean por ejemplo en muros de carga y paredes, malecones, bardas o cortafuegos; como refuerzo de paredes de ladrillo, piedra o enlucidas con estuco o yeso; para proteger del fuego estructuras de acero y recintos como huecos de escaleras y ascensores, y para construir muros de contención, chimeneas y suelos. Alrededor del 60% de los productos de hormigón para albañilería, como los bloques de escoria, se elaboran con agregados ligeros. Los más utilizados son arcillas tratadas, escoria de altos hornos, esquisto micáceo, agregados volcánicos naturales y cenizas. El tamaño de estos bloques, que se utilizan para construir paredes, tanto por debajo como por encima del suelo, suele ser de 20 × 20 × 40 cm. Estos bloques se colocan de forma horizontal y no suelen ser macizos para reducir peso y para que se forme una cámara de aire aislante. Se han desarrollado otros tipos de bloques de hormigón con dibujo que se utilizan sin revestimiento en casas, centros comerciales, escuelas, iglesias e instalaciones públicas. La medida de los bloques está ya estandarizada: se pueden conseguir bloques específicos para cualquier trabajo sin tener que cortar y ajustar. También hay moldes para producir bloques con dibujos y relieves para paredes interiores y exteriores. Es posible conseguir cualquier color o tipo de textura.

8.5 Hormigón armado En la mayoría de los trabajos de construcción, el hormigón se refuerza con armaduras metálicas, sobre todo de acero; este hormigón reforzado se conoce como ‘hormigón armado’. El acero proporciona la resistencia necesaria cuando la estructura tiene que soportar fuerzas longitudinales elevadas. El acero que se introduce en el hormigón suele ser una malla de alambre o barras sin desbastar o trenzadas. El hormigón y el acero forman un conjunto que transfiere las tensiones entre los dos elementos. El hormigón pretensado ha eliminado muchos obstáculos en cuanto a la envergadura y las cargas que soportan las estructuras de hormigón para ser viables desde el punto de vista económico. La función básica del acero pretensado es reducir las fuerzas longitudinales en ciertos puntos de la estructura. El pretensado se lleva a cabo tensando acero de alta resistencia para inducir fuerzas de compresión al hormigón. El efecto de esta fuerza de compresión es similar a lo que ocurre cuando queremos transportar una fila de libros horizontalmente; si aplicamos suficiente presión en los extremos, inducimos fuerzas de compresión a toda la fila, y podemos levantar y transportar toda la fila, aunque no se toquen los libros de la parte central. Estas fuerzas compresoras se inducen en el hormigón pretensado a través de la tensión de los refuerzos de acero antes de que se endurezca el hormigón, aunque en algunos Pág. 19

casos el acero se tensa cuando ya se ha secado. En el proceso de pretensado, el acero se tensa antes de verter el hormigón. Cuando el hormigón se ha endurecido alrededor de estos refuerzos tensados, se sueltan las barras de acero; éstas se encogen un poco e inducen fuerzas de compresión al hormigón. En otros casos, el hormigón se vierte alrededor del acero, pero sin que entre en contacto con él; cuando el hormigón se ha secado se ancla un extremo del refuerzo de acero al hormigón y se presiona por el otro extremo con gatos hidráulicos. Cuando la tensión es la requerida, se ancla el otro extremo del refuerzo y el hormigón queda comprimido.

8.6 Tipos de concreto Un concreto puede ser cualquiera de varios materiales manufacturados, semejantes a la piedra, compuestos de partículas llamadas agregados que se seleccionan y clasifican en tamaños especificados para una construcción, generalmente con una parte importante retenida en un tamiz núm. 4 (4.75 mm), y que se pegan mediante uno o más materiales cementosos para formar una masa sólida. El término "concreto", cuando se usa sin adjetivo modificador, de ordinario indica el producto formado por una mezcla de cemento portland, arena, grava o piedra triturada, y agua. Hay, sin embargo, muchos tipos diferentes de concreto. Algunos se distinguen por los tipos, tamaños y densidades de agregados; por ejemplo, concretos para fibra de madera, peso ligero, peso normal o de alto peso. Los nombres de otros pueden indicar el tipo de aglutinante que se utilice; por ejemplo, cemento hidráulico mezclado, cemento natural, polímero o concreto bituminoso (asfáltico). Los concretos son similares en composición a los morteros que se utilizan para pegar una unidad de mampostería, pero los morteros se hacen generalmente con arena como único agregado, en tanto que los concretos contienen agregados finos y agregados de mayor tamaño y con esto alcanzan mayor resistencia. Los concretos, por lo tanto, tienen campos mucho más amplios de aplicaciones estructurales, incluyendo pavimentos, cimentaciones, tubos, unidades de mampostería, losetas para pisos, viguetas, columnas, paredes, presas y estanques. Para el diseño de una mezcla de concreto, los ingredientes se especifican para alcanzar objetivos específicos, tales como resistencia, durabilidad, resistencia a la abrasión, bajo cambio de volumen y costo mínimo. Los ingredientes se mezclan para asegurarse que los agregados gruesos, o de gran tamaño, se encuentren uniformemente distribuidos, que los agregados finos llenen los huecos entre los agregados más grandes y que todos se encuentren cubiertos por el cemento. Antes que comience la acción del cemento, la mezcla es plástica y se puede apisonar o moldear para darle las formas deseadas. Las prácticas recomendadas para medir, mezclar, transportar, colocar y probar concretos están promulgadas por organizaciones como el American Concrete Institute (ACI) y la American Association of State Transportation and Highway Officials (AASHTO). Los concretos se pueden clasificar como flexibles o rígidos. Estas características están determinadas principalmente por los materiales cementosos que se utilizan para aglutinar los agregados.

8.6.1 Concretos flexibles Por lo general se utilizan concretos bituminosos, o asfálticos, cuando se desea un concreto flexible. Los concretos flexibles tienden a deformarse plásticamente bajo cargas pesadas o cuando se calientan. El principal uso que se hace de tales concretos es para pavimentos. Los agregados que generalmente se utilizan son arena, grava o piedra triturada y polvo mineral, y el aglutinante es cemento asfáltico, que es un asfalto especialmente refinado para este propósito. El cemento asfáltico, que es semisólido a temperaturas normales, se puede calentar hasta licuarlo para aglutinar los agregados. Los ingredientes suelen Pág. 20

mezclarse mecánicamente en una máquina revolvedora" que tiene pares de álabes que giran en direcciones opuestas. Cuando la mezcla está todavía caliente y plástica, se puede extender a un grosor especificado y darle forma con una máquina pavimentadora y compactarla con un rodillo, o apisonarla hasta darle la densidad deseada. Cuando la mezcla se enfría, se endurece lo suficiente para resistir cargas pesadas. A una mezcla de concreto asfáltico se puede agregar azufre, caucho o cal hidratada para mejorar el rendimiento del producto.

