libro de tecnologia de materiales

[UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS] TECNOLOGÍA DE MATERIALES

1 Ing. Jean Edison Palma Vañez

CAPITULO I

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES

1.1. GENERALIDADES

La palabra material proviene del término latino “materialis”

y hace referencia a aquello perteneciente o relativa a la materia,

que es opuesto a lo espiritual. De todas maneras el concepto tiene

diferentes usos según el contexto. Para la ciencia un material es

cualquier conglomerado de materia o masa. En ingeniería un

material es una sustancia (compuesto químico) con alguna

propiedad útil, ya sea mecánica, eléctrica, óptica, térmica o

magnética.

a. Materia Prima: Se define como materia prima a todos los elementos que se intuyen en la

elaboración de un producto, es todo aquel elemento que se transforma e incorporan en un

producto final. Un producto terminado tiene incluido una serie de elementos y

subproductos que mediante un proceso de transformación permitieron la confección de

un producto final. La materia prima que ya ha sido manufacturada pero todavía no

constituye un bien de consume se denomina producto semielaborado, semiacabado o

producto en proceso.

b. Material: Desde el punto de vista tecnológico, material es la materia transformada, en su

forma o en su esencia con la finalidad de cumplir alguna función. Pueden ser de origen

natural (se encuentra como tal en la naturaleza) o de origen artificial (resultado de algún

proceso de fabricación). En general provienen del medio natural como materia prima, de

donde se obtienen por diferentes métodos.

c. Tecnología De Los Materiales: Es el estudio y puesta en práctica de técnicas de análisis,

estudios físicos y desarrollo de materiales. Está centrada en los aspectos esenciales de los

materiales, para entender la manera en la que se emplean o deberían emplearse, para

predecir el comportamiento que pueden presentar en distintas circunstancias y en

distintos ambientes.

1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Para estudiar los materiales pueden hacerse diferentes clasificaciones atendiendo a

distintas características.

1.2.1. Según su origen:

a. Materiales naturales: Se encuentran en la naturaleza. Constituyen los

materiales básicos para fabricar los demás productos. En ocasiones estos

recursos son limitados y se pueden agotar, en otras ocasiones pueden reciclarse

o reutilizarse. El reciclado o reciclaje es una buena solución para preservar el

medio natural y ahorrar recursos naturales, al mismo tiempo que se reducen

costes. Son naturales la madera, la lana, el esparto, la arcilla, el oro, etc.



b. Materiales artificiales: Se obtienen a partir de otros materiales que se

encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa.

También reciben este nombre los productos fabricados con varios

materiales que sean en su mayoría de origen natural. Son artificiales el

hormigón y los bloques de hormigón, que son productos artificiales,

fabricados a partir de arena (en un 50%; material natural), grava (en un

30%; material natural), cemento (en un 20%; material artificial) y agua

(material natural).

c. Materiales sintéticos: Están fabricados por el hombre a partir de

materiales artificiales. No se encuentran en la naturaleza ni tampoco los

materiales que los componen. El ejemplo más característico lo constituyen

los plásticos, como la baquelita, que se obtiene a partir de dos materiales

artificiales: formol y fenol. Durante los últimos cien años se han

descubierto multitud de materiales, así como nuevos métodos de

fabricación (p.e. la vulcanización).

1.2.2. Según estructura interna

Los materiales se clasifican generalmente en cinco grupos: metales, cerámicos,

polímeros, semiconductores y materiales compuestos. Los materiales de cada uno de estos

grupos poseen estructuras y propiedades distintas.

a. Metales: Tienen como característica una buena conductividad eléctrica y térmica, alta

resistencia, rigidez, ductilidad. Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o

de carga. Las aleaciones (combinaciones de metales) conceden alguna propiedad

particularmente deseable en mayor proporción o permiten una mejor combinación de

propiedades.

b. Cerámicos: Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como

aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos

consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que

puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se

encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.

c. Polímeros: Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas orgánicas.

Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso

a temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos, en los que las cadenas

moleculares no están conectadas de manera rígida, tienen buena ductibilidad y

conformabilidad; en cambio, los polímeros termoestables son más resistentes, a pesar de

que sus cadenas moleculares fuertemente enlazadas los hacen más frágiles. Tienen

múltiples aplicaciones, entre ellas en dispositivos electrónicos.

d. Semiconductores: Su conductividad eléctrica puede controlarse para su uso en

dispositivos electrónicos. Son muy frágiles.

e. Materiales compuestos: Como su nombre lo indica, están formados a partir de dos o más

materiales de distinto grupos, produciendo propiedades que no se encuentran en ninguno

de los materiales de forma individual.



1.3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Cada material tiene propiedades que lo diferencian de los demás y determinan lo que

puede hacerse con él. Las principales propiedades las podemos clasificar de la siguiente

manera:

1.3.1. PROPIEDADES FÍSICAS

Las propiedades físicas son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de

la sustancia ya que sus moléculas no se modifican

a. Formas y Dimensiones: Es la apariencia externa que presenta un material. En el caso de

los agregados las formas dependen del modo de transporte, pues las sub-redondeadas y

las redondeadas dependen del choque que sufrieron al ser transportados por los ríos y las

formas angulosas de las piedras y gravas no han sufrido transporte. Dimensiones: Varían

de acuerdo al uso que se les va a dar. Ej. : Cuando las

piedras son grandes y se quiere para concreto armado se

trituran las piedras.

b. Peso específico: Es el cociente entre el peso de un cuerpo

y su volumen. Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo

o porción de materia entre el volumen que éste ocupa.

peso específico P: peso de la sustancia V: volumen que la sustancia ocupa : densidad de la sustancia aceleración de la gravedad

PROPIEDADES DE LOS

MATERIALES

FÍSICAS

Formas y dimensiones

Peso específico

Densidad Porosidad

Permeabilidad Capilaridad

Higroscopía

TÉRMICAS

Calor específico Dilatación

Transmisión de calor

Reflexión de calor

ACÚTICAS

Transmisión y Reflexión del

sonido

OPTICAS

Color Reflexión de la

luz

Transmisión de la luz

QUÍMICAS

Composición química

Estabilidad química

MECÁNICAS

Resistencia Tenacidad

Elasticidad Plasticidad

Maleabilidad Ductibilidad

Fluencia Rigidez

Dureza Isotropía



Dependiendo del volumen se puede considerar:

real: es el del material compacto

aparente: del material con poros

a granel: suelto o compacto c. Porosidad: Es la capacidad de un material de absorber líquidos o gases.

La capacidad de absorción de agua o porosidad másica se puede medir con la siguiente

fórmula matemática:

Donde:

: Masa de una porción cualquiera del material (en seco).

Masa de la porción después de haber sido sumergido un fluido

Esta última ecuación puede ser usada para estimar la proporción de huecos o porosidad volumétrica:

Donde:

: Es la densidad del material (seco). : Es la densidad del agua.

: Es la proporción de huecos (expresada en tanto por uno)

Al Igual que la densidad, la porosidad admiten ciertos matices y se establecen distintos tipos,

siendo los principales: la "porosidad total" y la "porosidad abierta". De acuerdo con las

características de los espacios vacíos contemplados, pueden considerarse otros tipos de

porosidad: "cerrada", "accesible" a un determinado fluido, “comunicada”, "efectiva" para un

determinado comportamiento, etc.

La porosidad total (n): Se define como el volumen total de vacíos por unidad de volumen

total de material. En este caso deben contabilizarse todos los espacios vacíos presentes:

abiertos y cerrados, accesibles y no accesibles. Su valor no puede obtenerse de forma

experimental, ya que incluye entre los espacios vacíos los no comunicados con el exterior

(poros no accesibles). Su determinación se realiza de forma indirecta a partir del valor de

ambas densidades. Conocida la densidad de las partículas sólidas ( ) y la densidad de la

muestra seca ( ), la porosidad total (n) se calcula a partir de la expresión:

La porosidad abierta (nο): Se conoce también como porosidad accesible o comunicada, y

se define de la misma forma como el volumen de poros abiertos (Va) o comunicados entre



sí y con el exterior (accesibles al agua normalmente) por unidad de volumen total de roca

(VT):

Esta porosidad se determina normalmente

mediante técnicas experimentales, basadas en

introducir un fluido en los poros y cuantificar su

volumen. El procedimiento más común

es el método de la pesada hidrostática,

en dicho ensayo se saturan los poros

con agua (normalmente al vacío) de

acuerdo con las especificaciones de la

norma seguida y se obtiene la

porosidad abierta “accesible al agua”.

Otro método utilizado es por inyección

de mercurio, en este caso se introduce

mercurio a presión en los poros y a

partir del volumen inyectado se

determina la porosidad abierta

"accesible al mercurio". En la mayoría

de las rocas los valores obtenidos en

ambos ensayos son parecidos, siendo

ligeramente mayor la porosidad

accesible al agua, ya que el mercurio no

llega a introducirse en los poros muy

pequeños (< 0,003 μm), y dicho ensayo

tampoco considera los poros con

accesos muy grandes (> 100 μm). En la

tabla Nº 1.1 se recogen los valores de

densidad y porosidad de distintos tipos

de rocas empleadas como materiales en

edificación.

d. Permeabilidad: Es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar

su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él

una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de

fluido es despreciable. La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de

tres factores básicos:

- La porosidad del material

- La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura

- La presión a que está sometido el fluido.

Tabla Nº 1.2 Densidad y porosidad de rocas de edificación



Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios

vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez, tales espacios deben estar

interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material.

Un ingeniero hidráulico francés de nombre Henry Darcy fue el primero que realizó estudios

relacionados con el flujo de fluidos a través de medios porosos. En 1856 Darcy publicó su

trabajo, en el cual se describían estudios experimentales de flujo de agua a través de filtros de

arena no consolidada, los cuales tenían como objetivo procesar los requerimientos diarios de

agua potable del pueblo de Dijon (Francia). El equipo utilizado por Darcy (figura 1.1) consistió

en un gran cilindro que contenía un paquete de arena no consolidada de un metro de longitud,

el cual estaba sostenido entre dos pantallas de gasa permeable. En cada extremo había un

manómetro conectado, los cuales medían la presión en la entrada y la salida del filtro cuando

se dejaba fluir agua a través del paquete de arena no consolidada.

Figura Nº 1.1

Equipo experimental de Darcy

(

)

Donde:

v = Velocidad aparente de flujo (cm/s).

L = Longitud del empaque de arena (cm).

Δh = Diferencia de los niveles manométricos (cm).

K = Constante de proporcionalidad (permeabilidad).

La velocidad, v, de la ecuación de Darcy es una velocidad aparente de flujo. La velocidad real

de flujo se determina dividiendo la velocidad aparente entre la porosidad

La permeabilidad en el SMD se mide en cm2 o m2. La unidad derivada de la Ley de Darcy, es el

darcy, y habitualmente se utiliza el milidarcy: 1 Darcy = 9.86923x10-23 m2



OJO: Permeabilidad en el concreto

La permeabilidad se refiere a la cantidad de migración de agua a través del concreto cuando el

agua se encuentra a presión, o a la capacidad del concreto de resistir la penetración de agua u

atrás sustancias (liquido, gas, iones, etc.). Generalmente las mismas propiedades que

convierten al concreto menos permeable también lo vuelven más hermético. La

permeabilidad total del concreto al agua es una función de la permeabilidad de la pasta, de la

permeabilidad y granulometria del agregado, y de la proporción relativa de la pasta con

respecto al agregado. La disminución de permeabilidad mejora la resistencia del concreto a la

restauración, al ataque de sulfatos y otros productos químicos y a la penetración del ion

cloruro. La permeabilidad también afecta la capacidad de destrucción por congelamiento en

condiciones de saturación. Aquí la permeabilidad de la pasta es de particular importancia

porque la pasta recubre a todos los constituyentes del concreto. La permeabilidad de la pasta

depende de la relación Agua – Cemento y del agregado de hidratación del cemento o duración

del curado húmedo. Un concreto de baja permeabilidad requiere de una relación Agua –

Cemento baja y un periodo de curado húmedo adecuado. Inclusión de aire ayuda a la

hermeticidad aunque tiene un efecto mínimo sobre la permeabilidad aumenta con el secado.

La permeabilidad de una pasta endurecida madura mantuvo continuamente rangos de

humedad de 0.1x10-12 cm/s para relaciones Agua – Cemento que variaban de 0.3 a 0.7

e. CAPILARIDAD: Es la capacidad que tiene un

líquido de subir espontáneamente por un canal

minúsculo. Debido a la tensión superficial, el agua

sube por un capilar. Esto se debe a fuerzas

cohesivas, es decir, fuerzas que unen el líquido; y a

fuerzas adhesivas, que unen al líquido con la

superficie del capilar. Cuando un líquido sube por

un tubo capilar, es debido a que la fuerza

intermolecular (o cohesión intermolecular) entre

sus moléculas es menor a la adhesión del líquido

con el material del tubo (es decir, es un líquido que

moja). El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso

del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y ésta propiedad es la que regula

parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.

Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la

adhesión al capilar (como el caso del mercurio), la tensión superficial hace que el líquido

descienda a un nivel inferior, y su superficie es convexa

f. HIGROSCOPIA: Es la capacidad de algunas sustancias de

absorber o ceder humedad al medioambiente. También

es sinónimo de higrometría, siendo esta el estudio de la

humedad, sus causas y variaciones (en particular de la

humedad atmosférica). Son higroscópicos todos los



compuestos que atraen agua en forma de vapor o de líquido de su ambiente, por eso a

menudo son utilizados como desecantes.

Algunos de los compuestos higroscópicos reaccionan químicamente con el agua como los

hidruros o los metales alcalinos. Otros la atrapan como agua de hidratación en su estructura

cristalina como es el caso del sulfato de sodio. El agua también puede adsorberse físicamente.

En estos dos últimos casos, la retención es reversible y el agua puede ser desorbida. En el

primer caso, al haber reaccionado, no se puede recuperar de forma simple. Algunos ejemplos

de los compuestos higroscópicos más conocidos son:

Cloruro cálcico (CaCl2)

Cloruro de Sodio (Halita)(NaCl)

Hidróxido de Sodio (NaOH)

Ácido sulfúrico (H2SO4)

Sulfato de cobre (CuSO4)

Pentóxido de fósforo (P4O10)

Silica gel

Miel

Para cada sustancia existe una humedad que se llama humedad de equilibrio, es decir, un

contenido de humedad tal de la atmósfera a la cual el material capta humedad del ambiente a

la misma velocidad que la libera. Si la humedad ambiente es menor que este valor de

equilibrio, el material se secará, si la humedad ambiente es mayor, se humedecerá. Así, ciertos

minerales como el cloruro de calcio son capaces de captar agua de la atmósfera en casi

cualquier condición, porque su humedad de equilibrio es muy alta. Sustancias como estas son

usadas como desecadoras. Otros ejemplos son el ácido sulfúrico, el gel de sílice, etc.

1.3.2. PROPIEDADES TÉRMICAS Esta propiedad se describe como la reacción o el

comportamiento de los materiales ante el calor.

a. CALOR ESPECÍFICO: Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una

unidad de masa de una sustancia en un grado. En el Sistema Internacional de unidades, el

calor específico se expresa en J/kg.K en ocasiones también se expresa en cal/g.ºC. El calor

específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que

suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado

centígrado. De acuerdo con la ley formulada por los químicos franceses Pierre Louis

Dulong y Alexis Thérèse Petit, para la mayoría de los elementos sólidos, el producto de su

calor específico por su masa atómica es una cantidad aproximadamente constante.



Cuadro Nº 1.3.

Calor Específico de algunas sustancias (J/kg . K)

b. DILATACIÓN: Se llama dilatación al cambio de dimensiones que

experimentan los sólidos, líquidos y gases cuando se varía la temperatura,

permaneciendo la presión constante. La mayoría de los sistemas aumentan

sus dimensiones cuando se aumenta la temperatura. Cuando un cuerpo

recibe calor, sus partículas se mueven más deprisa, por lo que necesitan

más espacio para desplazarse y, por tanto, el volumen del cuerpo aumenta.

A este aumento de volumen se le llama dilatación

Tipos de Dilatación

Dilatación Lineal: Más allá que la dilatación de un sólido suceda en todas las

dimensiones, puede predominar la dilatación de apenas una de sus dimensiones sobre las

demás. O aún, podemos estar interesados en una única dimensión del sólido. En este caso,

tenemos la dilatación lineal (DL)

Dilatación Superficial: La dilatación superficial corresponde a la variación del área de

una placa, cuando sometida a una variación de temperatura. Las figuras a continuación,

representan una placa rectangular a temperatura To a temperatura T >To.

Hidrógeno 14.212 hielo 2.090 Aire 1.000 aluminio 878 vapor de agua 1.920 hierro 460 dióxido de carbono 836 cobre 375 Agua 4.180 cinc 376 Benceno 1.881 estaño 210 Glicerina 2.420 plomo

Donde: 𝐿 : Dilatación lineal 𝐿𝑜 : Longitud inicial 𝛼 : Coeficiente de dilatación

𝑇 : Variación de temperatura

Donde: 𝑆 : Dilatación superficial 𝐿𝑜 : Superficie inicial 𝛼 : Coeficiente de dilatación

𝑇: Variación de temperatura

http://www.kalipedia.com/popup/popupWindow.html?tipo=imagen&titulo=Junta+de+dilataci%F3n&url=/kalipediamedia/cienciasnaturales/media/200709/24/fisicayquimica/20070924klpcnafyq_201.Ges.LCO.png





Dilatación Volumétrica: En este tipo de dilatación, vamos a considerar la variación del

volumen, esto es, la dilatación en las tres dimensiones del sólido (longitud, ancho y altura).

Cuadro Nº 1.4.

Valores de los coeficientes de dilatación lineal (

c. TRANSMISIÓN DE CALOR: Es el paso de energía

térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro

de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo,

un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura

diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la

transferencia de energía térmica, también conocida

como transferencia de calor o intercambio de calor,

ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia

de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la

Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos

objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo

puede hacerse más lenta. El calor se transmite de un lugar a otro de tres maneras diferentes:

Por conducción entre cuerpo sólidos en contacto

Por convección en fluidos (líquidos o gases)

Por radiación a través del medio en que la radiación pueda propagarse

Material α (°C-1) Material α (°C-1) Hormigón 2.0 x 10-5 Aluminio 2.4 x 10-5

Acero 1.0 x 10-5 Latón 1.8 x 10-5 Hierro 1.2 x 10-5 Cobre 1.7 x 10-5 Plata 2.0 x 10-5 Vidrio 0.7 a 0.9 x 10-5 Oro 1.5 x 10-5 Cuarzo 0.04 x 10-5

Invar 0,04 x 10-5 Hielo 5.1 x 10-5 Plomo 3.0 x 10-5 Diamante 0.12 x 10-5

Zinc 2.6 x 10-5 Grafito 0.79 x 10-5

Donde: 𝑉 : Dilatación volumétrica 𝑉𝑜 Volumen inicial 𝛼 : Coeficiente de dilatación

𝑇: Variación de temperatura

http://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Plata

http://es.wikipedia.org/wiki/Vidrio

http://es.wikipedia.org/wiki/Oro

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Invar

http://es.wikipedia.org/wiki/Hielo

http://es.wikipedia.org/wiki/Plomo

http://es.wikipedia.org/wiki/Diamante

http://es.wikipedia.org/wiki/Zinc

http://es.wikipedia.org/wiki/Grafito



1.3.3. PROPIEDADES ACÚSTICAS: Transmisión y Reflexión del Sonido: El sonido, es

cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean

audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté

generando el movimiento vibratorio de un cuerpo. El sonido humanamente audible

consiste en ondas sonoras consistentes en oscilaciones de la presión del aire, que son

convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La

propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de

fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra

variaciones del estado tensional del medio. La propagación del sonido involucra

transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se

propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se

producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda

longitudinal. El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido en forma de ondas. Para

que se genere un sonido es necesario que vibre alguna fuente. Las vibraciones pueden ser

transmitidas a través de diversos medios elásticos, entre los más comunes se encuentran

el aire y el agua. La fonética acústica concentra su interés especialmente en los sonidos del

habla: cómo se generan, cómo se

perciben, y cómo se pueden describir

gráfica y/o cuantitativamente. Desde el

punto de vista físico el sonido:

frecuencia y amplitud



1.3.4. PROPIEDADES ÓPTICAS: Se refiere al comportamiento de los MATERIALES en lo que

respecta a la absorción de la luz (lo que define el color de los mismos) y a la transmisión

de la luz (en materiales transparentes y traslúcidos), por ejemplo: Fibras Ópticas, Celdas

Solares, recubrimientos ópticos, aplicaciones a microscopía, etc. Los Materiales ÓPTICOS

pueden ser PASIVOS y ACTIVOS.

Los ACTIVOS muestran propiedades ópticas especiales en respuesta a estímulos eléctricos,

mecánicos, magnéticos, ópticos, etc. P.ej.: Lasers, Diodos emisores, fotodiodos, materiales

luminiscentes, visores de cristal líquido, etc.

Los PASIVOS, todo lo demás incluyendo aplicaciones inactivas de materiales activos. Por

ejemplo: Metales, Cerámicos, Polímeros. Entre las características de las Propiedades ópticas,

se encuentran:

OPACO: Impide el paso a la luz

TRANSLÚCIDO: Deja pasar la luz, pero que no deja ver nítidamente los

objetos.

TRANSPARENTE: Dicho de un cuerpo a través del cual pueden verse los

objetos claramente.

La reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al

chocar contra la superficie de los cuerpos. La reflexión de la luz se representa por medio de

dos rayos: el que llega a una superficie, rayo incidente, y el que sale rebotado después de

reflejarse, rayo reflejado. Si se traza una línea recta perpendicular a la superficie (que se

denomina normal), el rayo incidente forma un ángulo con dicha recta, que se llama ángulo de

incidencia. El rayo reflejado también forma con la normal un ángulo, que se llama ángulo de

reflexión. Son muchas las teorías que el hombre ha planteado para explicar la naturaleza de la

luz. Actualmente se acepta que existe una dualidad en el comportamiento de la luz, cuando

actúa sobre la materia su naturaleza es considerada corpuscular, y cuando se propaga es

ondulatoria - electromagnética. Cuando un cuerpo produce luz se dice que es un cuerpo

luminoso, por ejemplo, el Sol, un foco, una vela encendida, etcétera. Si el cuerpo recibe la luz

se dice que es un cuerpo iluminado, ya que éste refleja la luz que recibe. Un ejemplo podría ser

cualquier cuerpo en la Tierra durante el día, o frente a un foco encendido. Existen los cuerpos

no luminosos que se dividen en transparentes, translúcidos y opacos, los primeros permiten

el paso de la luz y la imagen; es decir, dejan ver los cuerpos que están colocados detrás de

ellos. Un ejemplo de éstos son el aire, el vidrio y el agua. Los segundos, permiten el paso de la

luz, mas no de la imagen, tal es el caso del vidrio esmerilado, la marcolita y el papel albanene.

Los terceros, llamados cuerpos opacos, impiden el paso de la luz y la imagen; por ejemplo, los

cuerpos metálicos, los de madera, etcétera. Se considera que la luz se propaga en línea recta,

lo cual explica que al ser interferida por algunos objetos se produzcan sombras y penumbras.

Cuando este fenómeno se produce entre los cuerpos celestes da origen a los llamados eclipses.

Por ejemplo, cuando la Luna se interpone entre la Tierra y el Sol da lugar a un eclipse total de

Sol, y cuando la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna se origina el eclipse total de Luna.



1.3.5. PROPIEDADES QUÍMICAS

a. COMPOSICIÓN QUÍMICA: Una ley fundamental de la química afirma que en todo compuesto

químico que esté formado por dos o más elementos diferentes, éstos se encuentran presentes

en dicho compuesto en una cantidad o composición porcentual determinada. Lo que quiere

decir, por ejemplo, que el hidróxido de aluminio Al(OH)3 que se obtenga en España tendrá el

mismo porcentaje de aluminio, de oxígeno y de hidrógeno que el que se pueda obtener en

cualquier otra parte del mundo. La composición porcentual a través de la fórmula química

b. ESTABILIDAD QUÍMICA: El término estabilidad química al ser usado en el sentido técnico en

química se refiere a la estabilidad termodinámica de un sistema químico. La estabilidad

termodinámica ocurre cuando un sistema está en su estado de menor energía o equilibrio

químico con su entorno. Este puede ser un equilibrio dinámico, en donde moléculas o átomos

individuales cambian de forma, pero su número total en una forma o estado particular se

conserva. Este tipo de equilibrio químico termodinámico se mantendrá indefinidamente a

menos que el sistema sea modificado. Los sistemas químicos pueden incluir cambios en el

estado de la materia o un grupo de reacciones químicas. La estabilidad termodinámica se

aplica a un sistema particular. La reactividad de una sustancia química es una descripción de

cómo podría reaccionar a través de una variedad de sistemas químicos potenciales. Sustacias

químicas o estados pueden persistir indefinidamente aunque no sean el estado más bajo de

energía si experimentan metaestabilidad - un estado estable solo si no es muy perturbado.

