TOPICOS DE TECNOLOGIA DE CONCRETO EN EL PERU.pdf

7/23/2019 TOPICOS DE TECNOLOGIA DE CONCRETO EN EL PERU.pdf

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ENRIQUE PASQUEL CARBAJAL

TOPICOS DE TECNOLOGIA

DEL CONCRETO

EN EL PERU


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Enrique Pasquel CarbajalCalle 4, Mz E-5 No 163Los Alamos de MonterricoLima 33 - PerTelfono : 0051-1-3451937

Fax : 0051-1-3450036 Colegio de Ingenieros del Per

Consejo NacionalAv. Arequipa 4947Lima 18 - PerTelfono : 0051-1-4456540Fax : 0051-1-4477143

'HUHFKRV5HVHUYDGRVProhibida la reproduccin parcial o total

de esta obra sin permiso expreso del autor.

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PROLOGO A LA SEGUNDA EDICION


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Noviembre 1998


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PREFACIO DEL AUTOR A LA SEGUNDA EDICION

El apoyo brindado por el Colegio de Ingenieros del Per en Noviembre de1993, posibilit la primera edicin de este trabajo, que se constituy en elLibro 17 de la Coleccin del Ingeniero Civil ideada y promovida tanexitosamente por Antonio Blanco durante su gestin al frente del Captulode Ingeniera Civil.

Nuevamente la iniciativa de Antonio Blanco como actual Decano Nacionaldel CIP ha hecho factible la presente edicin al haberse agotado laanterior, por lo cual le expresamos nuestro mayor agradecimiento.Hemos hecho una revisin completa del libro en la bsqueda de mejorarlo

y complementarlo en aspectos que han tenido la gentileza de hacernosnotar colegas, estudiantes y amigos, durante los cursos, conferencias yseminarios que hemos dictado en varias ciudades del pas, y por elconvencimiento que un trabajo de este tipo siempre puede y debe

perfeccionarse , ameritando cada nueva edicin incorporar un esfuerzo enese sentido.Es as que en el Apndice se ha aadido a la informacin suministrada porlos fabricantes locales de cemento en 1993, la remitida posteriormente poraquellos que accedieron a actualizarla; hemos ampliado el captulo 8referido a la evaluacin estadstica de resultados de resistencia enconcreto, se han complementado los Captulos 11 y 12 incorporando losltimos avances cientficos relativos al diagnstico de la reactividadalcalina en agregados y concreto endurecido, y se ha replanteado el

captulo 13 enfocndolo desde la perspectiva de la Calidad Total, que esun tema de gran vigencia a nivel internacional, que merece ser difundido

por la trascendencia que tendr en un futuro no muy lejano en la industriade la construccin , como ya la tiene en otras reas de la actividad

productiva.Finalmente, se han introducido algunas correcciones gramaticales y desintaxis para una mejor comprensin del texto, se han mejorado las tablasy gran parte de los grficos, aadindose un ndice alfabtico para laubicacin fcil de los diversos temas.

ENRIQUE PASQUEL CARBAJALNoviembre 1998


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DEDICATORIA

A mi padre el Ing. Francisco Pasquel Ormaza y a la memoria de mi abueloel Ing. Francisco Pasquel y Cceres.


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AGRADECIMIENTO

La idea de escribir este libro data de hace varios aos, pero no hubiera sidoposible hacerla realidad sin el estmulo y apoyo desinteresado de misamigos y colegas Juan Bariola, Gianfranco Ottazzi y Antonio Blanco, paraconcretar su redaccin y publicacin .

Un reconocimiento especial a mi padre por su gran aporte en el desarrollodel Captulo 1.

Finalmente, el agradecimiento ms profundo a mi esposa Adela y a mishijos Enrique y Christian, por toda su ayuda y comprensin durante eltiempo dedicado a la culminacin de este trabajo.

E.P.C.Nov. 1993

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INTRODUCCION

" La prctica sin ciencia es como un barco sin timn "

Leonardo DaVinci, 1452-1519

La premisa que antecede a este prrafo, establecida por uno de los mayoresgenios de la humanidad en una poca en que paradjicamente elempirismo era el derrotero en la bsqueda de las respuestas a los

fenmenos naturales, resulta hoy en da de una vigencia notable, sireflexionamos en que lo concluido hace cuatro siglos constituye en elpresente con todos los avances cientficos logrados, el camino lgico yobligatorio en el desarrollo y aplicacin de cualquier tecnologa.En el caso particular de la Tecnologa del Concreto, hace ya algunos aosque se viene relegando en nuestro pas la importancia de este campo,dndole la connotacin equivocada de una especialidad con base cientficalimitada, que se aprende con la prctica .Es una realidad, que en nuestras universidades, se dicta por lo generaldurante la formacin del ingeniero civil slo un curso de Tecnologa delConcreto, y algunas veces dentro de un curso general de "Materiales deConstruccin", pese a que es el concreto el material que debe dominar casia diario el profesional de la construccin. Sin embargo, se instruye al

futuro ingeniero con mtodos de clculo y diseo estructural cada vez mascomplejos y refinados, que si bien son fundamentales, en muchos casos

pierden su eficacia y trascendencia, cuando en las obras se suman loserrores y deficiencias por desconocimiento de los conceptos que gobiernanel producto final, por falta de actualizacin y profundidad en estos temas.

Nuestro pas cuenta con toda la gama de climas y condiciones ambientalesposibles, y que en algunos casos son singulares, por lo que problemas tanantiguos como son el producir tcnicamente concreto durable en la sierra yel altiplano, trabajar en forma cientfica y eficiente con agregadosmarginales como es el caso de nuestra selva, o superar profesionalmentelas dificultades de hacer concreto en climas clidos como sucede en lamayor parte de la costa, estn a la espera de soluciones creativas de usocorriente que contribuyan al avance de la Tecnologa del Concreto local.


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El objetivo de este libro es el de proveer las herramientas cientficasbsicas para conocer, emplear y evaluar profesionalmente elcomportamiento de un material como el concreto que tiene un potencialinagotable tanto en su uso como en la investigacin de los fenmenos quelo afectan.Pese a tocarse los temas clsicos de cualquier libro sobre Tecnologa delConcreto, se ha pretendido enfocarlos dentro de la ptica de las realidadesde nuestro pas, con apreciaciones personales que quizs resulten enalgunos casos polmicas, pero elaboradas con el nimo de reflexionar conel lector en la bsqueda de soluciones para el progreso de esta especialidad

en nuestra patria.

Se ha tratado de incorporar la informacin tcnica mas actualizada con laslimitaciones del avance continuo que existe en este campo,complementada con recomendaciones prcticas emanadas de laexperiencia cientfica comprobada en diversas obras por el autor.

No creemos haber cubierto todos los temas y no dudamos que seencontrarn aspectos que quizs merecieron otro tratamiento o estnincompletos , pero si este trabajo con sus limitaciones contribuye enaportar a los lectores algunas respuestas y soluciones, a sus problemascotidianos en el empleo del concreto, nos sentiremos satisfechos ya queeste libro habr cumplido su cometido.

El Autor

WILBER CUTIMBO CHOQUEe-mail:[email protected]

Cel. 953686056MOQUEGUA - PERU


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INDICE

Pgina

CAPITULO 1.-RESEA HISTORICA DE LA TECNOLOGIA DELCONCRETO EN EL PERU............................................................ 11.0 Introduccin.1.1 El Imperio Incaico.1.2 La Colonia.1.3 Los Gremios.

1.4 La Repblica del Siglo XIX.1.5 El Siglo XX.

CAPITULO.2.-CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETOY LOS MATERIALES PARA SU ELABORACION..............112.0 Introduccin.2.1 La Tecnologa del Concreto. Conceptos fundamentales.2.2 Los componentes del Concreto.

CAPITULO 3.-EL CEMENTO PORTLAND ...................................................... 17

3.0 Introduccin.3.1 Fabricacin del Cemento Portland.3.2 Composicin del Cemento Portland.3.3 Las frmulas de Bogue para el clculo de la composicin

potencial de los cementos.3.4 Mecanismo de hidratacin del cemento.3.5 Estructura de la pasta del cemento hidratado.3.6 Tipos de cemento y sus aplicaciones principales.3.7 Los Cementos Peruanos y sus caractersticas.3.8 Condiciones de control y almacenaje en obra y sus

consecuencias.

CAPITULO 4.-EL AGUA EN EL CONCRETO.................................................. 59


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4.0 Introduccin.4.1 El agua de mezcla.4.2 El agua para curado.

CAPITULO 5.-LOS AGREGADOS PARA CONCRETO................................. 695.0 Introduccin.5.1 Clasificacin de los Agregados para Concreto.5.2 Caractersticas Fsicas.5.3 Caractersticas Resistentes.5.4 Propiedades Trmicas.

5.5 Caractersticas Qumicas.5.6 Caractersticas Geomtricas y morfolgicas.5.7 El anlisis Granulomtrico.5.8 El Mdulo de Fineza.5.9 La Superficie Especfica.5.10 Mezcla de Agregados.5.11 Evaluacin de la calidad y la gradacin de agregados.5.12 Exploracin y explotacin de Canteras.

CAPITULO 6.-ADITIVOS PARA CONCRETO............................................... 1136.0 Introduccin.6.1 Clasificacin de los Aditivos para Concreto.

6.2 Aditivos acelerantes.6.3 Aditivos Incorporadores de aire.6.4 Aditivos reductores de agua - Plastificantes.6.5 Aditivos Superplastificantes.6.6 Aditivos Impermeabilizantes.6.7 Aditivos Retardadores.6.8 Curadores Qumicos.6.9 Aditivos Naturales y de procedencia corriente.

CAPITULO 7.-PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO...........1297.0 Estructura Interna del Concreto.

7.1 Propiedades Principales del Concreto fresco.7.2 Propiedades Principales del Concreto Endurecido.


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CAPITULO 8.-EVALUACION ESTADISTICA DE LOS RESULTADOSDE ENSAYOS DE RESISTENCIA EN CONCRETO..........1458.0 Introduccin.8.1 Fundamentos Estadsticos.8.2 Criterios Generales.8.3 Criterios del Reglamento ACI-318.8.4 Criterios del Reglamento Nacional de Construcciones.

CAPITULO 9.-DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMALES...1719.0 Introduccin.9.1 Parmetros bsicos de los mtodos de diseo de mezclas de

Concreto.9.2 Pasos generales en los mtodos de diseo de mezclas.9.3 El Mtodo Tradicional del ACI y sus alcances.9.4 Mtodos basados en curvas tericas.9.5 Mtodos basados en curvas empricas.9.6 El Mtodo del Mdulo de fineza Total.9.7 Optimizacin de Diseos de Mezcla en Obra.

CAPITULO 10.-CONCRETOS ESPECIALES................................................... 21310.0 Introduccin.10.1 Concreto Masivo.10.2 Concreto Compactado con Rodillo.10.3 Concreto Ligero.10.4 Concreto Anti-contraccin.10.5 Concreto Fibroso.10.6 Concreto Refractario.10.7 Concreto Sulfuroso.10.8 Concreto Impregnado con polmeros.10.9 Concreto cementado con polmeros.10.10 Concreto de cemento portland polimerizado.

