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UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
INTRODUCCIÓN
Se denomina aglomerantes a los materiales pulverulentos que al
mezclarlos con agua forman una pasta plasto elástica capaz de
endurecerse espontáneamente con el tiempo, como resultados de
procesos físico y químicos. Existen dos tipos de aglomerantes:
orgánicos como los asfaltos, alquitranes, etc. Y los inorgánicos
como la cal, el yeso, el cemento, etc.
En el presente trabajo, se describirán aspectos que debe conocer el
ingeniero sobre dos aglomerantes inorgánicos importantes, debido
a que son muy utilizados como materiales en la construcción; estos
son el yeso y la cal.
Se abarcará aspectos como: su historia, sus propiedades, tipos y los
usos más comunes dentro de la industria de la construcción;
citando a cada uno por separado.
MARCO TEÓRICO
1. EL YESO
1.1 HISTORIA
El yeso se originó hace 200 millones de años como resultado de depósitos marinos cuando parte de lo que
ahora son nuestros continentes eran inmensas extensiones oceánicas. Durante este período algunos mares se secaron dejando lechos de yeso que se recubrieron para ser descubiertos posteriormente por el hombre. En el Antiguo Egipto, durante el tercer milenio a. C., se empleó yeso para sellar las juntas de los bloques de la Gran Pirámide de Guiza, y en multitud de tumbas como revestimiento y soporte de bajorrelieves pintados. En el período Neolítico, con el dominio del fuego, comenzó a elaborarse yeso calcinando aljez, y a utilizarlo para unir las piezas de mampostería, sellar las juntas de los muros y para revestir los paramentos de las viviendas, sustituyendo al mortero de barro. Los Omeyas dejaron muestras de su empleo en sus alcázares sirios, como revestimiento e incluso en arcos prefabricados. Durante la Edad Media, principalmente en la región de París, se empleó el yeso en revestimientos, forjados y tabiques.
1.2 CONCEPTO
El aljez o piedra de yeso es un mineral formado por sulfato cálcico dihidratado de color blanco, pero debido a impurezas puede tornarse gris, castaño o rosado. En su estructura cristalina hay dos moléculas de agua por una de
sulfato cálcico. Sometido a calcinación, libera parte del agua de cristalización, obteniéndose el yeso de construcción, que al ser amasado con agua, se solidifica de nuevo y fragua, reconstituyendo sobre el paramento la roca originaria en su estado natural.
1.3 PROPIEDADES
Las propiedades principales de los yesos son:
- Material conglomerante aéreo (material noble)
- Buena estabilidad volumétrica
- Excelente adherencia
- Fraguado rápido y modificable
- Propiedades aislantes: térmicas y acústicas
- Baja transferencia de calor
- Bajo peso
- Bajo costo de producción
- optima textura de la superficie endurecida
- Control acústico
- Fidelidad de copiado superficial
- Resistencia al fuego
- Poca solubilidad en agua Elemento poroso de baja
conductividad
- Dureza: 2 en la escala de Mohs
- Solubilidad: 1.8 - 2.0 g/l
- Densidad:
Dihidrato: 2.3 g/cm
Hemidrato α: 2.7 g/cm
Hemidrato II: 2.6 g/cm
Anhidrita IIIα: 2.5 g/cm
Anhidrita IIIβ: 2.4 g/cm
1.4 FACTORES QUE CONDICIONAN LA CALIDAD DEL YESO
AGLOMERANTE
La calidad de los yesos aglomerantes puede valorarse
teniendo en cuenta las siguientes características:
- Tiempo de utilización y de fraguado.
Respecto al tiempo de utilización interesa que sea lo más
dilatado posible, sin que deteriore las restantes cualidades
con objeto de facilitar su puesta en obra. En la siguiente tabla
se muestran los tiempos de utilización de algunos yesos de
uso común:
Estos tiempos de empleo en la práctica pueden aplazarse
mediante un rebatido de la masa yeso-agua antes de su
fraguado inicial, pero es a costa de romper estructuras
cristalinas ya formadas lo que produce un descenso de
resistencias.
Los tiempos de fraguado admisibles para cualquier tipo de
yeso son los siguientes:
Inicial: entre 2 y 18 minutos
Final: entre 6 y 90 minutos
- Resistencia.
