CAPÍTULO I
Conceptos basicos
Definición de educación física
La educación física es la disciplina que abarca todo lo relacionado con el uso del cuerpo humano, que ayuda a la formación integral del ser humano.
Nuestra visión es clara – el deporte y la educación física son esenciales para la juventud, una vida sana, sociedades resistentes y la lucha contra la violencia. Pero esto no sucede de forma espontánea (Bokova, 2015)
1.1.1 ¿Qué es el cemento?
Los cementos son mesclas de materias seleccionadas, extraídas, proporcionadas y calcinadas a una temperatura de fusión de aproximadamente1482 °C para lograr la composición química deseada. Al combinarse con el agua estos cementos sufren una reacción química y se endurecen hasta formar una masa como piedra.
Se definen como cementos los conglomerantes hidráulicos que, convenientemente amasados con agua, forman pastas que fraguan y endurecen a causa de las reacciones de hidrólisis e hidratación de sus constituyentes, dando lugar a productos hidratados mecánicamente resistentes y estables tanto al aire como bajo agua.
El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Hasta este punto la molienda entre estas rocas es llamada clinker, esta se convierte en cemento cuando se le agrega yeso, este le da la propiedad a esta mezcla para que pueda fraguar y endurecerse. 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 hormigón (en España, parte de Suramérica y el Caribe hispano) o concreto en México, Centroamérica y parte de Suramérica. (Elster, 1991, pág. 10)
1.1.2 Componentes del cemento
A continuación se indican los componentes (constituyentes) de los cementos que, dosificados en distintas proporciones y molturados conjuntamente, dan origen a los distintos tipos de cementos
- a) Clinkeres portland
Son los productos que se obtienen al calcinar hasta fusión parcial mezclas muy íntimas, preparadas artificialmente, de calizas y arcillas, hasta conseguir la combinación prácticamente total de sus componentes (Love, 2006, pág. 16)
- b) Clínkeres aluminosos
Son productos que se obtienen por fusión de una mezcla de calizas y bauxitas de composición y granulometría adecuadas para conseguir un contenido mínimo de alúmina del 36 por 100.
- c) Escorias siderúrgicas (S)
Son granulados de horno alto, que se obtienen por templado o por enfriado brusco, con agua o con aire, de la ganga fundida procedente de procesos siderúrgicos. Deben poseer carácter básico e hidraulicidad latente o potencial, así como un contenido mínimo de fase vítrea (Noriega, 2006, pág. 48)
- d) Puzolanas naturales (P)
Son principalmente rocas tobáceas, volcánicas vítreas, de naturaleza traquítica alcalina o pumítica. Finamente divididas no poseen ninguna propiedad hidráulica, pero contienen constituyentes (sílice y alúmina) capaces de fijar cal a la temperatura ambiente en presencia de agua, formando compuestos de propiedades hidráulicas.
En sentido amplio, el término puzolana se aplica también a otros productos artificiales, o naturales de origen no volcánico, que tienen análogas propiedades, como la tierra de diatomeas y las arcillas activas.
- e) Humo de sílice (D)
Es un subproducto de la obtención del silicio y del ferrosilicio. Se reduce en horno eléctrico cuarzo muy puro y carbón, recogiéndose del humo generado, mediante filtro electrostático, partículas de muy pequeño diámetro formadas, principalmente, por sílice muy reactiva (Noriega, 2006, pág. 49)
- f) Fílleres calizos (L)
Son compuestos principalmente de carbonato cálcico en forma de calcita (superior al 85 %), que molidos conjuntamente con el clinker portland, en proporciones determinadas, afectan favorablemente a las propiedades y comportamiento de los morteros y hormigones, tanto frescos como endurecidos. Su acción principal es de carácter físico: dispersión, hidratación, trabajabilidad, retención de agua, capilaridad, permeabilidad, retracción, fisuración.
- g) Reguladores de fraguado
Son materiales naturales o productos artificiales que añadidos a los clínkeres portland y a otros constituyentes del cemento, en pequeñas proporciones, y molidos conjuntamente, proporcionan cementos con un fraguado adecuado. El regulador de fraguado más usual es el sulfato cálcico en alguna de sus variedades, o en mezclas de ellas.