8.6.2 Concretos rígidos Los concretos rígidos ordinarios se preparan con cemento portland, arena y piedra o grava triturada. Las mezclas contienen agua para hidratar el cemento para aglutinar los agregados en una masa sólida. Estos concretos satisfacen los requisitos de especificaciones de normas como la ASTM C685 "Concreto hecho por dosificación volumétrica y mezcla continua", o la C94 "Concreto mezclado listo para usarse". A la mezcla se pueden agregar sustancias que se denominan aditivos, para alcanzar propiedades específicas tanto de la mezcla como del concreto endurecido. El ACI publicó una práctica recomendada para medir, mezclar, transportar y colocar concreto. Otros tipos de concretos rígidos comprenden concretos clavables, concretos aislantes, concretos de gran peso, concretos livianos, concretos reforzados con fibra, con incrustaciones cortas de acero o fibras de vidrio para resistencia a fatigas de tracción, concretos de polímeros y puzolanas, para mejorar varias propiedades de concretos, y concretos de humos de sílice, para alta resistencia. Los concretos con retenciones de aire, que contienen diminutas burbujas de aire deliberadamente creadas, se pueden considerar como variantes del concreto ordinario si se apegan a las normas ASTM C685 o C94. Debido a que el concreto ordinario es mucho más débil en tensión que en compresión, por lo general está reforzado o pre fatigado con un material mucho más fuerte, como es el acero, para resistir la tensión. El uso de concreto sencillo, no reforzado, se restringe a estructuras en las que los esfuerzos de tensión son pequeños, como en el caso de presas, cimentaciones pesadas y paredes de unidades de mampostería.

5.6.3 Concretos de cemento portland El concreto es una mezcla de cemento portland, agregado fino, agregado grueso, aire y agua. Es un material temporalmente plástico que se puede colar o moldear y, más tarde, se convierte en una masa sólida por reacción química. El usuario del concreto desea resistencia adecuada, facilidad de colocación y durabilidad, al mínimo costo. El proyectista de concreto puede variar las proporciones de los cinco componentes dentro de límites amplios, para lograr esos objetivos. Las variantes principales son la relación agua-cemento, la proporción cemento-agregados, tamaño del agregado grueso, proporción entre agregado fino y agregado grueso, tipo de cemento y uso de aditivos.

8.6.3.1 Concreto de peso normal El peso nominal del concreto normal es de 144 lb/ft 3 para concreto sin aire retenido, pero es menor para concreto con aire retenido. (El peso del concreto más refuerzo de acero se supone muchas veces como de 150 lb/ft3). La resistencia para el concreto de peso normal oscila entre 2000 y 20 000 psi, y se mide mediante un cilindro de prueba estándar de 6 in de diámetro por 12 in de alto. La resistencia de un concreto se define como la resistencia promedio de dos cilindros tomados de la misma carga y probados a la misma edad. Las viguetas flexionales de 6 x 6 x 20 in se pueden usar para mezclas de pavimento de concreto. La relación agua-cemento (A/C) es el factor principal que influye en la resistencia del concreto. Pág. 21

El contenido de cemento en sí afecta la resistencia del concreto; la resistencia disminuye conforme se reduce el contenido de cemento. En el concreto con aire incluido, esta disminución en la resistencia puede contrarrestarse, en forma parcial, al aprovechar la mejoría de trabajabilidad por la inclusión de aire, que permite reducir la cantidad de agua. El tipo de cemento afecta la manera en que se desarrolla la resistencia y la resistencia final. En la existen cinco tipos de cemento portland Las condiciones del curado son vitales para el desarrollo de la resistencia del concreto. Dado que las reacciones de hidratación del cemento sólo ocurren en presencia de una cantidad adecuada de agua, se debe mantener la humedad en el concreto durante el periodo de curado. La temperatura del curado también afecta la resistencia del concreto. Se requieren periodos más largos de curado húmedo a temperaturas más bajas, para desarrollar una resistencia dada. Aunque el curado continuo a temperaturas elevadas produce un desarrollo más rápido de resistencia hasta los 28 días, para edades mayores se invierte la tendencia; el concreto curado a temperaturas más bajas desarrolla resistencias mayores. Nótese que el concreto se puede congelar y no adquiere resistencia en ese estado. También obsérvese que, a bajas temperaturas, la ganancia de resistencia de concreto no congelado es mínima y los factores ambientales, en especial la temperatura y el curado, son extremadamente importantes en el desarrollo de la resistencia de un concreto. Relaciones esfuerzo-formación El concreto no es un material linealmente elástico; la relación esfuerzo-deformación para cargas crecientes en forma continua da como resultado una línea curva. Para un concreto que ya ha endurecido por completo y ha recibido una precarga moderada, la curva esfuerzo-deformación es, prácticamente, una línea recta dentro de los Límites de esfuerzos de trabajo usuales. El módulo de elasticidad puede determinarse a partir de esa porción de la curva. El módulo de elasticidad para concretos normales a 28 días, está entre 2000 a 6000 ksi. Además de la deformación elástica que ocurre de manera inmediata después de aplicar una carga al concreto, la deformación sigue aumentando con el tiempo si persiste la carga. Este flujo plástico o escurrimiento plástico continúa por un tiempo indefinido. Avanza con velocidad decreciente y se aproxima a cierto valor que puede ser de una a tres veces el de la deformación elástica inicial. Aunque se han tomado medidas de deformación por fluencia, por periodos mayores de 10 años, más de la mitad de la fluencia total tiene lugar durante los primeros tres meses después de aplicar la carga. Se ilustran curvas típicas de deformación por flujo, en las cuales se muestran los efectos de la relación agua-cemento y de la intensidad de la carga. Al retirar la carga, tiene lugar una recuperación elástica inmediata, seguida por una recuperación plástica de menor grado que la deformación por flujo ocurrida cuándo se aplicó la carga por primera vez. Los cambios de volumen juegan una parte importante en la durabilidad del concreto. Los cambios de volúmenes excesivos o diferenciales pueden ocasionar agrietamiento, como resultado de la contracción y la insuficiente capacidad a la tensión, o despostilladuras en las juntas debidas a la expansión. La dilatación y la contracción del concreto ocurren cuando hay cambios en la humedad dentro, de la pasta del cemento. La pasta de cemento endurecida tiene poros de dimensiones moleculares entre las partículas del gel de tobermorita y poros más grandes entre los grupos de partículas del Pág. 22

gel. El volumen del espacio de poros en la pasta de cemento depende de la cantidad inicial de agua mezclada con el cemento; cualquier exceso en esta agua da origen a poros adicionales que debilitan la estructura de la pasta de cemento. Los movimientos de humedad hacia dentro y fuera de este sistema de poros ocasionan cambios en el volumen de la pasta. La contracción por secado del concreto es de alrededor de ½ in por 100 ft. Hay una relación directa entre el contenido de agua de mezclado y la contracción por secado. El contenido de cemento es de importancia secundaria al estimar las consideraciones de las contracciones. El coeficiente de expansión térmica del concreto varía, principalmente, según el tipo y cantidad de agregado grueso utilizado. La pasta de cemento tiene un efecto menor. Un valor promedio útil para los cálculos es de 5.5 x 10-6 in/ (in. °F).

