Clasificación de los materiales cerámicos
Material
Vidrios
Productos de arcilla
Refractarios
Tipos
Usos
-Vidrios
-Vitrocerámicos
óptica, compuestos reforzados,
contenedores
-Productos estructurales de arcilla
-Porcelanas
porcelanas, ladrillos
-Arcilla refractaria
-Sílice
-Básicos
-Especial
ladrillos para alta T (hornos)
Abrasivos
lijas, corte, pulido
Cementos
compuestos estructurales
Cerámicas avanzadas
máquinas, rotores,válvulas,
bearings, sensores
Propiedades:
● Tm del vidrio es moderada, pero alta para otros cerámicos
● Poca tenacidad, ductilidad; módulo grande y resistencia a la cedencia
Aplicaciones:
● Alta T, resistencia al desgaste, usos novedosos para neutralidad de carga
Fabricación:
● Algunos vidrios se moldean fácilmente
● Otras cerámicas no pueden moldearse
Concepto y características
Este nombre agrupa un gran número de materiales de carácter inorgánico, no metálicos ni polímeros,
que forman compuestos duros, frágiles y de alto punto de fusión. Con diferentes propiedades y
aplicaciones. Todos ellos se obtienen al hornear materiales naturales, como la arcilla o el caolín, junto
con una serie de aditivos, como colorantes, desengrasantes.
Productos cerámicos: son materiales sólidos de naturaleza inorgánica, no metálicos y frágiles. Las
partículas son poli cristalinas (µm- mm) y están ligadas a una fase vítrea (0- 70%) y porosidad
(0-75%).
Cerámica: el arte y la ciencia de fabricar objetos con materias primas fundamentalmente de
naturaleza inorgánica, molidas y mezcladas homogéneamente que son preformados o moldeados en
estado más o menos plástico y a los que la cocción acaba dándoles las características definitivas.
Características:
➔ Resistencia a las altas temperaturas, por lo que son buenos aislantes del fuego
➔ Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los agentes
atmosféricos
➔ Alta resistencia a casi todos los agentes químicos
➔ Gran poder de aislamiento térmico y, también, eléctrico.
Las propiedades más características de los materiales cerámicos son:
➔ Elevado punto de fusión, mayor que el de los metales
➔ Baja conductividad térmica
➔ Son duros pero frágiles
➔ Resistencia al desgaste
➔ Sirven como materiales abrasivos
➔ Poseen una gran estabilidad química y frente a los agentes medioambientales
Según el proceso de cocción se clasifican en:
➔ Por sintetizado: unión de partículas a elevada temperatura
◆ Con formación de vidrio (cerámica tradicional)
◆ Sin formación de vidrio (cerámica avanzada)
➔ Por fusión: vidrios, vitrocerámicas, esmaltes, refractarios electrofundidos y fibras cerámicas.
Clasificación de los productos cerámicos tradicionales por su grado de porosidad
Porosos
No porosos, impermeables y semi impermeables
Vitrificados
•No han sufrido vitrificación,
es decir, no se llega a
fundir el cuarzo con la arena.
Su fractura (al
romperse) es terrosa, siendo
totalmente
permeables a los gases,
líquidos y grasas. Los más
importantes:
•- Arcillas cocidas. De color
rojizo debido al óxido
de hierro de las arcillas que la
componen. La
temperatura de cocción es de
entre 700 a 1.000
°C se fabrican: baldosas,
ladrillos, tejas, etc.
•- Refractarios. Se trata de
arcillas cocidas
porosas en cuyo interior hay
unas proporciones
grandes de óxido de aluminio,
torio, berilio y
circonio. La cocción se efectúa
entre los 1.300 y
los 1.600 °C.
•Se los ha sometido a temperaturas bastante altas
en las que se vitrifica completamente la arena de
cuarzo. De esta manera se obtienen productos
impermeables y más duros. Los más destacados:
•Gres cerámico común.- Se obtiene a partir de
arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de
unos 1.300 °C. Es muy empleado en pavimentos.
•Gres cerámico fino.- Obtenido a partir de arcillas
refractarias (conteniendo óxidos metálicos) a las
que se le añade un fundente (feldespato) con
objeto de rebajar el punto de fusión.
•Porcelana. Se obtiene a partir de una arcilla muy
pura, denominada caolín, a la que se le añade
fundente (feldespato) y un desengrasante
(cuarzo o sílex). Son elementos muy duros
saliendo tener un espesor pequeño (de 2 a 4
mm), su color natural es blanco o translúcido.