El valor normalizado de las resistencias se refiere a la flexo
tracción obtenidas a través de las probetas previamente
desecadas.
La resistencia a la flexo tracción del yeso viene influida por el
grado de humedad de las probetas en el momento de la
rotura.
La variable más importante que incide en el valor de la
resistencia es la relación de agua-yeso empleada en el
amasado. Depende de la clase de yeso pero, en cualquier
caso, cuando sobrepasa a 1 se anulan las resistencias y se
obtiene un yeso que se degrada progresivamente.
- Expansión y contracción diferenciales.
Cuando una masa de yeso aglomerante se mezcla con agua y
se endurece, las dimensiones establecidas inmediatamente
después del fraguado cambian en función del tiempo, dando
lugar a serias perturbaciones en la puesta de obra de los yesos
o de sus productos prefabricados.
Estas variaciones en la dimensión dependen, en una parte de
la velocidad del secado, y en otra de la relación agua - yeso y
muy especialmente de las condiciones del amasado o
rebatido de la pasta durante el tiempo de empleo.
Dentro de la primera variable, el secado viene influenciado
por la temperatura, la humedad relativa del ambiente y por la
ventilación.
1.5 TIPOS DE YESO
Esta clasificación obedece a los nombres y usos corrientes de
los yesos diferenciándose principalmente en la composición
de sus fases:
- Yeso de moldeo o escayola:
Este material debe poseer las máximas cualidades de pureza y
resistencia, por ser el requerido en la industria de yesos de
moldeo y prefabricados, cuyo desarrollo ha promovido la
tecnificación de los métodos convencionales con exigencias
específicas de calidad. Están constituidos fundamentalmente
por hemidratos. Estos yesos se caracterizan también por
tener un grado de finura más elevado. Medido sobre el tamiz
de 0.2 mm debe ser inferior al 2%. Se requieren yesos con un
grado de pureza próximo al 90%, y debe poseer una
resistencia a flexotracción superior a 35 kg/cm2.
- Yeso de enlucir o yeso blanco:
Está constituido por dos componentes fundamentales, yeso
hemihidratado y yeso sobrecocido, que está integrado por
una mezcla de anhidritas III y II, en la cual predomina ésta
última. Los tiempos de fraguado oscilan entre 3 y 7 minutos y
deben ajustarse para su aplicación en estucos y se utiliza
sobre todo para enlucir paredes y techos. El espesor de los
recubrimientos con mezclas de yeso, puede variar de 10 a 15
mm. Se debe resaltar su conservación a través del tiempo y su
poder de transpiración por absorción de la humedad.
- Otros tipos de yeso:
Los yesos calcinados a temperaturas altas, se han empleado
fundamentalmente en pavimentos y acondicionamientos
acústicos. El denominado yeso mármol o cemento Keene, está
constituido por un yeso de enlucido al cual se le adicionan
sales de alumbre y es sometido a una segunda cocción
alrededor de los 600 °C.
Tiene un fraguado lento y desarrolla una resistencia a la
compresión entre los 150 y
200 kg/cm2. Su propiedad fundamental es no presentar
retracciones ni expansiones
y se usa principalmente en el sellamiento de juntas.
1.6 CARACTERÍSTICAS
- Producto natural y ecológico
El yeso se obtiene a partir de Sulfato de Calcio, un mineral
abundante en la naturaleza, no tóxico y respetuoso con el
medio ambiente ya que sus residuos son biodegradables.
- Son térmicamente aislantes
Debido a su gran propiedad térmica y su bajo coeficiente
de conductividad, reducen los puentes térmicos y eliminan
el fenómeno de pared fría.
- Regulan la humedad ambiente
Los revestimientos de yeso respiran como una auténtica
piel, regulando la temperatura y activando la aireación del
local. Aseguran así un grado higrométrico equilibrado,
absorbiendo rápidamente la humedad en exceso, para
restituirla al ambiente cuando el aire está más seco.
- Protegen en caso de incendio
Son incombustibles, prolongan la resistencia al fuego, no
despiden vapores tóxicos ni humos. En presencia del fuego,
el yeso desempeña un papel activo, ya que gracias al agua
de cristalización, no sólo se limita a frenarlo, sino que
absorbe una considerable cantidad de calor.
- Absorción acústica
Tienen cierta elasticidad, lo que unido a su estructura
interna finamente porosa, hacen que se comporten como
buenos absorbentes acústicos, disminuyendo
reverberaciones y amortiguando las ondas sonoras.