8.6.3.2 Aditivos para concreto Los aditivos no son otra cosa que cemento portland, agua y agregados que se adicionan a una mezcla de concreto para modificar sus propiedades. Incluidos en esta definición están los aditivos químicos (ASTM C494 y C260), aditivos minerales como la ceniza fina (C618) y gases o humos de sílice, inhibidores de corrosión, colores, fibras y otros varios productos (ayudas de bombeo, agentes de impermeabilización, de formación de gas y reductores de permeabilidad). Se pueden adquirir muchos aditivos de concreto para modificar, mejorar o dar propiedades especiales a mezclas de concreto. Los aditivos deben usarse sólo cuando ofrecen una mejoría necesaria que no se puede lograr económicamente con ajustar la mezcla básica. En vista de que la mejoría de una característica muchas veces produce un efecto adverso en altas características, los aditivos deben emplearse con cuidado. Los aditivos químicos utilizados en concreto sirven generalmente como reductores de agua, aceleradores, retardadores de fraguado, o una combinación de éstos. La norma ASTM C494 "Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete" contiene las clasificaciones. Los aditivos de alta duración reducen la cantidad de agua necesaria para producir un concreto, de una consistencia específica, en un 12% o más. Los aditivos reductores de agua disminuyen la necesidad de agua para una mezcla de concreto al reaccionar químicamente con los primeros productos de hidratación, para formar una capa mono molecular en la interface de cemento-agua que lubrica la mezcla y expone más partículas de cemento para la hidratación. El aditivo tipo A permite que la cantidad de agua se reduzca mientras que mantiene el mismo asentamiento de la mezcla. Si la cantidad de agua no se reduce, el aditivo aumentará el asentamiento de la mezcla y también la resistencia del concreto porque más del área superficial del cemento quedará expuesta para hidratación. Ocurren efectos similares para los aditivos tipos D y E. Típicamente, se puede esperar una reducción de 5 a 10% en el agua de la mezcla. Los aditivos tipo F y G se utilizan para obtener más facilidad de trabajo de la mezcla. Una mezcla sin aditivo tiene por lo general un asentamiento de 2 a 3 in. Después de agregar el aditivo, el asentamiento puede estar entre 8 y 10 in sin segregación de componentes de la mezcla. Estos Aditivos son en especial útiles para mezclas con baja relación agua-cemento. Su reducción de 12 a 30% en agua perm.ite una reducción correspondiente en cemento. Los aditivos reductores de agua se fabrican por lo general a partir de ácidos lignosulfónicos y sus sales, ácidos hidroxilados carboxílicos y sus sales, o polímeros de Pág. 23

derivados de melaninas o naftalenos o hidrocarbonos sulfonados. La combinación de aditivos empleados en una mezcla de concreto debe ser evaluada y probada con cuidado para asegurarse que se alcanzan las propiedades deseadas. Los superplastificantes son aditivos reductores de agua de alta duración que satisfacen los requisitos de la norma ASTM C494 tipo F o G. Se utilizan muchas veces para obtener concreto de alta resistencia a partir de mezclas con baja relación de agua-cemento, con buena facilidad de trabajarse y baja segregación. También se pueden usar para obtener concreto de resistencias especificadas con menos cemento a una relación constante de agua-cemento y se pueden usar para obtener concretos fluidos de compactación y nivelación propias, para aplicaciones tales como el bombeo de concreto a larga distancia desde una mezcladora a un encofrado o para vaciar el concreto en formas aglomeradas con acero de refuerzo. Para estos concretos, el contenido de cemento o la proporción de agua-cemento no se reducen, sino que el asentamiento aumenta en forma considerable sin causar segregación. Por ejemplo, un asentamiento inicial de 3 a 4 in para una mezcla ordinaria de concreto puede aumentarse a 7 u 8 in sin agregar agua y disminuir en resistencia. Los superplastificantes se pueden clasificar como condensados de melanina– formaldehídos sulfonatados, condensados de naftalina-formaldehído sulfanatados, lignosulfonatos modificados o polímeros sintéticos. Los agentes retenedores de aire aumentan la resistencia del concreto a la acción de las heladas, al introducir gran cantidad de pequeñas burbujas de aire en la pasta endurecida del cemento. Estas burbujas actúan como aliviadoras de esfuerzos para esfuerzos inducidos por congelamiento y deshielo. Los agentes retenedores de aire suelen estar compuestos de detergentes. Además de aumentar la durabilidad del cemento endurecido, también reducen la cantidad de agua necesaria y aumentan la facilidad de trabajo de la mezcla. Los contenidos de aire se controlan generalmente para estar entre 2 y 6%. Debido a que el concreto con retenedores de aire sangra menos que el concreto sin retenedores de aire, se extienden menos grietas capilares de la matriz del concreto a la superficie. Por lo tanto, hay menos avenidas disponibles para que ingresen productos químicos agresivos en el concreto. Los aditivos aceleradores de fraguado se emplean para reducir el tiempo desde el inicio de agregar agua al cemento hasta el fraguado inicial y para aumentar la proporción de ganancia de resistencia del concreto. El aditivo acelerador de fraguado que se utiliza más es el cloruro de calcio, que ofrece ventajas en el vaciado de concreto en climas fríos al acelerar el fraguado a baja temperatura y reducir el tiempo en que se necesite protección; pero, cuando se utiliza en cantidades usuales (menos de 2% por peso de cemento), no actúa como agente anticongelante bajando el punto de congelación. Cuando se emplea un 2% de cloruro de calcio bajo condiciones normales, reduce el tiempo inicial de fraguado de 3 a 1 hora y el tiempo final de fraguado de 6 a 2 horas, y a 70 °F duplica la resistencia alcanzada en un día. El uso del cloruro de calcio como aditivo mejora la facilidad de trabajo, reduce el sangrado y se obtiene una superficie de concreto más durable. Los problemas por su uso pueden surgir del deterioro de la estabilidad de volumen (la contracción en el secado puede aumentar hasta en un 50%) y un aumento en la rapidez de liberación de calor. Los iones de cloruro también pueden contribuir a la corrosión del acero incrustado en el concreto. Los límites en la concentración de iones de cloruro pueden ser de sólo 0.04% del peso del concreto.