Para que el producto se considere porcelana es
necesario que sufra dos cocciones: una a una
temperatura de entre 1.000 y 1.300 °C y otra a
más alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800
°C. Aplicaciones en el hogar (pilas de cocina,
vajillas, etc.) y en la industria (toberas de
reactores, aislantes en transformadores, etc.).
vidrio
Composición y materias primas
Se obtiene a partir de materiales arcillosos, que luego de moldearse se someten a cocción, mediante la
cual adquieren consistencia. Este proceso deriva en dos ramos, la de obtención de materiales de
construcción (ladrillos, etc), que es la que nos interesa y la alfarería destinada a la elaboración de
cerámica fina.
Las materias primas pueden ser:
➔ Materias primas plásticas o grasas: formadas principalmente por arcillas y caolines y se
caracterizan por su elevada pesticidas y contracción
➔ Materias primas no plásticas o desengrasantes: estas están caracterizadas por su disminución
de plasticidad y de contracción, además de una elevada porosidad de la pasta cruda
➔ Fundentes: cuya acción es disminuir la temperatura de fusión
➔ Colorantes.
Las Arcillas
Corresponden a uno de los componentes Básicos de los Suelos (tierra) y que se encuentra
normalmente mezclada con arena. Es un Silicato de Alúmina hidratado, que contiene un % mínimo de
impurezas y/o materia orgánica. Es un mineral que se origina por la descomposición de otros
minerales sílico-aluminosos y la disgregación de algunas rocas, por efectos y acción del agua, calor y
gas carbónico.
Su color es pardo o rojizo debido a óxidos de hierro que la impuran. En estado puro es de color
blanco, denominándose caolín. Cocción de productos compactos, duros y blancos. Su densidad es de
2,6 y dureza 1 en la escala de Mohs.
Los yacimientos arcillosos generalmente están contaminados de impurezas de cuerpos procedentes de
la roca que los originó, tales como cuarzo, carbonato cálcico, sulfatos sódicos y cálcicos e hidróxido
de hierro; también se han contaminado con sustancias orgánicas adquiridas durante el traslado y
sedimentación.
Estas impurezas les agregan o reducen la plasticidad, comunicando propiedades que los hacen aptos
para distintas aplicaciones.
Son partículas microscópicas, inorgánicas y de forma escamosa. Se empastan fácilmente con el agua,
dejándose moldear libremente cuando está húmeda. Retiene fácilmente el agua de amasado. Se agrieta
en forma elevada por su desecación, generando entonces una altísima contracción de fragüe.
Propiedades y características de las arcillas
➔ En presencia de agua, exponen un alto comportamiento plástico
➔ Las arcillas son permeables y retienen con facilidad el agua
➔ Un cuerpo altamente moldeable
➔ Presentan inestabilidad de volumen
Las arcillas se caracterizan por los siguientes aspectos:
1.Tamaño de partícula: Es inferior a una micra (0,001 mm), lo que favorece su plasticidad y
fluidificación.
2. Fluidificación. La arcilla tiene la propiedad de mantenerse en suspensión en el agua
durante un cierto tiempo, para luego depositarse lentamente en estratos; esta velocidad
de sedimentación puede acelerarse o retardarse añadiéndole un electrólito.
3. Plasticidad. Se denominan plásticos aquellos cuerpos que conservan una deformación permanente
por la acción de una fuerza. Las arcillas son plásticas a medida que se les añade agua, pasando por un
máximo y disminuyendo luego al formarse una suspensión, producto de una excesiva separación de
las laminillas de arcilla, por la interposición del agua en su estructura cristalina. La plasticidad puede
aumentarse añadiendo sustancias inorgánicas (hidróxido, carbonato y silicato sódicos) ó substancias
orgánicas (oxalato y lactato sódico, tanino, ácido oleico, humus); también puede disminuirse al
repartir la arcilla en un volumen mayor por la adición de un desgrasante (substancia no plástica);
también disminuye con elevadas temperaturas por efecto de la evaporación del agua. Por su grado de
plasticidad las arcillas se clasifican en grasas, magras y secas.
4. Desecación. Las arcillas admiten entre el 15 y 50% de agua para formar una masa
plástica; en una desecación lenta el agua se elimina desde dentro hacia fuera con una velocidad que
depende de la higroscopicidad, de la temperatura de la corriente de aire seco y la naturaleza del
material: 1º se elimina el agua intersticial de las partículas, las que se aproximan entre sí
produciéndose la retracción; 2º se elimina el agua de plasticidad o película que rodea las partículas,
produciéndose un vacío y retracción menor que la anterior y 3º se desprende el agua de absorción y
capilar, produciéndose un vacío.
5. Cocción. Durante la cocción de las materias arcillosas se produce una serie de
transformaciones fisicoquímicas, con variación de sus estructuras químicas y
cristalinas, lo que les confiere las propiedades de compacidad y resistencia
mecánica.