10.11 Concreto con cenizas voltiles.10.12 Concreto con microslice.


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10.13 Concreto con agregado precolocado.10.14 Concreto lanzado o shotcrete.10.15 Concreto Pesado.CAPITULO 11.-CAMBIOS VOLUMETRICOS EN EL CONCRETOFISURACION, CAUSAS Y CONTROL.................................. 23711.0 Introduccin.11.1 Fenmenos causantes de los cambios Volumtricos.11.2 Contraccin o Retraccin.11.3 Contraccin intrnseca o espontnea.11.4 Contraccin por secado.

11.5 Factores que afectan la contraccin por secado.11.6 Contraccin por carbonatacin.11.7 Flujo o Fluencia.11.8 Cambios Trmicos.11.9 Agresin Qumica Interna y Externa.11.10 Control de los cambios volumtricos.11.11 Control de la contraccin y el flujo.11.12 Control de los cambios trmicos.11.13 Control de la agresin qumica.

CAPITULO 12.-LA DURABILIDAD DEL CONCRETO, COMOESTABLECERLA Y CONTROLARLA....................................... 273

12.0 Introduccin.12.1 Factores que afectan la durabilidad del concreto.12.2 Congelamiento y deshielo y su mecanismo.12.3 Control de la durabilidad frente al hielo y deshielo.12.4 Ambiente qumicamente agresivo.12.5 Efecto de compuestos qumicos corrientes sobre el concreto.12.6 Cloruros.12.7 Sulfatos.12.8 Control de la agresin qumica.12.9 Abrasin.12.10 Factores que afectan la resistencia a la abrasin del concreto.12.11 Recomendaciones para el control de la abrasin.12.12 Corrosin de metales en el concreto.12.13 Mecanismo de la corrosin.


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12.14 Como combatir la corrosin.12.15 Reacciones qumicas en los agregados.12.16 Reaccin Slice-Alcalis.12.17 Reaccin Carbonatos-Alcalis.12.18 Recomendaciones sobre reacciones qumicas en los agregados.

CAPITULO 13.-LA CALIDAD EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIONY LA CONSTRUCCION CON CONCRETO.............................. 31713.0 Introduccin.13.1 Conceptos Bsicos de calidad

13.2 La calidad en la industria de la construccin y la construccin conconcreto.13.3 Control de calidad del concreto13.4 Conceptos estadsticos bsicos para evaluar resultados de pruebas

standard de control de calidad del concreto.13.5 Control de calidad de los materiales para la fabricacin del

concreto.13.6 Control de calidad del concreto fresco.13.7 Control de calidad del concreto endurecido.

APENDICEInformacin suministrada por fabricantes de cemento.......................351

INDICE ALFABETICO.................................................................. 373

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Cel. 953686056MOQUEGUA - PERU


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CAPITULO 1

RESEA HISTORICA DE LA TECNOLOGIA DELCONCRETO EN EL PERU.

1.0 INTRODUCCION.

La Tecnologa del Concreto a nivel mundial ha venido ligada a la historiadel cemento y al desarrollo de la Ingeniera Civil, y en el Per sucedi algosimilar.

En esta breve resea se abordan en apretada sntesis los aspectos generalesque ligan nuestras races histricas con los aspectos tcnicos que fueroncreando las bases de la Ingeniera Civil local y consecuentemente latecnologa en lo que al concreto se refiere.

Creemos que es importante conocer aunque sea someramente los hechos yaportes en su mayora annimos de los que nos antecedieron en pocas ycondiciones quizs mucho ms duras y difciles que la actual, sireflexionamos sobre las tremendas limitaciones que debieron afrontar, yque pese a ello sobreponindose a esos retos, cimentaron la estructuracientfica y tecnolgica que hoy da aprovechamos.

1.1 EL IMPERIO INCAICO.

No obstante que los antiguos peruanos tuvieron slidos conocimientossobre astronoma, trazado y construccin de canales de irrigacin,edificaciones de piedra y adobe, no existen evidencias del empleo deningn material cementante en este perodo que se caracteriz por undesarrollo notable del empleo de la piedra sin elementos ligantes de uninentre piezas.Constituye un misterio hasta nuestros das cmo sin el conocimiento de larueda ni un sistema de escritura completo, lograron nuestros antepasadosadelantos tan notables para aquellos tiempos en aspectos como laagricultura, irrigacin, vialidad y edificacin que obviamente compensaronla no disponibilidad de otros recursos tcnicos.

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1.2 LA COLONIA.

Desde la poca de los egipcios, griegos y romanos se empleaban cementosnaturales rudimentarios, sin embargo los primeros antecedentes del empleode materiales aglomerantes cementantes en el Per datan del siglo XVIen la Colonia, en que los espaoles implantan los conocimientos tcnicosde la poca con marcada influencia rabe consecuencia de nueve siglos deocupacin de la Pennsula Ibrica. Con el auge y riqueza del Virreinato delPer crecen las edificaciones y el ornato de las ciudades, motivando elempleo de materiales y tcnicas mas elaboradas.

Una descripcin muy ilustrativa de los usos constructivos de aquella etapahistrica se halla en uno de los estudios del Arq. Hctor Velarde (Ref.1.1):

" Las calles de la Lima colonial eran inconfundibles. La primera

impresin que reciba el viajero era la de estar en una ciudad musulmana;

el ambiente rabe dado por la profusin y variedad de los balcones de

madera salientes, cerrados como armarios calados y suspendidos en las

fachadas, era de los mucharabies del Cairo. En las construcciones

coloniales, generalmente de dos pisos, los cimientos eran de piedra grande

de ro "amarradas" y con mezcla de cal y arena lo que se denominaba el

calicanto; los muros gruesos de adobe en la primera planta, revestidos

con barro hecho de arcilla de chacra fina y escogida. La segunda planta

se construa con telares de piezas de madera de seccin rectangular

formando marco con sus diagonales de refuerzo que le daban rigidez; nose unan con clavos o alcayatas sin se empleaban tiras de cuero mojado,

que al secarse los ajustaba; luego se cubran con caa y se revestan con

barro fino. Los techos eran de tablones de madera sobre cuartonera de

seccin gruesa tambin de madera cubiertos con una capa de torta de

barro con paja para resguardarla de la gara limea."

Como se observa, el "concreto" rudimentario de aquella poca empleaba elcalicanto como aglomerante con inclusin de piedras de diversos tamaosen lo que sera una especie de concreto ciclpeo actual. Su uso se limitaba

por lo general a las cimentaciones, aunque existen evidencias de algunasestructuras con arcos de medio punto en que se utiliz eficientemente estematerial.

La tradicin limea cuenta que el puente de piedra sobre el Ro Rimaciniciado en el ao 1,608, concluido en 1,610 y que an existe, se edific


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agregando al mortero de cal y arena huevos frescos en gran cantidad paramejorar sus propiedades resistentes, en lo que constituira uno de losintentos ms precoces y pintorescos en el empleo de "aditivos" en el pas.

Es interesante anotar que en este perodo se desarrolla de manerapreponderante la tcnica de construccin de fortificaciones militares,iglesias y conventos que hoy en da testimonian las bondades de loscriterios de diseo y procedimientos constructivos empleados con losmateriales disponibles, destacando entre ellas la Catedral de Lima que es eledificio de adobe ms alto del mundo.

1.3 LOS GREMIOS.

Se originan en la Colonia emulando organizaciones similares en Europa ysubsistiendo hasta bien avanzada la Repblica como agrupaciones de

personas dedicadas a la prctica de un arte u oficio. Deban pagar patentepor ejercer su especialidad y estaban regidos por reglamentos ydisposiciones especiales que deban cumplirse con escrupulosidad y rigidez

bajo pena de sanciones severas.Constituyen los antecesores de los Colegios profesionales de hoy, pero conuna organizacin sumamente elitista y en algunos casos secreta que

buscaba cautelar sus conocimientos as como el desarrollo y uso adecuadode los mismos.

Dentro de cada gremio, los asociados se clasificaban en aprendices,compaeros y maestros, segn sus aptitudes. El gremio que agrupaba a losprofesionales de la construccin era el de los albailes, cuyo nombreproviene del rabe albbani (Maestros en el arte de construir) y que incluaa los arquitectos, los maestros mayores, los alarifes (del rabe alarif =maestro), los oficiales (que dominaban un oficio dentro de la construccin) y los aprendices.La importancia histrica del gremio de albailes en el Per reside en que

permiti conservar transmitir y profundizar los conocimientos tcnicos deaquel entonces para el trnsito hacia la evolucin tecnolgica aceleradaque se origin en el Siglo XIX y que contina en la actualidad.


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1.4 LA REPUBLICA DEL SIGLO XIX.

En 1820 , en el Per se conservaban an las caractersticas arquitectnicasy prcticas constructivas de la colonia, que se mantuvieron hasta bastantedespus de nuestra Independencia de Espaa.

Segn indica el historiador Dr. Hctor Lpez Martnez (Ref.1.2):

" La Lima de 1821 contaba con 70,000 habitantes, una gran plaza mayor y

numerosas plazuelas, trescientas calles de castizos y pintorescos nombres,

cerca de 4,000 casas, cincuenticuatro iglesias, un teatro, una Universidad

y tambin un cementerio reciente moderno, considerado un adelanto en

beneficio de la higiene y salubridad".

Un elemento importantsimo en el avance tecnolgico, lo constituy lainvencin de la mquina de vapor, su repercusin en el desarrollo de lasindustrias y consecuentemente el nacimiento de nuevas necesidades que laIngeniera tuvo que satisfacer. El siglo XIX se ha sealado como el siglode la mquina de vapor, el carbn y los ferrocarriles.En el ao 1824 Joseph Apsdin un constructor ingls, patenta un proceso decalcinacin de caliza arcillosa que produca un cemento que al hidratarseadquira, segn l, la misma resistencia que la piedra de la isla de Portlandcerca del puerto de Dorset, con lo que se marca el punto de partida para elnacimiento de la Tecnologa del Concreto.(Ref.1.3)

En 1840 la "Pacific Steam Navegation Company", estableci una lnea debarcos a vapor ente Europa y Amrica del Sur para el intercambiocomercial, y alrededor del ao 1850 empieza a llegar cemento en barrilesde madera desde Europa, donde en 1840 se haba establecido en Francia la

primera fbrica de cemento Portland del mundo, luego en Inglaterra en1845, en Alemania en 1855 ,en E.E.U.U. en 1871 y a partir de ah sedifunden por todo el mundo.

El nuevo material se usa inicialmente para mejorar la tcnica de lascimentaciones, la mampostera y los acabados, sirviendo de complementoal acero, que con el auge de los descubrimientos de la metalurgia delhierro, se convierte en el material de construccin por excelencia,

permitiendo la construccin de edificios, techos de grandes luces, puentes,

ferrocarriles, acueductos y otros.


