2 - COMPONENTES DEL CONCRETO HIDRÁ ULICO.

Los componentes del concreto pueden dividirse en dos grandes grupos: Activos e inertes. Los componentes

activos son aquellos que producen al mezclarse la reacción química responsable del endurecimiento del concreto.

Los componentes inertes son aquellos que dan volumen al concreto abaratándolo.

Los componentes activos son el agua y el cemento Portland, que al unirse forman una mezcla a al que se llama

aglutinante. La grava y la arena son los elementos inertes del concreto que llamamos agregados.

2.1 - CEMENTO.

El cemento portland fue patentado por Joseph Aspdin, en 1824. El nombre es debido a que su color era muy

similar a la piedra de una cantera ubicada en la isla de Portland. Él hizo su cemento combinando ciertas

cantidades de arcilla y piedra caliza pulverizadas y quemadas en una estufa, para posteriormente moler la escoria

resultante y obtener un polvo fino. En un principio este cemento se utilizó principalmente como estuco

(recubrimiento ornamental para paredes y techos).

Fue en 1845 cuando Isaac Johnson, obtuvo el prototipo del cemento moderno, con una mezcla de caliza y arcilla

calcinada a alta temperatura. Posteriormente, en 1850, fue utilizado para la fabricación de una embarcación con

alambres o barras paralelas (concreto reforzado) y para la fabricación de receptáculos de cemento con malla de

alambre. Entre 1867 y 1881, surgieron varias patentes para losas, arcos y durmientes para diversas estructuras

como puentes peatonales o edificios. Fue hasta 1875 que se construyó el primer edificio usando concreto

reforzado en Estados Unidos y hasta 1877 que se hizo un análisis correcto y detallado de los esfuerzos que se

producían en una viga de concreto reforzado.

Fabricación del Cemento.

El cemento es el ingrediente más importante de los concretos hidráulicos, ya que entrar en contacto con el agua

produce una reacción química exotérmica que es la responsable del endurecimiento; y es el elemento más caro

del mismo.

Los componentes principales del cemento son: caliza, arcilla, yeso, arena y mineral de hierro. Los cuales pueden

ser extraídos de canteras y minas.

El proceso de producción del cemento se divide en cuatro etapas bien diferenciadas: extracción,

homogeneización, producción del Clinker y molienda.

Para la extracción se utilizan diversos métodos, maquinaria y sistemas de explotación dependiendo de la

ubicación del material y la dureza del mismo. Posteriormente, la materia prima es triturada a tamaños que

puedan ser procesados por los hornos y mezclada en una solución acuosa para ser llevada a los tanques de

homogeneización.

En la etapa de homogeneización por vía húmeda, el material previamente triturado y mezclado (arcilla lavada y

piedra caliza), es transportado a grandes tanques en los que la suspensión es continuamente agitada para evitar el

asentamiento del material.

Desde los tanques de alimentación se alimentan los hornos con la suspensión que proviene del proceso de

homogeneización. Estos hornos consisten en grandes cilindros inclinados que giran sobre su eje, es dentro de

estos cilindros que la suspensión es calentada gradualmente mientras viaja hasta alcanzar los 1500 °C

produciéndose una reacción química que forma el Clinker del cemento.

El proceso termina cuando el Clinker pasa a la última etapa de, en la cual gracias a un molino de bolas es

pulverizado y se le agrega una pequeña proporción de yeso. Tras todas estas etapas el cemento está finalmente

listo para usarse y es enviado a silos para venderlo a granel o embolsarlo.

Durante la fabricación del clinker de cemento portland, en el proceso de calcinación, el calcio se combina con

otros componentes de la mezcla

cruda para formar cuatro

compuestos principales que

corresponden al 90% de la masa

de cemento. En la molienda, se

añade yeso (del 4% al 6%) u otra

fuente de sulfato de calcio y otros

auxiliadores de molienda.

Tipos de cemento.

La composición química media del cemento portland, está formada por un 62.5% cal combinada (CaO), un 21% de

sílice (SiO2), un 6.5% de alúmina (Al2O3), un 2.5% de hierro (Fe2O3) y otros menores proporciones.

Estos cuatro componentes son los principales del cemento, de carácter básico la cal y de carácter ácido los otros

tres. Estos componentes no se encuentran libres en el cemento, sino combinados formando silicatos, aluminatos

y ferritos cálcicos, que son los componentes hidráulicos del mismo o componentes potenciales. Aunque

básicamente todos los tipos de cemento tienen los mismos componentes, las variaciones en la dosificación

modifican las propiedades finales del concreto.