Uso y aplicaciones en la construcción:
➔ Existencia y amplia disponibilidad de materia prima (yacimientos naturales)
➔ Su gran plasticidad y alto grado de moldeabilidad
➔ Excelente poder aglomerante (de los propios materiales arcillosos y pétreos: tierra no cocida)
➔ Estabilidad dimensional y de forma, resistencia mecánica, aislación térmica y acústica
➔ Excelente presentación y grado de terminación de productos, atendida la fineza de las
escamas constituyentes y especialmente, cuando se trabaja con Arcillas desprovistas de
impurezas
➔ Densidades controlables, de acuerdo a eventuales incorporación de aire, compresión mecánica
para aumentar su grado de cohesión, control de porcentaje de impurezas, etc. Densidad media
1,6 a 1,8 kg/dm³
➔ Incombustible y de alta resistencia al calor
➔ Posibilidad ilimitada de coloración (con arcillas de bajas impurezas)
➔ Alta Contracción de endurecido y/o fragüe (se genera agrietamiento)
Clasificación de los productos cerámicos
La Norma europea EN 87, especifica que los pavimentos y revestimientos cerámicos son materiales
para la construcción que generalmente se designan para su uso como recubrimiento de suelos y
paredes tanto de interiores como de exteriores, sin importar su forma o tamaño. La especificación para
baldosas cerámicas (ANSI A 137.1) del Instituto Nacional Americano de Normalización (ANSI)
contiene las siguientes definiciones:
• Mosaico: formado por extrusión o prensado de 6,4 a 9,5 mm de grosor, y de menos de 39 cm2 de
superficie facial. Su composición de arcillas puede ser porcelánica o natural, sencilla o con mezcla
abrasiva en su totalidad.
• Azulejo decorativo: baldosa esmaltada, delgada y generalmente no vítrea apta para revestimientos
decorativos interiores cuando no se requiere resistencia a la rotura.
•Pavimentos: baldosa esmaltada o no esmaltada de composición porcelánica o natural formada por
prensado de áridos y de superficie superior a 39 cm2.
• Baldosa porcelánica: mosaico o pavimento, generalmente fabricado por prensado, de composición
densa, impermeable, de grano fino y cara lisa nítidamente formada.
• Baldosa de gres (Quarry tile): baldosa esmaltada o no, moldeada por extrusión a partir de arcilla
natural o pizarra, y de superficie facial mayor o igual a 39 cm2.
• Azulejo: baldosa esmaltada con soporte apto para interiores, generalmente no vitrificado y que no
debe soportar impactos excesivos, ni grandes cambios térmicos (heladas y deshielos bruscos).
Productos cerámicos de mayor uso en la construcción
Ladrillos: Son piezas con forma de paralelepípedo, en que la relación entre ancho y largo es de 1:2 y
espesor variable; su peso es adecuado para poder manejarlos con una mano. Fabricado con tierra
arcillosa, la cual es amasado, moldeada y luego sometida a cocción,
Clasificación de los ladrillos:
● Por su proceso de fabricación:
○ Los hechos a mano, llamados también de chonchon, moldeados manualmente y
cocidos en hornos hechizos, son toscos, de caras rugosas y no muy planas. Se
alcanzan 240 unidades/hora hombre.
○ más seleccionadas, moldeados a máquina y cocidos en hornos de fábrica intermitentes
o continuos; esto se traduce en uniformidad de tamaño y de cocción, todo lo cual
redunda en buena calidad. Se alcanzan 300 unidades/hora hombre.
● En ambos sistemas los ladrillos son primeramente conformados en un Molde (Chonchon o
Prensados) o a través de una Boquilla (Extrusión) y luego sometidos a una cocción.
Clasificación de los ladrillos industriales
● Clasificación por clase:
○ -Ladrillos macizos hechos a máquina (MqM). Unidades macizas sin perforaciones ni
huecos.
○ Ladrillos perforados hechos a máquina (MqP). Unidades que poseen perforaciones y
huecos, que regularmente distribuidos, cuyo volumen es inferior al 50% del volumen
bruto o total.
○ Ladrillos huecos hechos a máquina (MqH). Unidades que poseen huecos y
perforaciones, regularmente distribuidos, cuyo volumen es mayor o igual al 50%del
volumen bruto o total.
● Clasificación por grados:
○ Los ladrillos se clasifican en grados 1, grado 2 y grado 3, según los requisitos de
resistencia a la compresión, adherencia y absorción de agua.
Propiedades de los ladrillos
● Hechos a mano
○ Resistencia a la compresión: 40 kg/cm2
○ Adherencia : 2Kg/cm2
○ Absorción: 20% del peso
○ Aislación térmica: Aceptable
○ Aislación acústica: Regular
○ Anomalías: Helacidad, eflorescencias
○ Clasificación: Clase C
● Hechos a máquina
○ Resistencia a la compresión: 200 kg/cm2
○ Adherencia : 6Kg/cm2
○ Absorción: 12% del peso
○ Aislación térmica: Buena
○ Aislación acústica: Buena
○ Anomalías: No presenta
Condiciones generales que deben cumplir los ladrillos
1. Ser de masa homogénea y no contener caliche (piedrecilla que quedó en la masa antes de la
cocción y que se calcina con ésta)
2. No tener grietas, hendiduras ni oquedades
3. Tener forma y dimensiones parejas, para que las hiladas (cada corrida de ladrillos en el muro)
sean del mismo espesor y que el traslapo entre hiladas sea constante.