Una sustancia puede ser cinéticamente persistente si está cambiando a otra sustancia o estado

relativamente lento, y por lo tanto no es un equilibrio termodinámico. El "estado A" es más

estable termodinámicamente que el "estado B" si la Energía libre de Gibbs del cambio de "A" a

"B" es positiva.

1.3.5. PROPIEDADES MECÁNICAS:

Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En tales

condiciones es necesario conocer las características del material para diseñar el instrumento

donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean

excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo

de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada.

a. RESISTENCIA: La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir

esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o

deteriorarse de algún modo.

Un modelo de resistencia de materiales establece una relación entre las fuerzas aplicadas,

también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas.

Típicamente las simplificaciones geométricas y las restricciones impuestas sobre el modo de

aplicación de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de

calcular. Para el diseño mecánico de elementos con geometrías complicadas la resistencia de

materiales suele ser insuficiente y es necesario usar técnicas basadas en la teoría de la



elasticidad o la mecánica de sólidos deformables más generales. Esos problemas planteados

en términos de tensiones y deformaciones pueden entonces ser resueltos de forma muy

aproximada con métodos numéricos como el análisis por elementos finitos.

b. TENACIDAD: La tenacidad es la cantidad de energía (expresada en

Julios) que un material absorbe antes de la rotura y viene

representada por el área bajo la curva tensión-deformación del

material. El valor de la tenacidad de un material no es único ya que

depende, al igual que otras características de los materiales de la

velocidad de aplicación de la carga, de la temperatura, etc.

Experimentalmente puede medirse también mediante ensayos de

impacto ya que si bien éstos proporcionan una medida de la

resiliencia (es la energía elástica que es capaz de absober un

material, energía que es devuelta cuando se retira la carga que

deforma el material y éste recupera su forma) del material, en

ensayos a gran velocidad el valor numérico de ambas características es similar al no

producirse deformaciones plásticas. En condiciones reales y dependiendo de la velocidad de

aplicación de la carga el valor de la tenacidad puede variar entre el valor obtenido en el

ensayo de tracción (baja velocidad) y el de resiliencia (alta velocidad) ya que ambos ensayos

emulan las condiciones extremas de una carga estática y un impacto respectivamente. Por lo

que respecta a la influencia de la temperatura, al disminuir esta generalmente se incrementa

la resistencia (mayor tensión de rotura) pero se disminuye la ductilidad (menor deformación)

decreciendo la tenacidad del material. Aunque la tenacidad es un concepto válido para

describir el comportamiento de un material y efectuar comparaciones entre materiales

distintos carece de valor práctico, al igual que la fragilidad o ductilidad del material

características éstas con la que está íntimamente relacionada. Para subsanar esta deficiencia

se utiliza la tenacidad a la fractura cuyo valor permite predecir el comportamiento del

material y por tanto su colapso (rotura frágil).

c. ELASTICIDAD: Designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de

sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la

acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas

fuerzas exteriores se eliminan. La elasticidad es estudiada por la teoría

de la elasticidad, que a su vez es parte de la mecánica de sólidos

deformables. La teoría de la elasticidad (TE) como la mecánica de

sólidos (MS) deformables describe cómo un sólido (o fluido totalmente

confinado) se mueve y deforma como respuesta a fuerzas exteriores.

La diferencia entre la TE y la MS es que la primera sólo trata sólidos en

que las deformaciones son termodinámicamente reversibles. La

propiedad elástica de los materiales está relacionada, como se ha

mencionado, con la capacidad de un sólido de sufrir transformaciones termodinámicas

reversibles. Cuando sobre un sólido deformable actúan fuerzas exteriores y éste se deforma se

http://enciclopedia.us.es/index.php/Archivo:Curva_tensi%C3%B3n_deformaci%C3%B3n_resiliencia.png

http://enciclopedia.us.es/index.php/Archivo:Curva_tensi%C3%B3n_deformaci%C3%B3n_resiliencia.png



produce un trabajo de estas fuerzas que se almacena en el cuerpo en forma de energía

potencial elástica y por tanto se producirá un aumento de la energía interna. El sólido se

comportará elásticamente si este incremento de energía puede realizarse de forma reversible,

en este caso decimos que el sólido es elástico.

d. PLASTICIDAD: Una de las propiedades mecánicas de un material

donde se ve involucrada su deformidad permanente e irreversible se

conoce como plasticidad. Generalmente esto se da en materiales

biológicos. Para que esto suceda el material tiene que encontrarse

por encima de su límite elástico. En ocasiones pequeños incrementos

en la tensión, provocan pequeños incrementos en la deformación. En

caso de que la carga sea 0, el objeto toma su forma original. Según

experimentos realizados existe un límite, conocido como el límite

elástico, cuando las tensiones superan este límite y desaparecen las

cargas el cuerpo no vuelve a su forma, debido a que muestra

deformaciones no reversibles. Este se encuentra presente en los

metales. Cuando en un material el comportamiento plástico se presenta de manera perfecta,

aunque involucra las deformaciones irreversibles. Los materiales que presentan más esta

condición son, la arcilla de modelar y la plastilina. Hay materiales que requieren de un

esfuerzo mayor para aumentar su deformación plástica. En ocasiones se presentan efectos

viscosos, esto es lo que hace que las tensiones sean mayores si se presenta la velocidad en el

proceso de deformación, esto se conoce como visco plasticidad. La plasticidad depende

mucho de los cambios irreversibles que se presentan en los materiales. Cuando un cuerpo se

deforma plásticamente experimenta lo que se conoce como entropía. La energía mecánica en

este caso se disipa internamente. Microscópicamente, la plasticidad en los metales es una

consecuencia de las imperfecciones en la red llamadas dislocaciones (son defectos de la red

cristalina de dimensión uno, es decir que afectan a una fila de puntos de la red de Bravai).

e. MALEABILIDAD: La maleabilidad es la propiedad que presentan algunos

materiales de poder ser descompuestos en: láminas sin que el material en

cuestión se rompa, o en su defecto, extendidos. Por ejemplo, los metales

conocidos como metales maleables son aquellos que justamente cumplen

con esta propiedad que mencionamos, el estaño, el cobre, el aluminio,

entre otros, se caracterizan básicamente por su ductilidad, con esto

queremos referir que los mismos pueden ser doblados, cortados,

ejerciendo una fuerte presión de llegar a ser necesario y el material no se rompe, algo que por

supuesto no sucede con todos los materiales, entonces, esta cualidad es lo que determina su

maleabilidad o no. Principalmente este tipo de metales suelen ser muy empleados con fines

tecnológicos, especialmente a la hora de las soldaduras. Por otra parte, los metales maleables

tienen otra ventaja, que es que presentan una escasa reacción, entonces, son muy poco

plausibles de ser afectados por cuestiones como la corrosión o el óxido.



f. DUCTILIDAD: Es una propiedad que presentan algunos materiales,

como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo

la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin

romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A

los materiales que presentan esta propiedad se les denomina

dúctiles. Los materiales no dúctiles se clasifican de frágiles. Aunque

los materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo el

esfuerzo adecuado, esta rotura sólo se produce tras producirse

grandes deformaciones. En otros términos, un material es dúctil

cuando la relación entre el alargamiento longitudinal producido por una tracción y la

disminución de la sección transversal es muy elevada. En el ámbito de la metalurgia se

entiende por metal dúctil aquel que sufre grandes deformaciones antes de romperse, siendo el

opuesto al metal frágil, que se rompe sin apenas deformación. No debe confundirse dúctil con

blando, ya que la ductilidad es una propiedad que como tal se manifiesta una vez que el

material está soportando una fuerza considerable; esto es, mientras la carga sea pequeña, la

deformación también lo será, pero alcanzado cierto punto el material cede, deformándose en

mucha mayor medida de lo que lo había hecho hasta entonces pero sin llegar a romperse.

g. FLUENCIA: La fluencia es la pérdida de estabilidad dimensional que se produce en algunos

materiales cuando las tensiones aplicadas crecen por encima de un determinado valor,

denominado límite de fluencia. Cuando se alcanza la fluencia el material se deforma

inicialmente de modo creciente y rápido sin apenas cambio en las tensiones aplicadas y parte

de la deformación producida permanecerá ya siempre aunque cesen las fuerzas que

ocasionaron su fluencia. Un ensayo de tracción sobre el material permite establecer su límite

de fluencia.

h. RIGIDEZ: Es la capacidad de un objeto sólido o elemento estructural para soportar esfuerzos

sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos. Los coeficientes de rigidez son

magnitudes físicas que cuantifican la rigidez de un elemento resistente bajo diversas

configuraciones de carga. Normalmente las rigideces se calculan como la razón entre una

fuerza aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicación de esa fuerza.

i. DUREZA: Es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su

superficie. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene

mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar.En mineralogía se utiliza

la escala de Mohs, creada por el austríaco Friedrich Mohs, que mide la resistencia al rayado de

los materiales.



Cuadro Nº1.5.

Dureza de algunos materiales

Dureza Mineral Composición química

1 Talco, (se puede rayar fácilmente con la uña) Mg3Si4O10(OH)2

2 Yeso, (se puede rayar con la uña con más dificultad) CaSO4·2H2O

3 Calcita, (se puede rayar con una moneda de cobre) CaCO3

4 Fluorita, (se puede rayar con un cuchillo) CaF2

5 Apatita, (se puede rayar difícilmente con un cuchillo) Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6 Feldespato, (se puede rayar con una cuchilla de acero) KAlSi3O8

7 Cuarzo, (raya el acero) SiO2

8 Topacio, Al2SiO4(OH-,F-)2

9 Corindón, (sólo se raya mediante diamante) Al2O3

10 Diamante, (el mineral natural más duro) C

j. ISOTROPÍA: Un material es isótropo cuando presenta iguales condiciones de elasticidad en

cualquier dirección que se quiera deformarlo. Son isótropos los metales fundidos. Lo opuesto

es la anisotropía.

k. TRACCIÓN: Se denomina tracción al esfuerzo a que está sometido un

cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y

tienden a estirarlo.

l. COMPRESIÓN: Es la resultante de las tensiones o presiones que existe

dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque

tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada

dirección.

m. FLEXIÓN: Se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un

elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje

longitudinal.

n. TORSIÓN: En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta

cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un

elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o,

en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las

otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Talco

http://es.wikipedia.org/wiki/Yeso

http://es.wikipedia.org/wiki/Calcita

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluorita

http://es.wikipedia.org/wiki/Apatita

http://es.wikipedia.org/wiki/Feldespato

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Topacio

http://es.wikipedia.org/wiki/Corind%C3%B3n





o. CIZALLADURA: Es el esfuerzo interno o resultante de las

tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma

mecánico como por ejemplo una viga o un pilar.

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

PESO ESPECÍFICO

1. Investigue sobre la forma experimental de determinar el peso específico de los materiales.

2. Determine la masa de un cubo de 5 cm de arista si el material con que está construido es: aluminio, cobre, bronce y oro

3. Un tambor vacío pesa 1,31 kgf; lleno de agua de mar, de ρ= 1,03 gf/cm3, pesa 2,855 kgf; lleno de aceite de oliva pesa 2,69 kgf. ¿Cuál es el peso específico del aceite? R: 0,92 gf/cm3

4. Un barril pesa vacío 18,4 kg; lleno de aceite, 224 kg. Se desea saber su capacidad en litros R: 223,478 litros

5. Un recipiente vacío pesa 380 g; con aceite hasta la mitad pesa 1208 g. ¿Cuál es en litros la capacidad del recipiente? R: 1,8 litros

6. Un recipiente vacío pesa 3 kgf. Lleno de agua pesa 53 kgf y lleno de glicerina, 66kgf. Hallar la densidad de la glicerina. R: 1260 kg/m3

7. En un proceso industrial de electro-deposición de estaño se produce una capa de 75x10-6 cm de espesor. Hallar la superficie que se puede cubrir con una masa de 1 kg de estaño cuya densidad es de 7,3 g/cm3. R: 182,6 m2 POROSIDAD

8. De una muestra de arena húmeda se quieren determinar algunas de sus propiedades. La muestra ocupa un volumen de 540 cm3, y su peso es 1015 g. Después de secarla durante 12 horas en horno a 105º C, su peso es 910 g y su densidad de partículas sólidas es 2,68 g/cm3 (26,8 kN/m3). Determinar: Densidad natural (densidad húmeda) o peso específico natural. Índice de huecos (o índice de vacíos). Porosidad. Humedad natural. Grado de saturación.

9. Se ha tomado una muestra de suelo de volumen 16.88 cm3. En estado natural su masa era 35.45 g y una vez desecada en estufa completamente, disminuyó hasta 29.63 g. Además, se determinó que la densidad relativa de las partículas sólidas era 2.68. Se pide calcular: a) peso específico aparente de la muestra. b) peso específico de la muestra seca. c) Humedad natural. d) Porosidad e índice de huecos.

10. Una muestra de suelo seco se mezcla uniformemente con un 16.2 % de agua, se amasa y se compacta en un molde cilíndrico. El volumen de la muestra ya compactada es de 0.987 litros y su masa 1605 g. Sabiendo que la densidad relativa de sus partículas sólidas es 2.6, determinar: a) Peso específico aparente de la muestra. b) Peso específico de la muestra de suelo seco. c) Porosidad e índice de huecos.

11. Se mezcla cierta cantidad de un suelo seco cuyas partículas sólidas presentan una densidad relativa de 2.7 con un 10'5 % de agua en peso. Esta mezcla se introduce en un cilindro de 150 mm de diámetro y 125 mm de altura y se compacta hasta que el volumen de aire dentro del suelo es el 5 % del volumen total. Suponiendo que la mezcla ha llenado completamente el cilindro, se pide: a) Determinar la masa del suelo seco utilizada. b) Obtener el peso específico del suelo seco compactado. c) Calcular el índice de huecos.



DILATACIÓN 12. Una viga de hormigón, del tipo que le afecta menos el calor, tiene una longitud de 12 m a -

5°C en un día de invierno. ¿Cuánto medirá en un día de verano a 35°C? 13. Se calibra una regla de acero con una regla patrón a 22°C, de modo que la distancia entre las

divisiones numeradas es de 10 mm. a) ¿Cuál es la distancia entre estas divisiones cuando la regla está a -5°C?, b) si se mide una longitud conocida de 1 m con la regla a esta baja temperatura, ¿qué porcentaje de error se comete?, c) ¿qué error se comete al medir una longitud de 100 m con la misma regla?

14. Un instalador eléctrico, no conocer de los efectos del calor sobre los objetos, tiende en forma tirante un alambre de cobre de 100 m de largo, en un día en que la temperatura es de 30°C. Obviamente, al bajar la temperatura a 0°C, se cortará. ¿Cuántos milímetros debería haber sido más largo el alambre, para que no se cortara?

15. En un tendido eléctrico de 100 kilómetros, se tienden dos cables paralelos, uno de aluminio y otro de cobre, la temperatura con que se colocan es de -5°C. a) sin hacer cálculos, ¿cuál será más largo a 20°C?, b) ¿Cuántos centímetros más largo será?

16. Para tender una línea férrea, se usan rieles de longitud 60 metros a 0°C, se sabe que la oscilación térmica en el lugar es entre los 0°C y los 35°C. ¿Qué distancia deberá dejarse entre riel y riel para que no se rompan?.

17. Una plancha de acero tiene dimensiones 4x6 m a 10°C. Si se calienta a 68°C. ¿Cuál será su incremento de superficie?

18. Se tiene un círculo de cobre de radio 1m con un orificio, en su centro, de radio 20 cm. ¿Cuál será la superficie del anillo que se forma si: a) se calienta desde 0°C a 50°C?, b) si se enfría desde 50°C a 0°C?. Considere datos iniciales para temperaturas iniciales.

19. Un marco de ventana es de aluminio, de dimensiones 60x100 cm. En un día a 20°C se instala un vidrio de los que más le afecta el calor. ¿Cuántos milímetros menos que las medidas del marco, por lado, deberá tener el vidrio? Si la oscilación térmica diaria puede ir de –2°C a 40°C.

20. Una plancha de aluminio tiene forma circular de radio 100 cm a 50°C. A qué temperatura su superficie disminuirá en un 1%?

21. Un bulbo de vidrio está lleno con 50 cm3 de mercurio a 18 °C. Calcular el volumen (medido a 38 °C) que sale del bulbo si se eleva su temperatura hasta 38 °C. El coeficiente de dilatación lineal del vidrio es 9x10-6 °C-1 y el correspondiente cúbico del mercurio es 18x10-6 °C-1. Nota: se dilatan simultáneamente el bulbo (especie de vaso o recipiente) y el mercurio. Rpta 0,15 cm3

22. La densidad del mercurio a 0 °C es 13.6 g/cm3. Hallar la densidad del mercurio a 50 °C. Rpta 13.48 g/cm3

23. Hallar el aumento de volumen que experimentan 100 cm3 de mercurio cuando su temperatura se eleva de 10 a 35 °C. Rpta 0.45 cm3



CAPITULO II

NORMALIZACIÓN

La normalización, es una disciplina que trata del establecimiento y adecuación de reglas

destinadas a conseguir y mantener un ordenamiento dentro de un campo determinado, con el

fin de procurar un beneficio a la sociedad, acordes con su desarrollo económico social.

1. DEFINICIÓN: La normalización es la actividad que consiste en la elaboración, difusión y

aplicación de las normas técnicas, encaminadas a establecer las características de calidad que

debe reunir un producto, proceso o servicio.

2. OBJETIVOS Y VENTAJAS:

Simplificación de la creciente variedad de producción y el procedimiento en la vida humana.

Comunicación.

Economía total. Salud, seguridad y protección de la

vida.

Protección del consumidor y la comunidad.

Eliminación de las barreras comerciales.

Examina datos y grupos de datos de una manera que mejor pueda acomodar futuros cambios en el negocio y de minimizar el impacto de estos cambios en sistemas de aplicación.

3. TIPOS: Existen dos tipos de normalización:

A. Normas Técnicas: Son documentos que establecen las especificaciones de calidad de los

productos, procesos y servicios; su aplicación es de carácter voluntario. La elaboración es

desarrollada por los comités técnicos de normalización, lo cual garantiza la participación

pluralista de las partes involucradas en el tema a normalizar.

B. Normas Metrológicas: Son documentos de carácter obligatorio que establecen las

características técnicas y Metrológicas de los medios de medición (balanzas, medidores de

agua, surtidores de gasolina, etc.) utilizados en transacciones comerciales, que afectan

directamente a los consumidores finales.

4. APLICACIÓN DE NORMAS: Las ventajas derivadas de la normalización, se logran sobre todo,

como resultado de la aplicación de las normas, de manera que en un momento dado,

constituyen un reflejo de la realidad tecnológica y socioeconómica.

5. LA NORMALIZACIÓN EN EL PERÚ:

A. Historia: Con la dación de la Ley N° 3270 de Promoción Industrial (noviembre de 1959). Se

creó el Instituto Nacional de Normas Técnicas Industriales y Certificación (INANTIC) como el

organismo técnico encargado de promover, estudiar, revisar, verificar y certificar las normas

técnicas.



B. Sistema Peruano de Normalización: Es aquel constituido por el organismo peruano de

normalización y un conjunto de comités técnicos de normalización, encargados de la

aprobación y elaboración de las normas técnicas peruanas respectivamente. Este sistema ha

sido formulado con base en:

Las directivas del código de Buenas Prácticas para la normalización de la organización para la

normalización - 150.

El acuerdo sobre obstáculos técnicos al congreso de la Organización Mundial del Comercio -

OMC.

La decisión 419 de la Comunidad Andina, “Sistema Andino de Normalización, acreditación,

ensayos, certificación, reglamentos técnicos y metrología”.

Este sistema se ha constituido por un conjunto de reglamentos y guías peruanas que

constituye el marco técnico y regulatorio del mismo; y presenta las siguientes características:

Las Normas Técnicas Peruanas, son de carácter recomendable.

Las Normas Técnicas Peruanas, son aprobadas por el INDECOPI, a través de la Comisión de

Reglamentos Técnicos y Comerciales.

Las Normas Técnicas Peruanas, son elaborados por los comités Técnicos de Normalización.

6. METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE LA NORMA:

6.1. Definición del espacio a normalizar:

A. Materia: Dentro del campo dominante se deberá escoger la materia exacta a normalizar

por ejemplo: En el campo de muebles se tiene una gran diversidad como muebles de

hogar, mueble de oficina, mueble escolar, etc; si escogemos muebles escolares dentro de

estos tenemos: mesas, sillas, armarios, escritorios para profesores, muebles para

laboratorio. Entonces definimos un producto que puede ser mesas y sillas, pero además

tenemos diferentes niveles de educación inicial, primaria, secundaria, técnica y diferentes

materiales para la construcción como: madera, metal, fibra de vidrio, plásticos, etc. Luego

definimos nuestra materia como: "SILLAS Y MESA DE MADERA PARA EDUCACIÓN

INICIAL"

B. Aspectos: Para asegurar la calidad del producto, debemos especificar sus requisitos y

para comprobarla necesitamos los métodos de ensayo y de muestreo. Entonces los

aspectos a normalizar son:

-Requisitos. -Métodos de ensayo. -Muestreo.

C. Nivel: Si la norma es para un país será a nivel nacional, si es para una entidad será a nivel

de empresa.



D. Metodología:

Búsqueda de Información: Se requerirá la información siguiente:

Normas extranjeras.

Bibliografía, estudios realizados al respecto.

Determinar las ciencias relacionadas con el tema, como son: La agronomía, la

antropometría y la tecnología de la madera.

Elaboración del documento: Para elaborar la norma de requisitos debemos

considerar los puntos siguientes:

E. CREACIÓN DE INDECOPI:

En la lógica de lograr una efectiva

protección de los principios que una economía

de mercado implica, en noviembre de 1992

mediante el Decreto Ley N° 25868 se creó el

Instituto Nacional de Defensa de la competencia

y de la protección de la propiedad intelectual

(Indecopi), como la entidad encargada de súper

vigilar y promover el correcto funcionamiento

de la economía de mercado en el Perú. El

objetivo primordial del Indecopi es el impulsar

mejoras en los niveles de competitividad de las

Empresas y productos peruanos.

Funciones del Indecopi:

• Impulsar y difundir la libre competencia.

• Promover la participación adecuada de los agentes económicos en el mercado.

• Fomentar una competencia justa, leal y honesta entre los proveedores de bienes y

servicios.

• Velar por el respeto de la libre competencia en el Comercio Internacional.

• Reducir los costos de acceso y salida del mercado.

• Aprobar las normas técnicas y Metrológicas.

• Proteger todas las formas de propiedad intelectual desde los signos distintivos y los

derechos de autor hasta las patentes y la biotecnología.

a. Normas a consultar.

b. Objeto.

c. Campo de aplicación.

d. Definiciones.

e. Símbolos y

abreviaturas.

f. Clasificación.

g. Condiciones

generales.

h. Requisitos.

i. Inspección y

recepción.

j. Métodos de ensayo.

k. Rotulado envase y

embalaje.

l. Apéndices.

m. Antecedentes.

n. Índice



CAPITULO III

SELECCIÓN DE MATERIALES

Los materiales de construcción constituyen un área muy importante en la formación de los

ingenieros civiles. La gran diversidad de obras civiles en las que el ingeniero puede participar

requieren de conocimientos básicos firmemente consolidados, y que le permitan, con la

práctica profesional ahondar en la tecnología de los materiales empleados en la industria de la

construcción. Para el ingeniero civil es muy importante optimizar los recursos económicos

disponibles para construir las obras, esto lo puede lograr entre otras cosas haciendo buen uso

tanto de los materiales baratos como de los materiales caros. A un lado de la búsqueda de una

economía bien entendida, el ingeniero tiene la obligación de construir obras que además de

ser seguras reflejen la mejor calidad de vida de sus ocupantes o usuarios, apegándose siempre

a las especificaciones y reglamentos de construcción vigentes.

La selección de los materiales de construcción depende de muchos factores, y resulta difícil

ser muy específico al respecto, como ejemplo considérese que la selección del material puede

depender desde la disponibilidad del mismo en una determinada localidad hasta el gusto del

dueño de la obra, quien puede decidirse por alguno o algunos de los materiales que se

emplearán en la misma

1. CRITERIOS DE SELECCIÓN: En general, los

métodos para la selección de materiales se

basan en una serie de parámetros físicos,

mecánicos, térmicos, eléctricos y de fabricación

que determinan la utilidad técnica de un

material. En la siguiente tabla [Tabla 3.1] se

incluyen estas propiedades principales, junto

con otras que debe considerar el diseñador a la

hora de elegir un material.

2. COSTO Y DISPONIBILIDAD: Los aspectos

económicos de la selección de los materiales

son tan importantes como las consideraciones

tecnológicas. Si no hay materia prima

disponibles o componentes fabricados en la

forma, dimensiones y cantidad deseadas, será

necesario recurrir a sustitutos y/o procesados

adicionales, que pueden repercutir de forma

significativa en el precio del producto. Sin

embargo, a menudo un diseño de producto se

puede modificar para aprovechar las

dimensiones del material de partida y evitar así los gastos de producción adicionales.