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Los aditivos retardadores se emplean para retardar el fraguado inicial del concreto. Un aditivo tipo B o D permite transportar el concreto durante un tiempo más largo antes que se presente el fraguado inicial; el fraguado final también se retarda. Por lo tanto, deben tomarse precauciones si se utiliza concreto retardado en paredes. Dependiendo de la dosificación y tipo de químicos base en el aditivo, el fraguado inicial se puede retardar durante varias horas a varios días. Un efecto lateral benéfico del retardo de los fraguados inicial y final es un aumento en la resistencia compresiva del concreto. Un aditivo tipo D que se utiliza comúnmente proporciona resistencias más altas de 7 y 28 días que un aditivo tipo A, cuando se usa en el mismo diseño de mezcla. Los aditivos minerales incluyen cenizas finas, puzolanas y micro silicatos. El cemento natural se utiliza a veces como aditivo. Los inhibidores de corrosión se agregan a veces a una mezcla de concreto para proteger el acero de refuerzo. Por lo general, el acero es protegido de la corrosión por alta alcalinidad del concreto, que forma una capa de pasivación en la superficie del acero. Esta capa está compuesta de óxido férrico, que es un compuesto estable, pero dentro y en la superficie del óxido férrico se encuentran compuestos óxido-ferrosos que son más reactivos.: cuando estos últimos entran en contacto con sustancias agresivas, como son los iones de cloruro, reaccionan con oxígeno para formar productos de corrosión de óxido de hierro, sólidos. Estos producen un aumento cuatro veces en volumen y crean una fuerza de expansión mayor que la resistencia a la tracción del concreto. El resultado es un deterioro del concreto. Para inhibir la corrosión se pueden agregar aditivos de nitrito de calcio a la mezcla de concreto. No forman una barrera física a la entrada de iones de cloruro, sino que modifican la química de la superficie del acero. Los iones de nitrito oxidan al óxido ferroso presente, convirtiéndolo en óxido férrico. El nitrito también es absorbido en la superficie del acero y refuerza la capa de pasivación del óxido férrico. Para que sea eficaz un aditivo de nitrito de calcio, la dosis debe ajustar de acuerdo a la exposición del concreto a agentes corrosivos. Cuanto mayor sea la exposición, mayor debe ser la dosis. Los aditivos de barrera interna pueden ser un compuesto impermeabilizante o aislante de humedad, o un agente que forma una película orgánica alrededor del acero de refuerzo, complementando la capa de pasivación. El último tipo de aditivo se puede agregar una rapidez fija, cualquiera que sea la exposición esperada de cloruro. Los aditivos aislantes de humedad incluyen jabones, estearatos y otros productos de petróleo. Están destinados para reducir el paso de agua y vapor de agua por el concreto. Debe tenerse cuidado al utilizar estos materiales en vista de que pueden aumentar la demanda de agua para la mezcla, aumentando así la permeabilidad del concreto. Si se desea un concreto denso y de baja permeabilidad, la proporción de agua-cemento debe conservarse a un máximo de 0.50 y el concreto debe vibrarse bien y curarse contra la humedad. La permeabilidad del concreto se puede reducir mediante el uso de cenizas finas y gases de sílice como aditivos. Del mismo modo, el uso de un aditivo reductor de agua de alta duración y una proporción agua-cemento menor de 0.50 reducirá grandemente la permeabilidad.

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Los aditivos formadores de gas se emplean para formar concreto de peso ligero. También se usan en lechada de mampostería donde se desea que la lechada se dilate y aglutine a la unidad de concreto de albañilería. Suelen ser un polvo de aluminio. Las ayudas de bombeo se utilizan para reducir la viscosidad de mezclas ásperas o marginalmente bombeables; los polímeros orgánicos y sintéticos, ceniza fina, bentonita o cal hidratada se pueden Usar para este propósito. Los resultados dependen de la mezcla de concreto, incluyendo los efectos de mayor demanda de agua y una posible menor resistencia que resulta de la mayor proporción de agua-cemento. Si la arena hace que la mezcla sea marginalmente bombeable, la ceniza fina es el aditivo preferido de bombeo. Generalmente no aumentará, la demanda de agua y reaccionará con el hidróxido de calcio en el cemento para dar un aumento en la resistencia. Los aditivos colorantes pueden ser óxidos minerales o pigmentos manufacturados. La coloración requiere cuidadoso control de materiales, de la dosificación y de la adición de agua para mantener Consistente el color en el lugar de trabajo. Nótese que el negro carbón en estado natural, que por lo general se emplea para el color negro, reduce grandemente la cantidad de aire retenido en una mezcla. Por lo tanto, si se desea concreto negro para un concreto que requiera de retención de aire (para exposición a congelación y deshielo o químicos agresivos), el negro carbón debe modificarse para retener aire o debe incorporarse en la mezcla otro agente para retener aire. El diseño de la mezcla debe probarse en las condiciones de campo antes de su uso en construcción. 8.7 Refuerzo de fibras para concreto Se pueden agregar materiales fibrosos a una mezcla de concreto para mejorar su resistencia, elasticidad y control de grietas. La longitud de las fibras es pequeña y éstas se pueden describir por la proporción de su aspecto, es decir, la proporción entre su longitud y su diámetro equivalente. Los tipos de fibras más comúnmente utilizados en concretos son los sintéticos, que comprenden materiales de propileno, nylon, poliéster y polietileno. Los materiales sintéticos especiales incluyen fibras de aramida, carbono y acrílicas. El concreto reforzado con fibras de vidrio se prepara con vidrio E y fibras de vidrio resistentes al álcali (AR). Las fibras de acero son virutas de acero inoxidable o de acero de alta resistencia a la tracción. Las fibras deben repartirse de manera uniforme en la mezcla. La orientación de las fibras en el concreto suele ser aleatoria. En contraste, el refuerzo convencional está típicamente orientado en una o dos direcciones, por 10 general en planos paralelos a la superficie. Además, la tela metálica de alambres soldados o barras de acero de refuerzo deben mantenerse en su posición cuando el concreto sea colocado en su sitio. Cualquiera que sea el tipo, las fibras son eficaces para el control de las grietas porque dan a la matriz de concreto un refuerzo en todas las direcciones. Con fibras de acero, la resistencia al impacto y la tenacidad del concreto se pueden mejorar en mucho y se pueden aumentar las resistencias a la fatiga ya la flexión. Las fibras sintéticas se utilizan por lo general para sustituir telas metálicas de alambres soldados como refuerzo secundario para con trol de grietas en piezas planas. Según sea la longitud de la fibra, esta última puede limitar la medida y extensión de las grietas de contracción plástica o las grietas de contracción tanto plásticas como de secado. Aun cuando las fibras sintéticas no están diseñadas para comunicar propiedades Pág. 26

