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 />
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<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 />
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<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 />
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<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 />
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<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 />
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<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 />
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<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 />
17
<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 />
19
<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 />
20
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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