En México la clasificación de los tipos de cemento está proporcionada por la norma NMX-C-414-ONNCCE-1999, la

cual establece lo siguiente:

De acuerdo a su composición, éstos pueden ser:

CPO Cemento Portland Ordinario.

El Cemento Portland Ordinario es excelente para construcciones en general, zapatas, columnas, trabes, castillos,

dalas, muros, losas, pisos, pavimentos, guarniciones, banquetas, muebles municipales (Bancas, mesas, fuentes,

escaleras), etc. Ideal para la elaboración de productos prefabricados (Tabicones, adoquines, bloques, postes de

luz, lavaderos, etc).

CPP Cemento Portland Puzolánico.

Su hidratación es más lenta, por lo que genera menor calor de hidratación. Ideal para la construcción de zapatas,

pisos, columnas, castillos, dalas, muros, losas, pavimentos, guarniciones, banquetas, muebles municipales

(Bancas, mesas, fuentes, escaleras), etc. Especialmente diseñado para la construcción sobre suelos salinos. El

mejor para obras expuestas a ambientes químicamente agresivos. Alta durabilidad en prefabricados para

alcantarillados como brocales para pozos de visita, coladeras pluviales, registros y tubería para drenaje. Es

especialmente recomendado cuando se requieran propiedades especiales de durabilidad como ataque de

sulfatos, bajo calor de hidratación, inhibición de la reacción álcali - agregado, impermeabilidad, etc

CPEG Cemento Portland con Escoria Granulada de alto horno

Es un cemento con contenido de escoria "moderado" ya que presenta mayor contenido que el cemento portland

normal y menor que el cemento de escoria de alto horno. Puede utilizarse para cualquier tipo de construcción y

es especialmente recomendado cuando se tiene ataque moderado de sulfatos, posibilidad de utilización de

agregados reactivos (previo ensayo) o se requieren buenas condiciones de impermeabilidad del hormigón.

CPC Cemento Portland Compuesto.

Presenta excelente durabilidad en prefabricados para alcantarillados y a los concretos les proporciona una mayor

resistencia química y menor desprendimiento de calor. Este cemento es compatible con todos los materiales de

construcción convencionales como arenas, gravas, piedras, cantera, mármol, etc.; así como con los pigmentos

(preferentemente los que resisten la acción solar) y aditivos, siempre que se usen con los cuidados y

dosificaciones que recomienden sus fabricantes.

CPS Cemento Portland con humo de sílice.

Resulta especialmente adecuado para su aplicación en hormigón pretensado, hormigón que contiene áridos

reactivos, hormigón proyectado u hormigón para desencofrado y descimbrado rápido.

CEG Cemento con Escoria Granulada de alto horno.

Este cemento, que en la norma pierde la denominación "portland", posee un alto contenido de una adición activa

como lo es la escoria granulada de alto horno. Es muy utilizado en obras de ingeniería donde interesa

fundamentalmente el bajo calor de hidratación y una buena resistencia a sulfatos en caso de una exposición a

aguas o suelos sulfatados y/o a la reacción álcali - agregado en caso de utilizarse agregados potencialmente

reactivos. Desarrolla resistencia más lento que el cemento normal debido a la escoria granulada.

Escoria granulada de alto horno. Es el subproducto no metálico de la industria siderúrgica constituido

esencialmente por silicatos y aluminosilicatos cálcicos, que se obtienen por el enfriamiento brusco con agua o

vapor y aire, del residuo que se produce simultáneamente con la fusión de minerales de fierro en el alto horno.

Humo de sílice. Es un material puzolánico muy fino, compuesto principalmente de sílice amorfa, que es un

subproducto de la fabricación de silicio o aleaciones de ferro - silicio con arco eléctrico (también conocido como

humo de sílice condensado o microsílice).

De acuerdo a sus características especiales, los cementos pueden ser:

Nomenclatura Característica

RS Resistente a los sulfatos

BRA Baja reactividad álcali agregado

BCH Bajo calor de hidratación

B Blanco

Por su resistencia se clasifican en:

Tipo Resistencia mínima a los 28

días (kg/cm2)

Resistencia mínima a los 3

días

(kg/cm2)

20 + 200 kg/cm2 --

30 + 300 kg/cm2 --

40 + 400 kg/cm2 --

30 R + 200 kg/cm2 + 300 kg/cm2

40 R + 300 kg/cm2 + 400 kg/cm2

Ejemplos:

Cemento CPO 40 R

Esta clasificación indica que se trata de un cemento Pórtland ordinario,

con alta resistencia inicial.

