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• Emelyn Oviedo

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-Materiales aglomerantes. Los materiales aglomerantes son aquellos materiales que, mezclados con agua, forman una masa plástica capaz de adherirse a otros materiales, y que al cabo del tiempo, por efectos de transformaciones químicas, fraguan, es decir, se endurecen reduciendo su volumen y adquiriendo una resistencia mecánica. Los materiales aglomerantes se suelen clasificar en aéreos e hidráulicos. Los aglomerantes aéreos son los que fraguan y endurecen en el aire, siendo incapaces de adquirir cohesión en un medio húmedo. Dentro de este grupo se encuentran el yeso y la cal grasa o aérea. Por su parte, los aglomerantes hidráulicos son aquellos que fraguan y endurecen en el aire y en un medio húmedo. Dentro de este grupo están el cemento y la cal hidráulica, así como los morteros y hormigones.

Cementos. El término cemento se aplica, con carácter general, a cualquier producto que presente propiedades adhesivas y sea capaz de unir partes o piezas de un objeto o construcción. Así,, con esta denominación se engloban productos de muy diversa índole constituidos por sílice, alúmina, resinas sintéticas, etc. Tal y como se señaló anteriormente, los cementos empleados en construcción son aglomerantes hidráulicos formados por una mezcla de caliza, arcilla y otras sustancias, que cuando se les añade agua forman una masa de elevada plasticidad, y al perderla sufren un proceso de fraguado y endurecimiento, permaneciendo prácticamente estables. A lo largo de la historia se han empleado diversos tipos de cementos, que actualmente han caído en desuso. Uno de los más conocidos es el denominado cemento natural o romanos, que se obtenían por calcinación en horno de las margas, que son depósitos de carbonato de calcio amorfo, arcilla y arena en diversas proporciones. En la actualidad se emplean diferentes tipos de cementos, que serán abordados brevemente, siendo el más importante por su uso el llamado cemento Portland, y en el cual centraremos nuestro estudio. Cemento Portland. Los cementos Portland típicos consisten en mezclas de silicato tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y silicato dicálcico (2CaO·SiO2)

en diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuestos de magnesio y hierro. En la industria cementera, las materias primas empleadas para la obtención de los cementos son la piedra caliza y arcillas, en una proporción de 3 a 1, junto con otros productos que contengan óxido de aluminio y óxido de silicio. De todo ello resulta una composición final del cemento de: un 60% de cal, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y 3% de trióxido de azufre. La obtención por vía seca del cemento Portland puede dividirse en tres grandes fases: operaciones previas, obtención del clinquer y molienda del cemento. Las operaciones previas incluyen las operaciones de secado, molienda y dosificación a las que se someten las materias primas antes de introducirlas dentro del horno. En el secado se elimina el exceso de humedad, para lo que pueden aprovecharse los gases procedentes del horno de calcinación, y en la molienda se trituran los materiales hasta fragmentos de diámetro inferior a 0.1mm. El clinquer es el termino con que se designa el producto granulado que se obtiene por la fusión parcial o total de una mezcla suficientemente fina y homogénea de caliza y arcilla. Para la obtención del clinquer se hace uso de hornos rotativos que pueden alcanzar los 150m de largo y 3m de diámetro. Estos hornos están ligeramente inclinados, presentando un gradiente de temperaturas a lo largo de su longitud, debido a que la fuente de calor se encuentra sólo en la parte inferior del mismo. Las materias primas se introducen por su parte superior, ya sea en forma de polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha de roca triturada y agua (método de obtención por vía húmeda). A medida que desciende la mezcla a través del horno, llevándose a cabo los siguientes procesos: secado hasta una temperatura de 150ºC, deshidratación de la arcilla a una temperatura próxima a los 500º, descarbonatación por eliminación de CO2, hacia los 1.100ºC, clinquerización del material entre los 1.250º y 1500º. El material tarda unas seis horas en pasar de un extremo a otro del horno. Posteriormente, el clinquer se somete a un proceso de enfriamiento, durante el cual se le suele añadir una pequeña cantidad de yeso que permite regular el tiempo de fraguado del cemento. En los hornos modernos se pueden obtener de 27 a 30 kg. de cemento por cada 45 kg. de materia prima. La diferencia se debe sobre todo a la pérdida de agua y dióxido de carbono. El clinquer, una vez enfriado, sufre un proceso de molienda, y cuando se ha alcanzado el tamaño de grano adecuado, se homogeneiza y se almacena en silos para su empaquetado y distribución. El cemento debe conservarse en lugares cerrados, sin corrientes de aire y elevados del suelo, ya que el cemento es muy higroscópico. Cuando el cemento se mezcla con agua, tienen lugar una serie de reacciones químicas en las que intervienen los componentes activos del cementos, silicato tricálcico, aluminato tricálcico y silicato dicálcico. Estos componentes son inestables, y en presencia de agua reorganizan su estructura. El endurecimiento inicial del cemento se produce por la hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una sílice hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio. Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas de arena o piedras —siempre presentes en las mezclas de argamasa de cemento— para crear una masa dura. El aluminato tricálcico actúa del

