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Características Físicas Y Mecánicas Del Cemento - Asocem

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ASOCIACION DE PRODUCTORES DE CEMENTO<br />

CARACTERISTICAS FISICAS Y<br />

MECANICAS DEL CEMENTO<br />

M. Gonzáles de la Cotera


RESISTENCIA MECANICA DEL CEMENTO<br />

<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

La resistencia mecánica del cemento es la característica principal que evalúa y aprecia el<br />

usuario<br />

El cemento al hidratarse con el agua constituye la matriz que asegura la resistencia del<br />

esqueleto de agregados que conforman morteros y concretos.<br />

La resistencia Intrínseca del. cemento es función creciente del contenido de silicatos cálcicos<br />

en el clinker y de la finura de molienda, como parámetros básicos.<br />

El incremento de resistencia en el tiempo depende de la relación entre el C3S que genera las<br />

resistencias iniciales y el C2S que contribuye posteriormente.<br />

en las pastas endurecidas, independientemente de la resistencia propia del cemento, la<br />

resistencia se debe al volumen de producto de hidratación que se forman en el espación<br />

definido por el cemento y el agua de mezcla. Factor que en cierta medida se expresa en la<br />

clásica relación agua / cemento<br />

La resistencia de los aglomerados reside en las condiciones de ad herencia pasta-agregado y/o<br />

en la resistencia intrínseca de la pasta. Debe recordarse que la resistencia de los agregados<br />

excede en mucho la resistencia de la pasta y aquella que normalmente deben asumir los<br />

elementos de concreto<br />

La resistencia del concreto difiere según el tipo de solicitación que se le impone; por ejemplo,<br />

en compresión resiste diez veces más que la tracción.<br />

Siendo la resistencia a la compresión la más alta, el concreto tiene una vocación natural para<br />

cumplir este régimen de trabajo; reforzándose con barras de acero que asumen las tensiones<br />

de tracción o sometiéndose a un estado de coacción previa que compensa la tracción.<br />

Por otra parte, la resistencia de compresión constituye un índice general de calidad, pues<br />

guarda correlación con el módulo de elasticidad y es un eficiente indicador de durabilidad.<br />

De los ensayos de resistencia<br />

Al iniciarse los ensayos de cemento las pruebas de resistencia se efectuaron por flexión<br />

Posteriormente el ensayo más característico fue el de tracción especialmente en los Estados<br />

Unidos donde fue vigente hasta 1940, estableciéndose luego el ensayo de compresión. En la<br />

actualidad el ensayo de compresión es generalmente adoptado como criterio de aceptación.<br />

Es evidente, que los resultados de ensayo de compresión son de interés pues el concreto se<br />

aprecia por su resistencia a la compresión. Especialmente, cuando las normas de ensayo han<br />

incorporado morteros plásticos con resistencias comparables a las obtenidas en concreto.<br />

Sin embargo, la resistencia a la tracción del cemento es un índice de la posibilidad de<br />

figuración. Además si consideramos que la rotura de compresión se produce por separación del<br />

material la resistencia a la tracción del cemento tiene un rol importante. Parecería ser, que las<br />

dificultades propias de los métodos de ensayos de tracción han llevado a que se abandone su<br />

especificación en las normas.<br />

1


La resistencia del concreto<br />

<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

La resistencia del concreto ha seguido una progresión creciente, conforme el desarrollo de la<br />

construcción. Si revisamos los códigos de los Estados Unidos, en los primeros de ellos<br />

constatamos que la resistencia máxima de compresión del concreto llegaba a 2000 psi (140<br />

Kg/cm2). En 1928 ascendió a 3000 psi (210 Kg/cm2.), en 19.47 a 3750 psi (270 Kg/cm2.),<br />

incrementándose nuevamente en 1956 en 4000 psi (280 Kg/cm2 y pasando en 1963 a 5000 psi<br />

(350 Kg/cm2.).<br />

La mínima resistencia especificada en la actualidad es de 2500 psi (176 Kg/cm2.).<br />

En el caso de los concretos pretensazos, la resistencia requerida por las regulaciones<br />

americanas es de 7000 psi (492 Kg/cm2.).<br />

Debe estimarse, que el concreto de calidad 5000 psi, al diseñar teniendo en cuenta la<br />

resistencia característica, el valor resistencia llegará en la práctica a 5900 psi (415 Kg/cm2.).<br />

Las especificaciones del ASTM para la resistencia de los cementos no han guardado similar<br />

ritmo de incremento. En la década. del 40 en que se implanta la norma de ensayo de<br />

compresión, su valor es de 210 Kg/cm2 pasando luego a estabilizarse en 276 Kg/cm2.<br />

En la normalización internacional se constata que las resistencias de los cementos han<br />

progresado de minera incesante, tal como se aprecia en el cuadro que indica la situación de los<br />

nueve países de mayor producción, entre los años 1955 y 1980.<br />

Por otra parte, a los cementos de alta resistencia inicial, se agregan hoy en día en numerosas<br />

especificaciones los denominados<br />

INCREMENTO DE PESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL<br />

CEMENTO NORMALIZADO PRINCIPALES PAISES PRODUCTORES<br />

CEMBUREAU Evaluación 1955 Evaluación 1980<br />

Resistencia Min. Máx. Mín. Máx.<br />

URSS 200 600 400 600<br />

Japón - 200 - 300<br />

China 200 600 425 625<br />

USA - 211 - 275<br />

Italia - 500 225 525<br />

España 280 450 350 550<br />

Alemania 225 425 350 450<br />

Francia 250 315 450 650<br />

Brasil - 250 250 400<br />

de superarla resistencia Inicial.<br />

Edad que caracteriza la resistencia<br />

Muchas normas modernas califican la resistencia del cemento a los dos y tres días de edad,<br />

otras incluyen una valoración a los siete días, representando hasta una tendencia. Desde el<br />

punto de vista de la evaluación del cemento la posición descrita es razonable. Sin embargo, si<br />

consideramos que las especificaciones y reglamentos de concreto armado asumen como<br />

resistencia del concreto la que corresponde a los 28 días se advierte un divorcio de criterios.<br />

Mas aún, si el constructor desea conocer cual es la ganancia de resistencia que el cemento<br />

ofrece entre los 7 y 28 días<br />

la resistencia estadística<br />

2


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

las nuevas normas de recepción de cemento establecen la aprecia ción de la calidad resistente<br />

por métodos probabilisticos.<br />

como bien se sabe la distribución estadística de los resultados de ensayos de compresión<br />

corresponde a la ley de Gaus. Sin embargo, desde un punto de vista riguroso es conveniente<br />

precisar que dos parámetros básicos: la medía y la desviación no son conocidas con exactitud,<br />

en cuanto son valores que son más confiables conforme aumenta el número de las pruebas<br />

consideradas.<br />

El problema consiste en calcular un nivel de resistencia; Rc en función de "n" resultados de<br />

ensayo que aseguren con un limite da confianza - que existe la probabilidad 0 de que todos los<br />

resulta dos sean superiores a dicho nivel.<br />

La expresión para dicho cálculo es<br />

Rc = x - t.s<br />

obteniéndose el valor de t de la distribución de Studen, en función de la selección de y 0.<br />

