FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL

DOCENTE: ING GAMARRA UCEDA HECTOR

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE

CONSTRUCCIÓN

EL CEMENTO

Historia del Cemento Civilización Romana

Teatro municipal de Lima

Nido del pájaro-Beijing 2008

Cemento en el Mundo

Se saben que desde épocas antiguas los Romanos utilizaron como agregado ladrillos quebrados los que eran embutidos en una mezcla de cal con polvo del ladrillo o la ceniza volcánica de esta forma se construyeron una variedad amplia de estructuras como caminos, acueductos, templos, palacios, etc.

Usaron: Mezcla de cal + polvo del ladrillo o la

ceniza volcánica. Construyeron: El Coliseo , El Partenón, El muro de defensa que abarca Roma, caminos y los acueductos

ANTECEDENTES HISTORICOS - Edad Antigua Los Romanos

CEMENTO

PUEDE DECIRSE CON ACIERTO QUE EL PRIMER PADRE DEL CEMENTO FUE VICAT A ÉL SE LE DEBE EL SISTEMA DE FABRICACIÓN QUE SE SIGUE EMPLEADO EN LA ACTUALIDAD Y QUE LO PROPUSO EN 1817

1812, Louis Vicat (Francés)

preparo una cal artificial (calcinanacion de arcilla y cal).

1818 ,Maurice St Leger patenta un

cemento hidráulico. En 1824, el ingles J. Apsdin,

elaboró y patentó un producto similar al cemento (cocción de calcáreos y arcilla finamente molida).

ANTECEDENTES HISTORICOS - Siglo XIX

El primer concreto moderno en América.-1825

-1840-

CEMENTO

Cemento en el Perú

En 1860 se inicia el uso del Cemento en el Perú, en el año 1864 se impuso el impuesto a

aduanas del denominado cemento romano, el 1869 se realizaron obras de canalización con

este tipo de Cemento ya en 1902 se exportaban algo de 4,500 Ton.

En la segunda década del siglo se

inician las construcciones con

elementos estructurales de acero

como el caso de las bóvedas y

losas reforzadas de la Estación de

Desamparados. También, en

algunos edificios del Jr. de la

Unión y en el actual teatro

Municipal.

ANTECEDENTES HISTORICOS

ANTECEDENTES HISTORICOS En el Perú

1915:

Terminal marítimo del Callao

Primeros hornos de fabricación de cemento

1916:

Primera fábrica de cemento en el Perú.

1955 – 1975:

fábricas de cemento.

Edificios :

Palacio de Justicia, Hotel Bolívar, Club

Nacional y Country Club.

CEMENTO

Cemento en el Perú

De 1921 a 1925 se realizaron obras pavimentación en

lima (Ej. Av. El progreso, Av. Venezuela, etc.)

Cabe recalcar que en 1924 se inicia la actividad

productiva de cemento en el Perú. Apareciendo

importantes industrias de Cemento, reconocidas

actualmente por el buen desempeño del dicho producto.

En 1960 se incorporó el proceso de precalentamiento del

crudo por suspensión en los gases residuales del horno,

ya que esta técnica logro demostrar su conveniencia en

dicho proceso. Para el año 1973 el estado expropio las

empresas Andino y Cementos Lima .

Sin embargo para el año 1980 la industria cementera ya

había alcanzado su máximo nivel.

Breve Historia del Cemento

DEFINICIÓN

• Es una mezcla de calizas y arcillas pulverizadas a grandes temperaturas, con adición de yeso que al entrar en contacto con el agua ,desarrolla la capacidad de unir fragmentos de grava y arena, para formar un sólido único o piedra artificial, conocida con el nombre de concreto hidráulico.

• El cemento consiste en un polvo fino que se obtiene moliendo la escoria de una mezcla de arcilla y piedra caliza. Al mezclar cemento y agua se obtiene una masa plástica que se endurece progresivamente a causa de las reacciones de hidrólisis e hidratación de sus constituyentes, dando lugar a productos hidratados mecánicamente resistentes y estables tanto al aire como bajo agua.

COMPOSICIÓN QUÍMICA: • Óxido de calcio (CaO), 65%

• Dióxido de silicio (SiO2), 20 %

• Trióxido de aluminio (Al2O3), 5 %

• Óxido férrico (Fe2O3), 5 %

• Óxido de magnesio (MgO), menor del 5 %

• El endurecimiento hidráulico del cemento se debe principalmente a l hidratación de los silicatos de calcio, aunque también pueden participar en el proceso de endurecimiento otros compuestos químicos, como por ejemplo, los aluminatos. La suma de las proporciones de óxido de calcio reactivo (CaO) y de dióxido de silicio reactivo (SiO2) será al menos del 50% en masa, cuando las proporciones se determinen conforme con la Norma Europea EN 196-2.