estructurales, las losetas probadas de acuerdo con la norma ASTM E72, "Standard Methods of Conducting Strength Tests of Panels for Building Construction", demostraron que las losetas de prueba reforzadas con fibras sintéticas soportaron mayores cargas uniformes que las losas de tela metálica de alambres soldados. Si bien es cierto que gran parte de la investigación para fibras sintéticas ha utilizado proporciones de refuerzo mayores al 2%, la práctica común en el campo es utilizar 0.1% (1.5 Ib/yd 3) Esta dosificación proporciona más área de sección transversal que la tela metálica alambres soldados de calibre 10. Los resultados empíricos indican que de manera considerable se reduce y controla el agrietamiento. Otro beneficio de las fibras es que después del agrietamiento inicial, las fibras tienden a mantener junto el concreto. Se pueden usar fibras de aramida, carbón y acrílicas para aplicaciones estructurales, como es empaquetar columnas de concreto para obtener asistencia adicional. Otros usos posibles son para estructuras resistentes a la corrosión. Los costos más altos de los materiales sintéticos especiales limitan su uso en la construcción en general. El concreto con refuerzo de fibras de vidrio (GFRC) se utiliza para construir muchos tipos de elementos de construcción, incluyendo paneles arquitectónicos de paredes, tejas para techos y tanques de agua. No se ha alcanzado todo el potencial del GFRC debido a que las fibras de vidrio E son reactivas al álcali y las fibras de vidrio AR están sujetas a fragilidad cáustica, posiblemente por infiltración de partículas de hidróxido de calcio. Se pueden utilizar fibras de acero como sustituto del acero convencional de refuerzo. El volumen de fibra de acero de una mezcla oscila entre 0.5 y 2%. El American Concrete Institute Committee 544 indica en la norma ACI 544.3R, "Guide for Specifying, Mixing, Placing, and Finishing Steel Fiber Reinforced Concrete", que en elementos estructurales como son viguetas, columnas y pisos que no tengan pendiente, debe instalarse acero de refuerzo para sostener toda la carga de tracción. En otros casos, se pueden utilizar fibras para reducir el grosor de sección o mejorar las características de funcionamiento. Ver también las normas ACI 344.1R y 344.2R. 8.8 Concreto de polímeros Cuando el cemento portland se sustituye por un polímero, el concreto resultante tiene una menor rapidez de absorción de agua, mayor resistencia a ciclos de congelación y deshielo, mejor resistencia a productos químicos, mayor solidez y excelentes características de adherencia en comparación con la mayor parte de otros materiales cementosos. Las resinas que se utilizan con más frecuencia (poliésteres y acrílicos) se mezclan con agregados como un manó mero, con un agente de enlace cruzado (endurecedor) y un catalizador, para alcanzar plena polimerización. Los concretos de polímeros se refuerzan por lo general con fibras metálicas, fibras de vidrio o losas continuas de cimentación de fibra de vidrio. El concreto impregnado de polímeros (PIC) es concreto curado de cemento portland impregnado con un monómero que utiliza procesos de presión o de vacío. El monómero (con mucha frecuencia un acrílico) está polimerizado por un catalizador, calor o radiación ultravioleta. Se forma una capa superficial continua que impermeabiliza y refuerza, y también llena los huecos.

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8.9 Concreto bituminoso y otros compuestos de asfalto Las mezclas de asfalto que sirvan como aglomerante, los agregados finos y gruesos, así como rellenos y aditivos, se utilizan ampliamente como pavimentos flexibles, revestimientos de presas y de canales. Los agregados, como la arena, grava y piedra triturada, son similares a los utilizados para concreto de cemento portland. La American Association of State Highway Transportation Officials (AASHTO), The Asphalt Institute y la ASTM publican especificaciones para asfalto, mismas que son la base para especificaciones de departamentos gubernamentales de carreteras y transportes. Los asfaltos son viscoelásticos y sus propiedades varían de frágiles hasta elásticas. La dureza, o viscosidad, depende de la temperatura de los asfaltos. La variación con la temperatura, sin embargo, depende de la susceptibilidad al esfuerzo cortante del material, la cual indica el estado de su estructura coloidal. El asfalto, que es un derivado negro o café oscuro de petróleo, es diferente del alquitrán de hulla, que es residuo de la destilación destructiva del carbón. El asfalto está formado de hidrocarburos y sus derivados y es por completo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). Son los residuos de petróleo después de la evaporación, por medios naturales o artificiales, sus componentes más volátiles. Los cementos de asfalto (AC) se utilizan como aglomerantes para casi todos los pavimentos flexibles. Son mezclas de asfaltos duros y aceites no, volátiles a los que se les comunica una consistencia útil por calentamiento, sin ser suavizados con un agente fundente o emulsificante. Se pueden graduar de acuerdo a su viscosidad o penetración (distancia a la que penetra una aguja por el material en una prueba estándar a una temperatura específica. Los aceites de curado lento (SC) para carreteras, son derivados líquidos de petróleo que fraguan lentamente, y son apropiados para usarse cuando se necesita casi la misma consistencia de cemento tanto en el momento de proceso como al término del curado. Pueden ser el producto remanente después de la destilación de petróleo o el resultado de diluir cementos de asfalto con un destilado pesado. Más viscosos que los grados ligeros de aceite lubricante, los aglomerantes SC son más fluidos que los cementos de asfalto. Productos de construcción de asfalto Debido a sus cualidades resistentes al agua y a su durabilidad, el asfalto se emplea para muchos usos en construcción. Para aislamiento contra la humedad (sólo una capa aplicada) e impermeabilización (aplicación de una o más capas) se utilizan tres tipos de asfalto: el tipo A, que es un material adhesivo, suave y que fluye con facilidad, se aplica bajo tierra o en otras aplicaciones de temperatura moderada; el tipo 8, un asfalto menos susceptible para usarse sobre el nivel del suelo cuando las temperaturas no excedan de 125 °F; y el tipo C, para usarse sobre el nivel del suelo cuando las superficies verticales o expuestas a la luz solar directa, o en otras partes donde las temperaturas excedan de 125 °F. El asfalto y los productos derivados también se utilizan extensamente en techos. El asfalto se utiliza como aglomerante entre capas en techos ya construidos y como agente impregnante en láminas de cartón para techos, papel en rollo para techos y tejamaniles. Debe tenerse cuidado de no mezclar asfalto y alquitrán de hulla, es decir, de no aplicar capas de asfalto sobre una lámina de cartón saturada de asfalto o viceversa, a menos que se haya comprobado su compatibilidad. Pág. 28