Los parámetros considerados tienen el siguiente significado:<br />

0 corresponde al coeficiente de probabilidad para que en una curva de Gaus determinada, un<br />

resultado de ensayo, tomado al azar sea superior al límite<br />

- es el limite de confianza, es decir la probabilidad de que entre todas las curvas de Gaus<br />

posibles se encuentre m porcentaje - de nivel superior al Rc determinado por la relación<br />

expuesta.<br />

como el valor de t es inversamente proporcional al número de en sayos, resulta evidente el<br />

interés de multiplicar el número de medidas<br />

De acuerdo a la norma, el registro de calidad deberá representar un cemento de la misma<br />

fuente que el cemento por ensayar y se basará en datos de no más de dos años de edad.<br />

Se deberá disponer de resultados de ensayos de no menos de 40 muestras que representen<br />

no menos de 7 lotes de cemento<br />

La Resistencia A Compresión<br />

De las normas<br />

<strong>Del</strong> análisis de la normalización internacional, que ha efectuado el CEMBUREAU para el<br />

periodo 1968-80, se observa que en materia de métodos de ensayo de cemento se presenta un<br />

nucleamiento alrededor de las normas ISO, ASTM y BS, debido a los nuevos países que las<br />

adoptan en África (7) y América (11). La norma ASTM pasa de 3 países a 16, por la presencia<br />

de países influenciados por la tecnología americana. Ia Norma Británica de 5 á 13 piases;<br />

producto de la descolonización y la regulación ISO de 10 a 29 países, la mayoría de ellos<br />

europeos.<br />

Esta tendencia ha hecho desaparecer en la práctica los morteros secos de relación a/c 0.30, en<br />

beneficio de los morteros plásticos de relaciones a/c entre 0.4 y 0.6 que como se sabe brindan<br />

mejor correspondencia con la resistencia a la compresión del concreto.<br />

La tabla siguiente expresa esta situación:<br />

3


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

Monteros<br />

Secos<br />

ISO BS ASTM Otros TOTAL<br />

1968 14 (32%) 10 (23%) 5 (11%) 3 (0.7%) 12 (27%) 44 (100)<br />

1980 2 (3%) 29 (43%) 13 (19%) 13 (19%) 8 (12%) 66 (100)<br />

La diferencia esencial entre normas se establece en el cuadro comparativo ASTM, ISO, BS.<br />

Las normas ISO y ASTM<br />

Los métodos de ensayo a la compresión de los cementos, determinan<br />

PAIS USA GRAN BRETAÑA ISO<br />

Norma ASTM<br />

B.S.4550 (1)<br />

ISO<br />

C-109-77<br />

Part. 3:1978<br />

R 679 (2)<br />

<strong>Cemento</strong> / arena 1/275 1/3 1/3<br />

a/c 0.485 0.40 0.50<br />

Arena tipo Ottawa Leughton<br />

Buzaard<br />

Nativa; Silicosa<br />

Dimensiones<br />

granulométricas<br />

0.15/0.60 0.09/2.36 0.08/2.00<br />

Probetas (cm.) 5 x 5 x 5 7 x 7x 7 4 x 4x 16<br />

Consolidación Manual<br />

Tabla<br />

Tabla de<br />

(picado)<br />

vibrante<br />

sacudidas<br />

Naturaleza de compresión compresión Compresión sobre<br />

tensiones<br />

Porciones del<br />

Prisma roto en<br />

flexión<br />

(1) B.S, tiene norma alternativa para prueba en mezcla de concreto.<br />

(2) Se encuentra en suspenso desde el 1º de enero de 1980.<br />

las resistencias en morteros, no presentan diferencias sustanciales en la forma de aplicar las<br />

solicitaciones ni en la geometría de las probetas, la variación se da en el volumen de las<br />

mismas.<br />

los especimenes según la norma ASTM, son cubos de 2 pulg. de arista. El método ISO somete<br />

a prueba los trozos resultantes del ensayo de flexotracción de 4 x 4 x 16 cms. El análisis teórico<br />

de la incidencia del volumen de los especimenes en los resultados de en sayos de compresión<br />

indica que la disminución de volumen lleva a un incremento de la resistencia. Sin embargo,<br />

como quiera en los ensayos actúan otros parámetros de mayor significación, granulame tría de<br />

la arena, relación agua-cemento, energía de consolidación, el factor volumen no tiene<br />

intervención principal en la diferencia de valores resistentes.<br />

El método de ensayo ISO utiliza un mortero de razón 1:3, en peso, con características similares<br />

al concreto; la arena es de granulometría continua, formada por una mezcla de iguales<br />

proporciones de fracción fina (o - 0,5 mm.), media (0,5 - 1,0 mm.) y gruesa (1,0 - 2,0 mm.) La<br />

consistencia del mortero es plástica y la relación agua / cemento es constante e igual a 0,5 . El<br />

mezclado es a máquina, la compactación de carácter mecánico es moderada.<br />

Los ensayos se realizan sobre probetas prismáticas de 4 x 4 x 16 cm. Ia tracción se determina<br />

por flexión con carga centrada y luz de 107 mm. La compresión se mide sobre los dos trozos<br />

resultantes del ensayo de flexo-tracción.<br />

La norma ASTM C-109, usa un mortero plástico de consistencia fija, determinada por ensayo<br />

en la mesa de sacudidas. Debe emplear arena de Otawa que tiene como característica ser<br />

redondeada de cuarzo fina y de granulometría poco extendida. El mortero es de proporción<br />

4


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

1.2,75 y la razón agua/ cemento promedio es del orden de 0,32. El mezclado es mecanizado y<br />

la compactación manual. los moldes son cúbicos de 2" de arista.<br />

El método ASTM es usado en norte y Centroamérica en la mayoría de los países de<br />

Sudamérica. En el Perú constituye el procedimiento de evaluación de los cementos<br />

generalmente aceptado.<br />

El método ISO presenta ventajas, entre las que podemos enumerar las siguientes:<br />

- la determinación de la resistencia a la tracción por un procedimiento racional.<br />

- correlación entre las resistencias de tracción y compresión.<br />

- Economía de material y especimenes para las pruebas de resistencia.<br />

- El empleo de una arena de carácter universal, que puede ser fabricada en cualquier país.<br />

- Relación agua / cemento constante.<br />

- mortero de consistencia plástica, que asegura el moldeo.<br />

- Método de consolidación mecánico, que elimina la dispersión debida al operador.<br />

LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN<br />

La nueva generación de normas ha dejado obsoleta la determinación de la resistencia a la<br />

tracción por la prueba tradicional de probeta 8. En su reemplazo, un número de países<br />

especifican la prueba de flexo-tracción Sin embargo, esta forma la resistencia a la tracción del<br />

cemento mantiene su importancia como indicador válido de su capacidad para soportar<br />

esfuerzos mecánicos y de su aptitud a la fisuración<br />

las razones expuestas nos llevan a realizar un breve análisis de los diferentes procedimientos<br />

de ensayo, que pueden utilizarse para la investigación o el control del comportamiento de las<br />

pastas de cemento endurecidos.<br />

las razones expuestas nos llevan a realizar un breve análisis de los diferentes procedimientos<br />

de ensayo, que pueden utilizarse para la investigación o el control del comportamiento de las<br />

pastas de cemento endurecidos.<br />

los métodos de ensayo más utilizados son los siguientes:<br />

- Tracción directa, en especimenes tipo "8".<br />

- Tracción por compresión diametral de cilindros<br />

- Tracción por fuerza centrífuga aplicada a primas.<br />

- Tracción por la aplicación de una presión interior sobre anillo.<br />

- Tracción por flexión<br />

Tradicionalmente se ha determinado la resistencia de los cementos sobre especimenes tipo<br />

"S". por indicarlo así la generalidad de las normas. El ensayo consiste en someter a tracción<br />

especimenes en forma de ocho, sujetos por amarras en la zona ensanchada, donde se<br />

producen tensiones de compresión y corte, de manera que la rotura se verifique por tracción en<br />

la sección reducida. Esta prueba presenta sin embargo, nichos inconvenientes que fueran<br />

advertidos desde su introducción<br />

En el año de 1895, el investigador francés M. Durand-Claye publico en Annales des Ponts et<br />

Chausses, un estudio analítico de la repartición de tensiones en la briqueta de tracción,<br />

llegando a establecer el reparto de tensiones en la sección reducida, tal como se aprecia en el<br />

gráfico.<br />

la ley de distribución de la fuerza sobre la sección reducida se acerca bastante a la de una<br />

parábola, con el siguiente valor para la fuerza media sobre la sección.<br />

5


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

En la fórmula anterior P es la fuerza total de la briqueta, S el área de la sección. En el caso de<br />

la briqueta de tipo europeo y americana, los valores de R de la ecuación son respectivamente<br />

iguales a 2.04 y 2.12, y r o los valores de la fuerza máxima serán 1.52r y 1.54r.<br />

En el año 19131 E.G. Coker publicó en el Proc. international Assoc. Form. Testing Material un<br />

estudio de la probeta de cemento usada para los ensayos de tracción, analizándola bajo el<br />

aspecto de una pieza extendida con un cambio brusco te sección, llegando a la conclusión que<br />

la tensión máximo se produce en los puntos extremos y su valor es 1.75 veces la media en<br />

sección.<br />

Para propiciar la rotura en la sección delgada es conveniente reducirla convenientemente<br />

mediante curvas suaves y darle a la probeta una longitud tal que la permita alejarse de los<br />

planos ¿te apoyo para de esta manera obtener una distribución uniforme de los esfuerzos.<br />

La superficie de apoyo o contacto de los clips con la maestro, no debe ser reducida y entre<br />

ellos tampoco han de formar un ángulo lo suficientemente grande para impedir que se genere<br />

en los puntos de contacto fuerzas de compresión<br />

Es sumamente importante que los clips de agarre se encuentren en una posición central<br />

exacta. Ensayos realizados hace muchos años en el Instituto Tecnológico de Massachusetts<br />

han demostrado que por desplazamiento de 1/16" disminuía la fuerza de tensión en un 15 6<br />

20%<br />

El ensayo de tracción por compresión diametral<br />

El ensayo de tracción por compresión diametral utilizado inicialmente para determinar la<br />

resistencia del concreto se ha empleado<br />

también como ensayo normal en la evaluación de la resistencia a<br />

la tracción del cemento.<br />

Como bien se sabe, el estudio de la distribución de tensiones en una placa circular bajo la<br />

acción de dos fuerzas diametralmente o puestas distribuidas a lo largo de dos generatrices<br />

situadas en un mismo plano diametral (estado plano de deformaciones) ha sido estudiada<br />

originalmente por Hertz y Tinoshenko.<br />

Se puede obtener las tensiones en un punto cualquiera, por la suma de las tensiones<br />

producidas por una fuerza que actúa sobro m semiplano, radiando alrededor de los puntos de<br />

aplicación de dos fuerzas de compresión diametrales, o contorno circular y distribuidas<br />

uniformemente Estas últimas tensiones tienen como valor:<br />

Siendo:<br />

F = la fuerza total de compresión<br />

D = el diámetro<br />

6


L = la longitud del cilindro<br />

<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

como resultado de tal demostración a todo lo largo del plano diametral donde están situadas<br />

las generatrices sobre las cuales actúa la compresión las tensiones normales de tracción son<br />

distribuidas uniformemente e iguales a:<br />

En un punto cualquiera de dicho plano diametral a otra tensión principal es una tensión de<br />

compresión que tiene como valor:<br />

Esta tensión aumenta a partir del centro donde ella tiene como valor:<br />

y a medida que se realiza la aproximación de las generatrices de<br />

contacto ella tiene el valor,<br />

En realidad el contacto no se realiza a lo largo de una generatriz, hay una banda de contacto<br />

con los platos de la máquina de ensayo de ancho a, aquí resulta una perturbación local y el<br />

valor máximo de la tensión principal de compresión es:<br />

En cuanto a la tensión principal 1 ella decrece en la vecindad de la banda de contacto y resulta<br />

nula y cambia de signo transformándose en una tensión de compresión<br />

Como el ancho de la banda de contacto es muy pequeña, se verifica, que a lo largo de casi<br />

toda la superficie del plano diametral las tensiones normales de tracción son uniformemente<br />

distribuidas y tienen el valor:<br />

7


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

Estos valores son válidos hasta el momento de la ruptura, si bien entonces no se encuentra en<br />

el dominio de la teoría de elasticidad. En efecto, la distribución de tensiones es desde el<br />

comienzo uniforme y las tensiones de compresión en el momento de la ruptura son muy<br />

pequeñas (a excepción del inmediato de la banda de contacto).<br />

se ha explicado que la teoría de ruptura que expresa más acertada mente el comportamiento<br />

del cilindro de mortero bajo compresión diametral, es la de la más grande tracción principal y la<br />

de frotamiento interno. En verdad, existe un dominio en el cual pase a la existencia de una<br />

tensión principal de compresión la rotura se produce por separación, según un plano normal a<br />

la tensión principal de tracción, en el momento que éste alcanza el valor de la resistencia<br />

intrínseca del material. Cabe precisar que la resistencia a la tracción del concreto es<br />

generalmente cinco veces menor que la de compresión.<br />

Entre los investigadores que han tratado acuciosamente de este en sayo, se encuentran<br />

Wright, Simon, Peltier, Azakawa, Zegler, Thau low, Narrow y ullberg. se han propuesto<br />

determinadas relaciones.<br />

Entre ellas podemos confirmar la de Lobo Carneiro entre las resistencias de tracción y<br />

compresión<br />

Narrow y Ullberg han encontrado coeficiente de proporcionalidad entre el ensayo brasilero y el<br />

ensayo de tracción según la curva de la figura.adjunta.<br />

Azakawa, ha introducido un nuevo parámetro, el factor agua-cemento con una relación:<br />