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Mientras no exista una institucin para formar Ingenieros Civiles, seestableci en 1852 la Comisin Central de Ingenieros Civiles y en 1860 elReglamento de Ingenieros, que fijaron los requisitos para ser "Ingenierodel Estado", sealndose que podan obtener esta calidad los ingenieros

peruanos y extranjeros graduados en alguna Universidad donde se ensearala especialidad de Ingeniera Civil, pero tambin podan obtener lacalificacin los peruanos de instruccin secundaria completa que hubierantrabajado en las obras pblicas durante un cierto tiempo, debiendo rendirun examen ante un jurado de Ingenieros nombrado por la DireccinGeneral de Obras Pblicas. Los exmenes versaban sobre las materias deMatemticas, Geometra analtica, Fsica, Qumica, Dibujo lineal,Topografa, Procedimientos de Construccin, Materiales de Construccin,y sobre la prctica realizada en el campo en caminos, puentes, ferrocarrilesetc. Esto indicaba pues el trnsito oficial del empirismo a la prcticacientfica de la profesin en armona con la evolucin tecnolgica delmomento.

En el ao 1876, se logra un paso importantsimo al fundarse la EscuelaNacional de Ingenieros (hoy Universidad Nacional de Ingeniera),promovida por el presidente Manuel Pardo, quien encarga su direccin alIng. polaco Eduardo de Habich ,siendo sus primeros profesores losIngenieros Francisco Wakulski, Ladislao Kluger, Pedro Jacobo Blanc,Eduardo Brugada, Jos Sebastin Barranca y Jos Granda.(Ref.1.4)

El ao 1880 egresa la primera promocin con cuatro Ingenieros dos de laespecialidad de Minas (Ings. Segundo Carrin y Pedro Remy) y dos Civiles(Ings. Eduardo Giraldo y Daro Valdizn). Durante la ocupacin chilena(1880- 1883) sigue funcionando la Escuela de Ingenieros, dictndose lasclases gratuitamente en el local del colegio de Don Jos Granda, pero sinegresar ninguna promocin hasta 1882. A partir de 1886 slo egresanIngenieros de Minas, hasta el ao 1892 en que se instituye la EscuelaEspecial de Ingenieros donde ya se oficializa y consolida la especialidad deIngeniera Civil.

Al finalizar el Siglo XIX, mientras el Per inicia el resurgimiento luego dela guerra del Pacfico, en Europa y Norteamrica se inicia la era delConcreto armado, el motor a explosin y la electricidad.


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1.5 EL SIGLO XX.

En las dos primeras dcadas del presente siglo, se inauguran y difunden losservicios de las empresas elctricas, y se ejecutan algunas obras enconcreto armado, sin embargo es durante el gobierno de Augusto B. Leguaque se da un impulso particular a las obras civiles, que enrumba laorientacin definitiva de esta especialidad, ya que la marcada preferenciade Legua por los E.E.U.U., propicia la adjudicacin de contratos a variasempresas norteamericanas que se afincaron durante gran nmero de aosen el pas, introduciendo su tecnologa e influencia en cuanto a lametodologa cientfica, influencia que se ha mantenido hasta la actualidady que ha sido beneficiosa en relacin al concreto por el liderazgo evidenteque desarrollan los norteamericanos en este campo.

En el ao 1915 llega al Per la compaa constructora norteamericanaFoundation Co. para ejecutar entre muchos proyectos el terminal martimodel Callao y la pavimentacin de Lima, entre cuyas obras principalesestuvo la carretera Lima-Callao (antigua Av. Progreso , hoy Av.Venezuela),las avenidas de Lima a Miraflores, Lima a Magdalena, la Av.Costanera y otras ms. La Foundation trae los primeros hornos parafabricacin de cemento, con lo que se inicia la Tecnologa de concretolocal. El ao 1916, la Compaa Peruana de Cemento Portland compra loshornos a la Foundation e instala en el Rmac la primera fbrica de cemento

comercial del Per (Compaa Peruana de Cemento Portland) empleandomateria prima de Atocongo. Entre 1955 y 1975 se crean las fbricas decemento Chilca, Lima, Andino, Chiclayo, Pacasmayo, Sur y Yura, que vandesarrollando diferentes tipos de cemento.En la tercera dcada del siglo se construyen en Lima importantes edificiosen concreto armado como el Palacio de Justicia, el Hotel Bolvar, el Club

Nacional, el Country Club, la imprenta de "EL Comercio, el Banco deLondres y Amrica del Sur entre otros.Con la creacin de la especialidad de Ingeniera Civil en otrasUniversidades a mediados de los aos 30 (Universidad Catlica 1933), la

participacin cada vez mayor de profesionales graduados en el extranjeroen las labores docentes, y la asignacin de obras importantes a empresasconstructoras peruanas, se fue desarrollando una Tecnologa local que ha

contado la mayora de las veces con aportes annimos de grandes


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profesionales nacionales que, con las limitaciones de nuestra realidad hanhecho posible obras que an perduran.En los aos 50, se consolidan las grandes empresas constructorasnacionales, varias de ellas fundadas una dcada antes ,y se establece enLima la primera empresa de concreto premezclado , lo que constituye eldespegue de la Tecnologa nacional en el campo del concreto y laconstruccin. Se disean y ejecutan por profesionales peruanos, grancantidad de obras en concreto armado : edificios pblicos y privados,

puentes, pistas, aeropuertos, viaductos, represas, hidroelctricas,irrigaciones, etc. desarrollndose tcnicas y procesos constructivosoriginales, que sealaron un avance notable en este campo , enfatizandolas universidades la formacin de Ingenieros Civiles especialistas endiversas reas.A partir de la dcada de los aos 70, se relega paulatinamente en nuestro

pas la importancia que tiene la Tecnologa del Concreto dentro de laIngeniera Civil, por un lado debido a los violentos cambios polticos,sociales y econmicos ocurridos a partir de esos aos, que distorsionaronen muchos casos la funcin de investigacin de las Universidades, y porotro la informalidad generalizada, que fue sedimentando en muchoscolegas y gente involucrada en el campo de la construccin la ideaequivocada, que "cualquier persona puede hacer un buen concreto", que "elconcreto es un material noble que puede absorber nuestros errores", o que"ya todo est investigado en lo que al concreto se refiere".

En la dcada de los 80 , se empiezan a ejecutar tesis de investigacin enTecnologa del Concreto en algunas Universidades, y principalmente en laUniversidad Nacional de Ingeniera propiciadas por el Ing. Enrique RivvaLpez, uno de los mayores estudiosos y propulsores de esta especialidad enel pas, constituyendo una iniciativa de progreso muy importante.En la dcada actual, se plantea un reto muy importante en el desarrollolocal de esta ciencia, ante la perspectiva del adelanto notable a nivelmundial de las tcnicas, aditivos, conocimientos cientficos y

procedimientos constructivos con concreto y la necesidad de no relegarnosen estos avances en aras del progreso de la Ingeniera nacional.

La tradicin histrica brevemente reseada en cuanto a la Ingeniera Civil,y consecuentemente la Tecnologa del Concreto Nacional, nos debe hacer

reflexionar en que tenemos a la mano la posibilidad de aprender enretrospectiva de los errores y los aciertos de muchsimas obras ejecutadas


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que estn a la espera de ser analizadas y evaluadas con el criterio degrandes laboratorios a escala natural, y desde otra perspectiva, cada nuevaobra debe constituir un aporte ms en el desarrollo de esta Tecnologa,registrando, difundiendo y discutiendo las soluciones y dificultadeshalladas, e inculcando en los discpulos y colegas la necesidad decontribuir a este desarrollo preservando el espritu de progreso de aquellosque nos precedieron.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1.1 Hctor Velarde .- "Casas y Palacios ".Lima, 1950.

1.2 Hctor Lpez Martnez.- " Lo cotidiano del gran da 28 de Julio de1,821. Suplemento de " El Comercio ", Lima 25-07-93.

1.3 A.M. Neville.- " Tecnologa del Concreto ".Mxico 1,977.

1.4 Jorge Basadre.- " Historia de la Repblica del Per ". Lima, 1960.

1.5 Estuardo Nuez.- " Biblioteca Hombres del Per ".Cuarta Serie.Lima, 1966.

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CAPITULO 2

CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETO Y LOSMATERIALES PARA SU ELABORACION.

2.0 INTRODUCCION.

El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporcionesde cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmentedenota una estructura plstica y moldeable, y que posteriormente adquiere

una consistencia rgida con propiedades aislantes y resistentes, lo que lohace un material ideal para la construccin.De esta definicin se desprende que se obtiene un producto hbrido, queconjuga en mayor o menor grado las caractersticas de los componentes,que bien proporcionados, aportan una o varias de sus propiedadesindividuales para constituir un material que manifiesta un comportamiento

particular y original.En consecuencia, para poder dominar el uso de este material, hay queconocer no slo las manifestaciones del producto resultante, sino tambinla de los componentes y su interrelacin, ya que son en primera instancialos que le confieren su particularidad.Como cualquier material, se contrae al bajar la temperatura, se dilata sista aumenta , se ve afectado por sustancias agresivas y se rompe si es

sometido a esfuerzos que superan sus posibilidades, por lo que respondeperfectamente a las leyes fsicas y qumicas. Luego pues, la explicacin asus diversos comportamientos siempre responde a alguna de estas leyes; yla no obtencin de los resultados esperados, se debe al desconocimiento dela manera como actan en el material, lo que constituye la utilizacinartesanal del mismo (por lo que el barco de la prctica sin el timn de laciencia nos lleva a rumbos que no podemos predecir) o porque durante suempleo no se respetaron o se obviaron las consideraciones tcnicas que nosda el conocimiento cientfico sobre l.

2.1 LA TECNOLOGIA DEL CONCRETO.- CONCEPTOSFUNDAMENTALES.

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Es el campo de la Ingeniera Civil que abarca el conjunto de conocimientoscientficos orientados hacia la aplicacin tcnica, prctica y eficiente delconcreto en la construccin.En su desarrollo y utilizacin intervienen varias ciencias interrelacionadas,como son la Fsica, la Qumica, las Matemticas y la investigacinexperimental.

A diferencia de otros campos de la Ingeniera en que se puede ejercer uncontrol bastante amplio sobre los parmetros que participan en unfenmeno, en la Tecnologa del Concreto cada elemento que interviene,

bien sea el cemento, el agua , los agregados, los aditivos, y las tcnicas deproduccin, colocacin, curado y mantenimiento, representan aspectosparticulares a estudiar y controlar de modo que puedan trabajareficientemente de manera conjunta en la aplicacin prctica que deseamos.

Generalmente tenemos una serie de limitaciones en cuanto a modificar anuestra voluntad las caractersticas de los factores que intervienen en eldiseo y produccin del concreto, por lo que cada caso supone unasolucin particular, en la que tiene importancia preponderante la laborcreativa de los profesionales que tienen a su cargo definirla eimplementarla en la prctica, ya que paradjicamente, los ingredientes deun concreto bueno y uno malo son en general los mismos si no sabemosemplearlos adecuadamente, por lo que no es una tarea simple el disear y

producir concreto de buena calidad.