- h) Aditivos de los cementos
Son productos que pueden emplearse en la fabricación del cemento, para facilitar el proceso de molienda o bien para aportar al cemento o a sus derivados algún comportamiento específico (inclusores de aire). La dosificación de los aditivos debe ser inferior al 1 por 100 en masa. No debe confundirse con los aditivos del hormigón (Suarez & Leguia, 2010, págs. 58-59)
PROCESOS DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO
Existen dos procesos de producción:
1.2.1 Por vía seca
En la fabricación seca, una vez que las materias primas han sido trituradas, molidas y homogeneizadas pasan a un horno que alcanza temperaturas de 1,400 grados centígrados, obteniéndose de este modo el clinker. Seguidamente, se deja reposar el clinker por un periodo de entre 10 y 15 días para luego adicionarle yeso y finalmente triturarlo para obtener cemento.
Proceso
a) de la cantera se obtienen las calizas y arcillas
b) Pre homogeneización: consiste en la formación de lechos de mezcla. El vertido es longitudinal y la captación transversal.
c) Molienda: con los molinos de bolas.
d) Homogeneización: se realiza en cajas de aireación (selección de partículas).
e) Intercambiador de calor: son dispositivos previos al horno cuya finalidad es reducir la humedad de las materias primas, aumentar su temperatura e iniciar la calcinación.
f) Horno rotatorio: hasta 100 ºC se evapora el agua libre; al 500 ºC evapora el agua combinada en la arcilla; 600 ºC se eliminan el CO2 del MgCO3; al 800ºC se pierde el CO2 del CaCO3. De 900 a 1200 ºC se produce la reacción entre la cal y la arcilla. De 1200 a 1290 ºC se inicia la fase líquida. La sinterización hace que el crudo se transforme en nódulos esféricos (Clinker).
g) Enfriamiento: suficientemente rápido para que impida que el óxido de magnesio procedente del carbonato, cristalice en forma de periclasa y de que parte de la cal libre se transforme en hidróxido cálcico (portlandita) para evitar problemas de expansión.
h) Molienda: el clinker y el yeso (sulfato cálcico di hidratado) que actúa como regulador de fraguado, se muelen conjuntamente. La proporción de yeso depende del contenido de aluminato tricálcico que tenga el clinker (suele estar comprendido entre el 3 y el 5 % en peso).
A la parte de estos componentes en función del tipo de cemento se pueden añadir: puzolanas naturales, cenizas volantes, humo de sílice, escorias siderúrgicas, etc.
Los molinos de cemento son molinos de bolas similares a los del crudo pero con un control estricto de la temperatura < 70 ºC ya que si es mayor el yeso di hidratado se transforma en hemihidratado produciendo un falso fraguado (Elster, 1991, págs. 62-69).
1.2.2.-Por vía húmeda
En la fabricación por vía húmeda, se combinan las materias primas con agua para crear una pasta que luego es procesada en hornos a altas temperaturas para producir el clinker. En el Perú, la mayor parte de las empresas utilizan el proceso seco, con excepción de Cementos Sur, que utiliza la fabricación por vía húmeda, y Cementos Selva que emplea un proceso semi-húmedo (Domingo, 2008, págs. 70-72).
CAPÍTULO II
Propiedades y tipos de cementos
2.1. PROPIEDADES DE LOS CEMENTOS
La propiedad de liga de las pastas de cemento se debe a la reacción química entre el cemento y el agua llamada hidratación. El cemento no es un compuesto químico simple, sino que es una mezcla de muchos compuestos (ARQHYS, 2011, pág. 14)
2.1.1- Propiedades físicas
Las características físicas y mecánicas más importantes son: fraguado, expansión, finura de molido y resistencia a compresión.
Fraguado
La velocidad de fraguado de un cemento viene limitada por las normas estableciendo un período de tiempo. Es un proceso continuo que se inicia al amasar el cemento y se prolonga por el endurecimiento sin solución de continuidad.
Las penetraciones de la aguja de Vicat sobre una probeta de pasta normal de cemento, en función del tiempo, dan una idea del proceso de fraguado. Como resultado del ensayo puede dibujarse un diagrama (Civil, 2010)
El límite inferior que marcan las normas para el comienzo del fraguado es pequeño y puede resultar insuficiente para muchas obras de hormigón, en las que las distancias de transporte sea grande. Debe comprobarse, en tales casos, que el principio de fraguado del cemento se aleja del mínimo admitido, especialmente si la temperatura ambiente supera a la normalizada del ensayo, que es de 18º C a 22º C para el agua de amasado
Para obras de pavimentos de hormigón ejecutadas en verano conviene utilizar cementos cuyo principio de fraguado, en ensayo efectuado a 30º C, tenga lugar no antes de una hora.