Definiciones Importantes

Materias Primas del Cemento Pórtland

Materiales calcáreos

Contiene carbonato de calcio (Co3Ca) que será entre 60% a

80%. Lo tenemos a las margas, cretas y calizas en general

Materiales

arcillosos

Minerales de fierro

Suministran el óxido férrico en pequeñas cantidades.

Yeso

Aporta el sulfato de calcio. Controlar la fragua (hidratación violenta del aluminato tricálcico y el ferro aluminato tetracálcico).

Deben contener sílice en cantidad entre 60% y 70%. aquí tenemos a las pizarras, esquistos y arcillas en general

Inicio

Extracción de la materia prima

Trituración de la

materia prima

Pre –

homogenización

Molienda de

Crudos Homogenización Intercambiador de

Calor ( Precalentador)

Clinkerizaciòn Enfriamiento Molienda del

clìnker

Envasado y despacho

Inicio

FABRICACIÓN

El cemento es la combinación entre la cal (caliza) más sílice (arcilla), las calizas son grandes piedras y se consiguen como rocas mientras que las arcillas son más sueltas y se consiguen como barros.

Estas materias primas se someten a un proceso de clinkerización (a altas temperaturas), todo esto va a producir un polvo gris oscuro, que fragua muy rápidamente con el agua, al finalizar este proceso se le adiciona yeso con el fin de retardar el tiempo de fraguado.

ETAPAS DE LA FABRICACIÓN

1.-EXPLOTACIÓN

DE MATERIAS PRIMAS

Consiste en la extracción de las piedras calizas y las arcillas de los depósitos o canteras, dependiendo de sus condiciones físicas se hacen los diferentes sistemas de explotación, luego el material se transporta a la fábrica.

2.-PREPARACIÓN Y

CLASIFICACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS

En la fábrica se reduce el tamaño de la caliza siguiendo ciertas especificaciones dada para la fabricación. Su tamaño se reduce con la trituración hasta que su tamaño oscile entre 5 a 10 mm.

3.- Homogenización

Consiste en hacer mezclas de las arcillas y calizas, que ya han sido trituradas, se lleva por medio de molinos, con el objetivo de reducir su tamaño hasta el orden de diámetro de medio milímetro.

4..-Clinkerización

Consiste en llevar la mezcla homogeneizada a hornos rotatorios agrandes temperaturas aproximadamente a 1450°C, en la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes y se forman gránulos de 1 a 3 cm de diámetro, conocido con el nombre de Clinker.

5.-Enfriamiento

Consiste en una disminución de la temperatura para poder trabajar con el material, éste enfriamiento se acelera con equipos especializados.

6.- Adiciones finales y molienda

Una vez que el Clinker se halla enfriado, se prosigue a obtener la finura del cemento, en la cual consiste en moler el Clinker, después se le adiciona yeso con el fin de retardar el tiempo de fraguado.

Empaque y distribución

Consiste en empacar el cemento fabricado en bolsas de 50 kilos, teniendo mucho cuidado con diversos factores que puedan afectar la calidad del cemento, luego se transporta y se distribuye con cuidados especiales.

TIPOS DE CEMENTO

Portland

Es un polvo de color gris, más o menos verdoso, de gran valor como material estructural, a consecuencia de alcanzar dureza pétrea después de ser amasado con agua, es también un aglomerante hidráulico por excelencia.

Características

Es compatible con todos los materiales de construcción convencionales como arenas, gravas, piedras; así como con los pigmentos (preferentemente los que resisten la acción solar) y aditivos, siempre que se usen con los cuidados y dosificaciones que recomienden sus fabricantes.

Tipo I

Es de uso general, cuando el cemento no está sujeto a exposiciones específicas como ataque de sulfatos del suelo o agua a una elevada temperatura ocasionada por el elevado calor de hidratación.

Usos

Pavimentos y veredas, puentes, tanques, tuberías de agua, alcantarillas, vías de ferrocarril, para construcción de viviendas unifamiliares.

Tipo II

Son usados en estructuras de masas de concreto considerables como: grandes pilares, columnas esbeltas, contrafuertes pesados,; ya que genera menos calor de hidratación que el cemento Tipo I. Su uso es para reducir la temperatura de hidratación, la cual es muy importante cuando se trabaja en regiones calurosas.

Usos

Vaciado masivo de concreto (presas). Tuberías de concreto. Fabricación de estructuras de mediano espesor. Puentes.

Tipo III

Se usan cuando la estructura debe ser puesta en servicio lo antes posible. Este cemento produce un alto calor de hidratación, por lo cual es peligroso su uso en estructuras masivas.

Usos

Puentes. En un viaducto. En losas.