En este punto, es necesario establecer que el concreto de buena calidad esaqul que satisface eficientemente los requisitos de trabajabilidad,colocacin, compactacin, resistencia, durabilidad y economa que nosexige el caso singular que estemos enfrentando.

Afortunadamente, la acumulacin a nivel mundial de casi un siglo deconocimientos cientficos sobre el concreto y sus componentes, nos proveede las herramientas para afrontar y solucionar la mayora de problemas dela construccin moderna.Si tenemos la curiosidad de acceder a la gran cantidad de bibliografadisponible procedente de instituciones como el American ConcreteInstitute, el Comit Europeo del Concreto y el Japan Concrete Instituteentre otros, apreciaremos que el mayor esfuerzo se centra hacia seguir

investigando en este campo, con igual o mayor nfasis que sobre losmtodos de anlisis y diseo estructural, por cuanto an no se dan por


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resueltos todos los fenmenos y problemas inherentes al diseo yproduccin de concreto y cada da surgen otros como consecuencia deldesarrollo de las necesidades humanas.

Una idea errada en cuanto a la Tecnologa del Concreto en nuestro medioreside en suponer que es un campo limitado a los " laboratoristas " y a los"expertos en diseos de mezclas ", connotaciones con las que sedistorsiona su alcance conceptual y se pierde de vista que cualquier

profesional de la Ingeniera Civil involucrado directa e indirectamente conla construccin, debe experimentar, profundizar y actualizar susconocimientos en este campo para asegurar una labor tcnica y eficiente.

2.2 LOS COMPONENTES DEL CONCRETO

La Tecnologa del concreto moderna define para este material cuatrocomponentes : Cemento, agua, agregados y aditivos como elementosactivos y el aire como elemento pasivo.Si bien la definicin tradicional consideraba a los aditivos como unelemento opcional, en la prctica moderna mundial estos constituyen uningrediente normal, por cuanto est cientficamente demostrada laconveniencia de su empleo en mejorar condiciones de trabajabilidad,resistencia y durabilidad, siendo a la larga una solucin mas econmica sise toma en cuenta el ahorro en mano de obra y equipo de colocacin y

compactacin, mantenimiento, reparaciones e incluso en reduccin de usode cemento.

Ya hemos establecido conceptualmente la necesidad de conocer aprofundidad las propiedades de los componentes del concreto, perodebemos puntualizar que de todos ellos, el que amerita un conocimientoespecial es el cemento. Si analizamos la Fig. 2.1 en que se esquematizanlas proporciones tpicas en volumen absoluto de los componentes delconcreto, concluiremos en que el cemento es el ingrediente activo queinterviene en menor cantidad, pero sin embargo es el que define lastendencias del comportamiento, por lo que es obvio que necesitamos

profundizar en este aspecto que est muy ligado a las reacciones qumicasque se suceden al entrar en contacto con el agua y los aditivos.

Pese a que en nuestra formacin en Ingeniera Civil todos asimilamos losconceptos bsicos de qumica, no es usual que entre los colegas exista


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mucha aficin hacia este campo (como es tambin el caso nuestro), sin


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FIG. 2.1 PROPORCIONES TIPICAS EN

VOLUMEN ABSOLUTO DE LOSCOMPONENTES DEL CONRETO

Aire = 1 % a 3 %

Cemento = 7 % a 15 %

Agua = 15 % a 22 %

Agregados = 60 % a 75 %


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embargo es necesario tener el conocimiento general de las consecuenciasde las reacciones que se producen, por lo que durante el desarrollo de estostemas insistiremos en los aspectos prcticos antes que en el detalle defrmulas y combinaciones qumicas si no aportan informacin deaplicacin directa para el Ingeniero Civil.

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CAPITULO 3

EL CEMENTO PORTLAND

3.0 INTRODUCCION.

Es un aglomerante hidrfilo, resultante de la calcinacin de rocas calizas,areniscas y arcillas, de manera de obtener un polvo muy fino que en

presencia de agua endurece adquiriendo propiedades resistentes yadherentes.(Ref. No 3.1)

Como ya se mencion en el Captulo 1, el nombre proviene de la similituden apariencia y el efecto publicitario que pretendi darle en el ao 1824Joseph Apsdin un constructor ingls, al patentar un proceso de calcinacinde caliza arcillosa que produca un cemento que al hidratarse adquirasegn l, la misma resistencia que la piedra de la isla de Portland cerca del

puerto de Dorset.Es en 1845 cuando se desarrolla el procedimiento industrial del cementoPortland moderno que con algunas variantes persiste hasta nuestros das yque consiste en moler rocas calcreas con rocas arcillosas en ciertacomposicin y someter este polvo a temperaturas sobre los 1300 C

producindose lo que se denomina el clinker, constituido por bolasendurecidas de diferentes dimetros, que finalmente se muelen

aadindoseles yeso para tener como producto definitivo un polvosumamente fino.

3.1 FABRICACION DEL CEMENTO PORTLAND

El punto de partida del proceso de fabricacin lo constituye la seleccin yexplotacin de las materias primas para su procesamiento consiguiente.Los componentes qumicos principales de las materias primas para lafabricacin del cemento y las proporciones generales en que intervienenson (Ref.3.2):


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Componente Qumico Procedencia Usual

Oxido de Calcio (CaO) Rocas Calizas95% Oxido de Slice (SiO2) Areniscas

Oxido de Aluminio(Al2O3)

Arcillas

Oxido de Fierro (Fe2O3) Arcillas, Mineral de Hierro,Pirita

Oxidos de Magnesio,Sodio,

5% Potasio, Titanio, Azufre, Minerales VariosFsforo y Manganeso

Los porcentajes tpicos en que intervienen en el cemento Portland losxidos mencionados son :

Oxido Componente Porcentaje Tpico Abreviatura

CaO 61% - 67% CSiO2 20% - 27% SAl2O3 4% - 7% A

Fe2O3 2% - 4% FSO3 1% - 3%MgO 1% - 5%

K2O y Na2O 0.25% - 1.5%

En las Fig. 3.1 a),b),c) y d), (Ref.3.3) se puede apreciar un esquemageneral del proceso moderno de fabricacin en el sistema denominado "porva seca", que es el mas econmico pues necesita menos energa, y es el demayor empleo en nuestro medio, sin embargo hay que tener en cuenta quecada fabricante tiene una disposicin de equipo particular en funcin desus necesidades.Se inicia con la explotacin de las canteras de materia prima parasometerlas a un proceso de chancado primario en que se reduce su tamao

a piedras del orden de 5" y luego se procesa este material en unachancadora secundaria


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que las reduce a un tamao de alrededor de 3/4", con lo que estn encondiciones de ser sometidas a molienda. Los materiales son molidosindividualmente en un molino de bolas hasta ser convertidos en un polvofino impalpable, siendo luego dosificados y mezclados ntimamente en las

proporciones convenientes para el tipo de cemento que se desee obtener.La mezcla es posteriormente introducida en un horno giratorio consistenteen un gran cilindro metlico recubierto de material refractario condimetros que oscilan entre 2 y 5 m. y longitudes entre 18 a 150 m.. Elhorno tiene una ligera inclinacin con respecto a la horizontal del orden del4 % y una velocidad de rotacin entre 30 a 90 revoluciones por hora.Dependiendo del tamao del horno, se pueden producir diariamente de 30a 700 Toneladas. La fuente de calor se halla en el extremo opuesto alingreso del material y pueden obtenerse mediante inyeccin de carbn

pulverizado, petrleo o gas en ignicin, con temperaturas mximas entre1,250 y 1,900 C.Las temperaturas desarrolladas a lo largo del horno producen primero laevaporacin del agua libre, luego la liberacin del CO2 y finalmente en lazona de mayor temperatura se produce la fusin de alrededor de un 20% a30% de la carga y es cuando la cal, la slice y la almina se vuelven acombinar aglomerndose en ndulos de varios tamaos usualmente de 1/4"a 1" de dimetro de color negro caracterstico, relucientes y duros alenfriarse, denominados "clinker de cemento Portland".En la etapa final del proceso, el clinker es enfriado y es molido en unmolino de bolas conjuntamente con yeso en pequeas cantidades ( 3 a 6%)

para controlar el endurecimiento violento. La molienda produce un polvomuy fino que contiene hasta 1.1 X 10 12 partculas por Kg. y que pasacompletamente por un tamiz No 200 (0.0737 mm., 200 aberturas por

pulgada cuadrada).Finalmente el cemento pasa ser almacenado a granel,siendo luego suministrado en esta forma o pesado y embolsado para sudistribucin.

En el proceso hmedo la materia prima es molida y mezclada con aguaformando una lechada que es introducida al horno rotatorio siguiendo un

proceso similar al anterior pero con mayor consumo de energa para podereliminar el agua aadida. El proceso a usarse depende de las caractersticasde las materias primas, economa y en muchos casos por consideracionesde tipo ecolgico ya que el proceso hmedo es menos contaminante que el

seco.


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Durante todos los procesos el fabricante ejecuta controles minuciosos paraasegurar tanto la calidad y proporciones de los ingredientes como lastemperaturas y propiedades del producto final, para lo que existen unaserie de pruebas fsicas y qumicas estandarizadas, as como equipo delaboratorio desarrollado especficamente para estas labores.

En la Tabla 3.1 (Ref.3.3) se pueden observar las fuentes de materiasprimas de las cuales es posible obtener los componentes para fabricarcemento, en que se aprecia la gran variedad de posibilidades existentes enla naturaleza para poder producir este material.

3.2 COMPOSICION DEL CEMENTO PORTLAND.

Luego del proceso de formacin del clinker y molienda final, se obtienenlos siguientes compuestos establecidos por primera vez por Le Chatelier en1852, y que son los que definen el comportamiento del cemento hidratadoy que detallaremos con su frmula qumica, abreviatura y nombre corriente(Ref.3.4):

a) Silicato Triclcico (3CaO.SiO2 --> C3S--> Alita-

Define la resistencia inicial (en la primera semana) y tiene muchaimportancia en el calor de hidratacin.

b) Silicato Diclcico (2CaO.SiO2--> C2S--> Belita).-

Define la resistencia a largo plazo y tiene incidencia menor en el calor dehidratacin.

c) Aluminato Triclcico (3CaO.Al2O3)--> C3A).-

Aisladamente no tiene trascendencia en la resistencia, pero con lossilicatos condiciona el fraguado violento actuando como catalizador, por loque es necesario aadir yeso en el proceso (3% - 6%) para controlarlo.Es responsable de la resistencia del cemento a los sulfatos ya que alreaccionar con estos produce Sulfoaluminatos con propiedades expansivas,

por lo que hay que limitar su contenido.