Cemento CPEG 30 RS

Esta clasificación indica un cemento con adición de escoria,

con una resistencia normal y resistente a los sulfatos.

Cemento CPP 30 BRA / BCH

Esta clasificación indica un cemento pórtland puzolánico, con una resistencia normal,

de baja reactividad álcali agregado y de bajo calor de hidratación.

2.2 - AGREGADOS.

El término agregados se refiere a las arenas, gravas, rocas trituradas, etc., que se mezclan con el cemento y agua

para formar concreto. La selección adecuada de los agregados es importante en el proceso de fabricación de

concreto, ya que aunque no son los elementos más caros de la mezcla llegan a ser el 85 % del volumen final del

concreto.

Los agregados se dividen principalmente en dos grupos cuando se habla de concreto normal, agregados finos y

gruesos. El agregado fino es la arena, mientras que el grueso es la grava que se utiliza en las mezclas de concreto.

Un buen concreto se forma combinando tres o cuatro tamaños distintos de agregados de tal manera que se

obtenga una granulometría óptima.

Durante la selección de los agregados pétreos debe tenerse especial cuidado en los siguientes puntos:

Deben estar libres de polvo, arcilla o impurezas que impidan la cohesión apropiada de los materiales.

La resistencia a la compresión de estos debe ser mínimamente igual a la de la mezcla de agua – cemento.

Deben ser duraderos e inertes.

No deben presentar contaminación orgánica, ya que esta puede afectar el proceso de fraguado del

concreto.

No deben contener sales que puedan afectar el refuerzo de acero o absorban agua.

Tamaño

A menos que específicamente se indique lo contrario, el tamaño máximo del agregado que deberá usarse en las

diferentes partes de la obra será:

Tamaño máximo Uso general

51 mm (2") Estructuras de concreto en masa: muros, losas y

pilares de más de 1 m de espesor.

38 mm (1½") Muros, losas, vigas, pilares, etc., de 30 cm a 1 m

de espesor.

19 mm (3/4”) Muros delgados, losas, alcantarillas, etc., de

menos de 30 cm de espesor.

Forma de los granos.

La forma de los granos es importante debido a que una mejor compactación de los granos nos producirá un

concreto igualmente más compacto y en el cual la pasta de cemento debe cubrir una menor superficie de los

granos. Por esto es preferible usar arenas de formas redondeadas, forman concretos más compactos, manejables

y de mejores resistencias (siempre y cuando tengan la resistencia indicada). Deben evitarse siempre las arenas

con partículas en formas de astillas o escamas planas.

Tamaño de los granos.

La correcta granulometría de los agregados es importante en la elaboración de concreto. Una buena distribución

en el tamaño de los granos es aquella que incluye agregados finos, medianos y gruesos, de tal modo que los

granos finos ocupen el lugar entre los medianos, y estos ocupen el lugar entre los granos gruesos para conseguir

la máxima compacidad.

Las arenas deben tener un tamaño comprendido entre los 2 y los 5 milímetros (mallas #4 y #8 respectivamente) y

la grava entre los 5 y los 19 milímetros (malla #4 y ¾”) debido al límite que usualmente marca la distancia libre

entre el acero de refuerzo.

TAMAÑO DE LA PARTÍCULA EN

mm

DENOMINACIÓN

CORRIENTE

CLASIFICACIÓN

Pasante del tamiz N° 200 inferior a 0.002

mm, Entre 0.002 - 0.074 mm

Arcilla

Limo

Fracción fina o finos

Pasante del tamiz N° 4 y retenido en el

tamiz N° 200,

Entre 4.76 mm y 0.074 mm

Arena

Agregado fino

Retenido en el tamiz N° 4

Entre 4.76 mm y 19.1 mm (N° 4 y 3/4")

Entre 19.1 y 50.8 mm (3/4" y 2")

Entre 50.8 mm y 152.4 mm (2" y 6")

Superior a 152.4 mm (6")

Gravilla

Grava

Piedra

Rajón, Piedra bola

Agregado grueso

ARENA

Las arenas naturales está formada por granos sueltos que provienen de la desintegración y disgregación de las

rocas, esta desintegración puede deberse a fenómenos físicos o químicos. La arena artificial es obtenida de la

trituración y molido de rocas por medios artificiales.