4. Aristas vivas y cara planas
5. Igualdad de color
6. Sonido metálico por percusión
7. No frágiles
8. No absorber más de un 15% de agua a las 24 horas de inmersión
9. No ser heladizos
10. Resistirá a la compresión entre 70 a 200 kg/cm2, según la calidad
Tejas
Son piezas de material cerámico, destinadas a servir de cubierta. Las más comunes son las
denominadas "Teja C", moldeadas generalmente a mano, aplicándose las mismas pastas que para los
ladrillos, aunque preparadas con más esmero; tienen forma de canal troncocónica de 40 cm de largo,
con ancho de 21 y 16,5 cm respectivamente en cada uno de sus extremos, 8 cm de altura y 12 mm de
espesor.
Existen también la Tejas Planas, llamadas "Marsellesa"; para elaborarlas se dispone una lámina de
pasta sobre un molde metálico comprimiéndola contra éste mediante una prensa de estampar. La
desecación de las tejas se hace de la misma forma que para los ladrillos; también se cuecen en los
mismos hornos que para éstos.
Las tejas se colorean mediante esmaltes, vidriados y barnices
Condiciones generales que deben cumplir las tejas
1. Ser de masa homogénea, grano fino y no contener caliche (piedrecilla que quedó en la masa
antes de la cocción y que se calcina con ésta)
2. Carecer de manchas y eflorescencias
3. Dar sonido claro por percusión
4. Tener cantos vivos, rectos y superficie lisa
5. No estar alabeadas
6. Ser impermeables
7. No ser heladizas
8. Tener una resistencia mínima a la flexión de 100 kg
Baldosas cerámicas
Ladrillo de forma cuadrada, rectangular, hexagonal u otra geometría posible de repetir y capaz de
llenar una superficie, de poco espesor, que se emplea para pavimentar, como las de tipo corriente,
destinadas a pavimentos de terrazas y en jardines; se fabrican con las mismas pastas que los ladrillos,
pero más seleccionadas y con un proceso de mejor acabado.
También se tienen las más finas, elaboradas con arcillas ferruginosas, por lo que adquieren un color
rojo intenso. Se moldean con prensas de estampar.
Azulejos
Los azulejos son empleados en revestimientos de muros, tanto como material decorativo como para
dar impermeabilidad. Pieza poligonal con base cerámica, recubierta de una superficie vidriada. Su
nombre deriva del árabe, con el significado de ―ladrillito. También se llama Baldosa Vidriada o
Baldosín. Se elaboran con arcillas plásticas, ricas en alúmina y muy pobres en hierro, a las que se le
agrega diversos componentes entre estos: feldespato, cuarzo, caolín y creta.
Constan de dos capas: una gruesa de arcilla denominada galleta formado por arcilla blanca o caolín,
cuarzo(desgrasante) y caliza(fundente), y otra fina de esmalte vitrificado, que le proporciona
impermeabilidad, resistencia al desgaste y una buena adherencia. Las galletas se fabrican
introduciendo a presión arcilla fresca dentro de un molde, o mediante vaciado de barbotina, proceso
que consiste en verter barbotina (arcilla líquida) dentro de un molde poroso y dejar que seque. Si las
galletas no se recubren de la capa vitrificada se comercializan como baldosas cerámicas.
Para darles dureza y coloración, luego del moldeo los elementos se someten a los siguientes procesos:
a) Una primera cocción a temperatura entre 1.100° y 1.200°, resultando el producto que se denomina
"bizcocho" o ―galleta‖; b) Esmaltado; c) Una segunda cocción entre 1.000° y 1.100°. En el caso de
los azulejos, el esmaltado es por una sola cara.
Una vez que se tiene la baldosa, si el esmalte es de un solo color se aplica sobre la baldosa, con
silicato diluido en agua al que se agregan los óxidos que le darán color. Si tiene diversos colores o
dibujos se emplean plantillas que van tapando las diferentes partes para ir aplicando los diferentes
colores. Tienen un espesor de 4 a 5 mm, en diversos tamaños.