mismo modo en la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la mezcla, y la hidratación del silicato dicálcico actúa de modo semejante, pero mucho más lentamente, endureciendo poco a poco durante varios años.

Otros tipos de cementos. Además del cemento Portland, pueden elaborarse otros tipos de cementos con propiedades particulares, si bien muchos de estos cementos especiales se obtienen a partir del Portland por variación del porcentaje de sus componentes habituales o la adición de otros nuevos. Entre los cementos especiales por variación de las proporciones del cemento Portland tenemos: Los cementos de fraguado rápido, a veces llamados cementos de dureza extrarrápida, se consiguen aumentando la proporción de silicato tricálcico, de forma que algunos de estos cementos se endurecen en un día al mismo nivel que los cementos ordinarios lo hacen en un mes. Sin embargo, durante la hidratación producen mucho calor y por ello no son apropiados para grandes estructuras en las que ese nivel de calor puede provocar la formación de grietas. Para los grandes vertidos suelen emplearse cementos especiales de poco nivel de calor, que por lo general contienen mayor cantidad de silicato dicálcico. En obras de hormigón expuestas a agentes alcalinos (que atacan al hormigón fabricado con cemento Portland común), suelen emplearse cementos resistentes con bajo contenido de aluminio. En estructuras construidas bajo el agua del mar suelen utilizarse cementos con un contenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precise resistencia a la acción de aguas ricas en sulfatos se emplean cementos con una composición de hasta 40% de óxido de aluminio. Entre los cementos especiales por adición de nuevas sustancias al cemento Portland tenemos: Los cementos siderúrgicos o de alto horno, obtenidos por mezcla de escorias de alto horno, clinquer o cemento Portland y sulfato cálcico, que se caracterizan por resistir las aguas corrosivas. Cementos puzolánicos, que se obtienen por mezcla de cemento Portland y puzolanas en un 15%-40%, y se caracterizan por resistir las aguas selenitosas y marinas. Cemento aluminoso (porcentaje en alúmina mayor del 32%), obtenido por fusión de un mezcla de caliza y bauxita o arcillas ricas en compuestos de aluminio, que se caracteriza por resistir los agentes químicos, aguas ácidas y sulfatadas. Cemento blanco que es un cemento Portland cuyas materias primas no contenían hierro y manganeso, que son los que dan el color grisáceo.

Materiales compuestos. Morteros. El mortero es la mezcla de uno o más aglomerantes junto con agua y arena, pudiéndose añadir también otros componentes o aditivos para mejorar las propiedades, y que sirve como elemento de unión entre materiales, y como revestimientos en enlucidos o enfoscados. Cada tipo de mortero se nombra con el nombre del aglomerante empleado en su elaboración, hablándose de mortero de yeso, de cemento, etc., y cuando hay dos aglomerantes se

denominan morteros bastardos. La arena empleada puede ser de grano fino, medio o grueso, y su naturaleza geológica no afectará a la resistencia del mortero, siempre que sean duras y no reacciones con el aglomerante de forma desfavorable, como ocurre con las arcillas, escorias, carbones, limos y materia orgánica, sustancias que sólo se admiten en porcentajes inferiores al 3%. Sin embargo, si afectará a la resistencia la forma de los granos de arena, produciendo morteros más resistentes las arenas de grano anguloso que las de grano redondeado. Por su parte, el agua ha de ser limpia, sin aceites, ácidos, álcalis o materia orgánica, ya que estas sustancias pueden alterar el fraguado del aglomerante. En la dosificación de los diferentes ingredientes sólo se señala la relación de aglomerante : arena (en volumen), ya que la cantidad de agua varía. El mortero de yeso admite poca arena, no más de un tercio del volumen de la pasta. La cantidad de agua a añadir varía según el trabajo a realizar, entre un 50% para los trabajos corrientes y un 70% para moldeo. El mortero de cal se prepara en relaciones de 1:2 a 1:4, empleándose generalmente cal grasa para su elaboración. El mortero bastardo de yeso y cal se emplea en enlucidos en proporciones variables según se trate de paredes (1:3:1) o techos (2:3:1). Los morteros de cemento se preparan en relación 1:3 – 1:5, pudiéndose añadir una pequeña cantidad de cal, y puede considerarse una variante de hormigón que carece de grava.