Tipo IV •Se usa donde el calor de hidratación debe ser reducido al mínimo. También se utiliza con estructuras masivas de concreto como grandes presas de gravedad, donde la elevación de temperatura generada durante el endurecimiento es un factor crítico. •Ejemplo. Las Presas

Tipo V

•Usado solamente en concretos que van a estar expuestos a una severa acción de sulfatos. A la vez, se usa donde los suelos o aguas en contacto con la estructura tienen un alto contenido de sulfato.

•Ejemplo. Canales, Obras Portuarias

Súper cemento

•También llamado cemento de endurecimiento rápido. Es un cemento portland que por su composición química endurece más rápido que el cemento portland normal.

•Tienen un porcentaje más alto de silicato tricálcico. Las piedras calizas utilizadas para la pasta cruda son de gran pureza. Además el Clinker se muele muy finamente. Estos cementos alcanzan, a los 3 días, la resistencia lograda por el portland a los 28 días.

Cemento aluminoso o fundido

•Se caracterizan por su color oscuro, su alta resistencia inicial, su alto calor de hidratación, y su resistencia a los ataques químicos.

•Obtenido por la fusión de una mezcla de calizas y bauxita. La bauxita es una roca sedimentaria de origen químico compuesta mayoritariamente por alúmina (Al2O3) y, en menor medida, óxido de hierro y sílice.

• Los cementos aluminosos se emplean en instalaciones portuarias.

Cemento Blanco

•La diferencia entre el cemento normal y el blanco es que la dosis de óxido férrico es de 1%, dando como resultado un color blanco en vez de gris.

•Se usa principalmente con fines arquitectónicos como: cobertura para pisos, pintura de cemento, losetas y en concretos decorativos.

Cemento Romano

Es apropiado para trabajos menores, de fijaciones y reparaciones, no es apropiado para grandes obras porque no se dispondría del tiempo para efectuar una buena colada. La ventaja es que al pasar aproximadamente 180 minutos de iniciado del fraguado, se consigue una resistencia muy alta a la compresión.

CEMENTO PUZOLANICO

•Especialmente diseñado para la construcción sobre suelos salinos. El mejor para obras expuestas a ambientes químicamente agresivos.

•Ideal para la construcción de zapatas, pisos, columnas, castillos, muros, losas, pavimentos, guarniciones, banquetas, muebles municipales (Bancas, mesas, fuentes, escaleras), etc.

PROPIEDADES

FÍSICAS

Finura:

La fineza del cemento influye en el calor de hidratación liberado y en la velocidad

de hidratación. A mayor finura del cemento, mayor rapidez de hidratación del

cemento y por lo tanto mayor desarrollo de resistencia.

Firmeza:

Es la propiedad que se exige al cemento de no desintegrarse después del

fraguado. Un cemento tendrá firmeza cuando durante y después de la fragua, no

aumenta de volumen.

Peso Especifico:

Como se sabe, resulta de dividir el peso por el volumen. El peso específico de un

cemento no es indicador de la calidad del cemento; su uso principal se tiene en los

cálculos de proporcionamiento de mezclas en volumen.

Densidad:

La densidad del Cemento Portland es muy elevada; su peso volumétrico depende

de la compactación, pero puede aceptarse un valor medio de 1500 kg/m3, el cual

concuerda con la costumbre de suponer un volumen de 33 litros para el saco de

cemento de 50 kg.

Consistencia:

La consistencia se refiere a la movilidad relativa de una pasta de cemento o

mortero recién mezclado o bien a su capacidad de fluir.

Tiempo de Fraguado:

Los tiempos de fraguado indican si la pasta está desarrollando sus reacciones de

hidratación de manera normal. También influyen sobre el tiempo de fraguado la

finura del cemento, la relación agua-cemento, y los aditivos usados.

-RESISTENCIA EN COMPRESION CEMENTO

CEMENTO - CALOR DE HIDRATACION

VS. TIEMPO

EMPLEO EN LOS TRABAJOS

DE CONSTRUCCIÓN

En Mampostería:

En Veredas:

En Edificación: En Canales:

En Puentes: En Presas:

En esta tabla se muestra las proporciones de materiales para preparar concreto resistentes: el agua, arena y grava.

En las obras sencillas se dosifican los materiales para elaborar una mezcla de concreto, con una relación proporcional de estos; la que simplemente se toma 1:2:2; 1:2:3; 1:3:3; 1:3:4. En estas referencias podemos decir que una relación 1:2:2, que es una comparación en base al volumen del cemento y dice que por una cantidad de cemento, se toman 2 cantidades de arena y 2 cantidades de grava. Recordemos el primer número es la cantidad de cemento, el segundo número es la cantidad de arena y el tercer numero es la cantidad de grava.