Asimismo, la confianza del suministro, así como la demanda afecta al costo; la mayor parte de

los países importan numerosas material primas esenciales para la producción. En cuanto al

procesado de materiales, los diferentes métodos implican diferentes costos.

Tabla Nº 3.1 Propiedades de los materiales que limitan el diseño



3. ASPECTO, VIDA EN SERVICIO Y RECICLADO: La apariencia de los materiales una vez

fabricados influye en el consumidor. El color o la textura superficial son características que

todos consideramos al tomar una decisión sobre la adquisición de un producto. Existen

fenómenos importantes que dependen del tiempo y del servicio, como el desgate, la fatiga o la

estabilidad dimensional, los cuales pueden afectar de forma significativa el funcionamiento de

una producto y, de no ser controlado, pueden llevar al fallo total del mismo. El reciclado de los

materiales, o la eliminación adecuada de sus componentes, al final de la vida en servicio útil

del producto, se ha convertido en un tema cada vez más importante, debido la actual

necesidad de conservar los recursos y de mantener un entorno limpio y saludable. Es el caso

de los envases biodegradables, las botellas de vidrio o las latas de aluminio reciclables.

También es una cuestión primordial el tratamiento y la eliminación apropiada de los

desperdicios y materiales tóxicos.

4. MÉTODOS DE SELECCIÓN DE MATERIALES: Debido al alto número de factores que afectan

la selección de materiales, el diseñador determina cuales son las propiedades más relevantes

para la aplicación que se tiene y con base a ellas, realiza la selección. En general, los métodos

para seleccionar materiales hacen una refinación más o menos amplia de estos parámetros.

A. MÉTODO TRADICIONAL: Con este método, se escoge el material que se cree más adecuado,

en base a la experiencia de elementos que tiene un

funcionamiento similar y que han mostrado buenos resultados.

Las ventajas de este método radican en que el ingeniero se siente

seguro con un material usado y ensayado. Un caso típico sería el

del acero; las características de proceso del acero son bien

conocidas, su disponibilidad está asegurada y generalmente en

un gran porcentaje de partes se usan aceros baratos, sin

tratamiento térmico, evitando pérdida de tiempo en ensayos y

procesos. Sin embargo, el uso de este método, en ocasiones conduce a serios problemas, ya

que no se hace un estudio real del ambiente de trabajo del componente o equipo, el cual puede

ser decisivo a la hora de escoger el material.

B. MÉTODO GRÁFICO: Este método se apoya en gráficos conocidos como mapas de materiales,

en los que se relacionan por pares ciertas propiedades de los materiales. El método fue

diseñado exclusivamente para ser utilizado durante la etapa conceptual de la selección de

materiales. En estos mapas se puede hacer una aproximación del material más adecuado

(perteneciente a una determinada familia de materiales), con base en la relación de las

propiedades más importantes que debe poseer el componente. Como es de esperarse, rara vez

el comportamiento de un componente depende sólo de una propiedad. Asimismo, estos

diagramas muestran que las propiedades de las diferentes clases de materiales pueden variar

en amplios intervalos (dependiendo del estado de estos), generando un campo o zona en los

mapas. En estos mapas se relacionan entre otras, propiedades como resistencia, módulo de

elasticidad, densidad, tenacidad, conductividad térmica, y costos. Partiendo del objetivo



deseado y aplicando los criterios de trabajo, se determinan cuáles son las combinaciones de

propiedades más importantes para un componente dado.

Ubicado el diagrama que presenta esta combinación, se entra en un campo que corresponde a

una familia determinada de materiales. De los materiales que pertenecen a esta familia, se

puede hacer una preselección, y posteriormente una selección, teniendo en cuenta otros

criterios como costos, disponibilidad, durabilidad, efecto ambiental, etc. La ventaja estratégica

del uso de los mapas, es que permite fácilmente reemplazar un material por otro que cumple

igual función

C. MÉTODO DE BASES DE DATOS: En Internet existe una amplia gama de bases de datos sobre

materiales que han sido construidas para comercialización libre o son distribuidas por

vendedores de materiales. Estas bases de datos son el resultado de investigaciones en ensayos

de materiales. Las bases de datos se dividen básicamente en dos categorías, numéricas y

literarias o de referencias bibliográficas. Dentro de las más importantes bases de datos están

el banco de datos de la ASTM, la NASA, etc. La selección de materiales con ayuda de estas

bases de datos, parte del conocimiento de las principales propiedades que se deben tener para

un fin específico. El programa pide entonces el valor aproximado de las propiedades que debe

tener el componente y lista uno o varios materiales que pueden servir.



5. ENSAYO DE MATERIALES: Examen o comprobación de una o más propiedades o

características de un material, producto, conjunto de observaciones, etc., que sirven para

formar un juicio sobre dichas características o propiedades. Se intenta de esta manera

simular las condiciones a las que va a estar expuesto un material cuando entre en

funcionamiento o en servicio.

Existen muchas formas de clasificar los tipos de ensayos que se realizan a los materiales, aquí

se presenta alguna de las más importantes:

A. CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYO:

A.1. Según la rigurosidad del ensayo.

Ensayos científicos: Se obtienen resultados que se refieren a los valores numéricos

de ciertas magnitudes físicas.

Ensayos tecnológicos: Se utilizan para comprobar si las propiedades de un

determinado material son adecuadas para una cierta utilidad. Ejemplo: Doblado,

plegado, forjado, embutición, soldadura, laminación, etc.

A.2. Según la naturaleza del ensayo.

Ensayos químicos: Permiten conocer la composición, tanto cualitativa como

cuantitativa del material.

Ensayos metalográficos: Consisten en analizar la estructura interna del material

mediante un microscopio.

Ensayos físicos: Se cuantifican, por ejemplo, la densidad, el punto de fusión, la

conductividad eléctrica.

Ensayos mecánicos: Mediante los que se determina la resistencia del material

cuando se somete a diferentes esfuerzos.

A.3. Según la utilidad de la pieza después de ser sometida al ensayo.

Ensayos destructivos: Se produce la rotura o un daño sustancial en la estructura del

material.

Ensayos no destructivos: Se analizan las grietas o defectos internos de una determinada

pieza sin dañar su estructura.

A.4. Según la velocidad de aplicación de las fuerzas.

Ensayos estáticos: La velocidad de aplicación de las fuerzas al material no influye

en el resultado del ensayo.

Durezas

Tracción

Compresión

Cizalladura

Flexión

Pandeo

Fluencia

Ensayos dinámicos: La velocidad de aplicación de las fuerzas al material juega un

papel decisivo en el resultado del ensayo.

Resistencia al choque Desgaste Fatiga



CAPITULO IV

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

El calor (Q) es una forma de energía que aparece como un flujo que se transmite entre dos

puntos que se encuentran a diferente temperatura. Así, la transmisión de calor estudia las

temperaturas y los flujos de calor en los procesos de transferencia térmica.

Esta transmisión de energía se produce desde las regiones de alta temperatura a las de baja

por medio de alguno de los mecanismos conocidos: conducción, convección o radiación.

1. LA CONDUCCIÓN: Se produce a través de la masa de los cuerpos, con lo que se caracteriza por

medio de una característica del material conocida como conductividad

térmica. Los átomos están juntos en el estado sólido, y aunque no pueden

moverse de un lado a otro, tienen movimiento vibracional que,

dependiendo de su magnitud, puede producir choques entre ellos. Es por

estos choques por los que hay transferencia de energía de los átomos

superiores energéticamente hacia los que tienen menos. De ahí que,

cuando se habla de conducción, se habla de transferencia de energía en

cuerpos sólidos. En un líquido es un tanto despreciable, y más bien la

transferencia se rige por otros mecanismos. En los gases, definitivamente

no se la considera. Se entiende, entonces, la diferencia entre los tres

mecanismos de transferencia de calor: el sistema sobre el que actúan.

Al inicio: 1 ≫ 2 (Transferencia de Calor)

Luego de un cierto tiempo: 1 > 2 (Transferencia de Calor)

Y cuando al fin se ha llegado al equilibrio: 1 = 2 (Equilibrio)

Para poder calcular la cantidad de energía que se transfiere de un lugar a otro se aplica, en el

caso de la conducción, la Ley de Fourier, que será explicada a continuación mediante un

ejemplo, en el que se tiene la transferencia unidimensional de conducción de calor en una

pared plana.



La dirección de la transferencia de calor es función de la variación de las temperaturas,

aunque siempre será perpendicular al área de transferencia, es decir, el calor es perpendicular

a las isotermas. Al decir unidimensional, significa que dicha transferencia sigue una única

dirección. Si se toma un volumen infinitesimal de la pared plana que se está analizando, se podrá

calcular la cantidad de energía que se transfiere de un lugar a otro.

Por otro lado, mediante experimentaciones se ha

logrado determinar que el flujo calórico es

directamente proporcional a la variación de

temperaturas e inversamente proporcional al

espesor del cuerpo:

Donde 𝑘 es la constante de conductividad térmica. Ésta es función de los materiales que participan en la conducción y, en algunos casos, de la temperatura.

Por tanto, las condiciones que se aplicarán son: Transferencia de calor unidireccional

Conductividad térmica constante

Área de transferencia constante

Estado Estacionario: Δ ≠ 𝑓 𝑡

No hay generación ni consumo de energía: = 0

No hay acumulación de energía: = +𝛥



2. LA CONVECCIÓN: Se produce en el contacto de un sólido y un fluido, debiéndose a la

existencia de dos mecanismos de transmisión, la conducción

y la advención. La conducción se debe al contacto entre

partículas, mientras que la advención, es la transmisión de

calor debida al movimiento de las partículas del fluido. Este

movimiento puede ser provocado tanto por la diferencia de

densidades que produce un gradiente de temperatura

(convección natural), y que provoca que el aire caliente suba

y el frío baje, como al debido a un accionamiento mecánico

(convección forzada), como con un ventilador. La

convención es la transferencia de energía en la que, además

de movimientos atómicos y moleculares, se genera por la formación de corrientes convectivas

dadas por la diferencia de densidades microscópica o macroscópicamente. Una diferencia de

temperaturas implica una diferencia de densidades, diferencias que a su vez generan

corrientes convectivas. Así, se notará que este mecanismo de transferencia de calor también

se produce a causa de una variación en la

temperatura.

En el caso de los fluidos, se habla de una capa

límite. Capa límite es la capa que se forma

entre el sólido (contenedor o recipiente) y el

líquido (fluido). Constituye una interferencia

en la transferencia de calor, y va de la

temperatura caliente (Tc) a la temperatura

ambiente (T∞), ya sea que la temperatura

caliente es mayor a la temperatura ambiente

o viceversa. El flujo calórico, por su parte,

siempre va de la temperatura caliente a la

temperatura fría (Tf).

Así, R es igual a la expresión 𝐿/𝑘 para la conducción unidimensional en una pared plana.



Existen dos tipos de convección: la convección natural y la convección forzada. En la

convección natural, la transferencia de energía se da por la variación de densidades que hay

en el fluido debido a la diferencia de temperaturas en distintos puntos. Convección forzada, en

cambio, es aquella que resulta de la presencia de dispositivos (agitadores, vientos

atmosféricos, bombas, ventiladores, dispersores, etc.) que ayudan a que se lleve a cabo la

convección.

Este mecanismo de trasferencia de energía también obedece a la ley

general de flujo, aunque en lugar de utilizarse la Ley de Fourier se emplea

la Ley de Newton.

Para la aplicación de la ley de Newton es necesario entender un término muy importante: coeficiente de transferencia de calor (hc), cuyo valor depende de las características y propiedades del fluido, sobre del tipo de fluido con el que se está trabajando, y de la geometría del sistema.

3. LA RADIACIÓN: Se produce por la emisión de radiación electromagnética que experimenta

todo cuerpo por encontrarse a una temperatura determinada. Y depende de una característica

del material conocida como emisividad y de una característica geométrica definida por el

problema y conocida como factor de forma.

A presiones bajas, casi al vacío, no se

habla de conducción sino más bien de

radiación que se da por medio de ondas

electromagnéticas. Este mecanismo de

transferencia de energía se genera debido a

ondas electromagnéticas, ya sea que exista

o no un fluido en su medio. Todos los

cuerpos sobre el 0 absoluto, emiten esta

clase de energía de radiación. Sin embargo,

el valor del flujo calórico en este

mecanismo de transferencia de energía es

apreciable a temperaturas mayores a

300℃, y 400℃ para el vapor de agua y el dióxido de carbono. Dentro de un circuito térmico, la

transferencia de calor por radiación se considera normalmente para fluidos como el agua o el

aire más que para sólidos, ya que los fluidos actúan como sustancias blancas mientras que

radiación a través de un sólido no es común.



Ecuaciones de Transferencia de Calor

CONDUCCIÓN (coordenadas planas)

Pared Plana:

Pared Plana en Serie:

Pared Plana en Paralelo:

𝑄 𝑇 𝑇

𝐿𝑘 𝐴

𝑄 𝑇 𝑇 𝑅

𝑅 𝐿

𝑘 𝐴

T1

T2 Q

A

𝐿

Q

𝑘

𝐿 𝐿 𝐿3

𝑘

T2 Q

A

Q

𝑘 𝑘3

T1 T3 T4

𝑄 𝑇 𝑇 𝐿

𝑘 𝐴

𝑇3 𝑇 𝐿

𝑘 𝐴

𝑇4 𝑇3𝐿3

𝑘 𝐴

𝑄 𝑇4 𝑇

𝑅 𝑅 𝑅3

𝑅 𝐿1

𝑘1 𝐴 𝑅

𝐿2

𝑘2 𝐴 𝑅3

𝐿3

𝑘3 𝐴

QT

Muro (1)

Muro (2)

𝑘

𝑘

A1

A2

𝐿

𝑄𝑇 𝑄 𝑄 𝑇 𝑇 𝐿

𝑘 𝐴

𝑇 𝑇 𝐿

𝑘 𝐴

𝑄 𝑇 𝑇 𝑅 𝑅

𝑅 𝑅

𝑅 𝐿1

𝑘1 𝐴1 𝑅

𝐿2

𝑘2 𝐴2

𝑄

𝑄

T1 T2

Recuerda Si: Tf – Tc ó T1 – T2: se considera el signo menos (–) en la ecuación. donde: Tf: temperatura fría Tc: Temperatura calienta



Pared plana compuesta

CONVECCIÓN - CONDUCCIÓN – CONVECCIÓN (coordenadas planas)

Pared Plana:

Pared Plana en Serie:

𝑘 𝑘

𝑘3

𝑘4

𝐿 𝐿 𝐿4

T1 T2

𝑄 𝑇 𝑇

𝑅 𝑅 𝑅3

𝑅 𝑅3 𝑅4

𝑅 𝐿1

𝑘1 𝐴1 𝑅

𝐿2

𝑘2 𝐴2 𝑅3

𝐿3

𝑘3 𝐴3 𝑅4

𝐿4

𝑘4 𝐴4

𝐿3

𝑄 𝑇∞ 𝑇∞

𝐴

𝐿

𝑘 𝐴

𝐴

𝑄 𝑇 𝑇

𝑅 𝑅 𝑅3

𝑅

ℎ1 𝐴 𝑅

𝐿

𝑘 𝐴 𝑅3

ℎ1 𝐴

𝑄 𝑇 𝑇∞

𝐴

𝑇 𝑇 𝐿

𝑘 𝐴

𝑇3 𝑇 𝐿

𝑘 𝐴

𝑇4 𝑇3𝐿3

𝑘 𝐴

𝑇∞ 𝑇4

𝐴


𝑅 𝑅 𝑅3 𝑅4 𝑅5

𝑅

ℎ1 𝐴 𝑅

𝐿1

𝑘1 𝐴 𝑅3

𝐿2

𝑘2 𝐴 𝑅4

𝐿3

𝑘3 𝐴 𝑅5

ℎ2 𝐴

𝑘

𝑘

T3 Q

A

𝐿

𝐿

Q T2 𝑇∞

𝑇∞

𝑇∞

𝑇∞

𝑇∞

𝐿

𝐿

𝐿

𝐿

𝐿3

𝐿

𝑘

𝑘

T2 Q

A

Q

𝑘

𝑘

𝑘3

𝑘

T1 T3 T4

k



Pared Plana en paralelo:

Pared plana compuesta

CONDUCCIÓN (coordenadas cilíndricas)

QT

Muro (1)

Muro (2)

𝑘

𝑘

A1

A2

𝐿


𝑅 𝑅 𝑅3

𝑅 𝑅3 𝑅4

𝑅

ℎ1 𝐴 𝑅

𝐿1

𝑘1 𝐴1 𝑅3

𝐿2

𝑘2 𝐴2 𝑅4

ℎ2 𝐴

𝑄

𝑄

T1

T2

𝑘 𝑘

𝑘3

𝑘4

𝐿 𝐿 𝐿4


𝑅 𝑅 𝑅3𝑅4

𝑅3 𝑅4 𝑅5 𝑅6

𝑅

ℎ1 𝐴 𝑅

𝐿1

𝑘1 𝐴1 𝑅3

𝐿2

𝑘2 𝐴2 𝑅4

𝐿3

𝑘3 𝐴3

𝑅5 𝐿3

𝑘3 𝐴4 𝑅6

ℎ2 𝐴

𝐿3

𝑇∞

𝑇∞

𝑇∞

𝑇∞

𝑄 𝑇 𝑇

𝐿𝑛 𝑟 𝑟

𝜋 𝐿 𝑘

𝑄 𝑇 𝑇 𝑅

𝑅 𝐿𝑛

𝑟 𝑟

𝜋 𝐿 𝑘



CONVECCIÓN – CONDUCCIÓN – CONVECCIÓN (coordenadas cilíndricas)

CAPAS MÚLTIPLES (coordenadas cilíndricas)

A continuación se muestra la tabla conteniendo las conductividades térmicas de los diferentes

materiales que se usan en la construcción

𝑇∞

𝑇∞


𝜋 𝑟 𝐿

𝐿𝑛

𝑟 𝑟

𝜋 𝐿 𝑘

𝜋 𝑟 𝐿

𝑄 𝑇 𝑇

𝑅 𝑅 𝑅3

𝑅

𝜋 𝑟1 𝐿 ℎ1 𝑅

𝐿𝑛 𝑟2𝑟1

𝜋 𝐿 𝑘 𝑅3

𝜋 𝑟2 𝐿 ℎ2


𝜋 𝑟 𝐿

𝐿𝑛

𝑟 𝑟

𝜋 𝐿 𝑘

𝐿𝑛 𝑟3𝑟

𝜋 𝐿 𝑘

𝐿𝑛 𝑟4𝑟3

𝜋 𝐿 𝑘3

𝜋 𝑟4 𝐿

𝑄 𝑇 𝑇

𝑅 𝑅 𝑅3 𝑅4 𝑅5

𝑅

𝜋 𝑟1 𝐿 ℎ1 𝑅

𝐿𝑛 𝑟2𝑟1

𝜋 𝐿 𝑘1 𝑅3=

𝐿𝑛 𝑟3𝑟2

𝜋 𝐿 𝑘2

𝑅4 𝐿𝑛

𝑟4𝑟3

𝜋 𝐿 𝑘3 𝑅5

𝜋 𝑟4 𝐿 ℎ2



Material Densidad (kg/m3)

Conductividad térmica(W/(m.K))



Acero 7850 47-58 Goma esponjosa 224 0,055 Agua 1000 0,58 Granito 2750 3 Aire 1,2 0,026 Hierro 7870 72

Alpaca 8,72 29,1 Hormigón 2200 1,4 Aluminio 2700 209-232 Hormigón de

cascote 1600-1800 0,75-0,93

Amianto 383-400 0,078-0,113 Láminas de fibra de madera

200 0,047

Arcilla refractaria

2000 0,46 Ladrillo al cromo

3000 2,32

Arena húmeda 1640 1,13 Ladrillo común 1800 0,8 Arena seca 1400 0,33-0,58 Ladrillo de

circonio 3600 2,44

Asfalto 2120 0,74-0,76 Ladrillo de magnesita

2000 2,68

Baldosas cerámicas

1750 0,81 Ladrillo de mampostería

1700 0,658

Baquelita 1270 0,233 Ladrillo de sílice 1900 1,070 Bitumen asfáltico

1000 0,198 Lana de vidrio 100-200 0,036-0,040

Bloques cerámicos

730 0,37 Latón 8550 81-116

Bronce 8000 116-186 Linóleo 535 0,081 Carbón

(antracita) 1370 0,238 Litio 530 301,2

Cartón - 0,14-0,35 Madera 840 0,13 Cemento

(duro) - 1,047 Madera de

abedul 650 0,142

Cinc 7140 106-140 Madera de alerce

650 0,116

Cobre 8900 372-385 Madera de arce 750 0,349 Corcho

(expandido) 120 0,036 Madera de

chopo 650 0,152

Corcho (tableros)

120 0,042 Madera de fresno

750 0,349

Espuma de poliuretano

40 0,029 Madera de haya 800 0,143

Espuma de vidrio

100 0,047 Madera de haya blanca

700 0,143

Estaño 7400 64 Madera de pino 650 0,163 Fibra de vidrio 220 0,035 Madera de pino

blanco 550 0,116

Fundición 7500 55,8 Madera de roble 850 0,209 Glicerina 1270 0,29 Mármol 2400 2,09

Goma dura 1150 0,163 Mica 2900 0,523 Mortero de cal y

cemento 1900 0,7



PROBLEMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

1. Considere una pared gruesa de 3m de alto, 5 m de ancho y 0.3 m de espesor, cuya

conductividad térmica es k = 0.9 W/m.ºC. Cierto día se miden las temperaturas de las

superficies interior y exterior de esa pared y resultan ser de 16ºC y 2ºC, respectivamente.

Determine la razón de la perdida de calor a través de la pared en ese día.

2. Se determina que el flujo de calor a través de una tabla de madera de 50 mm de espesor es

de 40 W/m2 cuyas temperaturas sobre la superficie interna y externa son 40 y 20ºC

respectivamente ¿Cuál es la conductividad térmica de la madera?

3. Una habitación a la temperatura de 19ºC está separada del exterior a 4ºC

por un muro de 15 cm de espesor, 2.5x3.5 m2 de área, y k = 1

ℎ

a) ¿Qué potencia en kW atraviesa el muro?

b) ¿Cuál debe ser el espesor de una capa aislante de conductividad k =

0,035

ℎ para reducir el flujo en un factor de 5?

c) Comente su respuesta

4. Considere una pared de ladrillos de 3 m x 6 m y 0.3 m de espesor, cuya conductividad

térmica es k = 0.8 W/m.ºC. En cierto día se miden las temperaturas de las superficies

interior y exterior de esa pared y resultan ser de 14ºC y 2ºC, respectivamente. Determine

la razón de la perdida de calor a través de la pared en ese día.

5. Dos ambientes A y B de grandes dimensiones están separadas por una pared de ladrillo

k=1.2 W/m.ºC de 12 cm de espesor la temperatura externa del ladrillo en el ambiente B es

de 120ºC y la temperatura del aire y sus alrededores del mismo ambiente es de 30ºC la

transferencia de calor por convección libre del ambiente B es de 20 W/m2 ºC, encontrar la

temperatura de la superficie interna del ladrillo en el ambiente A.





Mortero de cemento

2100 1,4 Plomo 11340 35

Mortero de vermiculita

300-650 0,14-0,26 Poliestireno 1050 0,157

Mortero de yeso

1000 0,76 Porcelana 2350 0,81

Mortero para revoques

1800-2000 1,16 Serrín 215 0,071

Níquel 8800 52,3 Tierra de diatomeas

466 0,126

Oro 19330 308,2 Tejas cerámicas 1650 0,76 Pizarra 2650 0,42 Vermiculita

expandida 100 0,07

Placas de yeso 600-1200 0,29-0,58 Vermiculita suelta

150 0,08

Plata 10500 418 Vidrio 2700 0,81 Plexiglás 1180 0,195 Yeso 1800 0,81



6. Un carpintero construye una pared. Hacia el exterior coloca una lámina de madera

(k=0.08 W/m. K) de 2 cm de espesor y hacia el interior una capa de espuma aislante

(k=0.01 W/mK) de 3,5 cm de espesor. La temperatura de la superficie interior es de 19ºC,

y la exterior es –10 ºC. Calcular: a) la temperatura en la unión entre la madera y la

espuma, b) la razón de flujo de calor por m2 a través de esta pared.

7. Uno de los sellados verticales de separación con el exterior de cierto edificio posee la

siguiente composición:

Composición Densidad (kg/ m3)

espesor (mm)

K (W/(m.ºC)

Guarnecido y enlucido interior de yeso 20 0.30 Tabique de ladrillo hueco formato métrico 90 0.49 Panel rígido de polietileno expandido 15 50 0.039 Raseo de cemento hidrófugo 15 1.40 Muro de un pie de ladrillo perforado cara vista 240 0.76

La temperatura interior de diseño es de 19ºC y la temperatura exterior de -3.4ºC siendo los

coeficientes de transmisión superficial exterior e interior de 9.1 y 6.9 W/(m2ºC)

respectivamente. Determinar la distribución de temperaturas y las pérdidas de calor por

unidad de superficie.