Siendo x, el factor agua-cemento.<br />

Ensayo de tracción por fuerza centrífuga<br />

Para determinar la resistencia a la tracción de los cementos, se ha desarrollado una máquina<br />

que utiliza la acción de la fuerza centrífuga. Consiste en un rotor metálico cm un alveolo de<br />

sentido diametral donde se coloca una probeta prismática. Por una velocidad creciente el<br />

prisma se encuentra solicitado por fuerzas iguales y opuestas. A determinada velocidad se<br />

rampe en partes iguales (con ruido). Para determinar el valor de la fuerza actuante es suficiente<br />

leer el número de vueltas por minuto que ha producido la rotura, en el tacómetro de la máquina<br />

y conociendo el peso de la probeta se deduce su resistencia.<br />

El procedimiento se basa en que si "a" es la densidad del mortero, un elemento diferencial dx<br />

dy en el plano de rotación está sujeto a un esfuerzo centrífugo unitario.<br />

8


cuyas proyecciones, sobre los ejes coordenados son:<br />

<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

realizando el cálculo de la tensión de tracción en la sección central del espécimen se obtiene:<br />

Siendo:<br />

P = el peso del espécimen, en grs.<br />

N = velocidad de rotación en vueltas por minuto<br />

La probeta se encuentra libre dentro del alveolo y la tensión de tracción debida a la<br />

componente de la fuerza centrifuga perpendicular al eje de la probeta puede no considerarse<br />

por que es pequeño, razón por la cual el campo de tensiones es uniforme en la sección media.<br />

Como la rotura se presenta en el medio de la probeta, es posible efectuar dos ensayos de<br />

compresión posteriormente<br />

Ensayo de tracción par el método del anillo<br />

Este método de ensayo para determinar la resistencia a la tracción de los cementos, consiste<br />

en ramper un anillo de pasta pura por una presión interior uniforme<br />

Los anillos utilizados son similares a los de la prueba de fisura cien. Sus dimensiones son las<br />

siguientes:<br />

- Diámetro interior 2a = 9 cms.<br />

- - Diámetro exterior 2b = 12.7 cms.<br />

- - Altura h = 4 cms.<br />

El principio del ensayo es el siguiente. Si consideramos un anillo cilíndrico sometido a una<br />

presión interior p uniformemente repartida, según la Fig. 1, a una distancia r del eje, la tensión<br />

tangencial y radial, que por razón de simetría dependen de r serán:<br />

9


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

Se observa que la tensión tangencial será siempre una tensión de tracción, mientras que la<br />

tensión radial es de compresión La tracción es máxima en la superficie interior (r = a) y mínima<br />

que la superficie exterior (r =b). Estos valores extremos son los siguientes:<br />

La tensión de compresión radial es igual a p en la superficie interior y se anula en la superficie<br />

exterior.<br />

Tomando los valores de los diámetros interior y exterior, definidos inicialmente, las ecuaciones<br />

expuestas toman la siguiente forma:<br />

La distribución de las tensiones según el espesor del anilla se puede apreciar en la figura 2.<br />

Admitiendo la teoría de la tensión máxima, es posible considerar como valor de la resistencia a<br />

la tracción, el de la tensión de tracción máxima en la superficie. interior:<br />

que corresponde a la presión interior p que provoca la rotura.<br />

Todo lo anterior es admisible en cuanto la distribución de tensiones de tracción según se<br />

expresa en la figura, se mantiene más allá del dominio elástico hasta la ruptura. En efecto,<br />

como las tensiones tangenciales son tensiones de tracción en todo el es pesor del anillo, su<br />

distribución no difiere en mucho de una distribución uniforme, a la vez que el material tiene<br />

diminuta deformación plástica bajo cargas instantáneas de tracción.<br />

En favor de este método se encuentra el sistema de cargas que es sencillo y fácil de<br />

determinar. La no existencia de problemas de centrado y rozamiento y el hecho de que la<br />

presión es uniforme.<br />

10


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

El procedimiento operatorio consiste en confinar el área sometida a la presión mediante anillo.<br />

La presión se efectúa utilizando una botella de aire comprimido que expande una bolsa de<br />

caucho en el interior. Un manómetro determina la presión ejercida.<br />

Ensayo de tracción por flexión<br />

Uno de los primeros ensayos para establecer la resistencia mecánica de los cementos fue el<br />

ensayo de flexión. como quiera que las resistencias a la tracción de este material son muy<br />

inferiores a las de compresión, la rotura se debe a una solicitación de tracción<br />

Parece que fue Vicat, el primero en especificar este tipo de prueba. la comisión que estudió en<br />

Francia en 1914 los métodos de ensayo del cemento, recomendó este tipo de ensayo;<br />

aduciendo la facilidad de definir los especimenes por dos cifras (longitud y arista de la sección),<br />

la buena disposición de los especimenes la débil carga de la rotura así como la economía para<br />

realizar los aparatos de ensayo. Asimismo, la aplicación de las cargas mediante cuchillas en<br />

lugar de los difíciles elementos de sujeción empleados en los ensayos de tracción.<br />

Cuando sobre un espécimen prismática se ejercen fuerzas de manera de inducir esfuerzos de<br />

compresión sobre una parte de la sección transversal y esfuerzo de tracción sobre la parte<br />

restante, se considera que el elemento está sometido a flexión<br />

Para evitar esfuerzos por corte o torsión, es necesario que las cargas se apliquen en un plano<br />

de simetría y que las deflexiones sean paralelas al plano de las cargas.<br />

En la ilustración de la figura, la viga sometida a carga transversal, el efecto flector en una<br />

sección cualquiera se expresa como el momento M, el cual es la suma de los momentos de<br />

todas las fuerzas que actúan en uno de los lados de la sección. Para que exista equilibrio la<br />

resultante de las fuerzas de tracción T debe ser igual. a la resultante de las fuerzas de<br />

compresión C. La resultante de los esfuerzos de flexión en cualquier sección forman un par de<br />

igual magnitud que el momento flector.<br />

las variaciones del corte transversal total y del momento flector a lo largo de una viga son<br />

comúnmente representadas por diagramas de corte y de momento, los cuales se ilustran para<br />

casos típicos de carga concentrada. Debe señalarse que la carga simétrica en dos puntos<br />

arroja una condición de flexión pura (momento constante) sobre la porción central. de la luz. En<br />

una sección trasver sal de la viga, la línea a lo largo de la cual los esfuerzos son nulos se llama<br />

“eje neutro”.<br />

Por lo expuesto, conforme- se deduce del gráfico correspondiente a los diagramas de<br />

momentos y corte, deberá obtenerse resultados más representativos, aplicando cargas en los<br />

tercios ¿lo la luz a diferencia de la carga centrada, que determina una sección predeterminada<br />

de rotura.<br />

La rotura de los especimenes de cemento ocurre de manera súbita cuando la tensión de<br />

tracción sobrepasa la capacidad resistente del material a esta solicitación. Como bien se sabe,<br />

el cemento resiste varias veces en compresión la resistencia propia de tracción<br />

11


De la fragua<br />

FRAGUA<br />

<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

Se denomina fraguado del cemento al cambio de la pasta del estado plástico al estado rígido<br />