2. LA CAL
2.1 HISTORIA
La cal se ha usado, desde la más remota antigüedad, como
conglomerante en la construcción; también para pintar muros
y fachadas de los edificios construidos con adobes o tapial.
Una de las principales aplicaciones que de la cal; la hicieron
los romanos, fue en la construcción de sus calzadas. Una
sección de la Via Apia estaría formada por tres estratos: El
primer estrato era de piedra dura y plana, cortada en grandes
fragmentos, que en algunos casos, se unían con cal y arena; el
segundo, era de cantos o fragmentos de piedra partida que se
aglomeraban con cal grasa para dotarla de mayor solidez y el
tercero estaba configurado por grandes piezas poligonales
que encajaban perfectamente entre sí.
2.2 CONCEPTO
La cal es un término que designa todas las formas físicas en
las que pueden aparecer el óxido de calcio (CaO) y el óxido
de calcio de magnesio (CaMgO2), se obtiene como
resultado de la calcinación de las rocas calizas o dolomías,
por debajo de la temperatura de descomposición del óxido
de calcio (825 °C)
2.3 PROPIEDADES
- Las propiedades de la cal que
interesan a la construcción
tienen que ver con la resistencia que se puede lograr, el
tiempo de fraguado y la consistencia de las mezclas a base
de este material.
- Las propiedades como la resistencia y el tiempo de
fraguado están íntimamente relacionadas con la
composición química de la cal. La composición química
varía dependiendo de las impurezas contenidas en la
materia prima, por ejemplo la roca caliza puede contener
arcillas, hierro, azufre, carbonatos de magnesio, álcalis y
otras impurezas que afectan la reactividad de la cal con el
agua.
- La reactividad de la cal es función directa de los contenidos
de arcilla, en el caso de la cal los materiales arcillosos se
encuentran como impurezas de la materia prima.
- la densidad y la resistencia también se relacionan con la
composición química de las cales, de manera que a medida
que la cal se vuelve más hidráulica su densidad aumenta, y
prácticamente se convierte en un cemento.
- La cal de uso común tiene una densidad promedio de 2.3
que es baja comparada con los cementos que oscilan entre
3.0 y 3.15.
- La resistencia que puede generar la cal depende de la
reactividad de la misma, como generalmente se combina
con arena y por supuesto con el agua, frecuentemente se
expresa su resistencia como aquella lograda por un
mortero, por ejemplo un mortero 1:3 (una parte de cal por
tres de arena) con la cantidad de agua requerida puede
generar una resistencia entre 10 y 20 kg./cm2.
- Su punto de fusión empieza partir de los 580ºC rindiendo
CaO+H2O
- Peso específico: 2,24 g/cm3
- Densidad a granel: entre 300 kg/m3y 600 kg/m3
- Viscosidad dinámica: depende de la concentración de
Ca(OH)2 en el medio
- Dureza mecánica: 2-3 Mohs
- Soluble en ácidos, glicerina y soluciones de azúcar
- Las suspensiones acuosas tienen carácter alcalino fuerte.
- Las reacciones con los ácidos son exotérmicas.
2.4 PROCESOS DE OBTENCIÓN
Los procesos para la obtención de la cal, son descritos brevemente
a continuación:
- Extracción
Se desmonta el área a trabajar y se lleva a cabo el
descapote, posteriormente se barrena aplicando el plan de
minado diseñado, se realiza la carga de explosivos y se
procede a la voladura primaria, moneo, tumbe y rezagado,
carga y acarreo a planta de trituración.
- Trituración
Posteriormente es sometida a un proceso de trituración
que arrojará como producto trozos de menor tamaño que
serán calcinados en hornos verticales. También puede
realizarse una trituración secundaria cuando se requieren
fragmentos de menor tamaño.
- Calcinación
La cal es producida por calcinación de la caliza y/o dolomía
triturada por exposición directa al fuego en los hornos. En
esta etapa las rocas sometidas a calcinación pierden
bióxido de carbono y se produce el óxido de calcio (cal
viva).
- Enfriamiento
Posteriormente se somete a un proceso de enfriamiento
para que la cal pueda ser manejada y los gases calientes
regresan al horno como aire secundario.