Gres
Se les da el nombre de gres a las pastas compuestas principalmente de minerales arcillosos, minerales
fundentes y arenas silíceas, que cuecen a temperaturas elevadas, llegando a un principio de
vitrificación. Permitiendo fabricar objetos con alta compacidad, gran dureza y mejores propiedades
mecánicas que otras pastas cerámicas más convencionales, presentando resistencia a los ácidos, y no
son porosas. (Se esmalta sobre el soporte crudo antes de entrar en el horno o mediante el
procedimiento de salado, durante la cocción, que produce un material denso y duro).
Estas pastas adquieren gran compacidad, tienen fractura mate (no brillante) con coidea, no se adhieren
a la lengua, no se rayan con el acero y rayan al vidrio. Su característica principal es que son
impermeables a los líquidos y a los gases. Inatacable por los ácidos, hongos y bacterias, muy duro,
muy resistente al desgaste, y con sonido metálico por percusión.
Los componentes de las pastas constitutivas varían entre los siguientes porcentajes: 30 a 70% de
hidrosilicato de alúmina(arcilla), 30 a 60% de cuarzo y 5 a 25% de feldespato; en el gres fino los
porcentajes son respectivamente 45%, 43% y 12%. Se presenta en dos variantes, el gres común y el
gres fino, sometiendo en ambos casos las pastas a un solo proceso de cocido a unos 1.300º. El gres
común se obtiene a partir de arcillas ordinarias, mientras que el gres fino se obtiene a partir de arcillas
refractarias a las que se añaden fundentes a fin de rebajar el punto de fusión. Cuando está a punto de
finalizar la cocción se impregnan las piezas con sal común, que reacciona con la arcilla formando una
capa delgada de silicoaluminato alcalino vitrificado, que le confiere al gres su vidriado característico.
Con gres se fabrican los siguientes materiales de construcción
● a) Ladrillos y baldosas vitrificadas, que se elaboran en forma análoga a los elementos
ordinarios o comunes; los ladrillos deben resistir 250 kg/cm2 a la compresión y las baldosas
350 kg/cm2 a la flexión;
● b) Tubos de gres, en que por su resistencia a los agentes ácidos y básicos, se usan en la
evacuación de aguas servidas de fábricas de productos químicos. Las principales
características del gres son: Peso específico 2,4 a 2,6; Porosidad aparente entre 0 y 0,5;
Resistencias mecánicas en kg/cm2: 5.000 a 8.200 a la compresión, 400 a 900 a la flexión y
100 a 500 a la tracción
Cementos
Es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinada y posteriormente
molida, que tiene la propiedad de endurecerse después de ponerse en contacto con el agua. El
producto resultante de la molienda de estas rocas es llamada Clinker y se convierte en cemento
cuando se le agrega una pequeña cantidad de yeso para evitar la contracción de la mezcla al fraguar
cuando se le añade agua y al endurecerse posteriormente. Mezclado con agregados pétreos (grava y
arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo
consistencia pétrea, denominada concreto u hormigón. Su uso está muy generalizado en la
construcción y la ingeniería civil.
Tipos de cementos:
● De origen arcilloso: Obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4
aproximadamente.
● De origen puzolánico: La puzolana del cemento puede ser de origen orgánico o volcánico
Cementos portland
Es el tipo de cemento más utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón es el
cemento portland, producto que se obtiene por la pulverización del Clinker portland con la adición de
una o más formas de yeso (sulfato de calcio). Se admite la adición de otros productos siempre que su
inclusión no afecte las propiedades del cemento resultante. Todos los productos adicionales deben ser
pulverizados conjuntamente con el Clinker. Cuando el cemento portland es mezclado con el agua, se
obtiene un producto de características plásticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas
horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su resistencia
característica. El proceso de solidificación se debe a un proceso químico llamado hidratación mineral
Cementos portland especiales
Los cementos portland especiales son los cementos que se obtienen de la misma forma que el
portland, pero que tienen características diferentes a causa de variaciones en el porcentaje de los
componentes que lo forman. Pueden ser:
1. El portland férrico está caracterizado por un módulo de fundentes de 0,64. Esto significa que este
cemento es muy rico en hierro. Estos cementos son particularmente apropiados para ser utilizados en
climas cálidos.
2. Los cementos blancos tienen un módulo de fundentes muy alto, todo lo contrario a les férricos
Otros tipos de cementos
● Cementos puzolánicos
● Cementos siderúrgico
● Cementos de fraguado rápido
● Cemento aluminoso
Fabricación del cemento
El proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales:
1. Extracción y molienda de la materia prima
2. Homogeneización de la materia prima
3. Producción del Clinker
4. Molienda de cemento
La materia prima para la elaboración del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se
extrae de canteras o minas y, dependiendo de la dureza y ubicación del material, se aplican ciertos
sistemas de explotación y equipos. Una vez extraída la materia prima es reducida a tamaños que
puedan ser procesados por los molinos de crudo. La etapa de homogeneización puede ser por vía
húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los
materiales. En el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de
homogeneización y de allí hasta los hornos en donde se produce el Clinker a temperaturas superiores a
los 1500 °C. En el proceso seco, la materia prima es homogeneizada en patios de materia prima con el
uso de maquinarias especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el consumo de
energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el objeto de mezclar los
materiales, los hornos son más cortos y el Clinker requiere menos tiempo sometido a las altas
temperaturas. El Clinker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de
homogeneización, es luego molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.