El fraguado es tanto más corto y rápido en su comienzo cuanto más elevada es la finura del cemento. La meteorización de éste (almacenamiento prolongado) aumenta la duración del fraguado. La presencia de materia orgánica (que puede provenir del agua o de la arena) retrasa el fraguado y puede llegar a inhibirlo. A menor cantidad de agua de amasado, así como a mayor sequedad del aire ambiente, corresponde un fraguado más corto. (Noriega, 2006, págs. 123-28)
Expansión
Los ensayos de estabilidad de volumen tiene por objeto manifestar, a corto plazo, el riesgo de expansión tardía que puede tener un cemento fraguado debida a la hidratación del óxido de calcio y/o del óxido de magnesio libres.
El método de ensayo que se utiliza, tanto en España como en el resto de Europa, es el de las agujas de Le Chatelier. Consiste en un pequeño molde cilíndrico abierto por una generatriz y terminado por dos agujas para amplificar la expansión. Una vez relleno con la pasta de cemento, se mantiene 24 horas en la cámara húmeda. El aumento de la distancia de las dos puntas de las agujas después de sumergido el molde en agua en ebullición, durante tres horas, mide la expansión (Suarez & Leguia, 2010, págs. 57-59)
Según la Instrucción RC-97, la expansión de cualquier tipo de cemento no debe ser superior a 10 milímetros.
Finura de molido
Es una característica íntimamente ligada al valor hidráulico del cemento, ya que influye decisivamente en la velocidad de las reacciones químicas que tienen lugar durante su fraguado y primer endurecimiento.
Al entrar en contacto con el agua, los granos de cemento se hidratan sólo en una profundidad de 0,01 mm, por lo que, si dichos granos fuesen muy gruesos, su rendimiento sería muy pequeño al quedar en su interior un núcleo prácticamente inerte (Civil, 2010).
Si el cemento posee una finura excesiva, su retracción y calor de fraguado son muy altos (lo que, en general, resulta perjudicial), el conglomerante resulta ser más susceptible a la meteorización (envejecimiento) tras un almacenamiento prolongado, y disminuye su resistencia a la aguas agresivas. Pero siendo así que las resistencias mecánicas aumentan con la finura, se llega a una situación de compromiso: el cemento portland debe estar finamente molido, pero no en exceso.
Lo deseable es que un cemento alcance sus debidas resistencias, a las distintas edades, por razón de calidad del clinker más bien que por razón de finura de molido. La nueva normativa, tanto europea como española, no incluye en sus Pliegos prescripciones para la finura de molido
Resistencias mecánicas
Como resistencia de un cemento se entiende la de un mortero normalizado, amasado con arena de características y granulometría determinadas, con relación
La resistencia mecánica de un hormigón será tanto mayor cuanto mayor sea la del cemento empleado. Pero esta característica no es la única que debe buscarse, ya que por sí sola no garantiza otras igualmente necesarias, o incluso más, como por ejemplo la durabilidad (Domingo, 2008, pág. 39).
2.1.2.- Propiedades químicas
- a) Cal – Calcio – Oxido de calcio – C:
La cal fue el aglomerante clásico de la antigüedad. Es probable que su descubrimiento haya sido a partir de la observación de los siguientes hechos: Piedra caliza + calor ( cal viva Cal viva + agua ( cal apagada ( endurecimiento El mortero de cal es un material de resistencia relativamente baja, pero de gran elasticidad. (Prato, 2007, pág. 15)
- b) Óxido de Silicio – Sílice – S
El óxido de silicio es el mineral más abundante de la corteza terrestre, estando presente en la mayoría de las rocas bajo diferentes formas cristalinas. Cuando se presenta como cuarcita, arena de cuarzo, arenisca, se encuentra bajo una forma no reactiva: es completamente insoluble en agua, y resistente al ataque de los ácidos (excepto el ácido fluorhídrico). En algunos casos, en que naturalmente se presenta finamente dividida, como en la calcedonia, en el ópalo y en la tierra de diatomáceas, presenta una reactividad importante (Prato, 2007, pág. 17).
- c) Alúmina – Óxido de aluminio – A
La alúmina está presente en la mayoría de las arcillas, mezclada con otros componentes, fundamentalmente sílice y óxido férrico. El material natural más rico en alúmina es la bauxita, compuesta mayoritariamente por óxido de aluminio hidratado.