Por su origen se pueden dividir en arenas sílicas o cuarzosas, calizas o graníticas. Las arenas calizas solo deben

utilizarse cuando provienen de rocas duras y las arenas graníticas deben evitarse a menos que tengan un alto

contenido de cuarzo.

Dependiendo de su procedencia, se distinguen los siguientes tipos:

Arena de río. Generalmente formada por partículas redondeadas debido al acarreo que han sufrido.

Pueden tener altos contenidos de arcilla.

Arena de mina. Depositadas en el interior de la tierra, están formadas por granos más angulosos.

Contienen arcilla y materia orgánica.

Arena de playa o duna. Debido a que contiene sales alcalinas que absorben humedad, solo pueden ser

utilizadas si tienen el tamaño adecuado y son lavadas en agua dulce previamente.

Arena Artificial. Provenientes de un proceso de trituración son arenas que tienen un bajo contenido de

arcilla y polvo, además de tener formas más angulosas y superficies rugosas. Son aptas para fabricar

concreto siempre que sus aristas no sean demasiado angulosas.

GRAVA

La grava es el agregado grueso que se ocupa de ocupar la mayor parte del volumen final del concreto. A un mayor

tamaño de la grava se obtienen mezclas de concreto que requieren menos cemento y agua para alcanzar una

resistencia dada, aunque se debe tener cuidado debido a que se obtienen concretos menos manejables. La grava

debe provenir de rocas con la resistencia adecuada, que debe ser por lo menos tan resistente como la pasta de

cemento. El principal factor para determinar el tamaño que tendrá el agregado grueso es la manejabilidad del

concreto y la separación libre entre las barras del acero de refuerzo.

2.3 – Agua y aditivos.

AGUA.

El agua es el componente que sigue en importancia al cemento, a pesar de ser muy económico y el que menor

costo representa en la fabricación del concreto. Lo anterior debido a que su correcta dosificación es esencial para

obtener un concreto de la resistencia especificada y con la manejabilidad adecuada para un correcto vaciado de

los elementos de la estructura.

Teóricamente, una relación agua – cemento del 30% es suficiente para el fraguado del concreto, pero es más

habitual ver relaciones superiores al 45% debido al requisito de manejabilidad o revenimiento para el colado de

las piezas de la estructura. Debe ponerse también cuidado en no dosificar agua en exceso a la mezcla, debido a

que el exceso terminará evaporándose y producirá un concreto poroso.

En términos generales el agua utilizada, deberá ser potable de manera que se asegure que el agua no contiene

impurezas que afecten la resistencia final del concreto.

ADITIVOS.

Un aditivo es un material diferente del cemento, los agregados y el agua, que se añaden al concreto durante su

mezclado para mejorar sus propiedades o cambiarlas para un uso especial de ese.

Los aditivos se clasifican en 5 grupos, los cuales son:

Inclusores de aire.

Sirven para mejorar la trabajabilidad del concreto, pero su principal uso es hacerlo resistente a las heladas.

Funcionan provocando burbujas diminutas que lo vuelven más manejable y permiten que el agua se expanda

durante temporadas de frío.

Aceleradores.

Esta clase de aditivos se utilizan para aumentar la resistencia temprana del concreto y permitir un descimbrado

temprano de los elementos estructurales. Además es útil cuando se hagan colados a bajas temperaturas ya que

producen un aumento en la temperatura de fraguado. El acelerante más conocido es el cloruro de calcio.

Plastificantes.

Como su nombre lo indica, sirven para aumentar la trabajabilidad del concreto sin tener que aumentar la

dosificación de agua cuando se requieren concretos de alta resistencia. Permiten a los ingenieros conseguir

concretos de mayor resistencia sin aumentar la cantidad de cemento.

Retardadores.

Los efectos de estos aditivos que usualmente son ácidos, azúcares o derivados de azúcar, son retardar el fraguado

del concreto y reducir la temperatura que el proceso produce. Son muy útiles para el transporte del concreto a

grandes distancias, permiten un mejor mezclado y adherencia entre coladas sucesivas y reducen drásticamente el

incremento de temperatura cuando se vacían grandes cantidades de concreto.

Impermeabilizantes.

Usualmente la impermeabilización de superficies de concreto se realiza una vez que este ha fraguado, pero

mezclando generalmente algún tipo de jabón o derivado del petróleo durante su elaboración, se ayuda a retardar

la penetración del agua en el concreto ya endurecido, especialmente en los porosos.