- Inspección:
Se inspecciona cuidadosamente las muestras para evitar
núcleos o piezas de roca sin calcinar.
- Cribado
Se somete al cribado con el fin de separar la cal viva en
trozo y en guijarros (piedra pequeña, redondeada y lisa) de
la porción que pasará por un proceso de trituración y
pulverización.
- Trituración y pulverización
Se realiza con el objeto de reducir más el tamaño y así
obtener cal viva molida y pulverizada, la cual se separa de
la que será enviada al proceso de hidratación.
- Hidratación
Consiste en agregar agua a la cal viva para obtener la cal
hidratada. A la cal viva dolomítica y alta en calcio se le
agrega agua y es sometida a un separador de residuos para
obtener cal hidratada normal dolomítica y alta en calcio.
2.5 TIPOS DE CAL
- Por su composición
CAL DOLOMÍTICA
Se la denomina también cal gris o cal magra. Es una cal aérea con
un contenido de óxido de magnesio superior al 5%. Al apagarla,
forma una pasta gris, que no reúne unas condiciones satisfactorias
para ser utilizada en construcción.
CAL GRASA
Es la cal aérea que contiene, como máximo, un 5% de óxido
magnésico. Después de apagada da una pasta fina, trabada, blanda
y untuosa.
CAL AGRÍCOLA
Es la cal que, por su contenido de óxidos de calcio y magnesio, es
apta para neutralizar la acidez de los suelos.
- Por su naturaleza
CAL HIDRÁULICA
Cales constituidas por mezcla de margas y arcillas ricas en sílice
aluminio y hierro, que endurecen tanto en contacto con el aire
como en el agua. Se distingue entre los siguientes:
Cal débilmente hidráulica: Se utiliza para el trabajo interno y
externo de las áreas protegidas. La cal débilmente hidráulica
contiene hasta 10% de arcilla mezclada con otras impurezas.
Puede tomar una semana o más para establecerse después de
adicionarse el agua.
Cal moderadamente hidráulica: Se puede utilizar para el
trabajo externo en la mayoría de las áreas. La cal
Moderadamente hidráulica contiene arcilla en el rango de
11% a 20%. Este tipo de conjuntos de cal da forma a los pocos
días después de adicionarse el agua.
Cal eminentemente hidráulica: Se utiliza para el trabajo
externo en áreas expuestas, como las chimeneas y las losas de
piso que son sustentadas. La cal eminentemente hidráulica
contiene arcilla en el rango de 21% a 30%.
CAL AÉREA
Cales constituidas principalmente por óxido o hidróxido de calcio
que endurecen mediante carbonatación expuestas al aire. A su vez,
al hablar de cal aérea podemos distinguir entre:
Cal Viva: Constituidas principalmente por óxido de calcio y de
magnesio, producidos por calcinación de caliza y/o dolomita.
Estas cales tienen una reacción exotérmica en contacto con el
agua. Se pueden presentar en distintas granulometrías.
Cal Hidratada: Cal resultante del apagado controlado de las
cales vivas. Se producen en forma de polvo seco, de pasta o
de lechada.
- Por la utilización:
CAL SIDERÚRGICA
Es un tipo de cal viva con al menos 90% de óxido de calcio y muy bajos contenidos de sílice, azufre y fosforo. CAL QUÍMICA Es un hidróxido de calcio o cal hidratada de alta concentración de Ca(OH)2, normalmente por arriba del 90%. CAL DE CONSTRUCCIÓN Comprende los hidróxidos de calcio con o sin magnesio, denominados cales hidratadas con contenidos del 75% al 85% en dichos hidróxidos y que su campo de aplicación se enfoca a la industria de la construcción.
2.6 APLICACIONES
La cal tiene múltiples aplicaciones y usos en la construcción,
se ha utilizado tanto para construir, pintar, decorar, tratar
suelos y mejorar mezclas asfálticas.
- PINTURAS
- Por ser una pintura natural permite la respiración sin
intoxicación cerca del lugar pintado, lo cual permite la
eliminación del vapor de agua.
- Por ser un producto alcalino posee propiedades fungicidas
lo que evita la formación de hongos y bacterias.
- Su color blanco de alta reflectancia lo convierte en un
aislante que protege de las altas temperaturas a las
superficies pintadas.
- Evita la filtración de agua debido a que está formada por
pequeñas partículas que penetran en los huecos evitando
el paso del agua al muro.