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d) Alumino-Ferrito Tetraclcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3-->C4AF--Celita).-


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Tabla 3.1 .- Fuentes de materias primas usadas en la fabricacinde cemento portland. ( Ref. 3.3 )

Cal Slice Almina

CaO SiO2 Al2O3

AragonitaArcilla

Arcilla calcrea (Marga)Calcita

Conchas marinasDeshechos alcalinosEscoriasMrmol

Piedra CalizaPizarras

Polvo residuo de clinkerRoca calcrea

Tiza

ArcillaArcilla calcrea (Marga)

ArenaAreniscas

BasaltosCenizas VoltilesCenizas de cscara de

arroz.CuarcitaEscorias

Piedras calizasRoca calcrea

Silicato de calcio

ArcillaArcilla calcrea (Marga)

BauxitaCenizas voltiles

Deshechos de mineralde aluminio.Escoria de cobre

EscoriasEstaurolita

GranodioritasPiedra caliza

PizarrasResiduos de lavado de

mineral de aluminioRoca calcrea

Hierro Yeso Magnesia

Fe2O3 CaSO4.2H2O MgO

ArcillaCeniza de altos hornos

Escoria de piritaLaminaciones de hierro

Mineral de hierroPizarras

Residuos de lavado demineral de hierro

AnhidritaSulfato de calcio

Yeso natural

EscoriasPiedra caliza

Roca calcrea


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Tiene trascendencia en la velocidad de hidratacin y secundariamente en elcalor de hidratacin.

e) Oxido de Magnesio (MgO).-Pese a ser un componente menor, tiene importancia pues para contenidosmayores del 5% trae problemas de expansin en la pasta hidratada yendurecida.

f) Oxidos de Potasio y Sodio (K2O,Na2O-->Alcalis).-

Tienen importancia para casos especiales de reacciones qumicas conciertos agregados, y los solubles en agua contribuyen a producireflorescencias con agregados calcreos.

g) Oxidos de Manganeso y Titanio (Mn2O3,TiO2).-

El primero no tiene significacin especial en las propiedades del cemento ,salvo en su coloracin, que tiende a ser marrn si se tienen contenidosmayores del 3%. Se ha observado que en casos donde los contenidossuperan el 5% se obtiene disminucin de resistencia a largo plazo.(Ref.3.2)El segundo influye en la resistencia, reducindola para contenidossuperiores a 5%. Para contenidos menores, no tiene mayor trascendencia.

De los compuestos mencionados, los silicatos y aluminatos constituyen los

componentes mayores, pero no necesariamente los mas trascendentes, puescomo veremos posteriormente algunos de los componentes menores tienenmucha importancia para ciertas condiciones de uso de los cementos.

3.3 LAS FORMULAS DE BOGUE PARA EL CALCULO DE LACOMPOSICION POTENCIAL DE LOS CEMENTOS.

En 1929 como consecuencia de una serie de investigacionesexperimentales, el qumico R.H.Bogue establece las frmulas que permitenel clculo de los componentes del cemento en base a conocer el porcentajede xidos que contiene, habiendo sido asumidas como norma por ASTMC-150.(Ref.3.5)permitiendo una aproximacin prctica al comportamiento

potencial de cualquier cemento Portland normal no mezclado.


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A continuacin estableceremos las frmulas de Bogue debiendo tenerseclaro que se basan en las siguientes hiptesis :

Los compuestos tienen la composicin exacta.(No es del todo ciertopues en la prctica tienen impurezas).

El equilibrio se obtiene a la temperatura de formacin del clinker y semantiene durante el enfriamiento.(En la prctica, las frmulassobrestiman el contenido de C3A y C2S)

FORMULAS DE BOGUE (Composicin Potencial) :

Si Al2O3/Fe2O3 0.64 :

C3S = 4.071CaO - 7.6SiO2 - 6.718Al2O3 - 1.43Fe2O3 - 2.852SO3

C2S = 2.867SiO2 - 0.7544C3S

C3A = 2.65Al2O3 - 1.692Fe2O3

C4AF = 3.04Fe2O3

Si Al 2O3/Fe2O3 < 0.64 se forma (C4AF+C2AF) y se calcula:

(C4AF+C2AF) = 2.1Al2O3 + 1.702Fe2O3

y en cuyo caso el Silicato Triclcico se calcula como:

C3S = 4.071CaO - 7.6SiO2 - 4.479Al2O3 - 2.859Fe2O3 - 2.852SO3

(En estos cementos no hay C3A por lo que la resistencia a los sulfatos esalta; el C2S se calcula igual)

Las variantes en cuanto a las proporciones de estos compuestos son las quedefinen los tipos de cementos que veremos mas adelante, y la importancia

prctica de las frmulas de Bogue es que permiten evaluar cual ser la

composicin potencial probable y compararla con los valores standard paracada tipo de cemento, pudiendo estimarse las tendencias de


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comportamiento en cuanto a las caractersticas que nos interesan desde elpunto de vista del concreto, como son desarrollo de resistencia en eltiempo, calor de hidratacin, resistencia a la agresividad qumica etc.

3.4 MECANISMO DE HIDRATACION DEL CEMENTO.

Se denomina hidratacin al conjunto de reacciones qumicas entre el aguay los componentes del cemento, que llevan consigo el cambio del estado

plstico al endurecido, con las propiedades inherentes a los nuevosproductos formados. Los componentes ya mencionados anteriormente, alreaccionar con el agua forman hidrxidos e hidratos de Calcio complejos.La velocidad con que se desarrolla la hidratacin es directamente

proporcional a la finura del cemento e inversamente proporcional altiempo, por lo que inicialmente es muy rpida y va disminuyendo

paulatinamente con el transcurso de los das, aunque nunca se llega adetener.

Contrariamente a lo que se crea hace aos, la reaccin con el agua no unelas partculas de cemento sino que cada partcula se dispersa en millonesde partculas de productos de hidratacin desapareciendo losconstituyentes iniciales. El proceso es exotrmico generando un flujo decalor hacia el exterior denominado calor de hidratacin.

Dependiendo de la temperatura, el tiempo, y la relacin entre la cantidadde agua y cemento que reaccionan, se pueden definir los siguientes estadosque se han establecido de manera arbitraria para distinguir las etapas del

proceso de hidratacin :

a) Plstico.-

Unin del agua y el polvo de cemento formando una pasta moldeable.Cuanto menor es la relacin Agua/Cemento, mayor es la concentracin de

partculas de cemento en la pasta compactada y por ende la estructura delos productos de hidratacin es mucho mas resistente.El primer elemento en reaccionar es el C3A , y posteriormente los silicatosy el C4AF , caracterizndose el proceso por la dispersin de cada grano de

cemento en millones de partculas. La accin del yeso contrarresta lavelocidad de las reacciones y en este estado se produce lo que se denomina


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el perodo latente o de reposo en que las reacciones se atenan, y duraentre 40 y 120 minutos dependiendo de la temperatura ambiente y elcemento en partcula. En este estado se forma hidrxido de calcio quecontribuye a incrementar notablemente la alcalinidad de la pasta quealcanza un Ph del orden de 13.

b) Fraguado inicial.-

Condicin de la pasta de cemento en que se aceleran las reaccionesqumicas, empieza el endurecimiento y la prdida de la plasticidad,midindose en trminos de la resistencia a deformarse. Es la etapa en quese evidencia el proceso exotrmico donde se genera el ya mencionado calorde hidratacin, que es consecuencia de las reacciones qumicas descritas.

Se forma una estructura porosa llamada gel de Hidratos de Silicatos deCalcio (CHS o Torbemorita), con consistencia coloidal intermedia entreslido y lquido que va rigidizndose cada vez mas en la medida que sesiguen hidratando los silicatos.

Este perodo dura alrededor de tres horas y se producen una serie dereacciones qumicas que van haciendo al gel CHS mas estable con eltiempo.En esta etapa la pasta puede remezclarse sin producirse deformaciones

permanentes ni alteraciones en la estructura que an est en formacin.

c) Fraguado Final.-

Se obtiene al trmino de la etapa de fraguado inicial, caracterizndose porendurecimiento significativo y deformaciones permanentes. La estructuradel gel est constituida por el ensamble definitivo de sus partculasendurecidas.

d) Endurecimiento.-

Se produce a partir del fraguado final y es el estado en que se mantienen eincrementan con el tiempo las caractersticas resistentes. La reaccin

predominante es la hidratacin permanente de los silicatos de calcio, y en

teora contina de manera indefinida.


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Es el estado final de la pasta, en que se evidencian totalmente lasinfluencias de la composicin del cemento. Los slidos de hidratacinmanifiestan su muy baja solubilidad por lo que el endurecimiento esfactible an bajo agua.Hay dos fenmenos de fraguado, que son diferentes a los descritos; el

primero corresponde al llamado "Fraguado Falso" que se produce enalgunos cementos debido al calentamiento durante la molienda del clinkercon el yeso, producindose la deshidratacin parcial del productoresultante, por lo que al mezclarse el cemento con el agua, ocurre unacristalizacin y endurecimiento aparente durante los 2 primeros minutosde mezclado, pero remezclando el material, se recobra la plasticidad, nogenerndose calor de hidratacin ni ocasionando consecuencias negativas.El segundo fenmeno es el del "fraguado violento" que ocurre cuandodurante la fabricacin no se ha aadido la suficiente cantidad de yeso, loque produce un endurecimiento inmediato, desarrollo violento del calor dehidratacin y prdida permanente de la plasticidad , sin embargo es muyimprobable en la actualidad que se produzca este fenmeno, ya que con latecnologa moderna el yeso adicionado se controla con mucha precisin.

3.5 ESTRUCTURA DEL CEMENTO HIDRATADO.

Durante el proceso de hidratacin, el volumen externo de la pasta semantiene relativamente constante, sin embargo, internamente el volumen

de slidos se incrementa constantemente con el tiempo, causando lareduccin permanente de la porosidad, que est relacionada de manerainversa con la resistencia de la pasta endurecida y en forma directa con la

permeabilidad.Para que se produzca la hidratacin completa se necesita la suficientecantidad de agua para la reaccin qumica y proveer la estructura de vacoso espacio para los productos de hidratacin, la temperatura adecuada ytiempo, desprendindose de aqu el concepto fundamental del curado, queconsiste en esencia en procurar estos tres elementos para que el proceso secomplete.

Un concepto bsico que nos permitir entender el comportamiento delconcreto, reside en que el volumen de los productos de hidratacin siempre

es menor que la suma de los volmenes de agua y cemento que los originandebido a que por combinacin qumica el volumen de agua disminuye en


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alrededor de un 25%, lo que trae como consecuencia la contraccin de lapasta endurecida. Los productos de hidratacin necesitan un espacio delorden del doble del volumen de slidos de cemento para que se produzca lahidratacin completa.Otro concepto importante que hay que tomar en cuenta es que estdemostrado que el menor valor de la relacin Agua/Cemento para que se

produzca la hidratacin completa del cemento es del orden de 0.35 a 0.40en peso para condiciones normales de mezclado y sin aditivos,dependiendo la relacin precisa de cada caso particular.

