Tipos de Cemento y sus Propiedades en la Construcción

Cemento y Hormigón en la Construcción

Cemento

Clinker de Portland

Es el componente principal de los cementos que se obtiene de calcinar por fusión parcial calizas y arcillas, hasta conseguir la combinación total de sus elementos. Se compone de escorias, puzolánicas, humo de sílice, cenizas volantes o calizas y hasta un 5% de aditivos. Su principal característica es que es un conglomerante de rápido fraguado y endurecimiento.

• Clinker de portland: resultado de la calcinación hasta la fusión parcial de mezclas muy íntimas de calizas y arcillas.
• Clinker aluminoso: igual que el portland pero sustituyendo parcialmente las arcillas por bauxita que da lugar a un porcentaje mayor del 30% de alúmina.

Otros Componentes

• Escorias siderúrgicas (S): material procedente del enfriado brusco de la ganga procedente de altos hornos.
• Puzolanas naturales (P): rocas tobáceas o volcánicas finamente divididas.
• Cenizas volantes (V): residuos sólidos obtenidos por precipitación electroestática de las cenizas de centrales de carbón.
• Humo de Sílice (D): resultado de la reducción de sílice de alta pureza con carbón en hornos de arco eléctrico.
• Filleres Calizos (L): carbonato cálcico y calizas en porcentajes superiores al 85%.
• Reguladores de fraguado como el sulfato cálcico.
• Aditivos de cementos que no pueden ser superiores al 1% de la masa. “no es el mismo aditivo que el del hormigón”.

Tipos de Cementos (referido a sus componentes)

Cemento Portland (Tipo I) / CEM I

Clinker 95-100%, adiciones 0-5%. Se utiliza para obras corrientes de hormigón armado, endurecimiento más rápido de lo normal. Se emplea cuando se requieren propiedades y características especiales que lo protegen del ataque de factores agresivos como sulfatos, cloruros y temperaturas originadas por el calor de hidratación. Se usa en pisos, pavimentos, edificios, estructuras y elementos prefabricados.

Cemento Portland (Tipo II) / CEM II

Clinker 80-90%, 6-20% escorias y adiciones 0-5%. Este tipo de cemento se viene utilizando en Europa con gran éxito, por razones económicas. Por una parte, por el ahorro de energía que suponen y, por otro lado, el aprovechamiento de productos naturales y subproductos industriales. Los cementos portland con adiciones tienen un comportamiento intermedio entre los portland tipo 1 y los cementos de alto horno o puzolánicos. Estos cementos tienen las mismas clases resistentes que los cementos de tipo 1.

Cementos de Alto Horno (Tipo III) / CEM III

• Tipo III/A: Clinker 35-64%, 36-64% escorias siderúrgicas y adiciones 0-5%.
• Tipo III/B: Clinker 20-34%, 66-80% escorias siderúrgicas y adiciones 0-5%.

Estos conglomerantes constituyen la familia de los cementos fríos. Presentan poca retracción y un débil calor de hidratación, por lo que se pueden utilizar en grandes macizos, son muy sensibles a bajas temperaturas, que retrasan su endurecimiento. Debido a la lentitud del fraguado necesita poco agua de amasado. Puede decirse que los cementos siderúrgicos son delicados y exigen más precauciones en su empleo que los portland. Son más resistentes que estos a las aguas sulfatadas, las del mar y las más puras. Pero no deben utilizarse si la agresividad es grande.

Cementos Puzolánicos (Tipo IV) / CEM IV

• Tipo IV/A: Clinker de portland 68-89%, 11-35% escoria siderúrgica y adiciones 0-5%.
• Tipo IV/B: Clinker de portland 45-64%, 36-55% escoria siderúrgica y adiciones 0-5%.

Endurecen más lentamente, en especial en ambientes fríos y requiere en general más agua de amasado. Son adecuados para hormigones que estén en ambientes agresivos. Los cementos puzolánicos son más manejables que el portland, por lo que mejoran la plasticidad del hormigón siendo aptos para emplear en hormigones bombeados. Las clases resistentes de los cementos puzolánicos son las mismas que las correspondientes a los cementos portland. Todo ello lo hace recomendable para obras como canales, pavimentos, obras en aguas muy puras o ambientes medianamente agresivos, hormigonados bajo el agua, obras marítimas…

Cementos Compuestos (Tipo V) / CEM V

Clinker de portland 40-64%, escoria siderúrgica 18-30%, puzolanas y cenizas volantes 18-30% y adiciones 0-5%. Sus características y aplicaciones son intermedias entre las correspondientes a los cementos tipo III y cementos tipo IV.