(1). Este fenómeno es importante en la utilización del cemento, pues el concreto es un material<br />

moldeable que al perder plasticidad se fisura en estado fresco, rotura que afecta seriamente la<br />

resistencia final.<br />

En la práctica la determinación de la fragua es empírica, su más conveniente régimen se guía<br />

por La experiencia y su normalización se relaciona con los procedimientos de trabajo del<br />

concreto.<br />

La fragua del cemento<br />

La regulación de la velocidad de fraguado en todos los cementos, puede obtenerse con éxito<br />

mediante del ion sulfato, generalmente bajo la forra de yeso. Su acción re- manifiesta al formar<br />

con el C3A al inicio de la hidratación la denominada etringita un trisulfo: aluminato que se<br />

transforma posteriormente en un monosulfoaluminato, que forma un ecrán semipermeable, que<br />

impide por un lapso la creación de productos de hidratación Este período "latente" termina<br />

cuando la presión osmótica interna rompe la membrana y se desarrolla la hidratación de los<br />

silicatos.<br />

En este estado, el agua penetra los gránulos del cemento hidrolisa los constituyentes anhidros,<br />

difunde y sirve de vehículo a los iones hasta la precipitación, como hidratos estables en los<br />

intercisios granulares inicialmente cubiertos por el agua.<br />

Esta pseudo cristalizaci6n se efectúa con elementos muy pequeños<br />

(1) Definiciones tecnológicas y no reológicas<br />

medidos en Amstrongs, en una masa porosa, donde se estructuran en forma de agujas y<br />

plaquetas, con numerosos puntos de contacto que aseguran la cohesión y dan la resistencia a<br />

la deformación que re presenta el fraguado.<br />

Sobre el inicio y fin de fraguado<br />

La determinación de las condiciones de la fragua del cemento tradicionalmente se realiza en<br />

dos etapas, que corresponde a lo que se denomina el inicio y el fin de la fragua. Estos términos<br />

parecen indicar una discontinuidad marcada en el proceso, lo que no corresponde a la realidad.<br />

En efecto, si bien los compuestos del cemento tienen diferente velocidad de reacción con el<br />

agua, de ' manera secuencial así C3A C4AF > C3S > C2S, no es causa de discontinuidad, pues<br />

los gránulos de cemento tienen una amplia distribución granulométrica que compensa todo<br />

cambio brusco.<br />

Debe entenderse que la fracción de cemento activa en la fragua se encuentra comprendida<br />

principalmente entre los 5 y 30 micrones pues, los gránulos más pequeños estarán hidratados<br />

por meteorización y los más gruesos participan lentamente en el endurecimiento<br />

La acción del yeso permite que el cemento presente una fragua entre límites estrechos,<br />

dándole seguridad al usuario. Por otra par te, en relación con los requerimientos de la<br />

producción y colocación del concreto, es posible modificar el régimen de la fragua mediante la<br />

adición de retardadores y aceleradores normalizados, de amplia difusión en el mercado.<br />

12


De los ensayos de fragua<br />

<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

las primeras _pruebas sobre la fragua se realizaron en los traba jos de Vicat, en el siglo<br />

pasado, midiendo la penetración de una aguja de 1 m. de diámetro de sección, bajo una carga<br />

de 300 grs. en una pasta de cemento. Este procedimiento permanece inalterable en la gran<br />

mayoría de normas.<br />

El ensayo de Vícat, constituye una determinación de resistencia al corte, apropiado para<br />

determinar la viscosidad de la pasta de cemento. Es así aplicable la fórmula de Metrot,<br />

apropiada a los fluidos viscosos.<br />

P = carga aplicada(en grs.)<br />

g = aceleración de la gravedad (981 cm/g2.)<br />

h = penetración de la sonda (cm.)<br />

R = radio de la sonda.<br />

En el caso de la aguja de Vicat.<br />

y los valores de los periodos normalizados<br />

inicio de fragua = 200.000 dynas/cm2.<br />

Fin de fragua = 10 6 dynas/cm2.<br />

Factores que afectan la fragua del cemento<br />

El compartimiento de fragua se determina por los siguientes factores:<br />

Intrínsecos:<br />

De. la prueba:<br />

- Contenido de aluminato tricálcico<br />

- Tipo y cantidad de yeso agregado<br />

- Contenido de álcalis<br />

- Dosaje de agua<br />

- Intensidad de la mezcla<br />

- Temperatura del agua y de los materiales. Medio<br />

de conservación<br />

13


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

Para eliminar los últimos factores, se requiere cumplir celosamente las especificaciones del-<br />

ensayo.<br />

Métodos de ensayo alternativos<br />

El proceso del fraguado va acompañado con cambios en el comportamiento de la pasta.<br />

Se comprueba un rápido aumento de la temperatura de hidratación que coincide con el inicio<br />

de la fragua y llega a máximo al final de la misma, además la conductividad eléctrica disminuye<br />

y la ve locidad de propagación del sonido se incrementa; fenómenos que están en relación con<br />

la modificación de estado del agua y el incremento de la fase sólida.<br />

Utilizando estas propiedades se han propuesto métodos alternativos para determinar el<br />

fraguado de los cementos, que enumeramos<br />

al pie. Sin embargo, el método de Vicat desarrollado en 1820 y la expresión de resistencia al<br />

corte, permanece vigente en todas las normas de cemento<br />

Los procedimientos de ensayo se basan en lo siguiente:<br />

- Variación de resistencia eléctrica o la impidencia del medio corrientes de 50 á 1000 Hz.<br />

- Cambios de la admitancia es decir lo inverso a la propiedad anterior, empleando<br />

corrientes de alta frecuencia, de 20 á 30 M Hz. considerando la pasta como un sistema<br />

en paralelo resistencia condensador<br />

- Efectos voltaicos, que permiten medir la tensión obtenida entre diversos electrodos,<br />

siendo el más común el Cu-Pb.<br />

- Variación de la volociclad de propagación de ondas ultrasónicas en la pasta.<br />

De la exactitud y precisión<br />

Conviene recordar, que si bien no es fuente de discrepancias las variaciones de ensayos do<br />

fragua entre, laboratorios, dada la amplitud admisible en el de fragua, los errores se deben a<br />

causas fácilmente detestables. Ellas son principalmente:<br />

- las variaciones de temperatura del agua de mezcla y conservación<br />

- La heterogeneidad de la pasta, la exudación, el contenido de aire, etc.<br />

- La calidad de la superficie de la pasta, luego del enrasado del molde.<br />

- El frotamiento de los órganos del aparato, por defectos de construcción, desgaste,<br />

polvo, etc.<br />

Aparatos automáticos<br />

En la actualidad se encuentra en el mercado diversos aparatos automáticos para la<br />

determinación de la fragua, sus principales ven tajas son las siguientes:<br />

- Permiten el estudio de la fragua fuera de las horas de trabajo, incrementando la<br />

productividad del laboratorio.<br />

- Facilitan una regular cadencia de las observaciones, mejorando la exactitud de la<br />

determinación.<br />

14


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

- Hacen posible un mejor control de la temperatura de ensayo, en especial cuando ésta<br />

difiere del ambiente.<br />

- Elimina los factores de variación atribuibles al ensayista<br />

- Proporcionan un registro gráfico del desarrollo de la fragua<br />

EL CALOR DE HIDRATACION<br />

La hidratación del cemento provoca una reacción exotérmica de cada uno de los constituyentes<br />

con el agua. El calor que se libera es apreciable, alrededor de 80 cal/g. de cemento, lo que<br />

ocasiona que en el interior de concretos másicos la temperatura alcance al rededor de 50'C.<br />

la importancia de este fenómeno, se encuentra en el concretado de grandes volúmenes, pues<br />

la escasa conductibilidad térmica del concreto impide que el calor desarrollado se disipe por<br />

radiación. Durante el período de incremento de temperatura se producirá una expansión del<br />

cemento y luego al enfriarse el material a la temperatura ambiente se hace posible la formación<br />

de grietas o fisuras.<br />

Por el contrario, cuando se concreta en tiempo frío, el calor de hidratación del cemento<br />

contribuye positivamente, protegiendo la pasta de cemento de la congelación.<br />