- d) Óxido férrico – F
El óxido férrico es el integrante más importante de los minerales férricos. También las arcillas contienen cantidades más o menos elevadas de este óxido, por lo que se presenta como un compuesto siempre presente en los cementos hidráulicos (excepto en el caso del cemento blanco que debe estar prácticamente exento del mismo).
2.2 TIPOS DE CEMENTO
En la actualidad se fabrican diferentes tipos de cementos con determinadas características físicas y químicas para propósitos específicos. La ASTM establece especificaciones para 5 tipos de cementos portland incluidos en ASTM C150"especificaciones Estándar para el cemento"
2.2.1 Cementos comunes
- a) ASTM tipo I
Este tipo, conocido también como cemento portland normal, es un cemento para propósitos generales; se adapta a todo uso, siempre y cuando no se requieran las propiedades especiales de otro tipo. El cemento portland tipo 1 es más fácil de conseguir que otros tipos de cemento. En general, se utiliza cuando el concreto no está especialmente sujeto a riesgos de sulfatación o cuando el calor generado por la hidratación no provoque un aumento en la temperatura que resulte perjudicial. (Love, 2006, pág. 10).
- b) ASTM tipo II:
Es de moderada resistencia a los sulfatos, es el cemento Portland destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a la acción moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratación, cuando así sea especificado.(Puentes, tuberías de concreto)
- c) ASTM tipo III
El tipo III es un cementó que alcanza altas resistencias en un periodo muy breve, por lo general en una semana o menos. El concreto hecho con el cemento tipo III tiene a los 7 días una resistencia comparable a la del concreto hecho con el tipo I a los 28 días, se usa generalmente en climas fríos, para reducir el periodo de protección contra las bajas temperaturas (ARQHYS, 2011, pág. 18).
Alta resistencia inicial, como cuando se necesita que la estructura de concreto reciba carga lo antes posible o cuando es necesario desencofrar a los pocos días del vaciado.
- d) ASTM tipo IV
El tipo cuatro es un cemento de bajo calor usado usando es necesario minimizar el índice y la cantidad de calor. El índice de desarrollo de la resistencia es también bajo. Este cemento se usa en grandes masas de concreto, como en el caso de presas de alta gravedad, donde el aumento de temperatura por el calor generado durante el proceso de endurecimiento representa un factor crítico (Love, 2006, pág. 10).
- e) ASTM tipo V
Es un cemento sulfato-resistente. Se usa principalmente cuando el suelo o los mantos freáticos en contacto con la estructura de concreto tienen un contenido alto de sulfato logra su resistencia más lentamente que el tipo I
Usado donde se requiera una elevada resistencia a la acción concentrada de los sulfatos (canales, alcantarillas, obras portuarias)
2.2.2. Cementos especiales
Además de los cementos antes mencionados, existen otros tipos de cemento portland que no están incluidos en las especificaciones de la ASTM.
Cemento portland con retentivos de aire
Estos cementos se clasifican en tres tipos – tipos IA, IIA y IIIA. Estos cementos producen concretos con mayor resistencia a la congelación y al desprendimiento ocasionado por los químicos aplicados para la remoción de nieve y hielo; estos concretos contienen concretos de aire minúsculas completamente separadas y bien distribuidas
Cemento portland blanco
Es un cemento especial de color blanco que ser usa generalmente con fines decorativos y su producto terminado es de color blanco en lugar de gris.
Cemento portland-pozzolan
Estos cementos incluyen cuatro tipos (P, IP, P-A, IPA los dos últimos contienen aditivos para retención de aire), en estos cementos el pozzolan, formado por cilicio y aluminio, se mescla con escoria del cemento portland. Se usan para grandes estructuras hidráulicas, como apoyo de puentes y presas (Love, 2006, pág. 10).
Cementos para albañilería
Los cementos para albañilería son mezclas de cemento portland, aditivos para retención de aire y materiales complementarios seleccionados para proporcionarle las características de trabajo, la plasticidad y la retención de agua necesarias en morteros de albañilería.
Cementos para pozos petroleros
Este cemento está hecho para endurecer bajo las altas temperaturas que predominan en los pozos petroleros muy profundos.
Cemento portland a prueba de agua
Se consigue al mezclar materiales repelentes al agua con la escoria en la cual se basa.