6. Calcular la cantidad de calor que se transmite a través de una ventana de 2 m2 de

superficie y espesor 0,5 cm. Temperatura interior de la casa 20 ºC, la temperatura exterior

(medio ambiente) es de 5 °C, los coeficientes de transferencia de calor por convección

para el interior y exterior de la casa son: h=9 W/m2.ºC y h=15 W/m2.ºC respectivamente.

(conductividad del vidrio: k = 0.2 W/ m. °C)

7. Considere una ventana de vidrio de 0.8m de alto y 1.5m de ancho, con un espesor de 8 mm

y una conductividad térmica de k = 0.78 W/m.ºC. Determine la razón de calor a través de

esta ventana de vidrio y la temperatura de su superficie interior para un día durante el

cual el cuarto se mantiene a 20ºC, en tanto que la temperatura del exterior es de -10ºC.

Tome los coeficientes de transferencia de calor por convección de la parte interior y

exterior del cuarto como h=10 W/m2. ºC y h=40 W/m2. ºC.

8. Considere una ventana de hoja doble de 0.8m de alto y 1.5m de ancho que consta de dos

capas de vidrio de 4 mm de espesor (k = 0.78 W/m. ºC) separadas por un espacio de aire

estancado de 10 mm de ancho (k = 0.026 W/m. ºC). Determine la razón de transferencia

de calor a través de la ventana de hoja doble y la temperatura en la superficie interior para

un día durante el cual el cuarto se mantiene a 20ºC, en tanto que la temperatura del

exterior es de -10ºC. Tome los coeficientes de transferencia de calor por convección de la

parte interior y exterior del cuarto como h=10 W/m2. ºC y h=40 W/m2. ºC.

9. Considérese un muro compuesto por dos capas cuyas características son las siguientes:

□ Capa 1: espesor 0.4 m, conductividad: k1 = 0.9(1 + 0.006 T) [W /m·K]

□ Capa 2: espesor 0.05 m, conductividad: k2 = 0.04 W /m·K



Y sometido a un flujo solar en la cara exterior de 300 W/m², esta cara se encuentra en

contacto con aire a 40°C (Coeficiente convectivo exterior 10 W/m²K). La cara interior se

encuentra en contacto con aire a 20°C (Coeficiente convectivo interior 5 W/m²K).Calcular:

a) Flujo de calor por unidad de área que atraviesa el muro.

b) Temperatura en las dos superficies extremas y en la interfase entre las doscapas

10. El vidrio de una ventana tiene un espesor de 8 mm área de 1,5 m2. Si

la temperatura en el interior de la casa es de 22ºC y en el exterior

de 6ºC, se pide:

a) Determinar es el flujo de calor perdido a través del vidrio

b) Si se sustituye esta ventana por otra de doble vidrio de 4 mm y

una cámara de aire entre ellas de 6mm (5 W/m²K) ¿Cuál es el nuevo

flujo de calor y el ahorro energético que supondría?

11. El muro de una cámara frigorífica de conservación de productos congelados consta de:

Revoco de cemento de 2 cm de espesor (k = 0,93 W/m.°C)

Ladrillo macizo de 1 pie (k = 0,7 W/m°C)

Corcho expandido (k = 0,058 W/m.°C)

Ladrillo hueco de 7 cm de espesor (k = 1,28 W/m.°C)

Revoco de cemento de 2 cm de espesor (k = 0,93 W/m.°C)

La temperatura del aire interior de la cámara es – 25°C y la del aire exterior 30°C.Si las

pérdidas de calor del muro de la cámara han de ser inferiores a 11 W/m2, determinar:

a) El espesor de aislamiento (corcho) que debe colocarse.

b) La distribución de temperaturas en el muro.

Se tomarán como coeficientes de transmisión de calor por convección exterior e interior

23.26 y 13.96 W/m2.°C, respectivamente.

12. Considere una casa de ladrillos calentada eléctricamente (K=0.35 Btu/h. ft. ºF) cuyas

paredes tiene 9 ft de alto y 1 ft de espesor. Dos de las paredes tienen 50 ft de largo y las

otras 35 ft. La casa se mantiene a 70 ºF en todo momento, en tanto que la temperatura

exterior varía. En cierto día se mide la temperatura de la superficie interior de las paredes

y resulta ser de 55ºF, en tanto que se observa que la temperatura promedio de la

superficie exterior permanece en 45 ºF durante el día por 10h, y en 35ºF en la noche por

14h. Determine la cantidad de calor perdido por la casa ese día. También determine el

costo de esa pérdida de calor para el propietario, si el precio de la electricidad es de

0.09dolares/kWh.

13. El aire de un local acondicionado se encuentra a una temperatura de 20°C, La cara

interior del muro tiene un coeficiente de película de hint = 3 W/m²K y en su cara exterior

intercambia calor por convección con el aire ambiente a 10°C (el coeficiente de película

exterior puede considerarse de hext = 10 W/m²K). Calcular la pérdida de calor en toda la



habitación. ¿Qué recomendaría Ud, para disminuir la pérdida de calor en un 80%?. La

composición del muro exterior es:

14. Una pared de 4m de alto y 6m de ancho consiste en

ladrillos con una sección transversal horizontal de 18 cm

x 30 cm (k=0.72W/m.ºC) separados por capas de mezcla

(k=0.22W/m.ºC) de 3cm de espesor. También se tienen

capas de mezcla de 2 cm de espesor sobre cada lado de la

pared y una espuma rígida (k=0.026W/m.ºC) de 2 cm de

espesor sobre el lado interior de la misma. Las

temperaturas en el interior y el exterior son de 22 ºC y –

4 ºC y los coeficientes de transferencia de calor por

convección sobre los lados interior y exterior son h1 =

10W/m2.ºC y h2 = 20W/m2.ºC, respectivamente. Si se

supone una transferencia en una solo dirección y se

descarta la radiación, determine la razón de la

transferencia de calor a través de la pared.

15. Una pared compuesta está constituida por capas de materiales diferentes tal y como se

indica en la figura. Las superficies extremas se encuentran bañadas por fluidos a 800°C y a

20°C, con coeficientes convectivos de 17,4 W/m2.K y 11,6 W/m2.K, respectivamente,

calcular:

a) El calor transmitido por unidad de tiempo a través de la pared.

b) La distribución de temperaturas en ella.

c) Calor transmitido en la unidad de tiempo a través de los materiales B, C y D.

Las conductividades térmicas de los diferentes materiales son las siguientes:

kA = 1,37 W/m.K ; kB = 0,69 W/m.K ; kC = 0,8 W/m.K ;kD = 0,93 W/m.K; kE= 0,067

W/m.K.

1.5 cm

30 cm

1.5 cm

2cm

18 cm

2cm2cm

Espuma

Ladrillo

Mezcla



16. Un tubo de cobre de 20 mm de diámetro es utilizado para transportar agua caliente. a) Cuanto pierde por convección al ambiente, por m de longitud, si la superficie exterior

del tubo está a 80ºC, el ambiente exterior a 20ºC y h=6W/(m2.K).

b) Si el tubo es aislado y el espesor es de 1 mm, ¿Cuál debe ser la temperatura en la cara

interna del tubo?

17. Un tubo de vapor se cubre con material aislante de 0.5 cm de espesor y 0.2 cal/(s cm ºC)

de conductividad térmica. Inicialmente ¿Cuánto calor se pierde por segundo si el tubo está

a 120º C y el aire circundante a 20º C? El tubo tiene un perímetro de 20 cm y una longitud

de 50 cm. Ignore las pérdidas por los extremos del tubo. Analice la conveniencia o no de

usar la relación dada para superficies planas. Estrictamente, debería usar la ecuación

diferencial para la tasa conducción de calor e integrar para un conjunto de capitas

superpuestas, cada una de forma cilíndrica y muy delgadita.

18. Por el interior de una tubería de acero, de 17 cm de diámetro exterior y 15 cm de

diámetro interior (conductividad térmica 15 kcal/h·m°C), circula vapor saturado a 60

kgf/cm2 de presión (T = 274°C) atravesando un local que se encuentra a 21ºC. Los

coeficientes de película exterior e interior son 10 y 2.000 kcal/h·m2°C respectivamente.

Calcular:

a) Flujo de calor por unidad de longitud.

b) Espesor de aislante (lana de roca de conductividad térmica 0,048 kcal/h.mºC)

necesario para reducir el flujo de calor a la tercera parte.

19. Una tubería de acero de 36 cm de diámetro exterior, 34 cm de diámetro interior y

conductividad térmica 40 kcal/h.mºC, transporta fueloil a 50 ºC a través de un local que se

encuentra a 10 ºC. Con objeto de mantener constante la temperatura del fueloil, se rodea

la tubería con una aislante de 1 cm de material de conductividad térmica 200 kcal/h.mºC.

Calcular la distribución de temperatura en la tubería y en la resistencia. Los coeficientes

de película en el exterior e interior de la tubería son 15 y 45kcal/h.m2ºC respectivamente.

20. Un tubo desnudo normalizado de 25 mm, con una temperatura superficial de 175ºC se

coloca en aire a 30ºC. El coeficiente de película entre la superficie y el aire es de 4,9

W/m2ºC. Se desea reducir las pérdidas de calor al 50% mediante la colocación de un

aislante de K=0.15 W/mºC. Si la temperatura superficial de la tubería y el coeficiente de

película permanecen constantes al añadir el aislante, calcular el espesor necesario. ¿Tiene

este espesor un valor aceptable desde el punto de vista económico? Coeficiente de

conductividad del tubo K = 48 W/mºC.

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CAPITULO V

MATERIALES PÉTREOS NATURALES: ROCAS

1. ORIGEN. COMPOSICIÓN QUÍMICA Y MINERALÓGICA: El origen de las rocas data de millones

de años, tantos como tiene la corteza terrestre. La formación de las rocas se explica a través de

diferentes fenómenos geológicos que se producen, lo que genera modificaciones de la corteza

terrestre. Estos fenómenos comprenden desde aquellos que se generan a determinadas

profundidades en el interior de la corteza terrestre, hasta otros que son provocados por

agentes ambientales atmosféricos. La corteza terrestre y las rocas están constituidas en

primer término por elementos químicos. Entre ellos destaca notablemente el oxígeno (47 %),

que es el elemento mayoritario en la corteza terrestre. El silicio (28 %) también destaca y el

resto presentan porcentajes inferiores. Los elementos químicos se encuentran combinados

con el oxígeno, dando lugar a unos compuestos químicos denominados óxidos. La

composición de la corteza terrestre también se puede expresar considerando la participación

de dichos óxidos. Entre ellos destaca el anhídrido silícico (60 %) y el óxido de aluminio (16

%). Sólo un grupo reducido de elementos químicos son los componentes mayoritarios de la

corteza terrestre y en definitiva de las rocas. Los elementos químicos se combinan formando

asociaciones más complejas, las cuales dan lugar a compuestos que a su vez constituyen los

minerales.

MINERALES: Sustancias naturales sólidas, casi siempre de naturaleza inorgánica,

físicamente homogéneas, con composición química característica. Son formadas a partir

de procesos físico – químicos que se producen entre los elementos químicos

constituyentes de la corteza terrestre.

ROCA: Agregado mineral natural de composición y estructura más o menos determinada,

que es producto de los procesos geológicos y que forma en la corteza terrestre cuerpos

independientes.

2. CICLO GEOLÓGICO EN LA CORTEZA TERRESTRE: La materia que constituye la corteza

terrestre está sometida a continuos procesos de transformación de naturaleza exógena o/y

endógena. Estos procesos determinan cambios significativos en la composición, constitución y

propiedades de las rocas. Mediante procesos de naturaleza endógena, el magma contenido en

el interior de la corteza terrestre se enfría y consolida para formar las rocas ígneas. El

enfriamiento del magma no se realiza para todas las rocas en las mismas condiciones, por lo

que podemos distinguir tres tipos de rocas ígneas: plutónicas, filoneanas y eruptivas. Las

rocas ígneas se alteran y deterioran fragmentándose, disgregándose y pulverizándose debido

a la acción de agentes ambientales atmosféricos (lluvia, viento, hielo, temperaturas extremas,

etc.). Fenómenos de transporte ambientales como el aire o el agua de los ríos, trasladan los

fragmentos o partículas de las rocas hasta lugares donde geográficamente su sedimentación o

asentamiento es adecuado. Así se forman las rocas sedimentarias. Este asentamiento se

realiza a través de diferentes vías, distinguiendo cuatro tipos de rocas sedimentarias: rocas de

origen mecánico, rocas de origen químico, rocas de origen orgánico y rocas de origen

volcánico. Las rocas sedimentarias, en el interior de la corteza terrestre a temperaturas

elevadas y grandes presiones, se transforman en rocas metamórficas. Se produce una



transformación de rocas ya existentes, hay una evolución posterior de la composición

mineralógica y un cambio en la estructura de las rocas.

3. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS:

Las propiedades de las rocas se pueden distinguir en el siguiente esquema:



A. ROCAS ÍGNEAS O ERUPTIVAS O MAGMÁTICAS: Son las primigenias, porque alguna vez se

encontraron en estado de magma fundido, y al caer la temperatura de fusión llegaron a

consolidarse y cristalizarse.



B. ROCAS SEDIMENTARIAS: Su origen está en la descomposición de los productos de la litosfera

pre – existente, vale decir de las rocas ígneas, metamórficas y también de otras rocas

sedimentarias predecesoras, las que resultan retrabajadas.



C. ROCAS METAMÓRFICAS: Son las que han sufrido una serie de efectos en su estructura

original hasta destruirse, o han sufrido cambios en su carácter mineralógico para adquirir un

nuevo aspecto textural.



CAPITULO VI

AGREGADOS

1. DEFINICIÓN: Generalmente se entiende por "agregado" a

la mezcla de arena y piedra de granulometría variable. El

concreto es un material compuesto básicamente por

agregados y pasta cementicia, elementos de

comportamientos bien diferenciados: Se define como

agregado al conjunto de partículas inorgánicas de origen

natural o artificial cuyas dimensiones están comprendidas

entre los límites fijados en la NTP 400.011. Los agregados

son la fase discontinua del concreto y son materiales que

están embebidos en la pasta y que ocupan

aproximadamente el 75% del volumen de la unidad cúbica de concreto. Los agregados son

materiales inorgánicos naturales o artificiales que están embebidos en los aglomerados

(cemento, cal y con el agua forman los concretos y morteros). L os agregados generalmente se

dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o

manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados

gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152

mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25

mm. Los agregados conforman el esqueleto granular del concreto y son el elemento

mayoritario ya que representan el 80-90% del peso total de concreto, por lo que son

responsables de gran parte de las características del mismo. Los agregados son generalmente

inertes y estables en sus dimensiones. La pasta cementicia (mezcla de cemento y agua) es el

material activo dentro de la masa de concreto y como tal es en gran medida responsable de la

resistencia, variaciones volumétricas y durabilidad del concreto. Es la matriz que une los

elementos del esqueleto granular entre sí. Cada elemento tiene su rol dentro de la masa de

concreto y su proporción en la mezcla es clave para lograr las propiedades deseadas, esto es:

trabajabilidad, resistencia, durabilidad y economía.

2. CLASIFICACIÓN: Existen varias formas de clasificar a los agregados, algunas de las cuales son:

2.1. POR SU NATURALEZA: Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales

de uso frecuente, además los agregados utilizados en el concreto se pueden clasificar en:

agregado grueso, fino y hormigón (agregado global).

a. El agregado fino: Se define como aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido en la malla

N°200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las rocas.

b. El agregado grueso: Es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la

desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava.

c. El hormigón: Es el material conformado por una mezcla de arena y grava este material

mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la corteza terrestre y

se emplea tal cual se extrae en la cantera.



2.2. POR SU DENSIDAD: Se pueden clasificar en agregados de peso especifico normal

comprendidos entre 2.50 a 2.75, ligeros con pesos específicos menores a 2.5, y agregados

pesados cuyos pesos específicos son mayores a 2.75.

2.3. POR EL ORIGEN, FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL: Por naturaleza los agregados tienen

forma irregularmente geométrica compuestos aleatoriamente por caras redondeadas y

angularidades. En términos descriptivos la forma de los agregados pueden ser:

a. Angular: Poca evidencia de desgaste en caras y bordes.

b. Sub angular: Evidencia de algo de desgaste en caras y bordes.

c. Sub redondeada: Considerable desgaste en caras y bordes.

d. Redondeada: Bordes casi eliminados.

e. Muy Redondeada: Sin caras ni bordes

2.4. POR EL TAMAÑO DEL AGREGADO: Según su tamaño, los agregados para concreto son

clasificados en: Agregados finos (arenas), Agregados gruesos (piedras).

El tamiz que separa un agregado grueso de uno fino es el de 4,75 mm. Es decir, todo agregado

menor a 4,75 mm es un agregado fino (arena). La arena o árido fino es el material que resulta

de la desintegración natural de las rocas o se obtiene de la trituración de las mismas, y cuyo

tamaño es inferior a los 5mm. Para su uso se clasifican las arenas por su tamaño. A tal fin se

les hace pasar por unos tamices que van reteniendo los granos más gruesos y dejan pasar los

más finos.

Arena fina: es la que sus granos pasan por un tamiz de mallas de 1mm de diámetro y son

retenidos por otro de 0.25mm.

Arena media: es aquella cuyos granos pasan por un tamiz de 2.5mm de diámetro y son

retenidos por otro de 1mm.

Arena gruesa: es la que sus granos pasan por un tamiz de 5mm de diámetro y son

retenidos por otro de 2.5mm.

Las arenas de granos gruesos dan, por lo general, morteros más resistentes que las finas, si

bien tienen el inconveniente de necesitar mucha pasta de conglomerante para rellenar sus

huecos y será adherente. En contra partida, el mortero sea plástico, resultando éste muy

poroso y poco adherente. El hormigón es un material formado por cemento, áridos de

diferentes granulometrías, agua y aditivos que, mezclado en diferentes proporciones, permite

obtener el hormigón que es distribuido en camiones hormigoneras. Es un material vivo, no

almacenable, ya que su tiempode uso se limita a 90 minutos; a partir de los cuales el

hormigón pierde sus propiedades. Las características especiales de este material obligan a

fabricar bajo pedido, adecuando la producción a la situación geográfica, al horario y ritmo de

cada obra, debiendo optimizar los recursos para ofrecer no sólo un producto de calidad sino



un buen servicio al cliente. Cualquiera sea el tipo de material utilizado, sus partículas deben

ser duras y resistentes, ya que el concreto, como cualquier otro material se romperá por su

elemento más débil. Si el agregado es de mala calidad sus partículas se romperán antes que la

pasta cementicia, o el mortero.

a. Agregado Fino: Un agregado fino con partículas de forma redondeada y textura suave ha

demostrado que requiere menos agua de mezclado, y por lo tanto es preferible en los HAD.

Se acepta habitualmente, que el agregado fino causa un efecto mayor en las proporciones de

la mezcla que el agregado grueso.- Los primeros tienen una mayor superficie específica y

como la pasta tiene que recubrir todas las superficies de los agregados, el requerimiento de

pasta en la mezcla se verá afectado por la proporción en que se incluyan éstos. Una óptima

granulometría del árido fino es determinante por su requerimiento de agua en los HAD, más

que por el acomodamiento físico. La experiencia indica que las arenas con un módulo de

finura ( MF ) inferior a 2.5 dan hormigones con consistencia pegajosa, haciéndolo difícil de

compactar. Arenas con un módulo de finura de 3.0 han dado los mejores resultados en cuanto

a trabajabilidad y resistencia a la compresión.

b. Agregado Grueso: Numerosos estudios han demostrado que para una resistencia a la

compresión alta con un elevado contenido de cemento y baja relación agua-cemento el

tamaño máximo de agregado debe mantenerse en el mínimo posible (12,7 a 9,5). En

principio el incremento en la resistencia a medida que disminuye el tamaño máximo del

agregado se debe a una reducción en los esfuerzos de adherencia debido al aumento de la

superficie específica de las partículas. Se ha encontrado que la adherencia a una partícula de

76 mm. es apenas un 10% de la correspondiente a una de 12,5 mm., y que excepto para

agregados extremadamente buenos o malos, la adherencia es aproximadamente entre el 50 a

60% de la resistencia de la pasta a los 7 días. Las fuerzas de vínculo dependen de la forma y

textura superficial del agregado grueso, de la reacción química entre los componentes de la

pasta de cemento y los agregados. Otro aspecto que tiene que ver con el tamaño máximo del

agregado es el hecho de que existe una mayor probabilidad de encontrar fisuras o fallas en

una partícula de mayor tamaño provocadas por los procesos de explotación de las canteras

(dinamitado) y debido a la reducción de tamaño (trituración), lo cual lo convertirá en un

material indeseable para su utilización en concreto. También se considera que la alta

resistencia producida por agregados de menor tamaño se debe a una baja en la concentración

de esfuerzos alrededor de las partículas, la cual es causada por la diferencia de los módulos

elásticos de la pasta y el agregado Se ha demostrado que la grava triturada produce

resistencias mayores que la redondeada. Esto se debe a la trabazón mecánica que se

desarrolla en las partículas angulosas. Sin embargo se debe evitar una angulosidad excesiva

debido al aumento en el requerimiento de agua y disminución de la trabajabilidad a que esto

conlleva. El agregado ideal debe ser limpio, cúbico, anguloso, triturado 100%, con un mínimo

de partículas planas y elongadas.

3. FUNCIONES DEL AGREGADO EN EL CONCRETO: El agregado dentro del concreto cumple

principalmente las siguientes funciones:



a. Como esqueleto o relleno adecuado para la pasta (cemento y agua), reduciendo el contenido

de pasta en el metro cúbico.

b. Proporciona una masa de partículas capaz de resistir las acciones mecánicas de desgaste o de

intemperismo, que puedan actuar sobre el concreto.

c. Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento,

de humedecimiento y secado o de calentamiento de la pasta.

Los agregados finos son comúnmente identificados por un número denominado Módulo de

finura, que en general es más pequeño a medida que el agregado es más fino. La función de los

agregados en el concreto es la de crear un esqueleto rígido y estable lo que se logra

uniéndolos con cemento y agua (pasta). Cuando el concreto está fresco, la pasta también

lubrica las partículas de agregado otorgándole cohesión y trabajabilidad a la mezcla. Para

cumplir satisfactoriamente con estas funciones la pasta debe cubrir totalmente la superficie

de los agregados Si se fractura una piedra, como se observa en la figura, se reducirá su tamaño

y aparecerán nuevas superficies sin haberse

modificado el peso total de piedra. Por la misma

razón, los agregados de menor tamaño tienen

una mayor superficie para lubricar y

demandarán mayor cantidad de pasta. En

consecuencia, para elaborar concreto es

recomendable utilizar el mayor tamaño de

agregado compatible con las características de la

estructura.

La textura del material, dice que tan lisa o rugosa es la superficie del material es una

característica ligada a la absorción pues agregados muy rugosos tienen mayor absorción que

los lisos además que producen concretos menos plásticos Los agregados finos y gruesos

ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e

influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y endurecido, en las

proporciones de la mezcla, y en la economía. Los agregados finos comúnmente consisten en

arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los

agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado

cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y

38mm. Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, río, lago o

lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola,

guijarros, o grava de gran tamaño. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada

también se utiliza como agregado grueso o fino. El esqueleto granular está formado por los

agregados que son elementos inertes, generalmente más resistentes que la pasta cementicia y

además económicos. Por lo tanto conviene colocar la mayor cantidad posible de agregados

para lograr un concreto resistente, que no presente grandes variaciones dimensionales y sea

económico. Pero hay un límite en el contenido de agregados gruesos dado por la

trabajabilidad del concreto. Si la cantidad de agregados gruesos es excesiva la mezcla se

volverá difícil de trabajar y habrá una tendencia de los agregados gruesos a separarse del



mortero (segregación). Llegado este caso se suele decir que el concreto es "áspero",

"pedregoso" y "poco dócil". En el concreto fresco, es decir recién elaborado y hasta que

comience su fraguado, la pasta cementicia tiene la función de lubricar las partículas del

agregado, permitiendo la movilidad de la mezcla. En este aspecto también colabora el

agregado fino (arena).

La arena debe estar presente en una cantidad mínima que permita una buena trabajabilidad y

brinde cohesión a la mezcla. Pero no debe estar en exceso porque perjudicará las resistencias.

Se debe optimizar la proporción de cada material de forma tal que se logren las propiedades

deseadas al mismo costo. El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una

fuente factible de agregados y una realidad económica donde escaseen agregados de calidad.

Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril óptimo:

deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos

químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar

la hidratación y la adherencia la pasta del cemento. Las partículas de agregado que sean

desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregados que

contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales

suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene

baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como

erupciones.