Diversos investigadores han establecido fórmulas que permiten calcular el calor de hidratación<br />

del cemento, a diferentes edades, según su constitución química.<br />

Se calculó el calor desarrollado por 1 gramo de cemento, reemplazando en la siguiente<br />

relación, el % en peso de los constituyen tes.<br />

Se puede establecer que la contribución al calor de los compuestos del cemento en calorías<br />

gramo en diferentes edades.<br />

3 días 28 días<br />

C3A 1.70 0.02 2.02 0.20<br />

C3S 0.98 0.05 1.14 0.05<br />

C4AF 0.29 0.18 0.48 0.18<br />

C2S 0.19 0.04 0.43 0.04<br />

Sin embargo, estas relaciones, al no tener en cuenta parámetros secundarios de importancia<br />

en la liberación de calor como la finura del cemento y la meteorización no pueden sustituir a los<br />

métodos experimentales. Su importancia reside en que permite proveer en que sentido las<br />

variaciones de la composición del clinker incidirán en el calor de hidratación del cemento.<br />

En rigor, el calor de hidratación que usualmente se mide compresión la suma de los calores<br />

liberados por las reacciones químicas de hidratación y el calor de absorción del agua sobre la<br />

superficie del gel de cemento que representa un 25% aproximadamente del calor total.<br />

En la práctica, el valor que tiene interés corresponde a la velocidad de calor desarrollado,<br />

teniendo en cuenta que en los tres primeros días que se libera más de la mitad del calor total<br />

de hidratación<br />

15


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

Básicamente para disminuir el calor de hidratación del cemento, se requiere disminuir en el<br />

crudo el A12 03 y el Ca0, y/o disminuir la finura.<br />

Las normas establecen dos tipos de cemento de bajo calor de hidratación el tipo II denominado<br />

de moderado calor de hidratación, que no desarrolla más de 290 cal/g. y el tipo IV de bajo calor<br />

de hidratación, con un desarrollo menor o igual a 250 cal/g.<br />

los requerimientos do- composición de estos cementos son los siguientes:<br />

COMPUESTOS OXIDOS<br />

C3A C3S C2S SiO2 Al203 Fe203<br />

TIPO 11 8 21 6 6<br />

TIPO IV 7 35 40 6.5<br />

Las restricciones de la composición química, hacen que la norma fije resistencias menores en<br />

las primeras edades del cemento tipo II y resistencia final en el tipo IV con relación al tipo I.<br />

Esta situación no desmerece a estos cementos, utilizados en obras que no requieren<br />

apreciable resistencia.<br />

Parámetros secundarios<br />

El calor de hidratación de acuerdo. a las experiencias obtenidas es una función lineal,<br />

creciende, de la finura de los cementos. Cuando la finura pasa de 3000 á 4000 gr/cm2. el calor<br />

de hidratación puede incrementarse en un 50% a las 24 horas.<br />

La meteorización del cemento disminuye el calor desarrollado en la hidratación. Su acción es<br />

mayor con la humedad ambiente y el tiempo de exposición. Un cemento conservado durante<br />

un mes en clima húmedo puede reducir en un 100% el calor desarrollado a las 24 horas. La<br />

absorción de 1% de C02 origina una reducción de 5.8 cal/gr.<br />

Finalmente, la edición de material puzolánico o inerte, varia el calor de hidratación del cemento,<br />

en la medida que el porcentaje de adición disminuye el porcentaje de C3A y C3S.<br />

De los métodos de ensayo<br />

Se han desarrollado varios métodos para evaluar el calor de hidratación del cemento.<br />

- Calor de disolución<br />

- Calorímetro adiabático<br />

- Botella aislante<br />

Calor de disolución<br />

El método de calor de disolución. es un método de empleo general en termoquímica para<br />

determinar el calor de formación de compuestos. Se mide el calor de hidratación del cemento<br />

por disolución en un ácido, en tras operaciones:<br />

1) La disolución del cemento anhidro por ácido, en un calorímetro, cuya masa calorífica<br />

total M, es conocida.<br />

La disolución es exotérmica y provoca un calentamiento del calorímetro de valor ea.<br />

la cantidad de calor desarrollado por el cemento anhidro será así:<br />

16


<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

2) Hidratación de una cantidad de cemento y conservación durante un tiempo t requerido,<br />

en un recinto a temperatura constante.<br />

molienda y disolución de la pasta en ácido, generando una reacción exotérmica con<br />

calentamiento:.<br />

el desarrollo de calor corresponde a:<br />

3) Considerando que todo calor de reacción, efectuado a presión o volumen constante,<br />

depende únicamente del estado inicial y final, puede determinarse el calor desarrollado<br />

por la hidratación de c gramos de cemento en un tiempo t como:<br />

o también:<br />

El procedimiento de ensayo está normalizando por ITINTEC y ASTM.<br />

Método de la botella aislante<br />

En el método de la botella aislante o termos, se utilizan dos vasos Dewar, en uno se coloca el<br />

mortero a estudiar en el curso de la hidratación y el otro sirve de referencia de temperatura con<br />

un mortero endurecido.<br />

El procedimiento consiste en obtener la curva de calentamiento, a partir de la cual se calcula el<br />

calor desarrollado en cada instan te. A este objeto es necesario efectuar la corrección de cada<br />

botella.<br />

En general este método es poco costoso y guarda muy buena precisión hasta los siete días.<br />

El cálculo del calor de hidratación a partir de la curva de calentamiento.<br />

Si consideramos que la liberación de calor en el curso de la hidratación del cemento dQ en un<br />

período de tiempo dt, sirve para e levar la temperatura del calorímetro y de su contenido de y<br />

además alimentar las pérdidas de calor al medio ambiente, se puede plantear la siguiente<br />

relación:<br />

Siendo:<br />

DQ = (calorías) cantidad de calor liberado en t.<br />

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<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