Si tomamos un recipiente, vasija o caja que pueda servir de medida y que contenga exactamente el volumen de un saco de cemento; con ese mismo recipiente tomamos dos veces la cantidad de arena y dos veces la cantidad de grava. Una relación 1:2:2, es una mezcla de concreto de 3500 P.S.I o sea 270 M/Pascal, y su contenido de materiales seria así

Arena: 14 unidades de volumen Grava: 14 unidades de volumen Cemento: 7 unidades de volumen

CEMENTO ¿ Como elegir el tipo de cemento ?

¿Donde vamos a construir?

¿Que tipo de estructura y/o que proceso constructivo

vamos a usar?

¿En que condición de exposición vamos a

Construir?

Tener en cuenta el manejo del calor de hidratación: En clima cálido : Con bajo calor de hidratación, ordenando de acuerdo al calor de hidratación, de menor a mayor, tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, ICo, I En clima frío : Utilizar con alto calor de hidratación , de menor a mayor tenemos: I, II, IPM, IMs, ICo, V

Donde vamos a construir ? CEMENTO

CEMENTO

El concepto que prima es resistencia a la agresividad química, por lo tanto es muy importante tener en cuenta las condiciones de exposición: Ambiente marino: Expuesto al ataque de Cloruros + sulfatos, por lo tanto ordenando los cementos de acuerdo al grado de resistencia a estos iones de mayor a menor tenemos: IP, V, IPM, II, IMs, Ico, I Suelo con sulfatos : Ordenando los cementos de acuerdo al grado de resistencia a los sulfatos de mayor a menor tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, Ico, I

¿En que condición de exposición vamos a construir?

CEMENTO

En este caso el concepto que prima es de resistencia y calor de hidratación de la estructura a construir: Vaciados de gran volumen y poca área de disipación de calor : En este caso es importante tener en cuenta el calor de hidratación Del cemento, entonces ordenando los cementos de más favorable a menos favorable tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, Ico, I Desencofrado rápido : En este caso es importante tener en cuenta la ganancia rápida de la resistencia del concreto, entonces ordenando Los cementos de más favorable a menos favorable tenemos: I, IPM, IMs, ICo, IP, V

Que tipo de estructura y/o que proceso constructivo vamos a usar?

Inicio

NTP 334.009:1997 Cementos. Cemento Pórtland. Requisitos

NTP 334.044:1997 Cementos. Cementos Pórtland Puzolánico IP y I (PM).

NTP 334.050:1984 Cemento Pórtland Blanco tipo I. Requisitos

NTP-334.069:1998 Cementos. Cemento de Albañilería. Requisitos

NTP-334.082:1998 Cemento. Cementos Pórtland adicionados. Especificación de Performance

NTP-334.083:1997 Cemento. Cementos Pórtland Adicionados tipos P y S

NTP-334.049:1985 Cemento Pórtland de escoria tipo IS y tipo ISM, requisitos

NTP 334.073:1987 Cementos Pórtland compuesto tipo 1Co, requisitos

NTP 334.007:1997 Cementos Pórtland compuesto tipo 1Co, requisitos

NTP 334.084:1998 CEMENTOS. Aditivos funcionales a usarse en la producción de cementos Pórtland.

NTP 334.085:1998 CEMENTOS. Aditivos de proceso a usarse en la producción de cementos Pórtland.

NTP 334.087:1999 CEMENTOS. Adiciones minerales en pastas, morteros y concretos; microsílice, especificaciones.

NTP 334.088:1999 CEMENTOS. Aditivos químicos en pastas, morteros y hormigón (concreto); especificaciones.

Normas Técnicas Peruanas de Cementos

FABRICAS DE

CEMENTOS

EN EL PERU

CEMENTO

CEMENTO - FABRICAS DE CEMENTOS EN EL PERU

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Almacenamiento del Cemento Ubicación y características del área donde se asienta

la construcción.

Espacios disponibles

Consumo promedio de concreto de acuerdo al cronograma de la obra

Consumo máximo y duración del periodo en el cual se realiza la mayor producción de concreto.

Forma y medios de aprovisionamiento de los materiales.

Stock mínimo que es conveniente mantener.

Ubicación de las mezcladoras o central de mezcla.

Alternativas y costos para las diferentes instalaciones de almacenamiento.

El cemento constituye uno de los productos más importantes a nivel mundial, debido a que este es uno de los principales componentes del concreto que es la materia base para fabricar cualquier tipo de edificación.

Las materias primas que se utilizan para la obtención del

cemento, son económicas y de fácil explotación debido a que son de gran abundancia en el país.

El cemento es un producto muy versátil y se puede obtener un

tipo para cada aplicación específica que se desee.