Clinker

Es el componente principal de los cementos, su principal característica es que es un conglomerante de rápido fraguado y endurecimiento.

Tipos:

• Clinker de portland: resultado de la calcinación hasta la fusión parcial de mezclas muy íntimas de calizas y arcillas.
• Clinker aluminoso: igual que el portland pero sustituyendo parcialmente las arcillas por bauxita que da lugar a un porcentaje mayor del 30% de alúmina.

Resistencia del Hormigón

(TABLA) estos valores quieren decir que si se emplea un cemento de clase 32,5, tras los ensayos realizados después de 28 días al hormigón puesto en obra, este debe dar una resistencia igual o superior a 32.5 N/mm². Estos valores se obtienen recogiendo valores del hormigón puesto en obra en probetas de 4x4x16 cm³ que se someten a las siguientes pruebas:

• Flexo-tracción: se somete a una carga progresiva y se observa la tensión de rotura en un manómetro.
• Compresión: estas piezas rotas se enfrentan y se someten a compresión verificando los valores de las tablas.

Clases de Cementos

Son referidas a la resistencia que alcanzan a los 28 días de puesta en obra en N/mm². No todas las clases de cementos son aptas para realizar cualquier tipo de elemento estructural.

• Clase 32,5 / 32,5 R: es el indicado para hormigón armado y en masa para pequeño y mediano volumen ya que sufre fuertes retracciones no se puede usar en grandes volúmenes. Indicado para pavimentos, firmes de carretera y estabilización de suelos. No es indicado para obras en agua y terrenos agresivos.
• Clase 42,5 / 42,5 R: es indicado para hormigón armado, pretensado y prefabricado. No es indicado para obras en agua, ambientes agresivos y piezas de hormigón armado de gran espesor.
• Clase 52,5 / 52,5 R: es indicado para hormigón armado, pretensado y prefabricado, para hormigón en tiempo frío y para desencofrado rápido. No es indicado para obras de mediano volumen y espesor.

Fraguado

Fraguado es el primer proceso que sufre el hormigón, en el que los agentes químicos del cemento empiezan a actuar, periodo de tiempo a partir del amasado en el que debe producirse el principio y el fin del proceso. Una vez iniciado no hay forma de detenerlo. Factores de los cuales depende el fraguado son:

• Cuando mayor finura de molido comienza antes y dura menos.
• El almacenamiento prolongado del cemento aumenta la duración.
• La presencia de materia orgánica puede demorar e incluso detener el proceso.
• Cuanto menos agua de amasado y más seco es el ambiente más seco es el periodo.
• Cuanto más baja es la temperatura más lento es el fraguado e incluso para temperaturas bajo 0ºC puede llegar a detenerse.

La importancia del fraguado en la puesta en obra es producir la reacción química para endurecer el hormigón y darle la resistencia característica. El fraguado comienza después de 45 min. o 1 hora después del amasado. El fraguado de cemento a las 12 horas de puesta en obra alcanza su resistencia máxima, sin embargo el hormigón finaliza el fraguado al mismo tiempo pero necesita meses para su total endurecimiento, a los 28 días alcanza el 90% de su resistencia máxima. Según la norma española (RC-97) la expansión de cualquier cemento no puede ser superior a 10mm (con respecto al ensayo). (TABLA de tiempos según la RC-97).

Relación Agua-Cemento

La relación de agua-cemento no es fija, pero debe ser lo más baja posible evitando eso sí, que se produzca la segregación de los áridos. Este valor es muy importante porque influye tanto en la resistencia mecánica como en la durabilidad del hormigón. Para obtener esta relación influye la finura de la arena, el tipo y el tamaño de la grava, ya que una excesiva finura de la arena va a necesitar una proporción de agua mayor.

Aguas

No se debe utilizar cualquier tipo de agua, debe ser agua con pH entre 5-7, siendo el más adecuado de pH 6, es decir, agua potable para el consumo humano. La EHE permite la utilización de agua de mar exclusivamente en hormigón en masa ya que es perjudicial para la armadura, pero la EHE advierte que pueden aparecer manchas fluorescentes y una pérdida de resistencia de un 15%. El agua de curado es la que se vierte durante el fraguado y primer endurecimiento del hormigón con el fin de evitar la retracción, producida por la evaporación prematura del agua de amasado.

Arenas

No todas las arenas son aptas para fabricar el hormigón, la arena no tiene capacidad resistente pero debe presentar unas condiciones para su uso ya que es el árido más importante para hacer un buen hormigón. Las mejores arenas son las de río aunque también se aceptan áridos de machaqueo. Hay que rechazar los áridos de origen granítico y caliza, por su resistencia variable y por la absorción de agua de estas últimas. Curva granulométrica.