M = (gramos o calorías) masa calorífica de la botella y accesorios.<br />

E = (grados centígrados) calentamiento del mortero en t.<br />

También temperatura del mortero temperatura testigo.<br />

= (grados centígrados) coeficiente de pérdida de la botella.<br />

De = (grados centígrados) variación del calentamiento e debido a dQ.<br />

Dt = (en horas) tiempo en que se libera el calor dQ.<br />

Para conocer el calor total liberado se requiere hacer la sumatoria de todos los calores<br />

elementales dQ en función del tiempo.<br />

El primer término representa el calor acumulado por el mortero en el transcurso de la<br />

experiencia y se le denomina calor latente. El segundo término representa el calor perdido.<br />

En la práctica operatoria, se logra que e0 = 0<br />

De esta manera, el calor liberado por un gramo de cemento, entre el inicio de la experiencia y<br />

el tiempo t será:<br />

Método del calorímetro adiabático<br />

El método del calorímetro adiabático se basa en determinar un espécimen de la liberación del<br />

calor que se desarrolla en concreto o mortero que se mantiene a la misma temperatura del<br />

cemento que se está hidratando, registrándose la temperatura en función del tiempo. Este<br />

procedimiento guarda similitud con la situación del concreto en grandes masas, por lo que es<br />

apreciado para evaluar el comportamiento directo del cemento en concreto.<br />

El dispositivo de ensayo comprende un recipiente estanco donde se ubica el conjunto que a su<br />

vez se encuentra en el interior de un recipiente de cobre, dotado de resistencias exteriores<br />

repartidas de manera de poder desarrollar un calentamiento uniforme del recinto. Un sistema<br />

de regulación permite mantener la igualdad de temperaturas entro los dos recipientes. Para<br />

asegurar el proceso de ensayo, ambos en conjunto se encuentra en la práctica dentro de una<br />

protección calorífica aislante.<br />

El principio de medida es simple.<br />

La cantidad de calor Q liberado será:<br />

Siendo M la masa calorífica del aparato en operación y E) el calentamiento medido.<br />

En el caso de un contenido de cemento "c" en el espécimen, el calor de hidratación será<br />

18


Evaluación de los métodos<br />

<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

En los Últimos años se ha introducido las técnica de medida adiabática, especialmente por<br />

encontrarse en el mercado aparatos sofisticados que ofrecen Medidas directas, precisas y<br />

continuas obteniéndose rápidos resulta-dos que son real. expresión de como se comportara un<br />

concreto en obras masivas.<br />

El método de la botella aislante económico y menos espectacular, brinca al usuario resultados<br />

muy satisfactorios, coincidentes con los que se obtiene con el método adiabático en los prime<br />

siete días. Su utilización desde el punto de vista geográfico es muy restringida.<br />

En cuanto al método de calor de disolución, se encuentra en casi todas las normas de<br />

cemento. Mientras no se pretenda extrapolar sus resultados y se le considere como un<br />

procedimiento para evaluar la calidad del cemento, quedará por mucho tiempo como norma<br />

preferida. Con la restricción de su aplicación a los cementos compuestos, por los problemas de<br />

la puesta en solución del material puzolánico.<br />

ESTABILIDAD DE VOLUMEN<br />

La estabilidad del cemento endurecido es de importancia para la permanencia y buen servicio<br />

de las construcciones. En principio todos los cementos tienen deformaciones diminutas de<br />

contracción y dilatación según el equilibrio termo higrométrico con el entorno; deformaciones<br />

previsibles y controlables. Sin embargo, ciertos cementos luego de fraguados pueden sufrir<br />

importantes deformaciones, dilatándose hasta llevar a la rotura a morteros y concretos. Estos<br />

desarreglos pueden atribuirse a un exceso de los siguientes compuestos:<br />

La cal libre<br />

Cal libre, Ca0<br />

Magnesia libre MgO especialmente cristalizada,<br />

Yeso, SO4 Ca 2 H2O<br />

La cal libre se produce Por factores diversos, presentando formas diferentes.<br />

Debemos distinguir el óxido de cálcico anhidro CaO del hidrato de calcio Ca (OH)2 y definidos<br />

muchas veces bajo la denominación de cal libre en especial por el análisis químico<br />

La cal libre CaO, en su forma de óxido de calcio anhidro, se produce por las siguientes<br />

condiciones:<br />

- la combinación incompleta de los materiales del crudo; sea por molienda grosera o<br />

calcinación insuficiente.<br />

- un elevado limite de saturación de cal en la mezcla del crudo.<br />

- descomposición térmica de la alita, modificada por un débil porcentaje de óxido de<br />

aluminio o fierro, según la reacción<br />

3 CaO SiO2 = 2 CaO SiO2 + CaO<br />

La formación resultante se observa al microscopio sobre los cristales de alita.<br />

Las causas que producen la cal libre intervienen en la- magnitud de la expansión.<br />

La cal libre primaria, en función de presentar grano cristalino grueso, resultan potencialmente<br />

mas expansiva.<br />

La cal libre secundaria es de grano fino y poroso se encuentra dispersa, reacciona rápidamente<br />

con el agua por lo que no es fuente de expansión apreciable.<br />

La magnesia<br />

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<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

Las deformaciones debidas a lalibre sólo se presentan cuando se encuentra cristalizada en<br />

forma de cristales de periclasa, que por lenta hidratación forman la Brucita Mg (OH) 2 que tiene<br />

un incremento de volumen del orden del. 120%, originando las tensiones internas que llevan a<br />

la rotura al concreto.<br />

La magnesia libre proviene de los materiales calcáreos dolimíticos, yacimientos que son<br />

explotados en muchos países sin problema, aplicando un rápido enfriamiento al clinker a la<br />

salida del horno, de manera de vitrificar la magnesia e impedir su expansión futura.<br />

La acción negativa de la magnesia fue establecida por los trabajos de Vicat, a fines del siglo<br />

pasado siendo motivo de estudios empíricos por los fabricantes de cemento de Alemania que<br />

prescribieron para eliminar los desarreglos del cemento un contenido máximo de 5% de<br />

magnesia libre. Este criterio subsiste en la actualidad en la casi totalidad de las normas, pese a<br />

la limitación de no diferenciar la forma de presentación de la magnesia.<br />

Sulfato de calcio<br />

El sulfato de calcico es el tercer elemento capaz de producir variaciones de volumen. Esta<br />

eventualidad se produce cuando el porcentaje de yeso, que se agrega a la molienda conjunta<br />

con el clinker, es superior al que puede reaccionar con el C3A en el fraguado. En tal caso se<br />

produce un, sulfoaluminato de calcio que provoca expansión lenta. Sin embargo, la casi<br />

totalidad de las normas imponen restricciones severas al contenido de yeso en los cementos, lo<br />

que hace que este desarreglo sea esporádico.<br />

Parámetros secundarios<br />

la estabilidad de las pastas guarda relación con el contenido de C 3 S del cemento. En efecto,<br />

la inestabilidad se produce cuando las tensiones de expansión superan a la cohesión intrínseca<br />

de la pasta; produciendo eventualmente la fisuración al sobrepasar la resistencia a la tracción.<br />