Cementos plásticos
Los cementos plásticos se hacen añadiendo agentes plastificantes a la mezcla. Se usan comúnmente para hacer mortero, aplanados o estuco (Love, 2006, pág. 11).
Conclusiones
1. Al haber concluido este informe, estaremos en la capacidad de conocer que es el cemento y cuáles son sus propiedades de acuerdo a sus tipos, ya sean cementos Portland o especiales.
2. El cemento es importante para las construcciones, debemos cumplir ciertas reglas para tener una mejor contextura, también tener una buena capacitación.
3. La contribución del cemento, en la satisfacción de requerimientos de todo ingeniero u obrero, escapa a toda discusión, sobre todo la referida a los materiales de construcción ya que necesitarán de dicho material. Lo dicho abarca, en general, a la construcción.
4. Al desarrollar este trabajo reconocimos los diferentes métodos del proceso de fabricación del cemento según diferentes autores. El proceso de fabricación de cemento en muy complicado; requiere de mucha paciencia, trabajo arduo y sobretodo la maquinaria suficiente para desarrollar las diferentes etapas de su proceso de fabricación.
5. El cemento es uno de los componentes principales usados en las obra de construcción civil e hidráulicas, es por eso que debe ser necesario saber conocer como es el proceso de fabricación u origen; es por eso q desarrollamos este trabajo para tal fin.
Anexos
A continuación se observan tres fotografías de granos de cemento mezclados con agua, que muestran los cambios que se producen en la estructura a medida que transcurre el tiempo. (Microscopio electrónico)
Apèndice
Cemento de albañilería – Norma UNIT 984
La norma UNIT 984:96 establece las características y requisitos que deben cumplir los cementos de albañilería. Se establecen requisitos particulares, como el contenido de aire incorporado y la retención de agua, relacionadas con el tenor de aditivo adicionado y con las propiedades de trabajabilidad y plasticidad deseadas. NOTA: La Norma establece como obligatoria la aparición de la leyenda: "No apto para uso estructural" en las bolsas de despacho (Prato, 2007, pág. 36).
Hidratación del cemento: fraguado y endurecimiento
La hidratación del cemento es el proceso en el cual el agua se combina con los minerales del Clinker anhidros, formándose nuevos compuestos, silicatos, aluminatos y ferritos hidratados, y otros hidratos complejos, con liberación de calor.
En este proceso tiene lugar una solidificación, es decir el paso de un estado inicialmente líquido o plástico a un estado sólido. La hidratación del cemento puede dividirse en dos fases: fraguado y endurecimiento Durante el fraguado, que transcurre en horas, se disuelven en el agua los componentes del cemento más fácil y rápidamente solubles. Este proceso transcurre con liberación de calor, y la pasta va adquiriendo rigidez, hasta solidificar totalmente. (Pasta = cemento + agua). Durante el endurecimiento, que tiene lugar a continuación y se prolonga durante muchísimo tiempo (días, meses, años), continúan los procesos de hidratación a un ritmo continuo pero decreciente, aumentando gradualmente la rigidez, la dureza y las resistencias mecánicas, y liberando el calor de hidratación (Civil, 2010, pág. 15).
Otros métodos para determinar la superficie específica de molido son por tamizado en seco (Norma UNE 80.107) y por tamizado húmedo (Norma UNE 80.108).
Según la Instrucción española RC-97 el fraguado del cemento debe cumplir las siguientes prescripciones:
Bibliografía
ARQHYS. (2011). ARQHYS – ARQUITECTURA. Recuperado el 4 de Noviembre de 2015, de http://www.arqhys.com/propiedades-quimicas-del-cemento.html
Civil, A. d. (14 de Septiembre de 2010). Hidratacion del cemento. Recuperado el 3 de Noviembre de 2015, de http://apuntesingenierocivil.blogspot.com.es/2010/10/hidratacion-del-cemento.html
Domingo, F. (2008). Cemento del Perù. Colombia: D`vinni.
Elster, J. (1991). El Cemento de la Sociedad. España.
Love, T. (2006). El concreto en la construccion. Mexico: Trillas.
Noriega, F. (2006). Concreto. Caracas: Turner.
Prato, N. (2007). Quimica del cemento. Chile: Lexus.
Suarez, & Leguia. (2010). el cemento. Chile: Lexus.
Autor:
Frank Barboza Vasquez.