4. PROPIEDADES

4.1. GRANULOMETRÍA: La granulometría es la distribución

de los tamaños de las partículas de un agregado tal

como se determina por análisis de tamices (norma

ASTM C 136). El tamaño de partícula del agregado se

determina por medio de tamices de malla de alambre

aberturas cuadradas. Los siete tamices estándar ASTM

C 33 para agregado fino tiene aberturas que varían

desde la malla No. 100(150 micras) hasta 9.52 mm. Los

números de tamaño (tamaños de granulometría), para

el agregado grueso se aplican a las cantidades de

agregado (en peso), en porcentajes que pasan a ravés de

un arreglo de mallas. Para la construcción de vías

terrestres, la norma ASTM D 448 enlista los trece números de tamaño de la ASTM C 33, más

otros seis números de tamaño para agregado grueso. La arena o agregado fino solamente

tiene un rango de tamaños de partícula. La granulometría y el tamaño máximo de agregado

afectan las proporciones relativas de los agregados así como los requisitos de agua y cemento,

la trabajabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción.

a. GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS FINOS: Depende del tipo de trabajo, de la riqueza

de la mezcla, y el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas más pobres, o cuando se

emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometría que más se aproxime al



porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo más conveniente para lograr una buena

trabajabilidad. En general, si la relación agua ± cemento se mantiene constante y la relación de

agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de

granulometría sin tener un efecto apreciable en la resistencia. Entre más uniforme sea la

granulometría, mayor será la economía. Estas especificaciones permiten que los porcentajes

mínimos (en peso) del material que pasa las mallas de 0.30mm (No. 50) y de 15mm (No. 100)

sean reducidos a 15% y 0%, respectivamente, siempre y cuando:

El agregado que se emplee en un concreto que contenga más de 296 Kg de cemento por

metro cubico cuando el concreto no tenga inclusión de aire.

Que el módulo de finura no sea inferior a 2.3 ni superior a 3.1, el agregado fino se deberá

rechazar a menos de que se hagan los ajustes adecuados en las proporciones el agregado

fino y grueso.

Las cantidades de agregado fino que pasan las mallas de 0.30 mm (No. 50) y de 1.15 mm (No.

100), afectan la trabajabilidad, la textura superficial, y el sangrado del concreto. El módulo de

finura (FM) del agregado grueso o del agregado fino se obtiene, conforme a la norma ASTM C

125, sumando los porcentajes acumulados en peso de los agregados retenidos en una serie

especificada de mallas y dividiendo la suma entre 100.

El módulo de finura es un índice de la finura del agregado entre mayor sea el modo de finura,

más grueso será el agregado. El módulo de finura del agregado fino es útil para estimar las

proporciones de los de los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto.

b. GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS GRUESOS: El tamaño máximo del agregado grueso

que se utiliza en el concreto tiene su fundamento en la economía. Comúnmente se necesita

más agua y cemento para agregados de tamaño pequeño que para tamaños mayores, para

revenimiento de aproximadamente 7.5 cm para un amplio rango de tamaños de agregado

grueso. El número de tamaño de la granulometría (o tamaño de la granulometría). El número

de tamaño se aplica a la cantidad colectiva de agregado que pasa a través de un arreglo de

mallas. El tamaño máximo nominal de un agregado, es el menor tamaño de la malla por el

cual debe pasar la mayor parte del agregado. La malla de tamaño máximo nominal, puede

retener de 5% a 15% del agregado dependiendo del número de tamaño. Por ejemplo, el

agregado de número de tamaño 67 tiene un tamaño máximo de 25 mm y un tamaño máximo

nominal de 19 mm. De noventa a cien por ciento de este agregado debe pasar la malla de 19

mm y todas sus partículas deberán pasar la malla 25 mm. Por lo común el tamaño máximo de

las partículas de agregado no debe pasar:

Un quinto de la dimensión más pequeña del miembro de concreto.

Tres cuartos del espaciamiento libre entre barras de refuerzo.

Un tercio del peralte de las losas.



c. AGREGADO CON GRANULOMETRÍA DISCONTINUA: Consisten en solo un tamaño de

agregado grueso siendo todas las partículas de agregado fino capaces de pasar a través de los

vacíos en el agregado grueso compactado. Las mezclas con granulometría discontinua se

utilizan para obtener texturas uniformes en concretos con agregados expuestos. También se

emplean en concretos estructurales normales, debido a las posibles mejoras en densidad,

permeabilidad, contracción, fluencia, resistencia, consolidación, y para permitir el uso de

granulometría de agregados locales. Para un agregado de 19.0 mm de tamaño máximo, se

pueden omitir las partículas de 4.75 mm a 9.52 mm sin hacer al concreto excesivamente

áspero o propenso a segregarse. En el caso del agregado de 38.1 mm, normalmente se omiten

los tamaños de 4.75 mm a 19.0 mm. Una elección incorrecta, puede resultar en un concreto

susceptible de producir segregación o alveolado debido a un exceso de agregado grueso o en

un concreto de baja densidad y alta demanda de agua provocada por un exceso de agregado

fino. Normalmente el agregado fino ocupa del 25% al 35% del volumen del agregado total.

Para un acabado terso al retirar la cimbra, se puede usar un porcentaje de agregado fino

respecto del agregado total ligeramente mayor que para un acabado con agregado expuesto,

pero ambos utilizan un menor contenido de agregado fino que las mezclas con granulometría

continúa. El contenido de agregado fino depende del contenido del cemento, del tipo de

agregado, y de la trabajabilidad. Para mantener la trabajabilidad normalmente se requiere de

inclusión de aire puesto que las mezclas con granulometría discontinua con revenimiento

bajo hacen uso de un bajo porcentaje de agregado fino y a falta de aire incluido producen

mezclas ásperas. Se debe evitar la segregación de las mezclas con granulometría discontinua,

restringiendo el revenimiento al valor mínimo acorde a una buena consolidación. Este puede

variar de cero a 7.5 cm dependiendo del espesor de la sección, de la cantidad de refuerzo, y de

la altura de colado. Si se requiere una mezcla áspera, los agregados con granulometría

discontinua podrían producir mayores resistencias que los agregados normales empleados

con contenidos de cemento similares. Sin embargo, cuando han sido proporcionados

adecuadamente, estos concretos se consolidan fácilmente por vibración.

d. ÁRIDOS DE GRANULOMETRÍA CONTINUA – MÍNIMOS VACÍOS: Para esto las

granulometrías deben ser "continuas",

es decir que no debe faltar ningún

tamaño intermedio de partícula. La

pasta cementicia debe recubrir todas

las partículas de agregado para

"lubricarlas" cuando el concreto está

fresco y para unirlas cuando el concreto

está endurecido. Por lo tanto, cuanto

mayor sea la superficie de los

agregados mayor será la cantidad de

pasta necesaria (Figura).



Se ve que el tamaño máximo debe ser el mayor posible, esto es el máximo compatible con la

estructura. Por ejemplo: para un tabique será de 19mm, para un pavimento 50 mm, para el

concreto en masa de una presa 120mm.

4.2. MODULO DE FINURA: Criterio Establecido en 1925 por Duff Abrams a partir de las

granulometrías del material se puede intuir una fineza promedio del material utilizando la

siguiente expresión:

∑ 𝑡

,1 4 3 ⁄

4.3. LABORATORIO DE GRANULOMETRÍA: Los procedimientos se detallan continuación:

a. Para agregado grueso (piedra y gravilla):

Seleccione el material de diferentes partes de la pila, esto es, del tope, del centro, de los lados

y de la parte de abajo, recoja tres bandejas grandes (aproximadamente cuatro veces la

cantidad que necesita) y mezcle bien, luego separe la mezcla en cuatro partes iguales, mezcle

dos de las partes opuestas y descarte las otras dos como se muestra en la siguiente figura.

Luego de mezclar nuevamente repita el procedimiento anterior y utilice el sobrante (cabe en

una bandeja grande) . Esta debe ser una muestra representativa del agregado.

Pese su muestra, ésta debe ser alrededor de 25 lbs. de piedra y 10 lbs. de gravilla.

Asegúrese de que los tamices estén limpios antes de la prueba. Acomode los tamices en el

vibrador en el siguiente orden, 1½", 1", ¾", ½", 3/8", #4, #8 y bandeja. Asegúrelos.

Coloque la cantidad de agregado pesado en la parte superior de los tamices previamente

ordenados, tápelos. Solicite la autorización del instructor o del técnico del laboratorio para

encender el vibrador por espacio de un minuto aproximadamente.

Pese el material retenido en cada tamiz y el que se quedó en la bandeja, anote esto en la hoja

de datos. La suma de estas cantidades debe tener una diferencia no mayor de l%, si es mayor,

el procedimiento se debe repetir. Guarde el material sobrante. Nota: Utilice la misma balanza

para pesar los agregados antes y después de pasarlos por los tamices de manera que se

disminuyan los errores de instrumentación.

Calcule el por ciento retenido, por ciento retenido acumulado y el por ciento pasando en cada

tamiz como se muestra en la siguiente tabla. Anote estos resultados en la hoja de datos.



b. Para agregado fino (arena de playa y arena de río)

Recoja una bandeja grande llena (cuatro veces la cantidad que necesita para la prueba, del

tope, centro, lados y parte de abajo de la pila), pásela por el separador de arenas dos veces

(solicite instrucciones al instructor o técnico), esto dividirá la muestra en dos cada vez que la

pase por el separador, descarte una mitad cada vez que la pase por el separador y utilice la

última.

Pese su muestra, ordene los tamices en el orden siguiente: #4, #8, #16, #30, #50, #100, #200,

bandeja.

Siga el mismo procedimiento que para agregado grueso, además determine el módulo de

finura para cada tipo de agregado fino en estudio. Para el agregado fino calcule el modulo de

finura de la siguiente manera.

Para poder comparar los resultados, tanto de un agregado grueso como fino, se debe graficar

en un papel semilog, y comparar con las especificaciones técnicas que se exigen.



Curva Granulométrica

4.4. PROPIEDADES FÍSICAS:

a. Densidad: Depende de la gravedad específica de sus constituyentes sólidos como de la

porosidad del material mismo. La densidad de los agregados es especialmente importante

para los casos en que se busca diseñar concretos de bajo o alto peso unitario. Las bajas

densidades indican también que el material es poroso y débil y de alta absorción.

b. Porosidad: La palabra porosidad viene de poro que significa espacio no ocupado por materia

sólida en la partícula de agregado es una de las más importantes propiedades del agregado

por su influencia en las otras propiedades de éste, puede influir en la estabilidad química,

resistencia a la abrasión, resistencias mecánicas, propiedades elásticas, gravedad específica,

absorción y permeabilidad.

c. Peso Unitario: Es el resultado de dividir el peso de las partículas entre el volumen total

incluyendo los vacíos. Al incluir los espacios entre partículas influye la forma de acomodo de

estos, el procedimiento para su determinación se encuentra normalizado en ASTM C 29 y NTP

400.017. Es un valor útil sobre todo para hacer las transformaciones de pesos a volúmenes y

viceversa.

d. Porcentaje de Vacíos: Es la medida de volumen expresado en porcentaje de los espacios

entre las partículas de agregados, depende del acomodo de las partículas por lo que su valor

es relativo como en el caso del peso unitario. Se evalúa usando la siguiente expresión

recomendada por ASTM C 29



Donde:

S : Peso específico de masa

W : densidad del agua

PUC : Peso Unitario Compactado seco de agregado

e. Humedad: Es la cantidad de agua superficial retenida por la partícula, su influencia está en la

mayor o menor cantidad de agua necesaria en la mezcla se expresa de la siguiente forma:

𝑡

4.5. PROPIEDADES RESISTENTES:

a. Resistencia: La resistencia del concreto no puede ser mayor que el de los agregados; la

textura la estructura y composición de las partículas del agregado influyen sobre la

resistencia. Si los granos de los agregados no están bien cementados unos a otros

consecuentemente serán débiles. La resistencia al chancado o compresión del agregado

deberá ser tal que permita la resistencia total de la matriz cementante.

b. Tenacidad: Esta característica está asociada con la resistencia al impacto del material. Está

directamente relacionada con la flexión, angularidad y textura del material.

c. Dureza: Se define como dureza de un agregado a su resistencia a la erosión abrasión o en

general al desgaste. La dureza de las partículas depende de sus constituyentes. Entre las rocas

a emplear en concretos éstas deben ser resistentes a procesos de abrasión o erosión y pueden

ser el cuarzo, la cuarzita, las rocas densas de origen volcánico y las rocas silicosas.

d. Módulo de elasticidad: Es definido como el cambio de esfuerzos con respecto a la

deformación elástica, considerándosele como una medida de la resistencia del material a las

deformaciones. El módulo elástico se determina en muy inusual su determinación en los

agregados sin embargo el concreto experimentara deformaciones por lo que es razonable

intuir que los agregados también deben tener elasticidades acordes al tipo de concreto. El

valor del módulo de elasticidad además influye en el escurrimiento plástico y las

contracciones que puedan presentarse.

4.6. PROPIEDADES TÉRMICAS:

a. Coeficiente de expansión: Cuantifica la capacidad de aumento de dimensiones de los

agregados en función de la temperatura, depende mucho de la composición y estructura



interna de las rocas y varia significativamente entre los diversos tipos de roca. En los

agregados secos es alrededor de un 10% mayor que en estado parcialmente saturado. Los

valores oscilan normalmente entre 0.9 x 10 -6 a 8.9 x 10-6 / °C.

b. Calor específico: Es la cantidad de calor necesaria para incrementar en un grado centígrado

la temperatura. No varía mucho en los diversos tipos de roca salvo en el caso de agregados

muy ligeros y porosos.

c. Conductividad térmica: Es la mayor o menor facilidad para conducir el calor. Está

influenciada básicamente por la porosidad siendo su rango de variación relativamente

estrecho. Los valores usuales en los agregados son de 1.1 a 2.7 BTU/ pie.hr.°F

d. Difusividad: Representa la velocidad con que se pueden producir cambios térmicos dentro de

una masa, se expresa como el cociente de dividir la conductividad entre el producto de calor

especifico por la densidad.

4.7. PROPIEDADES QUÍMICAS:

a. Reacción Alcali-Sílice: Los álcalis en el cemento están constituidos por el Oxido de sodio y de

potasio quienes en condiciones de temperatura y humedad pueden reaccionar con ciertos

minerales, produciendo un gel expansivo, normalmente para que se produzca esta reacción es

necesario contenidos de álcalis del orden del 0.6% temperaturas ambientes de 30°C y

humedades relativas de 80% y un tiempo de 5 años para que se evidencie la reacción. Existen

pruebas de laboratorio para evaluar estas reacciones que se encuentran definidas en ASTM

C227, ASTM C289, ASTM C-295 y que permiten obtener información para calificar la

reactividad del agregado.

b. Reacción Alcali-carbonatos: Se produce por reacción de los carbonatos presentes en los

agregados generando sustancias expansivas, en el Perú no existen evidencias de este tipo de

reacción. Los procedimientos para la evaluación de esta característica se encuentran

normalizados en ASTM C-586.

4.8. POROSIDAD: Es el volumen de espacios dentro de las

partículas de agregado. Tiene una gran influencia en

todas las demás propiedades de los agregados, por ser

representativa de la estructura interna de las

partículas. No hay un método estándar ASTM para

evaluarla, sin embargo existen varias formas de

determinación por lo general complejas y cuya validez

es relativa. Una manera indirecta de estimarla es

mediante la determinación de la absorción, que da un

orden de magnitud de la porosidad normalmente un

10% menor que la real, ya que como hemos indicado

en el párrafo anterior, nunca llegan a saturarse completamente todos los poros de las



partículas. Los valores usuales en agregados usuales pueden oscilar entre 0 a 15 %, aunque

por lo general el rango común es del 1 al 5%. En agregados ligeros, se pueden tener

porosidades del orden del 15 al 50%. Normalmente, el concreto es una mezcla de cuatro

ingredientes básicos: arena, gravilla, cemento, y agua. En el proceso de mezcla, una cierta

cantidad de aire se mezcla en el concreto. El agua y el aire toman espacio dentro del concreto

aún después que el concreto es derramado en el lugar y durante las primeras etapas de la

fragua. Cuando el concreto es trabajado en su lugar y comienza a "cuajarse" o endurecerse, los

ingredientes más pesados tienden a asentarse en el fondo mientras los ingredientes más

livianos flotan arriba. Siendo el agua el más liviano de los cuatro ingredientes básicos, flota

hacia arriba donde se evapora o se exprime por los lados ó el fondo. Según se exprime, se

mueve en todas direcciones. El agua, al ocupar espacio, deja millones de huecos entrecruzados

en todas direcciones. Según el aire escapa, tiene el mismo efecto. Estos espacios huecos se

atan entre sí creando lo que llamamos poros. Frecuentemente los poros crean unas

quebraduras finísimas dentro del concreto, debilitando el concreto. Según la accióncapilar del

concreto atrae el agua hacia el concreto, ó la lluvia golpea los lados de la pared de concreto, ó

la hidrología del agua va contra la pared de un sótano, el agua viaja por los poros a través del

concreto. Los poros están entretejidos y entre conectados, permitiendo así el pasaje lento del

agua a través del concreto. Mientras más denso el concreto, más apretados los poros y menos

agua puede pasar a través.

a) IMPORTANCIA DE LA POROSIDAD: La porosidad del agregado tiene influencia sobre la

estabilidad química, resistencia a la abrasión, resistencias mecánicas, propiedades elásticas,

gravedad específica, absorción y permeabilidad de las partículas, siendo todas estas

propiedades menores conforme aumenta la porosidad del agregado. Igualmente, las

características de los poros determinan la capacidad y velocidad de absorción, la facilidad de

drenaje, el área superficial interna de las partículas, y la porción de su volumen de masa

ocupado por materia sólida.

b) INFLUENCIA SOBRE LAS PROPIEDADES: La velocidad de la reacción química de los

agregados en el concreto, así como su estabilidad química, están influenciadas por las

características de su porosidad. Los agregados que tienen alto porcentaje de poros,

especialmente si estos son pequeños, tienen una mayor superficie específica susceptible de

ataque químicos que aquella que pueden presentar agregados en los que hay una menor

superficie de poros o estos son de gran tamaño. Las características térmicas del agregado

están influenciadas por la porosidad. Cambios importantes en el coeficiente de expansión, la

difusibidad y la conductividad del agregado pueden ocurrir por modificaciones del contenido

de humedad del mismo. En la actualidad se considera que las características de los poros

probablemente influyen en las propiedades térmicas del agregado seco. La adherencia de la

pasta a las partículas de agregado está determinada por algunas propiedades de la superficie

del mismo, incluidas la rugosidad y características de los poros de la zona superficial, las

cuales pueden afectar la textura superficial y bondad de la adherencia de la pasta.



4.9. PORCENTAJE PASA 200.

Está representado por limo, arcilla y materia orgánica, este a su vez es perjudicial para el

concreto y en las obras convencionales se acepta hasta un cinco por ciento de este material y

en las exigentes hasta un tres por ciento, pero si existe menos de la pasa 200 mejor la mezcla

𝑓

4.10. PESO UNITARIO Y PESO ESPECÍFICO

4.10.1. PESO UNITARIO

Es la relación entre el peso de un material y el volumen ocupado por el mismo, expresado en

kilogramos por metro cubico. Se usara invariablemente para la conversión de peso a volumen; es

decir para conocer el consumo de agregados por metro cubico (Kg/m3). Aunque puede realizarse

el ensayo sobre agregado fino y agregado grueso; el valor que es empleado en la práctica como

parámetro para la dosificación de hormigones, es el peso unitario compactado del agregado

grueso.

Donde: : Peso del recipiente más el peso de la muestra (Kg) : Peso del recipiente (Kg) : Volumen del recipiente a) PESO UNITARIO SUELTO (PUS): Se denomina PUS cuando para determinarla se coloca el

material seco suavemente en el recipiente hasta el punto de derrame y a continuación se

nivela a ras una carilla. El concepto PUS es importante cuando se trata de manejo, transporte y

almacenamiento de los agregados debido a que estos se hacen en estado suelto. Se usara

invariablemente para la conversión de peso a volumen, es decir para conocer el consumo de

áridos por metro cubico de hormigón.

b) PESO UNITARIO COMPACTADO (PUC): Se denomina PUC cuando los granos han sido

sometidos a compactación incrementando así el grado de acomodamiento de las partículas de

agregado y por lo tanto el valor de la masa unitaria. El PUC es importante desde el punto de

vista diseño de mezclas ya que con él se determina el volumen absoluto de los agregados por

cuanto estos van a estar sometidos a una compactación durante el proceso de colocación del

hormigón. Este valor se usara para el conocimiento de volúmenes de materiales apilados y que

estén sujetos a acomodamiento o asentamiento provocados por él, transita sobre ellos o por

la acción del tiempo. También el valor del peso unitario compactado, es de una utilidad

extraordinaria para el cálculo de por ciento de vacíos de los materiales.



Ejemplo:

4.10.2. PESO ESPECIFICO

Conocido el concepto de peso unitario, es claro que cualquier tipo de materia que

ocupe un volumen en el espacio posea esta propiedad. El agua como materia fluida, en su

estado natural y dadas sus características físicas tiene un peso unitario cuantificado conocido,

la presencia natural del agua dentro de las diferentes fases del suelo, obliga a establecer una

relación universal entre los pesos unitarios contenidos dentro de un material y el agua

que hace parte de ella, de esta forma se da cabida al concepto de Peso Específico (G). En

consecuencia el peso específico de un agregado corresponde a la relación entre su peso

unitario y el peso unitario del agua. Como el peso específico es un cociente (cantidad

adimensional), no es otra cosa que la relación de dos pesos unitarios, entonces el fundamento

de esta propiedad depende de su peso unitario; es preciso identificar ciertas características

relacionadas con en el peso unitario que muestran indicios del comportamiento del agregado

como parte de una estructura; el peso unitario está relacionado con la cantidad total de

granos o partículas presentes en una muestra (en función de la porosidad) y la cantidad de

agua presente en los vacíos (en función de la humedad). Los métodos de medida del peso

específico se basan en el principio de Arquímedes, de esta forma el peso del mineral en el agua

será igual a peso del material menos el empuje ejercido por el agua. El peso específico del

agregado es el resultado de dividir el peso del agregado por el peso del volumen de

agua que desaloja. Para calcular este último valor, se mide el peso del material en el aire y

el peso del material en el agua, ya que el empuje será igual al peso del material menos el

peso ejercido por el agua. El empuje proporcionado por el fluido será mayor cuanto mayor

sea la densidad del fluido. En esta claridad se basan otros tipos de métodos no de menor

importancia, que utilizan líquidos densos. Cuanto mayor sea la densidad del fluido utilizado,

mayor será el peso del volumen desalojado.



a) Peso específico – Agregado fino:

a.1. Peso específico de masa (Pem):

Dónde:

Pem : Peso específico de masa

Wo : Peso en el aire de la muestra secada en el horno, gramos.

V : Volumen del frasco en cm3

Va : Peso en gramos o volumen en cm3 de agua añadida en el frasco

a.2. Peso específico de masa saturado con superficie seca (PeSSS)

a.3. Peso específico aparente (Pea)

a.4. Absorción (Ab)

b) Peso Específico – Agregado gruesos

b.1. Peso Específico: Es la relación, a una temperatura estable, de la masa (o peso en el aire) de un

volumen unitario del material, a la masa del mismo volumen del agua a las temperaturas

indicadas. Los valores son adimensionales.

b.2. Peso Específico Aparente: Es la relación a una temperatura estable, de la masa en el aire de

un volumen unitario del agregado (incluyendo los poros permeables e impermeables en las

partículas, pero no incluyendo los poros entre partículas); a la masa en el aire de igual volumen de

agua destilada libre de gas.

b.3. Peso Específico de Masa Saturado Superficialmente Seco (SSS): Es la relación, a una

temperatura estable, de la masa en el aire de un volumen unitario de agregado incluyendo la masa

de agua de los poros llenos hasta colmarse por sumersión en agua por 24 horas aproximadamente

(pero no incluyendo los poros entre partículas), comparada con la masa en el aire de un igual

volumen de agua de agua destilada libre de gas.

b.4. Absorción: Es la cantidad de agua absorbida por el agregado después de ser sumergido 24

horas en ésta, se expresa como porcentaje del peso seco. El agregado se considera “seco” cuando

éste ha sido mantenido a una temperatura de 110ºC ± 5ºC por tiempo suficiente para remover

toda el agua sin combinar.



Peso específico y Peso específico de masa (Pem):

Dónde:

A: Peso de la muestra seca en el aire, gramos;

B: Peso de la muestra saturada superficialmente seca en el aire, gramos;

C: Peso en el agua de la muestra saturada.

Peso específico de masa saturado con superficie seca (PeSSS)

Peso específico aparente (Pea)

Absorción (Ab)



CAPITULO VII

AGLOMERANTES

Se llaman materiales aglomerantes aquellos materiales que, en estado pastoso y con

consistencia variable, tienen la propiedad de poderse moldear, de adherirse fácilmente a otros

materiales, de unirlos entre sí, protegerlos, endurecerse y alcanzar resistencias mecánicas

considerables.

Son todos aquellos materiales generalmente pétreos blandos, que mezclados con agua se

hacen plásticos, formando pasta y que al secarse alcanzan resistencia mecánica, siendo los

aglomerantes típicos, la arcilla, yeso, cal y cemento.