Reacción de las partículas de cemento con el agua
1. Periodo inicial: las partículas con el agua se encuentran en estado de disolución, existiendo una
intensa reacción exotérmica inicial. Dura aproximadamente diez minutos.
2. Periodo durmiente: en las partículas se produce una película gelatinosa, la cual inhibe la hidratación
del material durante una hora aproximadamente.
3. Inicio de rigidez: al continuar la hidratación de las partículas de cemento, la película gelatinosa
comienza a crecer, generando puntos de contacto entre las partículas, las cuales en conjunto
inmovilizan la masa de cemento. También se le llama fraguado. Por lo tanto, el fraguado sería el
aumento de la viscosidad de una mezcla de cemento con agua.
4. Ganancia de resistencia: al continuar la hidratación de las partículas de cemento, y en presencia de
cristales de CaOH2, la película gelatinosa (la cual está saturada en este punto) desarrolla unos
filamentos tubulares llamados «agujas fusiformes», que al aumentar en número generan una trama que
aumenta la resistencia mecánica entre los granos de cemento ya hidratados.
5. Fraguado y endurecimiento: el principio de fraguado es el tiempo de una pasta de cemento de difícil
moldeado y de alta viscosidad. Luego la pasta se endurece y se transforma en un sólido resistente que
no puede ser deformado. El tiempo en el que alcanza este estado se llama final de fraguado
Almacenamiento del cemento
Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará
en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7
sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca
indebidamente, después de llegar al área de las obras, el contratista deberá utilizarlo en la misma
secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos
meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en
condiciones satisfactorias.
Ejemplos de cemento de mayor comercialización en Panamá
● Cemento hidráulico de tipo GU de uso general
● Cemento hidráulico de tipo HE de uso estructural de CEMEX
● Cemento blanco de CEMEX
● Cementos ARGOS:
○ Uso general (GU ASTM C1157)
○ Estructural (HE ASTM C1157)
○ Marino (HS ASTM C1157)
○ Albañilería
○ Tipo II (ASTM C150)
○ Cemento Blanco (ASTM C150)
○ Cementante: Puzolana Molida (ASTM C618)
Ensayos y pruebas al cemento
Cemento en polvo
● Densidad: Se determina por la relación entre la masa de una cantidad dada y el volumen
absoluto de esa masa. En los cementos normales este valor está muy cerca de 3,15 g/cm3, en
los adicionados este valor está cerca de 2,90 g/cm3, dependiendo de la cantidad de adiciones
utilizadas. •Norma ASTM C188
● Finura: Es una de las propiedades más importantes del cemento, ya que determina en gran
medida la velocidad de hidratación, el desarrollo del calor de hidratación, la retracción y la
adquisición de resistencia del cemento. Un cemento con grano fino se hidrata con mucha más
facilidad. •Norma ASTM C204
● Composición química: Óxido de calcio (CaO) aportado por la cal. •Dióxido de silicio (SiO2),
el cual se encuentra en la arcilla junto con el óxido de aluminio (Al2O3) y el óxido de hierro
(Fe2O3), y la adición del regulador del fraguado que es el yeso, el cual contiene trióxido de
azufre (SO3).
FINURA DEL CEMENTO
La fineza del cemento influye en el calor de hidratación liberado y en la velocidad de hidratación. A
mayor finura del cemento, mayor rapidez de hidratación del cemento y por lo tanto mayor desarrollo
de resistencia.
La relación que se utiliza para determinar el porcentaje de finura es la siguiente: Sí el % Finura es
menor al 5%, significa que este es un cemento Portland de endurecimiento rápido. Sí el % Finura es
menor que el 10% es que es un cemento Portland para uso ordinario
Cemento en pasta
● Consistencia de agua normal en el cemento: El agua de consistencia normal puede definirse
como el agua necesaria para que la aguja de 1 cm de diámetro del aparato Vicat penetre 10
●
●
●
●
mm ± 1 mm durante 30 segundos en la pasta de cemento, después de haberse iniciado la
prueba.
Tiempo de fraguado: Para determinar si un cemento fragua de acuerdo con los tiempos
especificados en la norma ASTM C 150, se efectúan pruebas usando el aparato de Vicat
(ASTM C 191) o la aguja de Gillmore. El fraguado inicial de la pasta de cemento no debe
ocurrir demasiado pronto; el fraguado final tampoco debe ocurrir demasiado tarde. Los
tiempos de fraguado indican si la pasta está desarrollando sus reacciones de hidratación de
manera normal.