- Debido a su textura gruesa posee una alto poder cubridor,
que le permite tapar pequeñas imperfecciones, evitando
empastar las superficies vírgenes.
- En un producto de fácil aplicación lo que aumenta el
rendimiento de la mano de obra (m2/hombre) lo que
sumado a su bajo costo lo convierte en el producto más
conveniente del mercado.
- MORTEROS
- Aumenta la capacidad de retener el agua, lo cual permite
que el cemento complete su hidratación y de esta manera
adquiera la resistencia especificada. También evita la
fisuración del mortero por la acelerada perdida de agua.
- La cal, al tener un menor tamaño de partículas que el
cemento, disminuye el tamaño de los poros del mortero,
evitando el paso del agua dentro del mortero, lo que
disminuye la permeabilidad y eflorescencia de sales
minerales en la superficie del muro.
- La cal tiene la capacidad de curar fisuras, ya que el agua al
penetrar en una fisura disuelve una pequeña cantidad de
calcio que reacciona con el dióxido de carbono de aire
formando carbonato de calcio, este compuesto tiene un
mayor volumen que el calcio, por lo que tapa las fisuras.
- La cal aumenta la capacidad de absorber las deformaciones
infringidas al mortero debido a que disminuye la rigidez del
mortero, lo cual evita el desprendimiento y/o
agrietamiento del mortero.
- Las propiedades que aporta la cal al mortero
(trabajabilidad, retentividad, adherencia, etc...), aumentan
el rendimiento de la mano de obra y reducen las perdidas
en la colocación del mortero, esto sumado al menor precio
de la cal en relación el cemento reducen significativamente
el costo del m3 de mortero.
- HORMIGÓN
- La cal hidratada da origen a un hormigón más compacto,
debido a que rellena los espacios entre partículas.
- Protege de las variaciones de la temperatura, evitándose
así los agrietamientos.
- Retarda el fraguado inicial, manteniendo húmeda la
mezcla.
- En productos de concreto, se utiliza en los bloques de
concreto normales y celulares.
- Su menor tamaño de partícula, produce un producto
mucho más denso y más resistente al agua.
- Aumenta la plasticidad de la mezcla, los productos
obtienen bordes y esquinas más perfectas.
- ESTABILIZA LOS SUELOS ARCILLOSOS
- La cal disminuye drásticamente el índice de plasticidad de
los suelos.
- La cal aglomera las partículas finas de arcilla por medio de
un proceso denominado intercambio básico.
- La cal ayuda en el secado rápido de los suelos húmedos,
adelantando la compactación.
- La contracción y dilatación característica de un suelo
arcilloso se disminuye notoriamente.
- La resistencia a la flexión se incrementa. Por lo tanto, la
capa estabilizadora desarrolla una resistencia de viga.
- La capa estabilizada con Cal forma una barrera resistente al
agua, impidiendo la penetración del agua por gravedad
desde arriba y humedad capilar desde abajo, siempre
manteniéndose estable.
RECOMENDACIONES
- Para el uso del yeso y la cal, se debe tener cuidado con la
manipulación, ya que por su contenido podría ser algo
tóxico.
- Se debe ser muy cuidadoso al momento de mezclar el yeso
con el agua para obtener un correcto tiempo de fraguado.
-
CONCLUSIONES
- El yeso y la cal, son dos aglomerantes esenciales en la
construcción y permiten crear diferentes concretos y
morteros de acuerdo a cada tipo de construcción.
- El yeso y la cal con mayor cantidad de pureza son las que
mejor funcionan en el rubro de la construcción.
BIBLIOGRAFÍA
- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN, G.I. GORCHAKOV,
Editorial MIR, 1984
- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN, F. ORUS, Editorial dossat.
- http://www.arqhys.com/articulos/clasificacion-cal-
hidraulica.html
- http://anfacal.org/pages/datos-tecnicos-de-la-cal-y-sus-
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- http://www.soprocal.cl/soprocal/index.php?mod=contenid
o&codigo=29
- http://www.quiminet.com/articulos/la-cal-tipos-y-proceso-
de-obtencion-17648.htm
- http://es.wikipedia.org/wiki/Yeso
- http://www.monografias.com/trabajos71/historia-
origenes-yeso/historia-origenes-yeso.shtml