Los aglomerantes más utilizados son el yeso, la cal, y el cemento. Se clasifican, según su

composición, en:

Primarios

o Yeso o Cal o Cemento

Secundarios o Mortero o Hormigón

Materiales bituminosos

o Betún

o Asfalto

o Alquitrán

Tipos de aglomerantes

Aglomerantes aéreos: los que endurecen en contacto con el aire.

Aglomerantes hidráulicos: los que pueden endurecer en contacto con el aire y

sumergidos en agua.

1. ARCILLAS

Son aquellas sustancias, provenientes de la descomposición de rocas, que poseen

plasticidad cuando se les humedece y que así humedecidas si se les moldea, después de secas,

conservan la forma que han recibido, pero además, sometidas al fuego, después de moldeadas,

a la temperatura del rojo o aún mayor, adquieren dureza y resistencia asimilable a las de las

rocas naturales.

a. Composición: El mineral básico de las arcillas recibe el nombre de caolín, el cual es un

silicato hidratado de composición compleja y cuya fórmula química (Al2O3.2SiO2.H2O) ó

(H4Al2Si2O9). Es de color blanco o casi blanco, de estructura terrosa, grano fino, encontrándose



en yacimientos sedimentarios. El caolín con impurezas características forma las diversas

arcillas. Entre esas impurezas se tiene: sílice, óxido férrico, magnesia, anhídrido carbónico,

carbonatos de cal y hierro, algunas veces cloruro sódico y alumbre; y en mezcla menos

perfecta, trozos de cuarzo, feldespato, mica, humus, etc.

b. Clasificación: Las arcillas se clasifican en varias ramas, las cuales veremos a continuación:

Según su mayor o menor plasticidad: las arcillas se clasifican en grasas y magras. La

plasticidad es la propiedad según la cual la arcilla embebida con agua se transforma en

una masa modelable. Las arcillas grasas son las plásticas por excelencia. Son untuosas al

tacto, frotándolas con la uña, cuando están húmedas, presentan una superficie unida y

brillante y mojándolas exhalan el olor característico de la tierra en fermentación.

Las arcilla magras, son las que poseen muy poca o ninguna plasticidad, se llaman también

arcillas áridas.

Por su origen las arcillas se clasifican en residuales y transportadas: Las arcillas

residuales, son aquellas que se han formado por descomposición de las rocas,

permaneciendo sobre el piso de origen. Entre estas es muy importante el caolín que se ha

derivado de la alteración de rocas feldespáticas tales como granito, pegmatita, etc, es de

color blanquecino, de composición química definida como un silicato de alúmina

hidratado casi puro.

Las arcillas transportadas o sedimentarias, son las que han sido arrastradas por un agente

tal como el agua, viento, acción glaciar, etc; por esta razón se llaman transportadas, y

como después yacen en capas, han sido llamadas también sedimentarias.

Otro tipo de clasificación es de acuerdo a su comercialización:

Arcillas caolines: Son arcillas residuales, las más puras, de alto porcentaje de caolinita.

Son de alto grado, grano fino. Cocción en blanco. Se emplean en la manufactura de loza,

porcelana y papel.

Arcillas refractarias: Son arcillas que contienen poco óxido metálico y álcalis, y pueden

resistir temperaturas elevadas sin desagregarse, por cuya razón se usan en la

construcción de hornos, crisoles, estufas y obras similares.

Arcillas de alfarería: Son arcillas semirefractarias de fuerte acción y muy semejantes a

las arcillas refractarias. Se emplean en alfarería y cerámica.

Arcillas para ladrillos y tejas: Constituyen el tipo más corriente. Son de bajo valor. Se

emplean en todas partes para estos productos. Al ser sometidas a la acción del fuego

adquieren un color rojo.

c. Propiedades físicas y mecánicas de las arcillas

Plasticidad: Es una de las más importantes. Se produce humedeciendo las arcillas. Es

mayor cuando menor es la dimensión de los granos de arcillas (0.005mm). La cantidad de

agua para obtener un buen producto cerámico varía con la clase de arcilla y puede oscilar

entre 15 y 35% en peso. Aunque la plasticidad es una cualidad tan importante de conocer,

no hay métodos para determinarla a priori y cuyos resultados sean satisfactorio, el más



simple y al mismo tiempo el más recomendado es apreciarla al tacto, con los dedos, la

experiencia personal es de vital importancia.

Resistencia a la tensión: Es importante porque las piezas deben soportar los esfuerzos

desarrollados en ellas en su manipulación en las operaciones de moldeado y secado.

Molturación: La textura de las arcillas se determina por análisis granulométrico.

Contracción: De ella depende la dimensión definitiva de las piezas, es usual distinguir la

contracción de la arcilla modelada, o sea la producida por la evaporación del agua de la

pasta, y aquella que se realiza por la cocción en el horno.

Porosidad: Influye en la cantidad de agua necesaria para preparar las pastas.

Fusibilidad: Es la propiedad característica de las arcillas, por la cual sometidas a

temperaturas elevadas se ablanda suavemente y se funden después.

Color: Las arcillas son blancas cuando están exentas de óxido de hierro y materia

carbonosa, aparecen coloreadas en amarillo, pardo, rojo y aún verde, por los óxidos de

hierro y gris o negro, por las materias carbonosas.

2. YESO

Es un producto preparado a partir de una piedra natural denominada aljez (sulfato de

calcio dihidrato: CaSO4· 2H2O), mediante deshidratación, al que puede añadirse en fábrica

determinadas adiciones de otras sustancias químicas para modificar sus características de

fraguado, resistencia, adherencia, retención de agua y densidad, que una vez amasado con

agua, puede ser utilizado directamente. También, se emplea para la elaboración de materiales

prefabricados. El yeso, como producto industrial, es sulfato de calcio semihidrato

(CaSO4·½H2O), también llamado vulgarmente "yeso cocido". Se comercializa molido, en forma

de polvo. Una variedad de yeso, denominada alabastro, se utiliza profusamente, por su

facilidad de tallado, para elaborar pequeñas vasijas, estatuillas y otros utensilios.

a. Característica de la piedra de yeso:

Es una roca sedimentaria, formada principalmente por sulfato de calcio y cristalizada por

dos moléculas de agua; su fórmula química es: CaSO4.2H2O, o sea un hidrato cálcico. Este

mineral puede ser rayado con la uña, es de estructura lameral-granular, y de color blanco, gris

rojizo. Se encuentra con impurezas constituidas por arcilla, arenisca, caliza azufre, cloruro de

sodio y lignita, principalmente. A medida que es más impuro, el color pasa del gris obscuro,

pardo o amarillo. En la naturaleza se encuentra también el sulfato de calcio cristalizado,

anhidro, y entonces se llama anhidrita (CaSO4).

Otra variedad del yeso es la selenita, en la cual el yeso se encuentra en cristales grandes,

discernibles, separados individualmente, de estructura lamelar.

El alabastro es una piedra a de yeso semejante al mármol blanco y de granulación cristalina.

Se usa principalmente en estatuaria. Se diferencia del mármol en que se puede rayar con la

uña. Nuestra piedra de Huamanga, es un alabastro.



b. Clases de yeso

Los principales, usados en la industria, son los siguientes, clasificados en grupos de

acuerdo con la temperatura de cocción.

Obtenido por cochura de la piedra de yeso temperatura a inferior a 200ºC:

Yeso de Paris: Es el más puro de los manufacturados, molidos en polvo impalpable. Muy

blanco. Es usado para modelos de arquitectura y escultura, en medicina osteológica, etc.

Estuco o escayola: Es un yeso de París molido menos finamente.

Yeso de empastados: Es el usado en las construcciones. Tiene algunas impurezas naturales,

principalmente arcillas y a veces se agregan ciertas sustancias para retardar la fragua.

Obtenido por cochura de la piedra yesera a temperatura superior a 200ºC:

Yesos para pisos: Manufacturados deshidratando completamente piedra yesera. Son de

fragua lenta.

Yeso al alumbre, al bórax, etc: Se obtiene agregando a la piedra yesera el producto que les

da el nombre. A esta clase pertenecen las pastas industriales denominadas “Mármol artificial”,

“Cemento Keene”, Cemento Paros”, etc.

c. Fragua de yeso.

La fragua es la propiedad que tienen todos los aglomerantes por la cual, amasados con

proporción conveniente de agua, forman, en un tiempo más o menos variable, pero

relativamente corto, una masa solida dotada de coherencia suficiente para ser aprovechada

con determinados fines. La fragua del yeso vivo en un proceso complejo que se inicia desde el

momento en que se vierte agua para amasarlo, y que pasa sucesivamente por los fenómenos

de disolución, transformación química, saturación, y finalmente, cristalización.

Disolución, cuando se vierta agua para amasarlo.

Transformación química, cuando reaccionan sus componentes con el agua.

Saturación, cuando se mezcla totalmente el polvo con el agua (pasta).

Cristalización, Cuando se produce el endurecimiento

Estos fenómenos se producen sobre fracciones parciales de la masa, en primer lugar, y

después toda ella comprometida en esas etapas. Debe llamarse la atención sobre otros dos

fenómenos concurrentes con la fragua del yeso; el primero es que esta se produce con

aumento de temperatura, que puede alcanzar hasta 20ºC, o sea desprendimiento de calor (el

tiempo de fragua del yeso es más o menos 16 minutos); y el segundo, que el yeso aumenta de

volumen al fraguar. La fragua del yeso se puede retardar agregándole algunos productos

orgánicos tales como glicerina, harinas, azúcar, alcohol, sangre y cola de carpintero. En la

industria se usa un retardador a base de pelos, soda caustica, y cal viva y la cal actúa como un

secante. Como acelerador de la fragua se emplea el alumbre y la sal de cocina.



d. Especificaciones técnicas.

La generalidad de los yesos limeños poseen las siguientes características:

Molturación o grado de finura: pasan la malla14. No menos del 40%, ni más del 75%, pasan la

malla 100. (La resistencia a la tracción del yeso, aumenta proporcionalmente a su grado de

finura).

Volumen en seco: 1-2 m3 por 1,000 Kg de yeso vivo.

Tiempo de fragua: de 16 a 20 minutos.

Volumen del agua: el necesario para preparar la pasta, es el 60% del volumen del yeso vivo.

Volumen de la pasta: 95% del volumen del yeso vivo.

e. Resistencias.

La generalidad de los pliegos de especificación, prescriben que la resistencia mínima debe

ser la de 8 Kg/cm2, a la tensión, a las 2 horas; y de 16 Kg/cm2 a los siete días, para yesos

cocidos en calderas. Como resistencia a la compresión se suele considerar la de 80 Kg/cm2,

para el yeso de construcción; y de 180 Kg/cm2 para el de pisos.

f. Fabricación de los yesos: Comprende tres etapas:

Trituración de la roca: El material es extraído de las canteras, luego se efectúa el chancado

en chancadoras o molinos, escogiendo el modelo de la máquina de acuerdo a la dureza de la

roca, del volumen de producción, etc.

Cocción: Tiene por objeto la deshidratación de la piedra yesera y se puede ejecutar mediante

huayronas, calderas o kilas u hornos rotatorios

Pulverización: Después de la cocción el yeso es reducido a polvo, forma en que se expende al

público, la pulverización se da por medio de molinos del tipo barra o también por molino de

bolas.

3. CAL

Es el producto resultante de la descomposición, por el calor, de las rocas calizas, que son

carbonatos cálcicos o carbonatos de calcio. Si las calizas son puras y se calientan a 900ºC, se

verifica la siguiente reacción:

CaCaO3 +calor CO2 + CaO

Es decir que el carbonato cálcico se descompone, originando anhídrido carbónico y óxido de

calcio o cal viva. El anhídrido carbónico es gaseoso y se escapa con los humos de la

combustión, quedando, pues, como residuo de la combustión el óxido de calcio.

Las piedras de cal o calizas naturales, casi nunca se encuentran puras, ose en forma de

carbonato cálcico, sino acompañados de otros cuerpos extraños, principalmente arcilla,



magnesia, hierro, azufre, álcalis y materias orgánicas, comunicándole a la cal, proveniente de

aquellas, determinadas características. El carbonato cálcico se presenta, en la naturaleza en

multitud de formas, siendo muy abundante, se le conoce con los siguientes nombres:

Aragonito, espato de Islandia,

Calcita, estalactitas y estalagmitas,

Caliza, mármol,

Creta, piedra litográfica, etc., etc.

a. CLASIFICACIÓN DE LA CAL: Las distintas clases de cal se pueden agrupar en la forma

siguiente.

Por la acción del agua:

Cal viva, es una sal blanca o morfa, muy inestable pues posee gran avidez por el agua

Cal apagada, es producto de la reacción de la cal viva con el agua, la temperatura a que da

lugar esta reacción es de unos 160 °C.

Por su grosura:

Cal de grasa: Se obtiene de una caliza que contiene hasta 5% de arcilla. Esta cal al apagarse

forma una pasta ligosa y untuosa al tacto, lo que ha dado origen a su nombre.

Cal árida: Se procede de calizas que aun teniendo menos de 5% de arcilla contiene además de

óxido de magnesio en porción superior al 10%.

Cal hidráulica: Es la proveniente de la calcinación de calizas que tienen más de 5% de arcilla

y que da un producto que además de los caracteres que poseen los cales grasas, puede

endurecerse y consolidarse bajo el agua.

Por refinamiento industrial:

Cemento grappier: Formado por tozos sumamente calcinados obtenido después del apagado

de la cal hidráulica, los cuales son molidos constituyendo un material de cementación gracias

al silicato de cal que contienen, en grado mayor o menor.

Cemento Lafarge: Usado en EE.UU., siendo un producto similar al anterior.

En el mercado limeño se encuentran las siguientes clases de cal:

De obra.- la más barata contiene impurezas y de color no blanco.

Fina.- de color blanco, por la usencia de impurezas.

Tamiza.- exenta de grumos o granos gruesos.

Hidráulica.- preparada para endurecerse en presencia del agua.

Blanca fina.- usada en la preparación del revestimiento decorativo.

Cal viva.



b. Proceso de fabricación de la cal:

Obtención de la piedra caliza, la explotación de las canteras se puede hacer por cortes a cielo

abierto.

Calcinación de la piedra caliza, se realiza mediante huayronas, hornos intermitentes y hornos

continuos.

c. Proceso de fabricación de la cal:

Obtención de la piedra caliza, la explotación de las canteras se puede hacer por cortes a cielo

abierto. Calcinación de la piedra caliza, se realiza mediante huayronas, hornos intermitentes y hornos

continuos.

d. Apagado de la Cal: En Ingeniería Civil, la cal se usa apagada, este proceso se realiza con un

fuerte desprendimiento de calor, teóricamente el apagado de la cal viva solo requiere un

volumen de agua equivalente al 35% del peso de la cal; sin embargo en la práctica se usa

mayor cantidad de agua que lo indicado, los albañiles apagan un volumen de cal con 1.5 a 2

volúmenes de agua. .El apagado de la cal se puede hacer por los métodos siguientes:

APAGADO ESPONTÁNEO: Es el que realiza por el contacto natural de la cal con la

humedad o vapor de agua de la atmósfera.

APAGADO POR ASPERSIÓN: Se humedece la cal con una regadera o con un pulverizador,

extendiéndole previamente sobre una superficie en capas de poco espesor que son

regados sucesivamente. APAGADO EN OBRA: Consiste en formar una pila o cono de arena en cuyo eje se practica

una especie de cráter, en el cual se arrojan los trozos de cal viva, luego se vierte sobre la

arena un volumen de agua igual a 3 veces el de la cal, esto se hace cuando se emplea en

argamasa (agua, cal, arena).

Otro sistema muy usual es echar la cal viva con suficiente cantidad de agua en cubetas o posas

impermeables, y después de apagado pasarla por mallas atómicas, con el fin de separar los

trozos duros o impurezas. En otros casos se acostumbra apagar la cal siete días antes de

emplearla con argamasa y 30 días antes cuando se le va a usar en revoques (enlucidos,

tarrageos).

e. Características y aplicaciones: La característica fundamental de la cal grasa es la ausencia de fraguado y endurecimiento hidráulico. El endurecimiento en el aire tiene lugar a largo plazo, unos 6 meses, el endurecimiento se produce del exterior al interior de la masa del mortero. La cantidad de agua de la masa puede producir fisuraciones o secado demasiado rápido al mismo tiempo que disminuye el endurecimiento.

El empleo de la cal grasa o aérea es fundamental en morteros para enlucidos y revoques, así como en trabajos de albañilería. Cuando el mortero de cal se aplica en acabados o enlucidos al exterior, pueden presentar fisuraciones, porque el agua es retenida durante largo plazo debido a que no hay, sustancias en el mortero capaces de absolverla.



Los morteros de cal se transforman en morteros mixtos agregándoles cemento Portland con el fin de darles un fraguado y aumentar su resistencia, al mismo tiempo que reduce la tendencia a la fisuración.

Las proporciones más usuales de estos morteros mixtos en cemento, cal y arena son 1:2:8 y cuando hay posibilidades de heladas es preferible el empleo de una dosificación próxima a 1:1:5.

4. Puzolanas:

Son las sustancias, naturales o artificiales que reducidas a polvo y amasadas con la cal

proporcionan a estas propiedades hidráulicas. Las puzolanas naturales son todas volcánicas,

es decir polvos cenizados o cenizas o barros de origen eruptivo, que han tomado la

consistencia de rocas deleznables, en cuanto a su composición química son silicatos

alumínicos hidratados de color gris amarillento, rojizo o verdoso

Para emplearla se pulverizan simplemente a las rocas originarias y se añaden a la cal en

proporciones, determinadas principalmente por la experiencia. Las puzolanas artificiales se

preparan calcinado arcillas o pizarras a temperaturas que van de 600 °C a 900° C. El producto

de la calcinación se pulveriza y se emplea en forma similar a las puzolanas naturales.

El principal uso que se le da en Ingeniería Civil, es de darles propiedades hidráulicas a las

cales, también se emplea en la fabricación del llamado cemento portland puzolánico.

Las propiedades de las puzolanas dependen de la composición química y la estructura interna.

Se prefiere puzolanas con composición química tal que la presencia de los tres principales

óxidos (SiO2, Al2O3, Fe2O3) sea mayor del 70%. Se trata que la puzolana tenga una estructura

amorfa.

En el caso de las puzolanas obtenidas como desechos de la agricultura (cenizas de la caña de

azúcar y el arroz), la forma más viable de mejorar sus propiedades es realizar una quema

controlada en incineradores rústicos, donde se controla la temperatura de combustión, y el

tiempo de residencia del material.

Si la temperatura de combustión está en el rango entre 400-760 °C, hay garantía de que la

sílice se forma en fases amorfas, de mucha reactividad. Para temperaturas superiores

comienzan a formarse fases cristalinas de sílice, poco reactivas a temperatura ambiente.

http://es.wikipedia.org/wiki/SiO2

http://es.wikipedia.org/wiki/Al2O3

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_f%C3%A9rrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Ca%C3%B1a_de_az%C3%BAcar

http://es.wikipedia.org/wiki/Ca%C3%B1a_de_az%C3%BAcar

http://es.wikipedia.org/wiki/Arroz



CAPITULO VIII

CEMENTO

Se denomina cemento a un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla

calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecer al contacto con el

agua. 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 y el Caribe hispano) o concreto (en México y Sudamérica). Su uso está

muy generalizado en construcción e ingeniería civil.

1. CEMENTO PORTLAND: El cemento Portland es un conglomerante o cemento hidráulico que

cuando se mezcla con áridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas tiene la

propiedad de conformar una masa pétrea resistente y duradera denominada hormigón. Es el

más usual en la construcción utilizada como aglomerante para la preparación del hormigón o

concreta. Como cemento hidráulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de

agua, al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades

aglutinantes. Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el constructor Joseph Aspdin. El

nombre se debe a la semejanza en aspecto con las rocas que se encuentran en la isla de

Pórtland, en el condado de Dorset. A diferencia de cómo muchos creen, su origen no está

relacionado con Portland, Oregón, EEUU.

2. COMPOSICIÓN QUÍMICA: El cemento obtenido tiene una composición del tipo:

64% óxido de calcio

21% óxido de silicio

5,5% óxido de aluminio

4,5% óxido de hierro

2,4% óxido de magnesio

1,6% sulfatos

1% otros materiales, entre los cuales principalmente agua.

Las materias primas que se usan para la fabricación del clinker, aportan con 4

óxidos fundamentales: SiO2, Al2O3, Fe2O3 y CaO, mientras que el MgO, Na2O, y

K2O, pueden considerarse como accidentales debido a su pequeño porcentaje.

Por consiguiente, la composición química del clinker se presenta por medio

del sistema cuaternario:

CaO – SiO2 – Al2O3 – Fe2O3

A continuación se describen brevemente a los óxidos de la siguiente manera:

OXIDO DE CALCIO: Se ha descrito al estudiar la cal.

DIÓXIDO DE SILICIO: Se encuentra en abundancia en la naturaleza, formando parte

de los silicatos, en las variedades cristalizadas cuarzo ß, tridimita r, cristobalita ß y en

forma vitrea en la silicie fundida. La sílice pura o cuarzo ß, establece a la temperatura



ordinaria, se transforma a 573 °C en cuarzo α,

cristalizando en prismas hexagonales ( densidad: 2,65 y

dureza: 2,7 ); a 870 °C se obtiene la tridimita α, de las que

existen la variedad α, β y r ( densidad: 2,28 ) y a 1 470 °C se

forma la cristobalita α ( densidad: 2,33 ), se funde a 1 710 °C (

densidad: 2,20 ) , ocupando este cuarzo vítreo un volumen

mayor que el cuarzo β. Para que el cuarzo se transforme en

tridimita y cristobalita hay que calentar muy despacio, pues

ordinariamente a los 1 600 °C. Forma una masa vítrea

pastosa que no cristaliza al enfriarse. Aunque la Sílice sea químicamente inerte a la

temperatura ordinaria, reacciona enérgicamente con las bases, a temperaturas elevadas,

formando los silicatos. El bióxido de silicio, a pesar de no unirse directamente con el agua se

le considera como anhídrido, formando gases del ácido silícico que, aunque no se hayan

aislado, se les puede considerar como hidratos SiO2.H2O ó SiO3H2 (ácido metasilícico), y el

SiO2, 2H2O ó SiO4H4 ( ácido ortosilícico ), aun con más moléculas de agua y bióxido de silicio

se forman compuestos muy complejos.

OXIDO DE ALUMINIO: Llamado también alumina, se encuentra en la naturaleza en forma de

corindón incoloro, se funde a 2 505 °C, cristalizando en numerosas formas por

enfriamiento. Tiene una densidad de 4 y un a dureza de 9 en la escala de Mohs. La alumina se

halla combinada en la arcilla (2SiO2Al2O3.2H2O) y la eliminación de la sílice da origen a la

formación de dos óxidos hidratados, el diásporo (Al2O3. H2O), y la hidrargirita ó gibsita (Al2O3.

3H2O), siendo la bauxita

OXIDO FÉRRICO: Es muy abundante en la naturaleza, constituyendo el mineral de

hierro llamado oligisto y hematites roja. En el cemento Pórtland se encuentra en dosis

pequeñas, pues provienen de las impurezas de las arcillas, pero en los cementos aluminosos

alcanzan proporciones importantes procediendo de la bauxita. Este oxido da el color al

cemento. Se parece a la alumina, cambiándose principalmente con la cal. Existen dos óxidos

férricos hidratados amorfos, uno de color amarillo y el otro rojizo de fórmula: Fe(OH)3.H2O.

Los componentes minoritarios del cemento, también tiene una libera importancia en el

proceso de fabricación así como en las propiedades fisicoquímicas del cemento, a

continuación se detallan algunos de ellos:

El contenido de MgO (óxido de magnesio): Cuando es superior al 5% en el clinker, el

cemento puede ser ya expansivo. Se debe este fenómeno a que el MgO en pequeña proporción

dentro del sistema SiO2– CaO–Al2O3 no reacciona durante la clinkerización, quedándose como

tal MgO. Este oxido magnésico reacciona con el agua con un importante retraso, incluso de

meses, con respecto al fraguado y endurecimiento. Como que esta reacción es semejante a la

de la hidrolisis del CaO, es decir, es exotérmica, da lugar a un importante aumento de volumen

y generación de calor produciendo la expansión o rotura del aglomerante.

El contenido de Na2O y K2O: El óxido de sodio (Na2O)y el óxido de potasio (K2O) se le conoce

con el nombre de álcalis ( aunque en el cemento existen también otros álcalis). Se ha



encontrado que estos compuestos reaccionan con algunos agregados con afinidad química.

Como la cantidad de álcalis depende tan solo del cemento, su concentración en la superficie

reactiva del agregado dependerá de la magnitud de estas superficies. El contenido mínimo de

álcalis del cemento con el cual puede haber una reacción expansiva es de 0.6% expresado en

oxido de sodio. Este porcentaje se calcula mediante estequiometria como el contenido real de

Na2O más 0.658 por el contenido de K2O del clinker. Sin embargo, en casos excepcionales se

han observado cementos con menor contenido de álcalis que causan expansión de un

concreto elaborado con un agregado reactivo dado es mayor al elevarse el contenido alcalino

del cemento y, para una misma composición de cemento, al elevarse su finura.