En la Fig. 3.2, se puede apreciar como ilustracin un esquema tpico de laestructura de la pasta de cemento y de la distribucin del agua,distinguindose las siguientes partes :

a) Gel de Cemento.-

Constituido por los slidos de hidratacin (Hidratos de Silicatos deCalcio); el agua contenida en el gel, es la denominada agua decombinacin, que no es evaporable por ser intrnseca de la reaccinqumica.

b) Poros de Gel.-

Espacios tan pequeos entre los slidos de hidratacin que no permiten la

formacin en su interior de nuevos slidos de hidratacin. El aguacontenida dentro de estos poros se llama el agua de gel, que puedeevaporarse bajo condiciones especiales de exposicin.

c) Poros Capilares.-

Conformados por los espacios entre grupos de slidos de hidratacin dedimensiones que ofrecen espacio para la formacin de nuevos productos dehidratacin, denominndose agua capilar a la contenida en ellos.

Para comprender mejor la manera como se distribuyen los diferentescomponentes de la estructura de la pasta de cemento hidratado,estableceremos algunas relaciones que nos permitirn calcularlos en un

caso particular, para lo cual vamos a considerar inicialmente un sistema en

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el que no hay prdida de agua por evaporacin ni ingresa agua adicionalpor curado :


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Sea :Pac = Peso del agua de combinacinPch = Peso del cemento a hidratarseVac = Volumen del agua de combinacin =Pac/Pch

Se tiene que :Pac = 0.23 Pch ......................(1)

(Relacin promedio determinada experimentalmente )

Sea :Cv = Contraccin en volumen debida a la hidratacinGa = Gravedad especfica del agua

Hemos mencionado que el agua de combinacin se contrae 25% luego :

Cv = 0.25 x Pac/Ga = 0.25 x 0.23 Pch/GaCv = 0.0575 Pch/Ga ..................... (2)

Sea :Vsh = Volumen de los slidos de hidratacin = Pch/GcGc = Gravedad especfica del cemento

Se tiene que :Vsh = Pch/Gc + Vac - Cv ..........(3)

Reemplazando (1) y (2) en (3) se obtiene :Vsh = (1/Gc + 0.1725/Ga)Pch ..........(4)

Por otro lado :

Po = Porosidad de la pasta hidratadaVag = Volumen del agua de gel

Se define :Po = Vag/(Vsh + Vag) (5)

Reemplazando (4) en (5) y despejando obtenemos :Vag = [(Po/(1-Po))x(1/Gc +0.1725/Ga)] Pch (6)


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Sea :

Vad = Volumen de agua disponible para hidratacin

Tenemos que :Vad = Vac + Vag ....................................(7)

Reemplazando (1) y (6) en (7) y despejando se deduce :

Pch =..Vadx1/[(0.23/Ga+(Po(1-Po))x(1/Gc+0.1725/Ga)].(8)

Finalmente, se define :Vcsh = Volumen de cemento sin hidratarPcd = Peso de cemento disponibleVcv = Volumen de capilares vacos

Y se tiene que :

Vcsh = Pcd/Gc - Pch/Gc ...........................(9)Vcv = Pcd + Vad - Vsh - Vag - Vcsh ............(10)

Con estas relaciones hemos elaborado la Tabla 3.2 que muestra lasvariaciones en los componentes de la estructura de la pasta de 100 gr. decemento con diversas cantidades de agua disponible para hidratacin

habindose asumido los siguientes parmetros tpicos :Gc = Gravedad especfica del cemento = 3.15Ga = Gravedad especfica del agua = 1.00Po = Porosidad de la pasta hidratada = 0.28

Se puede apreciar que para valores muy bajos de la relacin Agua/Cementola hidratacin se detiene por falta de agua para hidratar totalmente lacantidad de cemento disponible, quedando cemento sin hidratar y vacoscapilares que tienen capacidad de permitir ingreso de agua adicional yespacio para que se desarrollen mas slidos de hidratacin.

Sin embargo, si proveemos agua extra (por ejemplo con curado) slo sehidratar la cantidad de cemento que disponga de espacio para desarrollar


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Tabla 3.2 .- Variacin de los componentes de la estructura de la pasta decemento en funcin del agua disponible para la hidratacin.

Cementodisponible

Aguadisponi

ble

Relacina/c enpeso

Cemento ahidratarse

% dehidratacin

Agua degel

Peso Vol Vol Peso Vol Vol Hidr. Vol

(gr) (cm3) (cm3) (gr) (cm3) (cm3) (cm3)

100.0 31.7 20.0 0.20 47.6 15.1 23.3 47.6 9.1

100.0 31.7 22.0 0.22 52.3 16.6 25.6 52.3 10.0

100.0 31.7 24.0 0.24 57.1 18.1 28.0 57.1 10.9

100.0 31.7 26.0 0.26 61.8 19.6 30.3 61.8 11.8

100.0 31.7 28.0 0.28 66.6 21.1 32.6 66.6 12.7

100.0 31.7 30.0 0.30 71.3 22.6 35.0 71.3 13.6

100.0 31.7 32.0 0.32 76.1 24.2 37.3 76.1 14.5100.0 31.7 34.0 0.34 80.9 25.7 39.6 80.8 15.4

100.0 31.7 36.0 0.36 85.6 27.2 41.9 65.6 16.3

100.0 31.7 38.0 0.38 90.4 28.7 44.3 90.4 17.2

100.0 31.7 40.0 0.40 95.1 30.2 46.6 95.1 18.1

100.0 31.7 42.0 0.42 99.9 31.7 48.9 99.9 19.0

100.0 31.7 44.0 0.44 100.0 33.2 49.0 100.0 19.9

100.0 31.7 46.0 0.46 100.0 34.7 49.0 100.0 20.8

100.0 31.7 48.0 0.48 100.0 36.2 49.0 100.0 21.7

100.0 31.7 50.0 0.50 100.0 37.7 49.0 100.0 22.7

Cemento sinhidratarse

Capilares

vacos

Cemento extrapoible de hidratarse

Cemento que nopodr hidratarse

%mximohidrat.

Peso Vol Vol Peso Vol Vol Hidr. Peso Vol

(gr) (cm3) (cm3) (gr) (cm3) (cm3) (gr) (cm3)52.4 16.6 2.7 5.6 1.8 2.7 46.9 14.9 53.1

47.7 15.1 3.0 6.1 1.9 3.0 41.5 13.2 58.5

42.9 13.6 3.3 6.7 2.1 3.3 36.2 11.5 63.8

38.2 12.1 3.6 7.3 2.3 3.6 30.9 9.8 69.1

33.4 10.6 3.8 7.8 2.5 3.8 25.6 8.1 74.4

28.7 9.1 4.1 8.4 2.7 4.1 20.3 6.4 79.7

23.9 7.6 4.4 8.9 2.8 4.4 15.0 4.8 85.0

19.2 6.1 4.6 9.5 3.0 4.6 9.7 3.1 90.3

14.4 4.6 4.9 10.0 3.2 4.9 4.3 1.4 95.7

9.8 3.1 5.2 9.6 3.1 4.7 0.0 0.0 100.0

4.9 1.5 5.5 4.9 1.5 2.4 0.0 0.0 100.0

0.1 0.0 5.7 0.1 0.0 0.1 0.0 0.0 100.0

0.0 0.0 6.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 100.0

0.0 0.0 7.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 100.0

0.0 0.0 9.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 100.0

0.0 0.0 10.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 100.0


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sus productos de hidratacin, luego, existen relaciones Agua/Cemento paralas cuales por mas agua extra que proveamos, no se producir lahidratacin total del cemento.Vemos tambin que para condiciones normales como las asumidas, en quela pasta dispone nicamente del agua de mezcla inicial, se necesita unarelacin Agua/Cemento mnima del orden de 0.42, y si se provee agua dehidratacin extra, la relacin mnima es del orden de 0.38.Con los valores de la Tabla 3.2 se han elaborado las Fig.3.3, 3.4 y 3.5donde se grfica a ttulo explicativo el % de hidratacin y el % de cementono hidratado en funcin de la relacin Agua/Cemento, as como los vacoscapilares obtenidos.Hay que tener presente, que pese a que para relaciones Agua/Cementoinferiores a las que producen el 100 % de hidratacin, an queda cementosin hidratar, la estructura es mas compacta con menor cantidad de vacos,

por lo que se obtienen en la prctica caractersticas resistentes mas altaspese a no contarse con toda la pasta hidratada; sin embargo para lograr lahidratacin mxima que es posible alcanzar con relaciones Agua/Cementomuy bajas, se necesitan condiciones de mezclado especiales que ameritanincremento de presin y energa en la compactacin ya que de otro modono se logra hidratar lo previsto. En la practica, con las condiciones demezclado normales se consigue llegar a relaciones Agua/Cemento mnimasen la pasta del orden de 0.25 a 0.30 dependiendo del tipo de cemento y lascondiciones de temperatura, humedad, presin y tcnica de mezclado. Bajocondiciones especiales, se han llegado a obtener pastas en laboratorio con

relaciones Agua/Cemento tan bajas como 0.08 (Ref.3.6)

3.6 TIPOS DE CEMENTO Y SUS APLICACIONESPRINCIPALES.

Los Tipos de cementos portland que podemos calificar de standard, ya quesu fabricacin est normada por requisitos especficos son (Ref. 3.5):

Tipo I .- De uso general, donde no se requieren propiedadesespeciales.


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Tipo II .- De moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor dehidratacin. Para emplearse en estructuras con ambientes agresivos y/o envaciados masivos.

Tipo III.- Desarrollo rpido de resistencia con elevado calor dehidratacin. Para uso en clima fro en los casos en que se necesitaadelantar la puesta en servicio de las estructuras.

Tipo IV.- De bajo calor de hidratacin. Para concreto masivo.

Tipo V.- Alta resistencia a los sulfatos. Para ambientes muyagresivos.

Cuando a los tres primeros tipos de cemento se les adiciona el sufijo A (p.eTipo IA) significa que son cementos a los que se les ha aadidoincorporadores de aire en su composicin, manteniendo las propiedadesoriginales.

Es interesante destacar los cementos denominados "mezclados adicionados" (Ref.3.7) dado que algunos de ellos se usan en nuestro medio:

Tipo IS .- Cemento al que se ha aadido entre un 25% a 70% deescoria de altos hornos referido al peso total.

Tipo ISM .- Cemento al que se ha aadido menos de 25% de escoria dealtos hornos referido al peso total.

Tipo IP .- Cemento al que se le ha aadido puzolana en un porcentajeque oscila entre el 15% y 40% del peso total.

Tipo IPM .- Cemento al que se le ha aadido puzolana en un porcentajehasta del 15% del peso total.

Todos estos cementos tienen variantes en que se les aade aireincorporado (sufijo A), se induce resistencia moderada a los sulfatos(sufijo M), se modera el calor de hidratacin (sufijo H).