El incremento de C3S, responsable de la resistencia en las primeras edades, permite mayor<br />

contenido de CaO libre.<br />

La finura del cemento interviene en la inestabilidad producida por Ca0 libre, en la medida que<br />

una mayor finura del cemento origina la posibilidad que el CaO pueda hidratarse antes del<br />

fraguado, reduciéndose así su acción expansiva.<br />

Métodos de ensayo<br />

Las agujas de Le Chatelier.<br />

El método de Le Chatelier consiste en apreciar la expansión de un pequeño espécimen<br />

cilíndrico de cemento hidratado en condiciones de curado en agua hervida o vapor de agua.<br />

El instrumento consiste en un molde cilíndrico de bronce de 3 cms. de diámetro y 3 de altura,<br />

con una hendidura a lo largo de la generatriz. Dos vástagos alargados, con extremidades en<br />

punta, se fijan a ambos lados de la hendidura, para poder medir con facilidad la expansión del<br />

cemento<br />

El cilindro se moldea con cemento de consistencia normal y se mantiene entre dos placas de<br />

vidrio, sumergiéndolo en agua de 18 á 20"C. durante 24 horas.<br />

Prueba de la galleta.<br />

El método de la galleta consiste en preparar una masa de pasta pura, de 8 á 10 cms. de<br />

diámetro y de 1 á 2 cms. de espesor, rebajado en los bordes. El espécimen es conservado en<br />

estado húmedo durante 24 horas y luego en atmósfera de vapor de agua hirviendo por cinco<br />

horas. Al término se aprecia las deformaciones o formación de fisuras. Esta prueba, al no poder<br />

expresar resultados en unidades c.g.s. introduce un factor subjetivo en su evaluación.<br />

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El ensayo de autoclave:<br />

<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

El ensayo de estabilidad al autoclave tuvo un amplio desarrollo en los Estados Unidos a<br />

principios del siglo. En 1934. la comisión que estudiaba la estabilidad de los cementos en el<br />

ASTM, llevó a cabo una serie de experiencias a fin de adoptar este método do, en sustitución al<br />

ensayo vigente de exposición de galletas de cemento al vapor de agua en 100ºC.<br />

Las conclusiones de la Comisión fueron las siguientes:<br />

- El ensayo de galleta de la norma ASTM no es suficiente como prueba de estabilidad<br />

del cemento<br />

- La expansión, medida con las agujas de Le Chatelier, luego de tratamiento en agua<br />

hirviendo.. no guarda correlación con el ensayo en autoclave.<br />

- La cal libre es el factor principal de la expansión diferida da. Incrementos reducidos<br />

pueden atribuirse al contenido de magnesia o aluminio tricálcico, cuando<br />

sobrepasan valores de MgO, de 0.8 á 4%; C 3 A 1 de 6 á 14%.<br />

En virtud de estos estudios el ASTM adoptó el método del autoclave como norma tentativa el<br />

año de 1940, aprobándola como definitiva el año de 1944.<br />

En el ensayo de autoclave se determina la estabilidad del cemento Midiendo la expansión de<br />

probetas prismáticas ¿te pasta pura, mantenidas luego de 24 horas de curado húmedo bajo<br />

temperatura alta y presión de 295 psi durante 3 horas. Las probetas tienen 11,2 de sección y la<br />

longitud de medida es de 10"; el comparador está graduado en 1/10,00u de pulgada. Los<br />

resultados se redondean en 0.01% al más cercano.<br />

FINURA<br />

El concepto de finura ha estado desde muy antiguo vinculado a la calidad del cemento. En<br />

efecto, se aprecia que cuando más fino sea el polvo de cemento, es decir, cuanto mayor es la<br />

relación la superficie activa sobre la masa, se potencian las reacciones de hidratación del<br />

cemento y el agua.<br />

El cemento más fino produce una pasta con mayor capacidad para cubrir los gránulos del<br />

agregado, factor de importancia pues la rotura del concreto se debe generalmente a falla de<br />

adherencia. Además, las reacciones de hidratación son más elevadas cuando crece la<br />

superficie específica del cemento, en cuanto las reacciones se producen sobre la superficie y a<br />

través de ella.<br />

Inicialmente los cementos no fueron objeto de molienda fina, presentando un número<br />

apreciable de granos gruesos; por lo que las normas se preocuparon de limitar e! residuo en<br />

mallas de 30 á 50 micrones. Posteriormente, en el período comprendido entre las dos guerras<br />

mundiales, se produjo un incesante incremento de la finura, que llevó al control de la calidad<br />

por la determinación de la superficie específica.<br />

En la actualidad, se introducen métodos sea para establecer la granulometría del polvo o la<br />

superficie efectiva, de manera rápida y económica. En efecto, los valores de superficie<br />

específica no siempre son válidos para explicar el comportamiento de las pastas, dado que una<br />

pequeña fracción muy finamente molida aumenta en mucho el valor de la superficie específica<br />

total.<br />

También se ha apreciado que no todos los tamaños de cemento tienen la misma actividad. Se<br />

conoce que los tamaños mayores a 50 micrones, no llegan a hidratarse; sin embargo, estos<br />

gránulos pueden contribuir al restablecimiento autógeno en el caso de fisuración del concreto.<br />

Los tamaños más pequeños, del orden de los 5 micrones, parecen ser los responsables de las<br />

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<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

resistencias entre uno y tres días. Existe consenso que los gránulos comprendidos entre 5 y 30<br />

micrones son los de mayor actividad.<br />

Se ha tratado de elaborar teorías sobre el tamaño óptimo del cemento, sin embargo el lento<br />

desarrollo de la tecnología de molturación hacen que cualquier alcance logrado no sea de<br />

aplicación inmediata.<br />

Los circuitos de molienda cerrada producen cementos de granulometrías más estrechas, según<br />

las características del reciclaje, mientras los molinos abiertos les' dan mayor amplitud.<br />

El grado de molienda, que en algunos países ha llevado a significar un elemento de<br />

competencia en el mercado, resulta antieconómico a partir de ciertos valores, superiores a<br />

4000 cm2/gramo. Sin embargo, es determinante en la fabricación de los cementos de alta<br />

resistencia inicial y los de superalta resistencia inicial.<br />

Algunas especificaciones, como es el caso del American Association of State Highway, han<br />

limitado la finura de los cementos utilizados en calzadas a 4200 cm2/gramo.<br />

explicación se encuentra en que a la vez de tener efectos benéficos la finura exagerada de los<br />

cementos puede producir determinación nados desarreglos.<br />

En efecto, entre las ventajas de la finura está:<br />

- Resistencia más rápida.<br />

- menor cantidad de agua necesaria para la consistencia apropiado del concreto.<br />

- Disminuye la tendencia a la exudación del concreto.<br />

Asimismo, genera los problemas de:<br />

- Incremento de la incorporación de yeso al clinker.<br />

- Aumenta la acción del intemperismo sobre el cemento<br />

- Origina deformaciones más importantes.<br />

Esto explica el porqué de la norma de finura, que no solamente está dada para garantizar la<br />

resistencia inicial, como fue la justificación al introducirse la norma.<br />

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<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

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<strong>Características</strong> <strong>Físicas</strong> Y <strong>Mecánicas</strong> <strong>Del</strong> <strong>Cemento</strong><br />

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