El contenido en SO3: El contenido en anhídrido sulfúrico decide la calidad del cemento

Pórtland por varios motivos: cuando su valor en porcentaje está fuera de un estrecho margen

(entre 2 y 4 %) afecta el tiempo de fraguado. Cuando es menor, el fraguado puede ser muy

rápido, como consecuencia del escaso afecto retardador. Cuando su valor es de 6 a 10% inhibe

el fraguado, no existiendo ni afecto expansivo se produce cuando el contenido en SO3 excede

del 4 al 4.5%, según la finura del cemento.

El contenido de Cal Libre (C.L.): Debe ser inferior al 2%, dada la expansión de volumen que

produce su hidrólisis que provocaría un efecto destructivo.

El residuo insoluble (R.I.): El residuo insoluble es la cantidad de material que no se disuelve

en ácido clorhídrico (HCl) al 10%. Incluso lo es el yeso, por lo que un cemento, sin adiciones

de otros materiales distintos a la caliza, como son las rocas básicas, puzolanas, cuarzos,

feldespatos, etc., da un valor de R. I de alrededor de un 0.5%. Al aumentar el R. I disminuyen

las resistencias, a no ser que esta disminución sea simultáneamente contrarrestada por la

mejora de otras variables, por ejemplo, aumentándola finura del cemento. Los tipos de

cementos especiales como puzolánicos o cenizas volantes, poseen elevados residuos

insolubles.

La pérdida al fuego (P.F.): Esta determinación analítica se verifica normalmente a la

temperatura de 950 °C 10°C y es a esta temperatura en la que se ha conseguido la

descarbonatacion del carbonato cálcico (CaCO3), que eventualmente puede estar presente en

el cemento y, por consiguiente, mide la cantidad de anhídrido carbónico (CO2) de los

carbonatos presentes o la absorbida por meteorizacion, así como la cantidad de agua de

hidratación incorporada al aglomerante por la misma causa. El valor de la pérdida al fuego

nos da la idea del estado de meteorización de un cemento, el agua giroscópica presente en la

atmósfera, adicionada al cemento puede llegar a hidrolizar previamente los silicatos y por

tanto, es tan necesario comprobar este valor en los cementos almacenados antes de su puesta

en obra.

El contenido de óxido de manganeso (Mn3O3) y El óxido de titanio (TiO2): El primero no

tiene significación especial en las propiedades del cemento, salvo en su coloración, que tiende

a ser marrón si se tienen contenidos mayores del 3%. Se ha observado que en casos donde los



contenidos superan el 5% se obtiene disminución de resistencia a largo plazo. El óxido de

titanio influye en la resistencia, reduciéndola para los contenidos superiores al 5%. Para

contenidos menores no tiene mayor trascendencia.

El contenido de P2O5: Influye como perturbador en la cristalización de las fases en cantidad

que superan el 0.5%.

3. FABRICACIÓN DEL CEMENTO:

Los materiales principales con los que se fabrica el cemento son: un material calcáreo (Piedra

caliza, greda o marga), y un material arcilloso (arcilla, pizarra), materiales que contengan

sílice. Las materia primas finamente molidas e íntimamente mezcladas, se calientan hasta

principio de la fusión (alrededor de 1500 °C), usualmente en hornos giratorios. Al material

parcialmente fundido que sale del horno se le denomina clinker. El clinker enfriado y molido a

polvo muy fino es lo que constituye el cemento Pórtland. Durante la molienda se agrega una

pequeña cantidad de yeso para controlar las propiedades de fraguado.



a. MATERIAS PRIMAS:

Calizas(CaCo3)

Fundamentales

Crudo o harina

Arcillas – Margas (Sílice).

Bauxita (Al).

b. PROCESO:

Extracción de la cantera: trituración, criba.

Molino Crudo: Precalentamiento.

Horno de Clinker: enfriamiento.

Molino cemento: adiciones.

Expedición.

Para los cementos con aire incluido el material necesario para impartir las propiedades del

aire incluido se añade se añade durante la molienda del clinker.

c. FASES:

Desecación (precalentamiento) <900ºC. Se descompone la calcita. Deshidratación de las

arcillas. Se forman los óxidos de hierro.

Calefacción. <1100ºC. 1er Etapa. sinterización: Formación: AF4C; A3C; F2C; Comienzo: S2C

(silicato dicálcico).

Calcinación. <1500ºC. 2do Etapa. sinterización: Formación: S2C + CaO = S3C (Silicato

tricálcico), que es lo que le da al cemento la resistencia inicial.

Reacción (Enfriamiento: Se realiza un enfriamiento brusco evitando así la descomposición, ya

que el silicato tricálcico es muy inestable.

Molturación: Ya se le puede llamar cemento, y pasa por una molturación o amasado donde se

le añaden las adiciones.

4. MÓDULOS DE LOS CEMENTOS

Módulo de fundente o módulo de alúmina: Es el módulo o parámetro que nos fija la

composición, cualitativa y cuantitativa de la fase fundida.

El módulo de fundentes, es un valor que no afecta a las resistencias a largo plazo,

sino tan solo a las resistencias iníciales cuando es elevado. Influye sobre la mayor o menor

facilidad de clinkerización por su acción sobre la viscosidad de la fase liquida a alta



temperatura. Al disminuir su valor, como se consigue normalmente por una adición al crudo

de 1% a 2% de Fe2O3, disminuye la temperatura de combinabilidad del clinker; en igualdad

de composición deja más CaO disponible aumentando el contenido de silicatos y

disminuyendo el contenido de aluminato tricálcico (C3A). Este es la base para la elaboración

de cementos especiales resistentes a la acción agresiva de los sulfatos, limitando el contenido

de C3A, entre 3% y 5%. Cuando el M.F., es igual a 0.64, todo el óxido de aluminio

forma el ferroaluminato tetracálcico (C4AF), en cuyo caso no cristaliza prácticamente el C3A.

Este tipo de clinker, constituye el fundamento de los cementos resistentes a los sulfatos.

Módulo Hidráulico: Es la relación entre el óxido de calcio y los demás componentes óxidos

primarios del cemento.

El valor óptimo del módulo Hidráulico, para obtener altas resistencias, es el

comprendido entre 1.8 y 2.2. Cuando este valor es inferior a 1.8, el aglomerante tiene

resistencias muy bajas y cuando el valor es superior a 2.2, el aglomerante, una vez puesto en

obra, sufre al cabo de pocos días o semanas un fenómeno de agrietamiento por

expansión, formando grietas centrífugas.

Módulo de los Silicatos: El valor límite aproximado es:

Cuanto más elevado sea el módulo de silicatos, dentro de su variación normal de 1.8 a 3.5,

mayor contenido total de silicatos tricálcico (C3S ) y silicato bicálcico ( C2S ) se tendrá en el

clinker o cemento, así como un mayor potencial de resistencia a cualquier plazo. Los valores

favorables están entre 2.2 y 2.6 a veces también se hallan valores más altos, por ejemplo, de 3

hasta 5 y hasta más elevados, precisamente para cementos de alta riqueza en sílice y en los

cementos blancos. De modo general, los valores que se presentan son más bajos, por ejemplo

entre 2 y 1.5 módulo de silicato creciente implica empeoramiento de las condiciones de

cocción del clinker por descenso de fase líquida y baja tendencia de formación de costra.

Además de ello, los cementos con módulo de silicatos altos suponen cementos de fraguado y

endurecimiento lento. Por descenso del módulo de silicatos crece la cuantía de fase líquida;

esto condiciona la buena aptitud a la cocción del clinker y a la formación de costra.

Módulo de silicio: Mussgung llamó módulo silícico a la relación SiO2/Al2O3. En la cocción del

clinker de horno rotatorio se obtienen buenas condiciones de formación de costra en la zona

de cocción si el valor de este cociente está situado entre 2.5 y 3.5 y si simultáneamente, el

módulo de alúmina se halla entre los límites de 1.8 a 2.3



Estándar de cal o factores de saturación de cal: El valor límite aproximado es:

El estándar de cal mide el grado de formación de los compuestos cálcicos. Su variación

normal, oscila entre 88 – 97, siendo el límite superior el valor que da lugar a una mayor

cantidad de silicato tricálcico (C3S), en comparación con análogos contenidos en Al2O3 y

Fe2O3 y es, por tanto el más favorable para las resistencias.

5. CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS DE LOS CEMENTOS

Finura de molido: La finura del cemento influye en el calor 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. Los efectos que una mayor finura provoca sobre la

resistencia se manifiestan principalmente durante los primeros siete días. La finura se mide

por medio del ensayo del turbidímetro de Wagner (ASTM C 115), el ensayo Blaine de

permeabilidad al aire (ASTM C 204), o con la malla No.325 (45 mieras) (ASTM C 430).

Aproximadamente del 85% al 95% de las partículas de cemento son menores de 45 micras.

Tiempo de fraguado: Se refiere al fenómeno en que la pasta de cemento se rigidiza hasta que

cambia de un estado plástico a sólido. Es diferente el fraguado al endurecimiento: En el

endurecimiento la pasta adquiere resistencia, en el fraguado no. El fraguado se define

mediante el fraguado inicial y el fraguado final. Las definiciones de fraguado inicial y final son

arbitrarios y basados en el aparato de Vicat o las agujas de Gillmore. Si el cemento está

expuesto a humedad cuando está almacenado, puede ocurrir un falso fraguado, en el cual el

cemento se rigidiza a los pocos minutos de empezar la mezcla.

Hidratación del cemento: Es la reacción química entre las partículas de cemento y el agua.

Muchas reacciones químicas ocurren ya que el cemento tiene muchos compuestos químicos.

Los aluminatos se hidratan más rápido que los silicatos. La reacción del aluminato tricalcio

con el agua es inmediata y libera mucho calor. El yeso se usa para retrasar la velocidad de esta

reacción produciendo iones de sulfato. El balance entre el aluminato y sulfato determina la

velocidad de fraguado. El cemento de fraguado normal tiene poca concentración de aluminato

y sulfato. Permanece manejable por 45min y empieza a solidificarse a las 2-4 horas. Exceso de

aluminato y sulfato la manejabilidad dura aproximadamente 10 min y se solidifica entre 1-2

horas. Alto aluminato con bajo sulfato produce un fraguado rápido (10-45 min) o un fraguado

instantáneo (<10 min). Bajo aluminato y alto sulfato produce también un fraguado

instantáneo. El silicato tricalcio se hidrata más rápido que el silicato dicalcio, contribuyendo al

tiempo de fraguado final y la ganancia de resistencia inicial.



Relación agua – cemento: En 1918 Abrams encontró que la

razón del peso del agua al del cemento (w/c ratio) influía en

todas las propiedades buenas del hormigón. Ley de Abrams:

Para un hormigón totalmente compactado hecho con

agregados buenos y limpios, la resistencia y otras

características buenas se mejoran disminuyendo la cantidad de

agua por unidad de peso de cemento. ¿Porque esto ocurre? La

hidratación requiere apenas 0.22-0.25 kg de agua por kilo de

cemento. Se debe usar más agua para que la mezcla sea

manejable. Esta agua en exceso al evaporarse crean vacios

capilares. Los vacios capilares aumentan la porosidad y la

permeabilidad del hormigón y reducen su resistencia. Una

relación agua-cemento baja también aumenta la resistencia al

medio ambiente, provee una buena adhesión entre capas de

hormigón, provee una buena adherencia entre hormigón y

acero y limita los cambios de volumen debido al secado y

humedecido.

Calor de hidratación: El calor de hidratación se define como la cantidad de calor en calorías

por gramo de cemento deshidratado, generad o después de una hidratación completa a una

temperatura dada. Para que un cemento se endurezca al esparcirle agua, se necesita una

reacción química, esta reacción química libera calor y seguirá liberando calor (y por lo tanto

ganando resistencia) hasta que cada singular partícula de cemento este hidratada.

6. CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS

De acuerdo a las Normas Técnicas Peruanas (NTP 334.009:2011) y a las internacionales

ASTM, los cementos están clasificados en dos grandes grupos:

a. CEMENTOS PORTLAND COMUNES: La norma C – 150 de la ASTM, clasifica al cemento

Portland común en cinco tipos diferentes, de acuerdo a las proporciones relativas de los

cuatro componentes mineralógicos principales y a las condiciones de uso, los cuales son:



Cemento tipo I o normal: Este tipo para uso general. Se recomienda para construcciones

normales en que no se requieren las propiedades especiales de los otros tipos. Se usa

donde el concreto no va a estar expuesto al ataque de factores específicos, como a los sulfatos

del suelo o del agua, o a aleaciones perjudiciales de temperatura, debido al calor generado en

la hidratación. En el Perú, se fabrican los siguientes cementos tipo I: Pacasmayo, Sol,

Andino, Yura y Rumi.

Cemento Tipo II o Moderado: Este tipo de cemento se fabrica para ser empleado en

construcciones de concreto, las cuales han de estar expuestas al ataque moderado por los

sulfatos (sulfato soluble en el suelo como SO4-2 0.1 – 0.2% o sulfatos en agua: 150 – 1,500

p.p.m. ) o en aquellos casos en que se requiere moderado calor de hidratación. Se caracteriza

por su contenido de C3A menor del 8%. La suma de C3S y C2S asegura una adecuada

resistencia, tanto en el periodo inicial de fraguado como en edades posteriores. Además, de las

propiedades que caracteriza al cemento tipo I, estos cementos presentan menores cambios

de volumen, menor tendencia a la exudación, moderada resistencia al ataque de sulfatos y

menor generación de calor de hidratación. En el Perú, se fabrica únicamente el cemento

Andino Tipo II.

Cemento Tipo III o de rápido Endurecimiento: Este tipo de cemento permite obtener con

rapidez elevadas resistencias, usualmente en una semana o menos. A los 28 días, la

diferencia de Resistencia con el cemento Tipo I, tiende a desaparecer. La alta resistencia

inicial puede lograrse por modificaciones en la dosificación de crudos de la composición

química, a fin de obtener un porcentaje más alto de C3S; o por un incremento en la finura del

cemento, dado que se obtiene una mayor área superficial, la cual expuesta a la acción del

agua dará lugar a una hidratación y endurecimiento más rápidos. Si bien, con inicial más

alta, esta principalmente expuesto a procesos de agrietamiento por contracción por secado.

Igualmente, debido a los altos porcentajes de C3S y C3A, o al mayor grado de finura, la

generación de calor es más alta que en los cementos Tipo I. Este tipo de permite retirar los

moldes o encofrados lo más pronto que sea posible, o cuando la estructura se debe poner en

servicio rápidamente. También se puede usar en climas fríos, pues, su uso, permite reducir el

periodo de curado controlado. En el Perú, no se fabrica este tipo de cemento.

Cemento Tipo IV o De Bajo Calor de Hidratación: Este tipo de cemento se fabrica para ser

empleado donde el grado y la cantidad de calor generado se debe reducirla mínimo, es decir,

en aquellos casos en que se requiere un bajo calor de hidratación. Sus características

principales son: altos porcentajes de C2S y C4AF; lenta generación de calor; buena

resistencia a la acción de los sulfatos; lento desarrollo de resistencia a la comprensión

aunque a edades avanzadas alcanza los mismos valores de los otros tipos de cemento; buena

resistencia al agrietamiento. Este cemento, es especialmente recomendado para ser

usado en circunstancias que requieren grandes masas de concreto, como las grandes presas

de gravedad, donde la elevación producida en la temperatura por el calor generado durante

el endurecimiento es un factor crítico. Dada su lenta velocidad de hidratación, en general, es

inadecuado para la construcción de estructuras normales, dado que requiere un curado de



por lo menos 21 días para obtener un adecuado desarrollo de resistencia a la compresión y

al interperismo. No existe en el mercado nacional.

Cemento Tipo V o Resistente a los Sulfatos: Este tipo de cemento se fabrica para ser

empleado en aquellos casos en que se requiera alta resistencia a la acción de los sulfatos

(sulfatos soluble en agua presente en el suelo como: SO4 = 0.2 – 2% o sulfato en agua: 1,500 –

10,000 ppm. ), la cual se obtiene por un alto contenido de C3A ( menor del 5% ). El contenido

de silicatos cálcicos hace que este tipo de cemento tenga alta resistencia a compresión, aunque

su desarrollo de resistencia aumenta más lentamente que en el cemento Tipo I. El calor

generado durante la hidratación no difiere fundamentalmente del de los cementos

tipo IV. Por sus características es el cemento que más se aproxima al cemento ideal. En el

Perú, existe el cemento Pacasmayo y el Cemento Andino, correspondiente a este tipo.

b. CEMENTO PORTLAND ADICIONADOS

Cemento Adicionado binario: Un cemento adicionado hidráulico que consiste en cemento

Portland con cemento de escoria o cemento Portland con una puzolana.

Cemento Adicionado ternario: Un cemento adicionado hidráulico que consiste en cemento

Portland con una combinación de dos puzolanas diferente, o cemento Portland con cemento

de escoria y una puzolana.

La NTP 334.090 aplica a los siguientes tipos de cementos adicionados que generalmente son

concebidos para el uso indicado: Cementos Portland adicionados para construcción de

concreto en gerenal.

Tipo IS: Cemento Portland con escorias de alto horno.

Tipo IP: Cemento Portland puzolánico.

Tipo I(PM): Cemento Portland puzolanico modificado

Tipo IT: Cemento adicionado ternario

Tipo ICo: Cemento Portland compuesto.

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS



CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS

7. COMPOSICIÓN MINERALÓGICA DEL CEMENTO

El análisis químico del cemento, en términos de porcentaje de óxidos, tiene poco significado

en lo que respecta a las propiedades del mismo, ya que son los compuestos formados

durante el proceso de fabricación por interacción de los cuatro óxidos fundamentales

mencionados anteriormente, los cuales son los responsables del fraguado y resistencia del

cemento hidratado.

De los cuatro óxidos fundamentales: CaO, SiO2, Al2O3 y Fe2O3, uno solo tiene carácter básico:

el óxido de calcio (CaO). Los otros tres se comportan como anhídridos, es decir, con

carácter ácido. Debido a ello, es fácil comprender que en el proceso de formación del

clinker, las materias primas que contengan los cuatro óxidos fundamentales,

formaran compuestos de cal, tales compuestos serán: silicato de calcio, aluminatos de

Calcio y Ferro-Aluminatos de calcio. El óxido de calcio, por consiguiente, satura hasta un

cierto límite los componentes ácidos y para que dicha saturación tenga lugar, las cantidades

de los cuatro componentes principales han de cumplir una serie de reacciones denominadas

módulos. Es decir, la mezcla de caliza, arcilla y otros componentes han de tener una

proporción conveniente de estos.

Durante el proceso de cocción y a distintas temperaturas se forman unos determinados

compuestos mineralógicos, unos primeros, otros después, dentro de un amplio

rango de temperaturas: entre 1000 y 1450°C, aproximadamente. Se puede considerar

que el cemento se encuentra en un EQUILIBRIO CONGELADO, asumiendo que los

productos enfriados producen el equilibrio existente a la temperatura de clinkerizacion.



a. Silicato Tricálcico (C3S): Es el material más importante del clinker y determina la rapidez

del fraguado, la resistencia mecánica y otras propiedades del cemento Pórtland, su cantidad

en el clinker es de 40 a 60%. Se vuelve gelatinoso en pocas horas, generando una cantidad

apreciable de calor de hidratación, que llega a 380J/g, a los 28 días. Su fragua inicial y final se

realiza a pocas horas después del amasado y termina en un periodo inferior a 7 días, por ello,

se le atribuye el rápido desarrollo de las resistencias iníciales. Comercialmente se le

denomina Alita y representa una solución sólida de silicato tricálcico con una pequeña

cantidad (2 a 4%) de MgO, Al2O3, P2O5, Cr2O3 y de otras impurezas que pueden influir

considerablemente sobre la estructura y las propiedades. Según Regours y Guinier, en el

intervalo entre la temperatura normal y 1100 °C, el C3S se cristaliza en seis formas poliformas.

La alita se fija en el clinker en forma de una modificación trigonal. Observando

una microfotografía de una placa pulimentada y decapada del clinker, los cristales de alita

tienen, por lo general, forma hexagonal o rectangular. Son preferible los cristales de

forma regular alargada con un tamaño de 0.003 a 0.02 mm, que favorecen las resistencias

mecánicas del cemento. Las mezclas de C3S y agua son menos plásticas que las del cemento

Pórtland, sin embargo, la trabajabilidad se puede mejorar con adición de yeso.

b. Silicato de Bicálcico (C2S): Es el segundo mineral siliceo por su importancia y contenido (10

a 30%) que está constituido el clinker, y que determina las características del

comportamiento de las resistencias a la compresión. Presenta un tiempo de fraguado

incierto, pues, el amasado fragua lentamente en un periodo de algunos días. A diferencia del

silicato tricálcico, su desarrollo de resistencias es lento en las edades iniciales, pero aumenta

con el tiempo hasta una resistencia igual al del C3S, y por lo tanto, es menor su calor de

hidratación, que llega hasta 105 J/g, a los 28 días. La adición de yeso no produce un cambio

notable. En el intervalo entre la temperatura normal y 1500 °C existen cinco formas

cristalinas del C2S. Comercialmente se le denomina belita y en el clinker representa una

solución sólida del silicato bibaltico β (C2S – β ) y de una cantidad pequeña (1 a 3%) de Al2O3,

Fe2O3. MgO, Cr2O3 y otros. Cuando el clinker caliente que salió del horno se enfría

paulatinamente, a una temperatura por debajo de 525 °C, el C2S – β puede transformarse en

C2S – r, con la particularidad de que esta transición va acompañada del aumento de la

distancia de base, es decir la estructura molecular de la belita se vuelve más mullida. En

efecto, la densidad del C2S – β es igual a 3.28 g cm3, mientras que la el C2S – r es de 2.97

g/cm3, por eso, la transición poliforme provoca un incremento del volumen absoluto de la

belita aproximadamente en el 10%; como resultado, los granos del clinker se desmoronan en

polvo. Podía parecer que la dispersión espontánea facilitaría la trituración del clinker,

pero, por desgracia, el polvo del C2S – r a temperaturas de hasta 100 °C prácticamente no

reacciona con el agua, es decir, no posee propiedades aglomerantes. Por consiguiente,



es necesario impedir que la belita pase a forma r. A la estabilización de la fase el C2S – β

favorecen algunas impurezas: Al2O3, Fe2O3, MgO, Cr2O3 y otras, que se introducen en la red

cristalina en una cantidad de 1 a 3%. En calidad de un “temple” originadle la belita sirve un

enfriamiento bastante rápido del clinker en dispositivos de refrigeración que se sitúan a la

salida del clinker del horno. Regulando la velocidad de enfriamiento del clinker, se

obtiene belita en forma de unos cristales compactos redondos con un tamaño de 0.02 a 0.05

mm.

La suma entre el silicato tricálcico y el bicálcico es de alrededor de 70 a 75% del total de la

composición del clinker, por eso la hidratación de la alita y belita, por lo común,

define las propiedades técnicas del cemento Pórtland. El 25% restante viene constituido por

la sustancia intermedia que llena el espacio entre los cristales de alita y belita.

La sustancia intermedia está constituida por cristales de aluminato tricálcico (C3A),

ferro-aluminato tetracálcico (C4AF), vidrio y minerales secundarios (12CaO.7Al2O3 y otros ).

Su contenido puede variar entre 4 y 12% y en condiciones favorables de cocción se obtiene

en forma de cristales cúbicos con dimensiones de hasta 0.01 a 0.015 mm, forma soluciones

sólidas de composición compleja. La densidad del C3A es igual a 3.04 g/cm3; se hidrata y

fragua con gran rapidez, casi instantáneo en el amasado con agua acompañado de desarrollo

de calor de hidratación muy elevado, llegando hasta 1380 J/g, a los 28 días. Presenta buena

plasticidad y trabajabilidad con un amasado continuo; bajo el agua se desintegra y

desmorona. Se obtiene un tiempo de fraguado normal al añadir yeso y puede dar lugar a la

formación de un compuesto expansivo denominado Etringita, dañino para el concreto

(corrosión sulfoaluminatica ). En ausencia de yeso, la reacción del C3A con el agua es muy

violenta y conduce al endurecimiento inmediato de las pastas. Su efecto en relaciona las

resistencias a comprensión es a aumentarla a la edad inicial de 24 horas (pequeña resistencia

mecánica), sin desarrollar más resistencia posteriormente.

Ferro Aluminato tetracálcico ( C4AF ): Su presencia es de menor importancia en comparación

a la de los anteriores compuestos mencionados, constituye en el clinker una cantidad de 4 a

15%. El C4AF es la sustancia intermedia del clinker representa una solución sólida

de ferroaluminatos cálcicos de diferentes composición. Sus densidades de 3.77 g/cm3.

Presenta incierta contribución a las resistencias mecánicas; se hidrata rápidamente, por lo

que presenta un fraguado en pocos minutos, no tanto como el C3A; el fraguado es

acompañado de desarrollo de calor de hidratación, llegando a 495 J/g a los 28 días.