Las puzolanas son materiales inertes silceos y/o aluminosos, queindividualmente tienen propiedades aglomerantes casi nulas, pero que

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finamente molidas y al reaccionar qumicamente con hidrxidos de Calcioy agua adquieren propiedades cementantes. Las puzolanas se obtienen porlo general de arcillas calcinadas, tierras diatomceas, tufos y cenizasvolcnicas, y de residuos industriales como cenizas voltiles, ladrillo

pulverizado, etc.La particularidad del reemplazar parte del cemento por estos materiales,estriba en cambiar algunas de sus propiedades, como son el aumentar lostiempos de duracin de los estados mencionados anteriormente, retrasary/o disminuir el desarrollo de resistencia en el tiempo, reducir la

permeabilidad, mayor capacidad para retener agua, mayor cohesividad,incremento de los requerimientos de agua para formar la pasta, menor calorde hidratacin y mejor comportamiento frente a la agresividad qumica.Hay que tener muy presente que la variacin de estas propiedades nosiempre ser conveniente dependiendo del caso particular, por lo que no se

puede tomar a los cementos puzolnicos la inclusin de puzolana comouna panacea, ya que son muy sensibles a las variaciones de temperatura los

procesos constructivos y las condiciones de curado.

Para fines de diseo de mezclas hay que tener en cuenta que los cementosstandard tienen un peso especfico del orden de 3,150 kg/m3 y loscementos puzolnicos son mas livianos con pesos especficos entre 2,850 y3,000 kg/m3.

En las Fig.3.6 y 3.7 se pueden apreciar comportamientos tpicos de los

cementos bsicos, relativos al desarrollo de resistencia en el tiempo y calorde hidratacin.(Ref.3.8)En la Tablas 3.3 y 3.4 (Ref. 3.5) se pueden apreciar los requisitos fsicos yqumicos de fabricacin establecidos por las normas ASTM C-150 para loscementos standard nombrados, y en las Tablas 3.5 y 3.6. se consignanestadsticas de variacin de los componentes de los diversos tipos decemento normales en U.S.A. e Inglaterra, donde se concluye pues en que laelasticidad en las normas de fabricacin admite variaciones que si bien nodeben influir en las resistencias finales exigidas, si pueden ocasionarcomportamientos variables en el tiempo.


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Tabla 3.3 .- Requisitos fsicos standard ASTM C-150 para cementos

Descripcin Tipo I Tipo IA Tipo II Tipo IIA

Contenido de aire en % ( mximo , mnimo ) (12,N/A)

(22,16) (12,N/A)

(22,16)

Fineza con turbidmetro en m2/Kg ( mnimo ) 160 160 160 160

Fineza por permeabilidad de aire en m2/Kg (min) 280 280 280 280

Expansin en autoclave 0.80 0.80 0.80 0.80

Resistencia en compresin en Mpa

A 3 das 12.40 10.00 10.30 8.30A 7 das 19.30 15.50 17.20 13.80

Fraguado inicial Gillmore mnimo en minutos 60 60 60 60

Fraguado final Gillmore mximo en minutos 600 600 600 600

Fraguado inicial Vicat mnimo en minutos 45 45 45 45

Fraguado final Vicat mximo en minutos 375 375 375 375

Requisitos fsicos opcionalesFraguado falso (penetracin final ) % mnimo 50 50 50 50

Calor de hidratacin mximo a 7 das en cal/gr 70 70

Calor de hidratacin mximo a 28 das en cal/gr 58 58

Resistencia en compresin mnima a 28 das(Mpa)

27.60 27.60 27.60 27.60

Descripcin Tipo III Tipo IIIA Tipo IV Tipo V

Contenido de aire en % ( mximo , mnimo ) (12,N/A)

(22,16) (12,N/A)

(12,N/A)

Fineza con turbidmetro en m2/Kg ( mnimo ) 160 160Fineza por permeabilidad de aire en m2/Kg (min) 280 280

Expansin en autoclave 0.80 0.80 0.80 0.80

Resistencia en compresin en Mpa

A 1 da 12.40 10.00A 3 das 24.10 19.30 8.30A 7 das 6.60 15.20A 28 das 20.70

Fraguado inicial Gillmore mnimo en minutos 60 60 60 60

Fraguado final Gillmore mximo en minutos 600 600 600 600

Fraguado inicial Vicat mnimo en minutos 45 45 45 45

Fraguado final Vicat mximo en minutos 375 375 375 375

Requisitos fsicos opcionalesFraguado falso (penetracin final ) % mnimo 50 50 50 50

Calor de hidratacin mximo a 7 das en cal/gr 60

Calor de hidratacin mximo a 28 das en cal/gr 70Expansin con sulfatos a 14 das, % mximo 0.04


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Tabla 3.4 .- Requisitos qumicos standard ASTM C-150 para cementos

Descripcin Tipo I Tipo IA Tipo II Tipo IIA

SiO2 , % mnimo ----- ----- 20.00 20.00

Al2O3 , % mximo ----- ----- 6.00 6.00

Fe2O3 , % mximo ----- ----- 6.00 6.00

MgO , % mximo 6.00 6.00 6.00 6.00

SO3, % mximo

Cuando C3A es menor o igual a 8% 3.00 3.00 3.00 3.00Cuando C3A es mayor a 8% 3.50 3.50 N/A N/A

Prdidas por ignicin , % mximo 3.00 3.00 3.00 3.00

Residuos insolubles , % mximo 0.75 0.75 0.75 0.75

C3A , % mximo ----- ----- 8.00 8.00Requisitos qumicos opcionales

( C3S + C3A ) , % mximo ----- ----- 58.00 58.00

Alcalis , ( Na2O + 0.658 K2O ) , % mximo 0.60 0.60 0.60 0.60

Descripcin Tipo III Tipo IIIA Tipo IV Tipo V

Fe2O3 , % mximo ----- ----- 6.50 -----

MgO , % mximo 6.00 6.00 6.00 6.00

SO3, % mximo

Cuando C3A es menor o igual a 8% 3.50 3.50 2.30 2.30Cuando C3A es mayor a 8% 4.50 4.50 N/A N/A

Prdidas por ignicin , % mximo 3.00 3.00 2.50 3.00

Residuos insolubles , % mximo 0.75 0.75 0.75 0.75

C3S , % mximo ----- ----- 35.00 -----

C2S , % mximo ----- ----- 40.00 -----

C3A , % mximo 15.00 15.00 7.00 5.00

[C4AF + 2(C3A)] o (C4AF + C2F) , % mximo ----- ----- ----- 25.00

Requisitos qumicos opcionalesC3A , % mximo para mediana resistencia asulfatos

8.00 8.00 ----- -----

C3A , % mximo para alta resistencia a sulfatos 5.00 5.00

Alcalis , ( Na2O + 0.658 K2O ) , % mximo 0.60 0.60 0.60 0.60


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Tabla 3.5 .- Variacin en composicin de algunoscementos portland norteamericanos

ASTMTipo Componentes qumicos - Oxidos

CaO MgO Al2O3 Fe2O3 SiO2 TiO2 NaO K2O SO3 CaOLibre

63.6 3.7 5.8 2.4 20.7 0.23 0.21 0.51 1.6 0.4

I 63.1 2.5 4.7 3.0 22.1 0.21 0.06 1.30 1.7 0.2

65.8 1.1 4.7 2.1 22.2 0.30 0.04 0.19 1.6 1.6

62.8 1.7 6.7 2.5 21.1 0.39 0.95 0.51 1.8 2.0

II 61.4 3.1 4.8 4.8 20.8 0.21 0.06 1.30 1.8 0.9

64.9 1.9 4.0 2.1 24.0 0.23 0.23 0.55 1.7 1.5

III 65.6 1.4 5.2 2.5 20.0 0.27 0.21 0.44 2.3 1.6

63.3 4.3 5.1 2.0 20.3 0.21 0.19 0.28 2.5 1.9

IV 59.6 3.0 4.6 5.0 22.9 0.23 0.06 1.19 1.3 0.4

63.6 1.1 3.7 3.1 25.2 0.19 0.33 0.01 1.9 0.4

64.3 1.7 3.1 3.3 24.4 0.19 0.08 0.22 1.4 0.5

V 64.2 2.5 1.9 1.3 26.1 0.12 0.10 0.15 2.0 1.8

63.3 1.2 3.3 4.7 23.1 ----- 0.08 0.37 1.7 -----

ASTMTipo Compuestos qumicos

C4AF C3A C3S C2S

7 11 55 18I 9 7 47 28

6 9 54 23

8 14 33 35

II 15 5 44 26

6 7 41 38

III 8 10 63 10

8 10 51 19

IV 15 4 25 47

9 5 31 49

10 3 45 36

V 4 3 35 48

14 1 49 30


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Tabla 3.6 .- Variacin en composicin de algunoscementos portland britnicos

Tipo Componentes qumicos - Oxidos

CaO MgO Al2O3 Fe2O3 SiO2 TiO2 NaO K2O SO3 CaOLibre

65.6 0.70 4.31 2.55 23.73 0.24 0.31 0.66 1.00 1.0

65.5 1.23 5.90 1.59 22.76 0.33 0.43 0.50 1.60 1.4

(a) 64.4 0.89 5.36 3.27 21.19 0.34 0.36 0.58 2.53 1.9

64.6 0.56 7.64 3.30 19.09 0.34 0.25 0.57 2.19 0.6

65.5 0.97 6.95 2.30 20.54 0.35 0.16 0.76 1.54 2.0

63.1 0.82 6.28 3.59 20.56 0.37 0.27 0.58 2.59 1.7

64.5 1.28 5.19 2.91 20.66 0.30 0.08 0.70 2.66 2.0

(b) 65.4 0.51 5.00 4.31 20.04 0.42 0.48 0.78 2.06 2.0

63.0 1.46 6.07 2.67 20.21 0.33 0.12 0.94 2.10 1.5

64.3 1.27 4.74 2.15 22.37 0.36 0.16 0.53 1.82 2.3

(c) 63.8 0.92 4.07 4.65 21.09 0.28 0.13 0.67 2.56 2.9

64.5 0.89 3.13 5.23 22.14 0.21 0.18 0.45 2.08 1.5

(d) 61.8 1.69 4.60 2.07 25.08 0.25 0.19 0.77 2.57 0.7

62.0 1.59 4.54 2.06 25.80 0.23 0.20 0.65 1.87 0.9

Tipo Compuestos qumicos

C4AF C3A C3S C2S

8 7 47 32

5 13 41 34(a) 10 9 45 27

10 15 53 15

7 14 49 22

11 11 39 30

9 9 50 21

(b) 13 6 64 9

8 12 46 23

7 9 42 32

(c) 14 3 58 17

16 0 54 22

(d) 6 9 17 59

6 9 15 63

(a) = Ordinario (b) = Endurecimiento rpido


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(c) = Resistente a los sulfatos (d) = Bajo calor de hidratacin


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3.7 LOS CEMENTOS PERUANOS Y SUS CARACTERISTICAS.