Maderas y sus derivados

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TEXTO TEXTONº Nº10 10 Maderas y derivados 10 Madera La madera es un polímero natural compuesto por células en forma de tubos largos y delgados con extremos ahusados. La pared de la célula consiste en celulosa cristalina, paralelamente alineada con el eje de la célula. Los cristales de la celulosa están ligados entre sí por una compleja lignina amorfa, formada por compuestos de hidratos de carbono. La sustancia de la madera es 50 a 60% de celulosa y 20 a 35% de lignina; el resto son hidratos de carbono y minerales. La mayoría de las células en la madera están orientadas en sentido vertical, pero algunas están orientadas en sentido radial, para servir como esfuerzo en contra de la separación de las fibras verticales bajo la carga natural de compresión del tronco del árbol. Debido a la estructura de sus células, la madera tiene mayor resistencia y rigidez en el sentido longitudinal que en los otros sentidos. La densidad (peso específico) del parénquima de la madera es, más o menos, la misma para todas las especies: 1.56. La densidad (de volumen) aparente de la madera es mucho menor, debido a los huecos (células vasculares) ya las grietas accidentales en la estructura celular. En las maderas comunes, la densidad varía desde 0.12 para la madera de balsa, hasta 0.74 para el roble. Las diferentes propiedades de la madera, como la resistencia, se pueden relacionar con la densidad. 10.1 Vetas y estructura El dibujo que presentan todas las variedades de madera se llama veta, y se debe a su propia estructura. La madera consiste en pequeños tubos que transportan agua, y los minerales disueltos en ella, desde las raíces a las hojas. Estos vasos conductores están dispuestos verticalmente en el tronco. Cuando cortamos el tronco en paralelo a su eje, la madera tiene vetas rectas. En algunos árboles, sin embargo, los conductos están dispuestos de forma helicoidal, es decir, enrollados alrededor del eje del tronco. Un corte de este tronco producirá madera con vetas cruzadas, lo que suele ocurrir al cortar cualquier árbol por un plano no paralelo a su eje. El tronco de un árbol no crece a lo alto, excepto en su parte superior, sino a lo ancho. La única parte del tronco encargada del crecimiento es una fina capa que lo rodea llamada cambium. En los árboles de las zonas de clima templado, el crecimiento no es constante. La madera que produce el cambium en primavera y en verano es más porosa y de color más claro que la producida en invierno. De esta manera, el tronco del árbol está compuesto por un par de anillos concéntricos nuevos cada año, uno más claro que el otro. Por eso se llaman anillos anuales. Aunque la fina capa de cambium es la única parte del tronco que está viva, en el sentido de que es la parte que crece, también hay células vivas esparcidas por el xilema de la albura. Según envejecen los árboles, el centro del tronco muere; los vasos se atascan y se llenan de goma o resina, o se quedan huecos. Esta parte central del tronco se llama duramen. Los cambios internos de los árboles van acompañados de cambios de color, diferentes según cada especie, por lo que el duramen suele ser más oscuro que la albura.

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10.2 Clasificación Las maderas se clasifican en duras y blandas según el árbol del que se obtienen. La madera de los árboles de hoja caduca se llama madera dura, y la madera de las coníferas se llama blanda, con independencia de su dureza. Así, muchas maderas blandas son más duras que las llamadas maderas duras. Las maderas duras tienen vasos largos y continuos a lo largo del tronco; las blandas no, los elementos extraídos del suelo se transportan de célula a célula, pero sí tienen conductos para resina paralelos a las vetas. Las maderas blandas suelen ser resinosas; muy pocas maderas duras lo son. Las maderas duras suelen emplearse en ebanistería para hacer mobiliario y parqués de calidad. Los nudos son áreas del tronco en las que se ha formado la base de una rama. Cuando la madera se corta en planchas, los nudos son discontinuidades o irregularidades circulares que aparecen en las vetas. Donde nacen las ramas del árbol, los anillos del nudo continúan las vetas del tronco; pero según sale a la superficie, las vetas rodean al nudo y la rama crece aparte. Durante la fase de secado de la madera, ésta se encoge según la dirección de la veta, y los nudos se encogen con más rapidez que el resto. Los nudos superficiales suelen desprenderse de las planchas y dejan agujeros. Los nudos de la base no se desprenden, pero deforman la madera que los rodea debido a su encogimiento más acusado, y debilitan las tablas incluso más que los agujeros que dejan los otros nudos. Los nudos de la madera no son deseables por consideraciones estéticas, aparte de su efecto debilitador. Sin embargo algunos tipos de madera con nudos, como el pino, sí resultan vistosos por el dibujo de su veta y se utilizan para decoración y revestimiento de paredes. El aspecto de la madera es una de las propiedades más importantes cuando se utiliza para decoración, revestimiento o fabricación de muebles. Algunas maderas, como la de nogal, presentan vetas rectas y paralelas de color oscuro que le dan una apariencia muy atractiva, lo que unido a su dureza la sitúan entre las más adecuadas para hacer chapado (véase contrachapado más abajo). Las irregularidades de las vetas pueden crear atractivos dibujos, por lo que a veces la madera se corta a propósito en planos oblicuos para producir dibujos ondulados y entrelazados. Muchos chapados se obtienen cortando una fina capa de madera alrededor del tronco, haciendo un rollo. De esta manera, los cortes con los anillos se producen cada cierta distancia y el dibujo resultante tiene vetas grandes y espaciadas.

10.3 Propiedades físicas Las propiedades principales de la madera son resistencia, dureza, rigidez y densidad. Ésta última suele indicar propiedades mecánicas puesto que cuanto más densa es la madera, más fuerte y dura es. La resistencia engloba varias propiedades diferentes; una madera muy resistente en un aspecto no tiene por qué serlo en otros. Además la resistencia depende de lo seca que esté la madera y de la dirección en la que esté cortada con respecto a la veta. La madera siempre es mucho más fuerte cuando se corta en la dirección de la veta; por eso las tablas y otros objetos como postes y mangos se cortan así. La madera tiene una alta resistencia a la compresión, en algunos casos

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superior, con relación a su peso a la del acero. Tiene baja resistencia a la tracción y moderada resistencia a la cizalladura. La alta resistencia a la compresión es necesaria para cimientos y soportes en construcción. La resistencia a la flexión es fundamental en la utilización de madera en estructuras, como viguetas, travesaños y vigas de todo tipo. Muchos tipos de madera que se emplean por su alta resistencia a la flexión presentan alta resistencia a la compresión y viceversa; pero la madera de roble, por ejemplo, es muy resistente a la flexión pero más bien débil a la compresión, mientras que la de secuoya es resistente a la compresión y débil a la flexión. Otra propiedad es la resistencia a impactos y a tensiones repetidas. El nogal americano y el fresno son muy duros y se utilizan para hacer bates de béisbol y mangos de hacha. Como el nogal americano es más rígido que el fresno, se suele utilizar para mangos finos, como los de los palos de golf. Otras propiedades mecánicas menos importantes pueden resultar críticas en casos particulares; por ejemplo, la elasticidad y la resonancia de la picea la convierten en el material más apropiado para construir pianos de calidad.