Aditivos

Son los productos añadidos al hormigón fresco con el objeto de mejorar determinadas características. Por norma no debe ser superior al 5% de la masa total.

Tipos:

• Aceleradores de fraguado.
• Retardadores de fraguado.
• Plastificantes: aumentan la trabajabilidad del hormigón.
• Fluidificantes: lubrican y permiten reducir el agua de amasado.
• Aireantes: mejoran la permeabilidad, disminuyen la resistencia.
• Anticongelantes: para hormigonar a bajas temperaturas.

Dosificación

Tiene por objeto determinar las proporciones en las que hay que mezclar los distintos componentes del hormigón. Cuanto mayor es la resistencia característica del hormigón, menor es la relación agua-cemento aunque no debe ser excesivamente bajo evitando que el árido grueso se disgregue (no se cubra bien por la lechada). Límite según la instrucción española: el árido debe ser inferior a la cuarta parte del espesor a hormigonar y debe existir distancia horizontal libre entre barras de 4/5.

Consistencia

La consistencia es la mayor o menor facilidad que tiene el hormigón fresco para deformarse, por lo tanto es muy importante porque determina la facilidad con la que el hormigón es puesto en obra, ya que en función de la armadura necesitaremos un hormigón más o menos consistente. Este se ve condicionado por la relación agua-cemento, el tipo de árido, y la relación grava arena. La consistencia del hormigón se mide por su asentamiento en el cono de Abrams rellenándolo de hormigón objeto de ensayo. La pérdida de altura al desmontar el cono nos da una idea de la consistencia del hormigón.

Recubrimientos y Aceros Corrugados

Nunca se debe superar los 50mm de recubrimiento, como norma general se usa la regla que marca la instrucción. El recubrimiento mínimo son 2cm y el máximo son 50cm. La distancia mínima entre el encofrado y la primera barra corrugada es el tamaño máximo del árido a utilizar. Es muy importante recubrir las armaduras para protegerlas de la corrosión y del fuego. Zona clima moderado (15-25mm), zona clima seco (25-35mm), zona clima de mar (35-40mm). Los diámetros nominales de las barras son 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 32, 40mm. Las corrugas son por razones mecánicas, son importantes porque mejoran la adherencia de las barras al hormigón y deben ser suministradas sin grietas ni sopladuras, deben de ser de acero soldable y la merma de la sección no debe ser superior al 4,5% del diámetro. En el caso de que se necesite prolongar la longitud de una barra se puede hacer mediante soldeo a tope, en cruz o superpuesta. Siendo el último el más extendido. Tipo de corruga: B400S B500S. Las barras deben tener las siguientes características:

• Resistencia a carga unitaria de rotura.
• Límite elástico.
• Relación entre el límite elástico y la resistencia.
• Alargamiento.
• Aptitud para el doblado y desdoblado.

Soldadura

Soldeo a Tope por Resistencia Eléctrica

Dos barras se cortan perpendiculares a sus ejes y se disponen en las dos mordazas de la máquina de soldar, la cual hace pasar por ellas una corriente de elevada potencia que crea un principio de fusión en los extremos y en ese mismo momento las mordazas se unen una con otra produciendo la unión.

Soldeo a Tope por Arco Eléctrico

El sistema de soldadura eléctrica con electrodo recubierto se caracteriza por la creación y el mantenimiento de un arco eléctrico y una varilla metálica llamada electrodo, y la pieza a soldar. En este caso se necesita material de aportación similar al acero que se suelda. Este método de soldadura no se debe utilizar sino para pequeño número de empalmes. No conviene utilizarlo para diámetros inferiores a 20mm.

Soldeo por Solapo

Este tipo de soldeo es el único cuando no hay posibilidad de volteo de la barra. Sigue la misma técnica que el arco eléctrico con electrodo. Este tipo de empalme se realiza colocando una barra junto a la otra.

Soldeo en Cruz por Arco Eléctrico

Estas uniones tienen interés como dispositivo de anclaje de barras en el hormigón.

Conglomerantes Hidráulicos

Un conglomerante hidráulico es un material inorgánico finalmente dividido que amasado con agua forma una pasta que fragua y endurece en virtud de reacciones y procesos de hidrólisis y que una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad. Los diferentes tipos son:

• Cemento comunes.
• Cemento resistentes a los sulfatos y/o al agua de mar.
• Cementos blancos.
• Cementos de bajo calor de hidratación.
• Cementos para usos especiales.
• Cementos de aluminato de calcio.

Se diferencian en los componentes, y la utilidad para la cual se emplea cada tipo.