En la actualidad se fabrican en el Per los cementos Tipo I, Tipo II, TipoV, Tipo IP y Tipo IPM.En las Tablas 3.7a y 3.7b se pueden observar las caractersticas fsicas yqumicas de los cementos de fabricacin nacional suministradas por losfabricantes, con excepcin del Cemento Rumi, cuyo productor no accedia proporcionarlas, pese a nuestra insistencia, por lo que se consigna unanlisis efectuado a solicitud del autor en la Universidad Catlica del Percon ocasin del empleo de este material durante la construccin delAeropuerto de Juliaca, en el cual se obtienen resultados bastanteirregulares para un Cemento Tipo I, que no obstante deben tomarse conreserva pues slo representan una muestra.

En las Fig.3.8 a 3.13, se han graficado las Resistencias vs Tiempo para losdiferentes cementos peruanos en base a la informacin suministrada entreEnero y Abril de 1,993.Es interesante anotar que en general los cementos nacionales siguen loscomportamientos tpicos a largo plazo que es factible esperar de cementossimilares fabricados en el extranjero, sin embargo la experiencia en el usode ellos y la variabilidad que se puede apreciar en los anlisis y grficosmostrados nos permite afirmar que las propiedades a corto plazo nosiempre mantienen parmetros constantes, por lo que nunca debe confiarsea priori en ellas sin efectuar pruebas de control para el caso de obras de

cierta importancia.Por otro lado, los fabricantes locales tienen mucha experiencia en laelaboracin de cemento, pero ninguno la tiene en la aplicacin prctica deeste material en la produccin de concreto dado que muy rara vez recopilanestos datos, o hacen investigacin en concreto, por lo que es muy poca lainformacin que pueden aportar en ese sentido y adems, hay usualmentereticencia para suministrar resultados de sus controles de calidad en formarutinaria. Sin embargo debemos agradecer la colaboracin prestada por los

productores que accedieron a suministrar e incluir en el presente libro losdatos proporcionados .

No existe informacin peridica publicada por los fabricantes sobreaspectos bsicos como la variacin del desarrollo de la resistencia en eltiempo, variacin de la hidratacin en funcin de las condiciones

ambientales, caractersticas de las puzolanas que emplean en los cementosmezclados, estadsticas de los controles interlaboratorios que realizan, etc.

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Tabla 3.7a .- Caractersticas qumicas de los cementos peruanos.

Elemento SolTipo I

AtlasTipo IP

AndinoTipo I

AndinoTipo II

AndinoTipo V

CaO 63.20 53.65 64.18 63.83 64.60

SiO2 19.79 26.28 21.86 22.58 22.51

Al2O3 6.15 6.44 4.81 4.21 3.04

Fe2O3 2.82 4.84 3.23 3.11 4.28

K2O 0.96 1.07 0.65 0.54 0.56

Na2O 0.28 0.37 0.15 0.12 0.13

SO3 2.58 2.84 2.41 2.38 2.36

MgO 3.16 2.76 0.96 0.97 0.92Cal libre 0.52 0.29 0.59 0.40 0.55

P. Ignicin 0.80 1.63 1.24 1.46 1.08

R. Insolubles 0.62 10.21 0.42 0.59 0.57

C3S 54.18 51.33 48.73 58.64

C2S 15.87 23.95 27.98 20.30

C3A 11.53 7.28 5.89 0.81

C4AF 8.57 9.82 9.45 13.01

Elemento YuraTipo I

YuraTipo IP

YuraTipo IPM

PacasmayoTipo I

PacasmayoTipo V

RumiTipo I (*)

i

CaO 65.90 46.30 53.80 63.02 62.92 44.19

SiO222.66 43.51 33.34 19.50 20.50 21.67

Al2O3 4.15 3.36 4.80 6.20 4.07 1.56

Fe2O3 2.41 1.98 2.04 3.30 5.14 5.01

K2O 0.70 0.68 0.72

Na2O 0.26 0.22 1.69

SO3 1.66 1.42 2.04 2.50 1.83 1.09

MgO 1.24 1.30 1.37 2.13 2.10 1.06

Cal libre 1.20 1.10

P. Ignicin 0.96 1.60 1.87 2.30 1.93 2.85

R. Insolubles 0.48 26.70 15.69 0.50 0.68 2.99

C3S 60.00 54.85 60.44 (9.21)

C2S 19.70 14.52 13.18 69.08

C3A 6.92 10.85 2.09 (4.34)

C4AF 7.33 10.03 15.63 15.25

(*) Anlisis particular al no haber suministrado informacin el fabricante.


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Tabla 3.7b .- Caractersticas fsicas de los cementos peruanos.

Elemento SolTipo I

AtlasTipo IP

AndinoTipo I

AndinoTipo II

AndinoTipo V

Peso especfico (gr/cm3) 3.11 3.03 3.11 3.18 3.11

Fineza malla 100 (%) 0.04 0.03 0.34 0.10 0.20

Fineza malla 200 (%) 4.14 0.38 5.66 4.71 2.58

S. especfica Blaine (cm2/gr) 3,477 4,472 3,300 3,400 3,400

Contenido de aire (%) 9.99 9.82 6.50 5.35 5.22

Expansin en autoclave (%) 0.18 0.15 0.02 0.01 (0.01)

Fraguado inicial Vicat 1hr 49 1hr 59 2hr 50 3hr 15 2hr 15

Fraguado final Vicat 3hr 29 3hr 41 3hr 45 4hr 30 3hr 45fc a 3 das (kg/cm2) 254 235 204 160 184

fc a 7 das (kg/cm2) 301 289 289 205 243

fc a 28 das (kg/cm2) 357 349 392 320 362

Calor hidratacin a 7 das(cal/gr)

70.60 60.50 64.93 63.89 59.02

Calor hidratacin a28das(cal/gr)

84.30 78.40

Elemento YuraTipo I

YuraTipo IP

YuraTipoIPM

PacasmayoTipo I

PacasmayoTipo V

i

Peso especfico (gr/cm3) 3.11 2.86 2.95

Fineza malla 100 (%)Fineza malla 200 (%)

S. especfica Blaine (cm2/gr) 3,597 4,086 3,848 3,400 3,300

Contenido de aire (%) 10.50 10.10

Expansin en autoclave (%) 0.20 0.11 0.26 0.22 0.14

Fraguado inicial Vicat 2hr 2hr 2hr 10 2hr 29 2hr 40

Fraguado final Vicat 4 hr 4hr 10 4hr 10 5hr 10 5hr 20

fc a 3 das (kg/cm2) 242 140 240 168 154

fc a 7 das (kg/cm2) 335 222 299 210 196

fc a 28 das (kg/cm2) 388 316 367 273 258


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informacin que sera sumamente til para los usuarios investigadores,evitando muchas situaciones en que se espera un comportamiento porextrapolacin con informacin fornea o con informacin local incompletay se obtiene otro por falta de datos confiables.

Como comentario adicional habra que decir que la introduccin de loscementos Puzolnicos y Puzolnicos modificados en nuestro medio hatrado beneficios desde el punto de vista que tienen ventajas referidas adurabilidad, adems de ser ventajosos para el fabricante pues al reemplazarcemento por puzolana abarata sus costos y los precios de ventaexperimentan alguna reduccin, pero estas ventajas no son del todoaprovechadas por cuanto no ha habido suficiente investigacin, difusin ylabor didctica en cuanto a las consideraciones para su dosificacin, lo quetrae como consecuencia deficiencias en su utilizacin por parte delusuario.

Normalmente se supone que los diseos con estos cementos requierenigual cantidad de agua que los normales, lo cual en la prctica no es cierto,

pues algunos de ellos necesitan hasta 10% mas de agua y tienenconsistencia cohesiva que amerita mayor energa en la compactacin conlo que a la larga la supuesta economa no es tanta.En el Apndice, se incluyen copias de los datos originales suministrados

por los fabricantes en 1993 y 1996, que incluyen informacin adicional a laconsignada en las tablas y que puede ser de utilidad para quien estinteresado en profundizar sobre estos aspectos.

3.8 CONDICIONES DE CONTROL Y ALMACENAJE ENOBRA Y SUS CONSECUENCIAS.

Lo ya mencionado en relacin a los cementos nacionales nos hacereflexionar en la necesidad de tratar en lo posible de hacer en obra unseguimiento estadstico del tiempo y condiciones de almacenaje, as comode la calidad del cemento que se emplea.

Una buena prctica la constituye el ejecutar anlisis qumicos en unlaboratorio confiable cada 500 Toneladas de cemento para el caso de obrasgrandes, y solicitar regularmente a los fabricantes certificados con

resultados de su control de calidad. En ningn caso la muestra que seobtenga debe ser menor de 5 Kg.


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En cuanto a las condiciones de almacenaje, es recomendable limpiar confrecuencia los silos metlicos de depsito sobre todo en climas de humedadrelativa alta, pues se produce hidratacin parcial del cemento adherido alas paredes, y que con el uso del silo ocasiona que se desprendan trozosendurecidos y se mezclen con el cemento fresco causando problemas en launiformidad de la produccin del concreto.En el caso de cemento en bolsas el concepto es similar en cuanto a

protegerlas de la humedad, bien sea aislndolas del suelo o protegindolasen ambientes cerrados.Una manera prctica de evaluar si ha habido hidratacin parcial delcemento almacenado, consiste en tamizar una muestra por la malla No 100,segn la Norma ASTM C-184, pesando el retenido, el cual referido al pesototal, nos da un orden de magnitud de la porcin hidratada. El porcentajeretenido sin haber hidratacin oscila usualmente entre 0 y 0.5%.Si recordamos los conceptos referidos al mecanismo de hidratacin

podemos estimar que si usamos cemento parcialmente hidratado, estaremossustituyendo en la prctica una parte del agregado por cemento endurecidocon caractersticas resistentes inciertas y definitivamente inferiores a la dela arena y la piedra, que causar zonas de estructura dbil, cuyatrascendencia ser mayor cuanto mayor sea la proporcin de estas

partculas.

Se puede estimar que el empleo de cemento hidratado en un 30% referidoal peso total, con grnulos no mayores de 1/4" trae como consecuencia una

reduccin en la resistencia a 28 das del orden del 25%, dependiendo delcemento en particular. Es obvio que porcentajes hidratados mayores, conpartculas de tamao superior a 1/4" ocasionarn perjuicios mas negativosen la resistencia y durabilidad.Finalmente hay que aclarar que en cuanto al almacenaje, el criteriocorrecto para evaluar la calidad del cemento no es el tiempo que ha estadoalmacenado sino las condiciones de hidratacin del cemento al cabo de ese

perodo, por lo que lo aconsejable es tomar las previsiones para evitar oretrasar la hidratacin desde un inicio, en vez de dejar pasar el tiempo sinninguna precaucin y entrar luego en las complicaciones de evaluar siestar apto o no para usarse .

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

3.1) Lea Frederik.- "The Chemistry of Cement and Concrete".- EdwardArnold Publishers - London 1988.

3.2) Neville Adam .- "Tecnologa del Concreto".- Instituto Mexicanodel Cemento y del Concreto - Mxico 1977.

3.3) Kosmatka S.,Panarese W..- "Design and Control of ConcreteMixtures"-Portland Cement Association - USA 1988.

3.4) Popovics Sandor.- "Concrete : Making Materials

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