10.4 Duración de la madera La madera es, por naturaleza, una sustancia muy duradera. Si no la atacan organismos vivos puede conservarse cientos e incluso miles de años. Se han encontrado restos de maderas utilizadas por los romanos casi intactos gracias a una combinación de circunstancias que las han protegido de ataques externos. De los organismos que atacan a la madera, el más importante es un hongo que causa el llamado desecamiento de la raíz, que ocurre sólo cuando la madera está húmeda. La albura de todos los árboles es sensible a su ataque; sólo el duramen de algunas especies resiste a este hongo. El nogal, la secuoya, el cedro, la caoba y la teca son algunas de las maderas duraderas más conocidas. Otras variedades son resistentes al ataque de otros organismos. Algunas maderas, como la teca, son resistentes a los organismos perforadores marinos, por eso se utilizan para construir embarcaderos. Muchas maderas resisten el ataque de los termes, como la secuoya, el nogal negro, la caoba y muchas variedades de cedro. En la mayoría de estos casos, las maderas son aromáticas, por lo que es probable que su resistencia se deba a las resinas y a los elementos químicos que contienen. Para conservar la madera hay que protegerla químicamente. El método más importante es impregnarla con creosota o cloruro de cinc. Este tratamiento sigue siendo uno de los mejores, a pesar del desarrollo de nuevos compuestos químicos, sobre todo de compuestos de cobre. También se puede proteger la madera de la intemperie recubriendo su superficie con barnices y otras sustancias que se aplican con brocha, pistola o baño. Pero estas sustancias no penetran en la madera, por lo que no previenen el deterioro que producen hongos, insectos y otros organismos. 10.5 Secado La madera recién cortada contiene gran cantidad de agua, de un tercio a la mitad de su peso total. El proceso para eliminar esta agua antes de procesar la madera se llama secado, y se realiza por muchos motivos. La madera seca es mucho más duradera que la madera fresca; es mucho más ligera y por lo tanto más fácil de transportar; tiene mayor Pág. 32

poder calorífico, lo que es importante si va a emplearse como combustible; además, la madera cambia de forma durante el secado y este cambio tiene que haberse realizado antes de serrarla. La madera puede secarse con aire o en hornos; con aire tarda varios meses, con hornos unos pocos días. En ambos casos, la madera ha de estar apilada para evitar que se deforme, y el ritmo de secado debe controlarse cuidadosamente.

10.6 Contrachapado El contrachapado, también denominado triplay o chapa, está compuesto por varias capas de madera unidas con cola o resina sintética. Las capas se colocan con la veta orientada en direcciones diferentes, en general perpendiculares unas a otras, para que el conjunto sea igual de resistente en todas las direcciones. Así el conjunto es tan resistente como la madera, y si se utilizan pegamentos resistentes a la humedad, el contrachapado es tan duradero como la madera de la que está hecho. La madera laminada es un producto similar, pero en ella se colocan las capas de madera con las vetas en la misma dirección. De esta forma, el producto es, como la madera, muy fuerte en una dirección y débil en el resto. Sólo las capas exteriores del contrachapado tienen que ser duras y con buen aspecto; las interiores únicamente tienen que ser resistentes. En algunos casos, sólo una de las caras es de calidad. Estos contrachapados se utilizan en trabajos de ebanistería en los que la parte interior no es visible. Las maderas finas y costosas, como la caoba o el madero de indias, suelen utilizarse en chapados, de forma que una capa fina de madera cara cubre varias capas de otras maderas resistentes pero de poco valor. De esta manera se reduce el precio de la madera sin sacrificar la apariencia, además de aumentar la dureza y la resistencia al alabeo. También se hacen contrachapados de las maderas más baratas para fabricar sustitutos para metales. 10.7 Papel Papel, material en forma de hojas delgadas que se fabrica entretejiendo fibras de celulosa vegetal. El papel se emplea para la escritura y la impresión, para el embalaje y el empaquetado, y para numerosos fines especializados que van desde la filtración de precipitados en disoluciones hasta la fabricación de determinados materiales de construcción. El desarrollo de maquinaria para la producción de papel a gran escala ha sido, en gran medida, responsable del aumento en los niveles de alfabetización y educación en todo el mundo. Fabricación Aunque los procedimientos esenciales de la fabricación mecanizada de papel son los mismos que los de la fabricación manual, el proceso mecánico es bastante más complicado. La primera etapa es la preparación de la materia prima. Los materiales más usados hoy día son los trapos de algodón o lino y la pulpa de madera. En la actualidad, más del 95% del papel se fabrica con celulosa de madera. Para los papeles más baratos, como el papel prensa empleado en los periódicos, se utiliza sólo pulpa de madera Pág. 33

triturada; para productos de más calidad se emplea pulpa de madera química, o una mezcla de pulpa y fibra de trapos, y para los papeles de primera calidad se utiliza sólo fibra de trapos. Los trapos empleados para la fabricación de papel se limpian mecánicamente para quitarles el polvo y otras materias extrañas. Tras esta limpieza, se cuecen en una gran caldera giratoria a presión, donde se hierven con cal durante varias horas. La cal se combina con las grasas y otras impurezas de los trapos para formar jabones insolubles, que se pueden eliminar más tarde mediante un aclarado, y al mismo tiempo reduce cualquier tinte de los trapos a compuestos incoloros. A continuación, los trapos se transfieren a una máquina denominada pila desfibradora, una cuba larga dividida longitudinalmente de forma que haya un canal continuo alrededor de la misma. En una mitad de la pila hay un cilindro horizontal con cuchillas que gira rápidamente; la base curva de la pila también está equipada con cuchillas. La mezcla de trapos y agua pasa entre el cilindro y la base, y los trapos quedan reducidos a fibras. En la otra mitad de la pila, un cilindro hueco de lavado cubierto con una fina tela metálica recoge el agua de la pila y deja atrás los trapos y fibras. A medida que la mezcla de trapos y agua va fluyendo alrededor de la pila desfibradora, la suciedad se elimina y los trapos se van macerando hasta que acaban separados en fibras individuales. A continuación, la pasta primaria se pasa por una o más desfibradoras secundarias para trocear aún más las fibras. En ese momento se añaden los colorantes, las sustancias para aprestarlo, como la colofonia o la cola, y los materiales de relleno, como sulfato de calcio o caolín, que aumentan el peso y la consistencia del papel terminado. La preparación de la madera para la fabricación de papel se efectúa de dos formas diferentes. En el proceso de trituración, los bloques de madera se aprietan contra una muela abrasiva giratoria que va arrancando fibras. Las fibras obtenidas son cortas y sólo se emplean para producir papel prensa barato o para mezclarlas con otro tipo de fibras de madera en la fabricación de papel de alta calidad. En los procesos de tipo químico, las astillas de madera se tratan con disolventes que eliminan la materia resinosa y la lignina y dejan fibras puras de celulosa. El proceso químico más antiguo fue introducido en 1851, y emplea una disolución de sosa cáustica (hidróxido de sodio) como disolvente. La madera se cuece o digiere en esta solución en una caldera a presión. Las fibras producidas con este proceso no son muy resistentes, pero se utilizan mezcladas con otras fibras de madera. Un proceso empleado con frecuencia en la actualidad utiliza como disolvente sulfato de sodio o de magnesio. Hoy, la mayoría del papel se fabrica en máquinas Fourdrinier, similares a la primera máquina eficaz para fabricar papel, desarrollada en los primeros años del siglo XIX. El corazón de la máquina Fourdrinier es una cinta sin fin de tela metálica que se mueve horizontalmente. La pulpa acuosa cae sobre la cinta, que va circulando sobre una serie de rodillos. Una pila poco profunda situada bajo la cinta recoge la mayor parte del agua que escurre en esta etapa. Esta agua se vuelve a mezclar con la pulpa para aprovechar la fibra que contiene. La extensión de la hoja de pulpa húmeda sobre la cinta se limita mediante tiras de goma que se mueven por los lados de la cinta. Las bombas de succión situadas bajo la cinta aceleran el secado del papel, y la cinta se mueve de un lado a otro para contribuir al entrelazado de las fibras. A medida que el papel avanza, pasa bajo un cilindro giratorio cubierto de tela metálica o de alambres individuales, llamado cilindro de afiligranar, que confiere al papel una textura apropiada. Además, la superficie del cilindro tiene letras o figuras trazadas con alambre que pasan al papel en forma de marcas de Pág. 34