Hormigones. En la actualidad, la mayor parte del cemento que se produce se emplea en la fabricación de hormigón por el gran número de aplicaciones que tiene, empleándose en cimientos, forjados, columnas, etc., etc.

Componentes y propiedades del hormigón . Entre las propiedades del hormigón destacan: su facilidad para construir elementos de cualquier forma; su gran estabilidad química; su gran resistencia a la compresión, aunque poca a la tracción; su resistencia mecánica, que depende de la dosificación de los componentes y del tamaño de grano de la arena y grava; gran adherencia al hierro, importante para fabricar el hormigón armado y pretensado; y su bajo coste y larga duración. Los componentes del hormigón son cemento, arena y grava, y agua en diferentes proporciones, según el tipo de hormigón que se desee obtener, es decir, según sus condiciones de dureza, tiempo de fraguado y resistencia a los agentes medioambientales. El cemento empleado suele ser tipo Portland. La cantidad empleada influye directamente en la impermeabilidad y en la resistencia mecánica, pero aumenta la contracción durante el fraguado provocando grietas. La arena y grava denominadas áridos fino y grueso respectivamente, deben estar limpias, especialmente de sustancias terrosas. Los áridos se distinguen por criterios de tamaño, origen geológico y por su textura superficial. Por último, el agua debe

ser limpia y exenta de aceites, ácidos, etc., evitándose el empleo de aguas carbonatadas. Además de estos componentes, pueden añadirse diferentes aditivos a fin de mejorar o alterar las propiedades del hormigón. Entre estos aditivos tenemos: aceleradores del fraguado como el carbonato sódico; aceleradores del endurecimiento como el cloruro sódico; plastificantes que fluidifican el hormigón como la cal grasa; aireantes que producen una red de conductos llenos de aire, que evitan la rotura del hormigón al congelarse el agua que haya penetrado, pero que disminuyen su resistencia; impermeabilizantes, colorantes, etc. La dosificación de los diferentes componentes se especifican en forma de relación entre los volúmenes de cemento, arena y grava utilizados, así, una mezcla 1:2:3 consiste en una parte por volumen de cemento, dos partes de arena y tres partes de grava. Según su aplicación, las proporciones varían a fin de conseguir cambios específicos en sus propiedades, sobre todo en cuanto a resistencia y duración. La cantidad de agua que se añade a estas mezclas varía de 1 a 1,5 veces el volumen de cemento, influyendo en las propiedades finales del hormigón. En general, cuanta más agua se añada a la mezcla, más fácil será trabajarla, pero más débil será el hormigón cuando se endurezca, así, para obtener hormigón de alta resistencia el contenido de agua debe ser bajo, sólo el suficiente para humedecer toda la mezcla. Tipos de hormigón Los diferentes de hormigón más importantes son: Hormigón armado: Se trata de un hormigón al que se le introducido una armadura de varillas o barras de acero. De esta forma se logra un material resistente tanto a la compresión, aportada por el hormigón, como a la tracción, aportada por la estructura metálica. Para la construcción de elementos con hormigón armado, se introduce la armadura en el interior del encofrado y a continuación se vierte el hormigón. Si se trata de un elemento horizontal como una viga, la armadura metálica se sitúa en la parte inferior del elemento, que es la sometida a tracción al aplicar un esfuerzo de flexión. Hormigón pretensado: Es una variedad de hormigón armado, cuyas barras metálicas han sido tensadas antes de que se produzca el fraguado del hormigón, manteniéndolas tensadas hasta el endurecimiento del hormigón. De este modo, se crea una compresión previa del hormigón, de forma que, además de las características mecánicas del hormigón armado, se logra mejorar sustancialmente la resistencia a la tracción. Hormigón ciclópeo: Es un hormigón en el que se introducen mampuestos o bloques de piedra, empleándose sólo en obras de poca importancia. Hormigón de cascotes: Es el elaborado con restos de ladrillos y hormigones como áridos.

Hormigón ligero: Se prepara empleando rocas volcánicas, piedra pómez o grava volcánica, como árido. Su densidad es menor, pero poco resistente aunque es buen aislante térmico. Hormigón percolado: Se elabora colocando primero la grava en la obra, y a continuación se vierte o inyecta el mortero de cemento.