Estabilidad volumétrica del cemento: Se realiza sobre una pasta de cemento (cemento +
agua) que se denomina PASTA DE CONSISTENCIA NORMAL. Se calcula el aumento de
volumen de una probeta después de haber fraguado y de someterse a un baño térmico
Calor de hidratación del cemento: Es el calor que se genera por la reacción entre el cemento
y el agua. La cantidad de calor generado depende, primariamente, de la composición química
del cemento •El instrumento que se utiliza para medirlo se denomina Calorímetro.
Poder de retención del agua: Se le denomina Exudación, y es la características por reacción
calórica de retener el agua, principalmente se evalúa en los morteros. •ASTM C1506
FRAGUADO DEL CEMENTO
La determinación del tiempo de fraguado es importante para saber si es necesario utilizar aditivos que
controlen la velocidad del fraguado (retardantes y acelerantes), con el fin de regular los tiempos de
mezclado y transporte, de manera que no se vaya a ver afectada ni la manejabilidad de la mezcla.
El tiempo de fraguado es un valor arbitrario, tomado durante el proceso de endurecimiento (ASTM
C403)
Consiste en medir la resistencia a la penetración que ofrece una muestra de mortero (concreto
tamizado por malla 4) colocada en un recipiente, al hacer presión con un aguja circular de extremo
plano, hasta que se haya hundido 1 pulgada. Se utilizan 6 agujas, con áreas variables de 1 a 1/40
pulgadas cuadradas. Se dibuja una curva, de la cual es tomado el tiempo de fraguado inicial a una
resistencia a la penetración de 35 kg/cm2 (500 psi) y el tiempo de fraguado final, a una resistencia a la
penetración de 280 kg/cm2 (4000 psi)
Cemento en mortero
● Compresión: En moldes de 2 pulgadas cúbicos se conforman las probetas de mortero que
luego son ensayadas a compresión. • ASTM C 109
● Flexo tracción: Probetas de 1” x 6” x 12” son evaluadas a tracción, donde se les aplica carga
en dos puntos distribuidos a L/3. Las probetas están simplemente apoyadas. • ASTM C10
Muestreo de agregados según ASTM D75
● Alcance: investigación de la fuente potencial del suministro, Control del producto de la
fuente, Control de las operaciones en el sitio, Aceptación o rechazo de los materiales.
● Procedimiento de muestreo:
○ Muestreo de una corriente de agregados que fluye (descarga de depósitos o
cinturones: método Aleatorio.
○ Muestreo de la cinta transportadora: método Aleatorio.
○ Muestreo de existencias: mínimo en 4 puntos de la existencia.
Granulometría de agregados finos y gruesos según ASTM C136 (utilizando tamices)
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Los análisis granulométricos tienen por objetivo determinar las cantidades en las que están
presentes partículas de distintos tamaños en los agregados tanto finos (arena) como gruesos
(grava).
Equipo a utilizar: Balanzas a 0,1 gr., de precisión para agregado fino, 0,5 gr., para agregado
grueso., Tamices, agitador de tamiz mecánico, horno.
Muestreo según norma ASTM D 75. Tamaño de la muestra :
Agregado Fino: 300 gr., como mínimo.
Agregado Grueso: según tabla de tamaño nominal
PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
● Secar la muestra a 110 °C +/- 5°C.
● Seleccionar los tamices según la abertura requerida, dependiendo de las características del
material y el propósito a utilizar. Colocar los tamices en orden decreciente. Colocar material
en el tamiz superior, limitando la cantidad de material para que no se derrame.
● Colocar los tamices en la máquina de tamizado mecánico. Encender la máquina y dejar el
tamizado el periodo requerido de manera que todo el material pueda pasar por los diversos
tamices sin afectar el ensayo.
● Retirar los tamices, y pesar cada muestra que se ha quedado en cada tamiz. Tomar los apuntes
. Y repetir el procedimiento según la cantidad de material.
● Luego sumar los acumulados y sacar los porcentajes de retención y de paso según el total de
la muestra analizada.
Ensayo de peso unitario según ASTM C29
● ALCANCE: Este método de prueba cubre la determinación de la densidad de masa (“peso
unitario”) de agregado en una condición compactada o suelta, y calculando vacíos entre
partículas en fino, grueso o mezclas de agregados basados en la misma determinación. Este
método de prueba es aplicable a agregados que no excedan 5in [125mm] en tamaño máximo
nominal.
● USOS: Este método de prueba es a menudo usado para determinar valores de densidad de
masa que son necesarios por el uso de muchos métodos para seleccionar proporciones para
mezclas de concreto.
● APARATOS O EQUIPOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO: Balanza graduada a 0,1 lb,
Varilla apisonadora, cilindro metálico medido o calibrado.