agua que identifican al fabricante y la calidad del papel. En los papeles fabricados a mano, las figuras de estas marcas se fijan a la superficie del molde. Cerca del final de la máquina, la cinta pasa a través de dos rodillos cubiertos de fieltro. Estos rodillos extraen aún más agua de la tira de papel y consolidan las fibras, con lo que dan al papel suficiente resistencia para continuar pasando por la máquina sin el soporte de la cinta. La función de estos rodillos es la misma que la de los fieltros empleados en la fabricación manual. A continuación, el papel se transporta mediante una cinta de tela a través de dos grupos de cilindros de prensado de metal liso. Estos cilindros proporcionan un acabado liso a las dos superficies del papel. Una vez prensado, el papel está totalmente formado; después se pasa por una serie de rodillos calientes que completan el secado. La siguiente etapa es el satinado, un prensado con rodillos fríos lisos que produce el acabado mecánico. Al final de la máquina Fourdrinier, el papel se corta con cuchillas giratorias y se enrolla en bobinas. La fabricación del papel se completa cortándolo en hojas, a no ser que se vaya a emplear en una imprenta continua que utilice el papel en rollos. Los papeles especiales se someten a tratamientos adicionales. El papel supersatinado es sometido a un proceso posterior de satinado a alta presión entre rodillos metálicos y otros rodillos cubiertos de papel. El papel estucado, como el empleado para la reproducción fototipográfica de calidad, se apresta con arcilla o cola y se satina. Tamaños de papel El papel se suele vender por resmas, en hojas de tamaños normalizados. Una resma suele tener 480 hojas, aunque las de papel de dibujo o papel fabricado a mano tienen 472. El papel para libros o el papel prensa para imprimir con placa plana se vende en resmas de 500 hojas y en resmas perfectas de 516 hojas. El tamaño más habitual de papel para libros es el del pliego de 112 × 168 cm. El papel prensa para la impresión en rotativas viene en rollos de distintos tamaños. Un rollo típico de papel prensa, de unos 725 kg, puede tener 170 cm de ancho y 8.000 m de largo.

10.8 Corcho Corcho, capa externa y gruesa de la corteza de una especie de roble de la región mediterránea llamado alcornoque; por extensión, se da a veces el mismo nombre a la capa externa, más delgada, que protege los tallos y raíces de casi todas las plantas leñosas. El corcho es una masa elástica y homogénea de células muertas aplanadas e impregnadas de una sustancia grasa que lo hace casi impermeable al agua y los gases. El alcornoque puede alcanzar más de 30 m de altura, aunque 9 m es un porte mucho más común. Los árboles jóvenes son desprovistos de su corteza cuando tienen entre 15 y 20 años. Este primer corcho es tosco, pero los siguientes descortezamientos, a intervalos de unos diez años, presentan un producto más compacto. La vida útil del árbol puede superar los 150 años. El descortezador practica incisiones horizontales y verticales en la corteza externa, procurando no dañar la corteza interna viva. El corcho se cura brevemente y a continuación se hierve para eliminar el ácido tánico y darle flexibilidad. Pág. 35

El corcho y sus virtudes se conocen desde hace miles de años, aunque su uso no se generalizó hasta el siglo XVI d.C., cuando empezó a utilizarse para fabricar tapones para las nuevas botellas de vidrio, otra novedad de la época. Más del 80 % de la producción mundial de corcho procede de Argelia, Portugal y España. Los intentos de naturalizar el alcornoque en otras regiones han tenido poco éxito. El corcho se usa en la fabricación del interior de la suela del calzado, como salvavidas, en la elaboración del linóleo, para revestir suelos y paredes, y para elaborar muchos otros productos. Las espumas de uretano y otros plásticos lo han reemplazado casi por completo como material aislante. Muchos otros artículos, antes hechos exclusivamente de corcho, se fabrican ahora con materiales sintéticos.

10.9 Derivados de la madera La madera es una materia prima importante para la industria química. Cada año se reducen a pasta enormes cantidades de madera, que se reconstituye de forma mecánica para hacer papel. Otras industrias se encargan de extraer algunos componentes químicos de la madera, como taninos, pigmentos, gomas, resinas y aceites, y de modificar estos constituyentes. Además de agua, el componente principal de la madera es la celulosa. De la gran cantidad de celulosa que se utiliza para fabricar rayón y nitrocelulosa, una parte se extrae del algodón, pero la mayor parte se obtiene de la madera. El mayor problema que presenta la extracción de celulosa de la madera es eliminar las impurezas, de las cuales la más importante es la lignina, una sustancia polimérica compleja. Al principio se desechaba, pero más tarde se ha descubierto que es una buena materia prima para la fabricación de plásticos y una sustancia adecuada para el cultivo de levadura de cerveza, que es un importante alimento para el ganado y las aves de corral. También se utiliza la madera, sin separar la celulosa de la lignina, para obtener otros productos químicos mediante procesos determinados. En el método Bergius, la madera se trata con ácido clorhídrico para obtener azúcares, que se utilizan como alimento para el ganado o se fermentan para producir alcohol. La madera puede transformarse en combustible líquido por hidrogenación. También se obtienen productos químicos por destilación. La mayoría de estos productos, como el ácido acético, metanol y acetona, se obtienen ya de forma sintética. Otros nuevos productos se obtienen mezclando la madera con ciertos compuestos químicos; la mezcla resultante tiene propiedades mecánicas similares a las de la madera, pero es más fuerte y resistente desde el punto de vista químico. Los métodos más importantes para realizar estas mezclas consisten en impregnar la madera de ciertos compuestos, como fenol y formaldehído; después se calienta la madera impregnada y los productos químicos reaccionan con las células de la madera y forman una capa plástica. La madera tratada de esta forma se llama impreg; es muy duradera y resiste el ataque de los insectos perforadores; su densidad relativa es mayor, aunque su dureza es casi la misma. Otro producto, llamado compreg, se obtiene comprimiendo la madera impregnada en una prensa hidráulica. Se la somete a una determinada presión mientras se produce la reacción química en el exterior. Esta madera tiene una densidad relativa de 1,35, su dureza es muy superior a la de la madera sin tratar y su resistencia un poco mayor, aunque su rigidez puede ser un poco inferior. Pág. 36