● MUESTREO: Según ASTM D75, CANTIDAD DE LA MUESTRA: 125 a 200 % de la
cantidad de material requerido para llenar el balde o recipiente de ensayo.
● CALIBRAR EL ENVASE MEDIDOR:
○ Llenar el medidor con agua a la temperatura del cuarto y cubre con una pieza de placa
de vidrio en tal forma de eliminar burbujas y exceso de agua.
○ Determinar la masa del agua en el medidor.
○ Mide la temperatura del agua y determina su densidad según la Tabla de densidad del
agua, interpola si es necesario.
○ Calcular el volumen, V, del medidor dividiendo la masa del agua requerida para
llenar el medidor por su densidad. Alternativamente, calcula el factor para la
medición (l/V) por dividir la densidad del agua por la masa requerida par llenar el
medidor. Esto se debe realizar al menos 1 vez al año
Procedimientos:
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Paleado o llenado: El procedimiento de paleado para densidad de masa suelta tendrá que ser
usado solo cuando sea específicamente indicado. De otra forma, la densidad de masa
compacta tendrá que ser determinada por el procedimiento de varillado para agregados
teniendo un tamaño máximo nominal de 1 ½ in [37.5mm] o menos, o por el procedimiento de
sacudidas para agregados teniendo un tamaño máximo nominal mayor que 1½ in [37.5mm] y
no excediendo 5in
Varillado:
○ Llenar el medidor un tercio y nivela la superficie con los dedos. Varilla la capa de
agregado con 25 golpes de la varilla apisonadora uniformemente distribuidos sobre la
superficie. Llena el medidor para sobrellenar y varilla otra vez en la forma antes
mencionada. Nivela la superficie de los agregados con los dedos o un escotillón en tal
forma que alguna ligera proyección de grandes piezas del agregado grueso
aproximadamente balancea los grandes vacíos en la superficie bajo la tapa del
medidor.
○ En varillar la primera capa, no permitas a la varilla golpear el fondo del medidor
forzosamente. En varillar la segunda y tercera capa, usa un esfuerzo vigoroso, pero no
más fuerza de la que causa la varilla apisonadora para penetrar la capa previa de
agregado.
○ Determina la masa del medidor más su contenido, y la masa del medidor solo, y
registra los valores a la cercanía de 0.1lb [0.05kg]
Sacudidas:
○ Llena el medidor en tres capas aproximadamente iguales, compacta cada capa
colocando el medidor en una base firme, tal como un piso de concreto, levanta los
lados opuestos alternativamente alrededor de 2in [50mm], y permite al medidor caer
en tal forma que golpee con un afilado, soplo de bofetada. Las partículas de agregado,
por este procedimiento, se ordenarán a sí mismas en una condición densamente
compactada. Compacta cada capa dejando caer el medidor 50 veces en la forma
descrita, 25 veces en cada lado. Nivela la superficie del agregado con los dedos o un
escotillón en tal forma que alguna ligera proyección de grandes piezas del agregado
grueso aproximadamente balancea los grandes vacíos en la superficie bajo la tapa del
medidor.
○ Determina la masa del medidor más su contenido, y la masa del medidor solo, y
registra los valores a la cercanía de 0.1lb [0.05kg].
Ensayo de contenido de humedad en agregados
CONCEPTO: La humedad o contenido de humedad de un suelo es la relación, expresada como
porcentaje, del peso de agua en una masa dada de suelo, al peso de las partículas sólidas. Se determina
el peso de agua eliminada, secando el suelo húmedo hasta un peso constante en un horno controlado a
110 ± 5 °C.
● EQUIPO A UTILIZAR:
○ Balanza. Una balanza o báscula con precisión dentro del 0.1% de la carga de ensayo
en cualquier punto dentro del rango de uso, graduada como mínimo a 0,05 kg.
○ Horno. Fuente de Calor capaz de mantener una temperatura de 110°C ± 5°C.
Recipiente. Se utiliza para introducir la muestra en el horno.
○ Hornilla Eléctrica: para conocer la humedad relativa instantánea
PROCEDIMIENTO A SEGUIR PARA EL DESARROLLO DEL ENSAYO DE HUMEDAD TOTAL
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Después de escogida la muestra se prosigue a calcular su masa con aproximación de 0.1%,
evitando la pérdida de humedad y del mismo material; luego de haberlo pesado se deposita la
muestra en un recipiente para después ser sometido a una temperatura de 110°C ±5°C en el
horno y de ésta de manera extraer la humedad.
Inmediatamente el material esté seco se saca del horno y se deja enfriar (para no causar daños
en la balanza) para finalmente calcular su masa.
Se escogieron tres muestras de diferentes partes del abastecimiento de agregado y se le realizó
el mismo procedimiento anteriormente descrito a todas ellas