8. CÁLCULO DE LA COMPOSICIÓN POTENCIAL DEL CLINKER

R. H. Bogue desarrolló un proceso de cálculo según el cual, a partir del análisis químico, se

puede calcular el contenido en minerales, ante todo el C3S, C2S, C3A y C4AF. El método de

cálculo de Bogue está muy extendido, a causa del cuadro claro que ofrece de la composición

del clinker y de las posibles predicciones a cerca acerca de las propiedades del cemento.

En la derivación de las ecuaciones se asume lo siguiente:

No hay vidrios presentes (material no cristalino).

Todo el SO3 se combina como CaSO4.

Todo el Fe2O3 y Al2O3 se combina como C4AF y C3A.

Todo el CaO (Excepto la cal libre y el que se combinó como CaSO4, y C3A), se combina con el

SiO2 para formar una mezcla de C2S y C3S.

De todo esto, el Potencial de Calculo d Bogue, se resumen en la siguiente formula:

𝐶3𝑆 𝐶𝑎𝑂 𝑆𝑖𝑂 𝐴𝑙 𝑂3 𝐹𝑒 𝑂3

𝐶 𝑆 𝑆𝑖𝑂 𝐴𝑙 𝑂3 𝐶𝑎𝑂 𝐹𝑒 𝑂3

𝐶3𝐴 𝐴𝑙 𝑂3 𝐹𝑒 𝑂3

𝐶4𝐴𝐹 𝐹𝑒 𝑂3



La fórmula anterior, puede sufrir modificaciones según sea los siguientes casos:

a. Cuando la relación de porcentajes entre óxidos de aluminio a óxido de férrico es 0.64 o más,

los porcentajes de C3S, C2S, C3A y C4AF, deben calcularse a partir de los análisis químicos como

se indica a continuación:

b. Cuando la relación de óxido de aluminio/fierro es menor que 0.664 se forma una solución

sólida de ferro-aluminato cálcico, expresado como ss(C4AF+ C2F). El aluminato tricálcico no

estará presente en los cementos con esta composición. El silicato dicálcico será calculado

como se señala en la formula anterior. Los contenidos de esta solución sólida y del silicato

tricálcico se debe calcular mediante las siguientes formulas:

Problemas

1. El análisis químico de un cemento es el siguiente:

Interpretar dicho análisis

2. Para la construcción de una presa llega a obra una partida de cemento artificial cuyo análisis químico es el siguiente: Se pide: - Interpretar el análisis - Indicar si este cemento es apropiado para construir una presa.

3. El análisis químico siguiente de un cemento Pórtland :

Se desea saber: ¿Cuál es el índice de saturación en cal?, es utilizable en presas

𝐶3𝑆 𝐶𝑎𝑂 𝑆𝑖𝑂 𝐴𝑙 𝑂3 𝐹𝑒 𝑂3 𝑆𝑂3

𝐶 𝑆 𝑆𝑖𝑂 𝐶3𝑆

𝐶3𝐴 𝐴𝑙 𝑂3 𝐹𝑒 𝑂3

𝐶4𝐴𝐹 𝐹𝑒 𝑂3

𝐶3𝑆 𝐶𝑎𝑂 𝑆𝑖𝑂 𝐴𝑙 𝑂3 𝐹𝑒 𝑂3 𝑆𝑂3

𝐶 𝑆 𝑆𝑖𝑂 𝐶3𝑆

𝑠𝑠 𝐶4𝐴𝐹 𝐶 𝐹 𝐴𝑙 𝑂3 𝐹𝑒 𝑂3



4. El análisis químico de un clinker de cemento portland es el siguiente:

Calcular la composición potencial del clinker y estudiar sus características

5. El análisis químico del clinker de un cemento portland es el siguiente:

Calcular X e Y sabiendo que en el clinker sólo existe el C4AF como fundente. Calcular también la composición potencial del clinker y estudiarlo.

6. El análisis químico del clinker de un cemento portland es el siguiente:

Calcular X e Y sabiendo que en el clinker sólo existen el C4AF y un 12,2% de C3A como fundentes.

Calcular también la composición potencial del clinker y estudiarlo.

7. Analizando un clinker de un cemento portland, se obtuvo el siguiente resultado:

Calcular X e Y sabiendo que en el clinker sólo existen el C4AF y un 11,6% de C2F como fundentes.

Calcular también la composición potencial del clinker y estudiarlo.

8. Una empresa de fabricación de cemento dispones de tres materias primas (Caliza, marga y arena), cuya composición química es la siguiente:

Determinar en qué proporción han de mezclarse para obtener un crudo que dé un clinker con la siguiente composición química:

9. Determinar si es posible obtener un clinker de composición:

a partir sólo de caliza y marga de la siguiente composición:

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO OTROS RI ppc

22,3 4,6 3,1 66,4 2,5 0,6 0,3 0,2


21,7 X Y 65,6 0,8 0,3 0,0 0,0

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO OTROS RI ppc 21,3 X Y 67,7 1,3 0,6 0,2 0,2


21,0 X Y 64,9 1,1 0,5 0,4 0,2



(*) Materias primas calcinadas y sin resto

10. Una empresa de cementos dispone de tres materias primas caliza, arcilla y arena, ya calcinadas, cuya composición química es la siguiente:

Las pérdidas a la calcinación de la caliza y de la arcilla son 40.1 % y 7.5 % respectivamente. La de la arena se supone despreciable. Se pide:

a) Calcular la proporción en la que se han de mezclar para obtener un clinker con una composición potencial en la que el 50 % sea C3S y el 25 % C2S.

b) Calcular la composición química de la mezcla, así como la composición química y potencial del clinker.

c) Calcular los valores del módulo de silicatos y de alúmina. d) ¿Con dicho clinker se podrá fabricar un cemento resistente a los sulfatos?

11. Se dispone de cuatro materias primas cuyos análisis químicos son los siguientes:

Se desea saber en qué proporción deben mezclarse para obtener un clinker cuyo módulo hidráulico sea igual a 2.2, módulo de silicatos igual a 1.9 y que no contenga C3A ni C2F.

PROBLEMAS TEÓRICOS

A) Definir clinker. B) Diferencias entre producto corrector y producto auxiliar en el crudo de Portland. C) Definir estándar de cal o grado de saturación de cal. ¿Qué objetivos persigue?. D) Qué entendemos por silicatos del clinker de portland?. ¿Cuáles son?. E) ¿Qué entendemos por fundentes del clinker de portland?. ¿Cuáles son? F) Enunciar las características del silicato bicálcico. G) ¿Qué es la cal libre del clinker de portland?. ¿Cuántos tipos de cal libre existen?.

H) ¿Qué entendemos como residuo insoluble del clinker de portland? ¿A qué es debido su presencia?. I) ¿Qué es el fraguado del cemento portland?. ¿Qué propiedades tiene la reacción de fraguado?.



J) ¿Qué compuesto se utiliza como regulador de fraguado en el cemento portland?. ¿Cómo actúa?.

K) Estudiar la aportación de cada componente mineralógico del clinker a las resistencias mecánicas finales del cemento Portland fraguado.

L) ¿Qué inconvenientes presenta el uso del cemento portland?.

M) RESPONDA SI ES VERDAD O FALSO

El crudo es una mezcla adecuada de rocas calizas y arcillosas.

En el crudo además de las calizas y arcillas, no intervienen otros componentes.

El crudo de cemento Portland se obtiene a altas temperaturas, próximas a la sinterización.

En la cocción del crudo no se llega a fusión parcial de los componentes.

Las calizas amorfas ricas en carbonato cálcico aportan pocas impurezas al clinker de cemento portland.

Los productos arcillosos aportan al clinker los óxidos de carácter ácido.

Los productos auxiliares corrigen las deficiencias de las materias primas.

Las margas pueden sustituir a las rocas calizas y a las arcillas en el crudo de cemento Portland.

La bauxita es un producto corrector de sílice en el crudo de cemento Portland.

El (MgO) es el óxido de carácter básico principal en el crudo de cemento portland.

(SiO2), (Al2O3) y (Fe2O3), son los óxidos de carácter ácido principales en el crudo de cemento portland.

El módulo silícico caracteriza la composición de la fase fundida.

El módulo de fundentes caracteriza la composición de la fase fundida.

El estándar de cal fija el contenido óptimo de cal para formar los componentes hidráulicos sin que quede cal libre.

El (C3S) sólo existe en los cementos derivados del clinker de Portland.

El óxido de calcio es un componente principal del clinker de Portland.

El (C2S) existe en la cal hidráulica y en el clinker de Portland.

El (C2F) y el (C3A) pueden coexistir en el clinker de Portland.

El (C3S) es el responsable de las resistencias del cemento a corto plazo.

El (C3S) es más estable químicamente que el (C2S). El (C3A) es el componente más energético del clinker de

cemento portland. El (C3A) presenta una buena estabilidad química a los

sulfatos y al agua de mar.

El (C2F) aparece en el clinker de portland cuando el módulo de fundentes es menor a (0,638).

El óxido de magnesio del clinker puede producir expansiones diferenciadas en los cementos fraguados.

El óxido de cal libre es un componente principal del clinker de portland.

La pérdida al fuego del clinker de cemento portland se considera una medida de su meteorización.

Residuos insolubles en ácido clorhídrico, trióxido de azufre y álcalis son compuestos secundarios que impurifican el clinker.

El (C2S) desarrolla las resistencias mecánicas iniciales. El (C3A) y el (C4AF) no contribuyen a las resistencias

mecánicas finales del cemento portland. El (C2S) contribuye muchísimo más que el (C3S) a las

resistencias mecánicas totales del cemento Portland. Un cemento con un alto contenido en (C3S) alcanza las

resistencias mecánicas a edades muy tempranas. El (C2F) es el causante de las resistencias mecánicas

iniciales. El silicato tricálcico es el componente más energético del

clinker de cemento Portland El silicato bicálcico es más energético que el silicato

tricálcico. El silicato tricálcico es el componente de los silicatos del

clinker más energético. El aluminato tricálcico es el componente más energético

del clinker de portland. El ferrito aluminato tetracálcico es el componente más

energético de los fundentes del clinker de cemento portland.

El regulador de fraguado acelera la hidratación del (C3A). El regulador de fraguado aumenta la velocidad de fraguado

del clinker El regulador de fraguado que utiliza la industria es yeso

natural. La rápida hidratación del (C3S) obliga a la utilización de un

regulador de fraguado. La existencia de una gran concentración de (C2S) puede

evitar la utilización de regulador de fraguado en el cemento portland.



CAPITULO IX

AGUA PARA CONCRETO Y MORTERO

Resulta obvio decir que sin agua no se puede elaborar hormigón o morteros, más aún, no

puede elaborarse una pasta de cemento. Así, el agua cobra importancia en la fabricación del

hormigón como: agua de mezclado, agua de curado y agua de lavado. Han de tenerse en

cuenta también, los efectos que pueda producir como agua de contacto. Si bien el agua es el

componente de más bajo costo para la elaboración del hormigón, es un elemento tan

importante como el cemento, ya que la variación de su contenido en una mezcla, permite

realizar la dosificación del hormigón variando su resistencia, consistencia y permeabilidad.

Además, cuando se desconoce la calidad del agua utilizada, su procedencia y composición

química, se corre un gran riesgo, porque aunque la relación “a c” sea la deseada, no se sabe si

en el interior del hormigón el agua provocará un beneficio o un inconveniente.

Las impurezas del agua pueden presentarse disueltas o en forma de suspensión y pueden ser:

carbonatos o bicarbonatos, cloruros, sulfatos, sales de hierro, sales inorgánicas, ácidos,

materia orgánica, aceites, o sedimentos y pueden interferir en la hidratación del cemento,

producir modificaciones del tiempo de fraguado, reducir la resistencia mecánica, causar

manchas en la superficie del hormigón y aumentar el riesgo de corrosión de las armaduras.

En general, se establece que si el agua es potable, es adecuada para agua de mezclado, y una

gran parte de los hormigones se elaboran con agua potable. Sin embargo, muchas aguas no

aptas para beber son satisfactorias para el mezclado. En todo caso, las especificaciones

establecen las cantidades máximas de impurezas que pueden ser aceptadas, dependiendo del

tipo de hormigón a elaborar. Cuando existen dudas acerca de la calidad del agua de mezclado,

se deben extraer muestras para someterlas a ensayos de laboratorio.

El agua para lavado de los agregados o el equipo, no debe tener cantidades tales de impurezas

como para producir daños en la superficie del hormigón, en la superficie de las partículas de

agregado o en la mezcla de hormigón.

Finalmente, como agua de contacto, cuando contiene sustancias agresivas sus efectos son más

decisivos, pudiéndose llegar a la destrucción del hormigón si no se toman las precauciones

convenientes. El agua de mar adquiere importancia especialmente en obras realizadas en las

zonas costeras y en toda obra civil portuaria.

1. AGUA DE MEZCLADO:

El agua de mezclado, está compuesta por el agua agregada al elaborar un pastón más la

proveniente de la humedad superficial de los agregados, siendo sus principales funciones:

Reaccionar con el cemento, produciendo su hidratación.

Actuar como un lubricante, contribuyendo a la trabajabilidad de la mezcla fresca.



Asegurar el espacio necesario en la pasta, para el desarrollo de los productos de

hidratación.

Límites permisibles para el agua de mezcla y curado según la norma NTP 339.088

Una regla simple concerniente a la aceptabilidad del agua de mezclado, es que sea potable. En

otras palabras, si el agua no tiene algún gusto, olor o color particular, y no es gaseosa o

espumosa cuando se agita, no hay razón para asumir que podrá dañar al hormigón cuando se

use como agua de mezclado. Por otra parte, muchas aguas inaceptables para beber, son

satisfactorias para fabricar hormigones y permiten alcanzar la resistencia exigida en el

proyecto sin influir desfavorablemente en el proceso de endurecimiento y fraguado. Las aguas

que pueden considerarse perjudiciales, son aquellas que contienen excesivas cantidades de

azúcar, ácidos, materia orgánica, aceites, sulfatos, sales alcalinas, efluentes de cloacas, sólidos

suspendidos y gases. Algunas de estas impurezas son naturales, otras están en el agua de mar

o aguas provenientes de actividades industriales. En general, el agua no debe contener

sustancias que puedan producir efectos desfavorables sobre el hormigón o sobre las

armaduras. A continuación se resumen los efectos de ciertas impurezas del agua de mezclado

sobre la calidad del hormigón:

a. Carbonato alcalino y bicarbonato: Los carbonatos y los bicarbonatos de sodio y potasio

tienen diferentes efectos sobre el tiempo de fraguado de diferentes cementos. El carbonato de

sodio puede causar fraguado rápido, el bicarbonato puede tanto acelerar como retardar el

fraguado. Estas sales, cuando se encuentran en grandes concentraciones, pueden reducir la

resistencia del hormigón. Cuando la suma de las sales disueltas excede 1000 ppm, se hacen

necesarios ensayos para el estudio de su influencia sobre la resistencia y el tiempo de

fraguado. También se debe considerar la posibilidad de la ocurrencia de reacciones álcali-

agregado.

b. Cloruros: El efecto adverso de los iones cloruro sobre la corrosión de la armadura (refuerzo)

es la principal razón de preocupación a respecto del contenido de cloruros en el agua usada

para la preparación del hormigón. Los iones cloruro atacan la capa de óxido protectora que se

forma sobre el acero resultante de la alta alcalinidad (pH mayor que 12.5) presente en el

hormigón. El nivel de iones cloruros solubles en ácido, en el cual la corrosión empieza en el

hormigón, es aproximadamente del 0.2 a 0.4 % en peso de cemento (0.15 % al 0.3 % soluble

en agua).



c. Sulfatos: La preocupación respecto del alto contenido de sulfatos en el agua usada para la

preparación del hormigón se debe a las reacciones expansivas potenciales y al deterioro por el

ataque de sulfatos, principalmente en áreas donde el hormigón será expuesto a suelos o aguas

con alto contenido de sulfatos.

d. Sales de hierro: Las aguas subterráneas naturales raramente contienen más de 20 a 30 ppm

de hierro, sin embargo las aguas ácidas de mina pueden contener grandes cantidades de

hierro. Las sales de hierro en concentraciones de hasta 40 000 ppm normalmente no afectan

la resistencia del hormigón, pero si su aspecto estético.

e. Diversas sales inorgánicas: Las sales de manganeso, estaño, cinc, cobre y plomo en el agua

de mezclado pueden causar una significante reducción de la resistencia y grandes variaciones

del tiempo de fraguado. De éstas, las sales de cinc, cobre y plomo son las más activas. Las sales

yodato de sodio, fosfato de sodio, arseniato de sodio y borato de sodio son especialmente

activas como retardadores. Todas ellas pueden retardar muchísimo tanto el tiempo de

fraguado como también el desarrollo de la resistencia, siempre que estén en bajas

concentraciones respecto del contenido de cemento. El sulfuro de sodio es otra sal que puede

ser perjudicial al hormigón.

f. Impurezas orgánicas: El efecto de substancias orgánicas sobre el tiempo de fraguado del

cemento portland y sobre la resistencia última del hormigón es un problema muy complejo.

Tales sustancias se pueden encontrar en aguas naturales. Las aguas muy coloridas, con un

olor apreciable o con algas verdes o marrones visibles se deben considerar sospechosas y, por

lo tanto, hay que analizarlas. Las algas también pueden estar presentes en los agregados,

reduciendo la adherencia entre el agregado y la pasta. Se recomienda 1000 ppm como

contenido máximo de algas.

g. Azúcar: Un pequeña cantidad de sacarosa, del 0.03 a 0.15 % en peso de cemento,

normalmente es suficiente para retardar el fraguado del cemento. El límite superior de este

rango varía de acuerdo con los diferentes cementos. La resistencia a los 7 días se puede

reducir mientras que la resistencia a los 28 días se puede aumentar. El azúcar en cantidades

iguales o superiores a 0.25 % en peso de cemento puede causar fraguado rápido y gran

reducción de la resistencia a los 28 días. Cada tipo de azúcar influye en el tiempo de fraguado

y en la resistencia de manera diferente. El azúcar en el agua de mezcla en concentraciones

inferiores a 500 ppm, normalmente no presenta efecto nocivo sobre la resistencia, pero si la

concentración supera este valor, se deben hacer ensayos de tiempo de fraguado y resistencia.

Sedimentos o partículas en suspensión Se pueden tolerar aproximadamente 2000 ppm de

arcilla en suspensión o partículas finas de rocas en el agua de mezclado. Cantidades más

elevadas, posiblemente, no afecten la resistencia pero pueden influenciar otras propiedades

de algunos hormigones tales como la contracción por secado, tiempos de fraguado,

durabilidad o aparición de eflorescencia. Antes de utilizarse un agua embarrada o lodosa, se la

debe pasar a través de estanques de sedimentación o se la debe clarificar por cualquier otro

medio para la disminución de la cantidad de sedimentos o arcillas introducidos en la mezcla a



través del agua de mezcla. Estos sedimentos podrían tolerarse en cantidades superiores

cuando los finos del cemento se retornan al hormigón por el uso de agua de lavado reciclada.

h. Aceites: Muchos tipos de aceites están ocasionalmente presentes en el agua. El aceite mineral

(petróleo) sin mezcla de aceites vegetales o animales tiene, probablemente, menos efecto

sobre el desarrollo de la resistencia que otros aceites. Sin embargo, el aceite mineral en

concentraciones superiores al 2.5% en peso de cemento puede reducir la resistencia en más

del 20 %.

i. Agua del mar: El agua del mar, con una concentración de sales disueltas de hasta 35 000

ppm, normalmente es adecuada para el uso como agua de mezclado del hormigón que no

contenga armaduras de acero. Aproximadamente 78% de la sal es cloruro de sodio y 15 % es

cloruro y sulfato de magnesio. Aunque la resistencia temprana del hormigón preparado con

agua de mar pueda ser más elevada que la resistencia del hormigón normal, la resistencia a

edades mayores (después de 28 días) puede resultar menor. Esta reducción de la resistencia

se puede compensar con la reducción de la relación agua/cemento. El agua de mar no es

apropiada para la preparación de hormigón reforzado con acero y no se debe usar en

hormigón pretensado, debido al riesgo de corrosión de la armadura, principalmente en

ambientes cálidos y húmedos. El sodio y el potasio de las sales presentes en el agua de mar,

usada en la preparación del hormigón, pueden agravar la reactividad álcali-agregado. Por lo

tanto, no se debe usar agua de mar en la mezcla del hormigón donde estén presentes

agregados potencialmente reactivos. #284959

j. Aguas ácidas: La aceptación de aguas ácidas en la mezcla del hormigón se debe basar en la

concentración de los ácidos en el agua. Ocasionalmente, la aceptación se basa en el pH, que es

una medida de la concentración de los iones hidrógenos en una escala logarítmica. El valor de

pH es un índice de intensidad y no es la mejor medida de la reactividad potencial de un ácido o

de una base. El pH del agua neutra es 7.0; valores inferiores a 7.0 indican acidez y valores

superiores a 7.0 indican alcalinidad. Normalmente el agua de mezclado que contiene ácido

clorhídrico, ácido sulfúrico y otros ácidos inorgánicos comunes en concentraciones de hasta

10000 ppm no tiene efecto perjudicial sobre la resistencia. Las aguas ácidas con pH menor

que 3.0 pueden crear problemas de manejo y, si posible, se deben evitar. Los ácidos orgánicos,

tal como el ácido tánico, en altas concentraciones pueden tener un fuerte efecto sobre la

resistencia.

k. Aguas alcalinas: Las aguas con concentraciones de hidróxido de sodio superiores al 0.5 % en

peso de cemento pueden reducir la resistencia del hormigón. El hidróxido de calcio en

concentraciones de hasta 1.2 % en peso de cemento tiene poco efecto sobre la resistencia del

hormigón con algunos tipos de cemento, pero esto debe ser evaluado en cada caso. Se debe

considerar la posibilidad del aumento de la reactividad álcali-agregado.



l. Aguas de desechos industriales: La mayoría de las aguas que cargan desechos industriales

tienen menos de 4000 ppm de sólidos totales. Cuando se usa este tipo de agua para preparar

el hormigón, la reducción de la resistencia a compresión no supera el 10 a 15 %. Las aguas de

desechos industriales tales como curtiembres, fábricas de pintura, plantas de coque, plantas

químicas y de galvanización pueden contener impurezas peligrosas. Lo mejor es verificar

cualquier agua de desecho que contenga unos pocos cientos de partes por millón de sólidos

poco comunes.

m. Aguas sanitarias residuales (aguas negras): Un agua residual típica puede contener

aproximadamente 400 ppm de materia orgánica. Después que el agua residual se diluye en un

buen sistema de tratamiento, la concentración se reduce aproximadamente a 20 ppm o

menos. Esta concentración es muy baja para afectar considerablemente la resistencia del

hormigón.

2. AGUA DE CURADO:

Los requerimientos para el agua de curado se establecen en la NTP, con las mismas exigencias

aplicadas al agua de mezclado. El agua de curado no debe contener sustancias agresivas para

el hormigón endurecido o las armaduras, ya que durante las primeras edades el hormigón es

sumamente permeable. Se debe tomar en cuenta, consecuentemente, no emplear agua con

elevados contenidos de cloruros en caso de estructuras armadas, evitar sustancias que

puedan provocar decoloraciones o manchas superficiales y mantener reducida la diferencia

de temperatura entre el agua de curado y el hormigón para evitar la aparición de fisuras.

3. AGUA DE LAVADO

El agua para lavado de los agregados, no debe contener materiales, en cantidades tales que

produzcan una película o revestimiento dañino sobre las partículas de agregados. Cuando se

utiliza para el lavado de la hormigonera u otros equipos, el agua de lavado no debe contener

impurezas en cantidades suficientes para producir el deterioro del equipo o de la mezcla. Para

la reutilización del agua de lavado, se deberá asegurar el cumplimiento de los requisitos

establecidos en la norma NTP y se evitará el agua utilizada para el lavado de equipos que

hubieran contenido aditivos tales que pudiesen afectar las características del nuevo hormigón

elaborado. En algunos países como EE.UU. se prohíbe la descarga en las vías fluviales de

cualquier agua de enjuague o lavado no tratada, que se ha usado en el lavado de arena, grava o

mezcladoras. El agua de enjuague de lavado se utiliza normalmente en el hormigón

premezclado.

4. CONSIDERACIONES PARA EL USO DEL AGUA EN EL CONCRETO

a. UTILIZACIÓN DE AGUAS NO POTABLES: Cuando el agua utilizada no cumple uno o varios de

los requisitos ya conocidos, deberá realizarse ensayos comparativos empleando el agua en

estudio y agua destilada o potable, con similares materiales y procedimientos. Estos ensayos



incluirán la determinación del tiempo de fraguado de las pastas y la resistencia a la

compresión de morteros a edades de 7 y 28 días.

La Norma NTP 339.084 considera que los tiempos de fraguado inicial y final de la pasta

preparada con el agua en estudio podrán ser hasta 25% mayores o menores, respectivamente,

que los correspondientes a las pastas que contienen el agua de referencia. Al exceder la

concentración de sales los límites establecidos, se realizará ensayos de compresión a edades

de 180 y 365 días.

Las aguas no potables podrán utilizarse, si además de cumplir con los requisitos establecidos,

cumple con:

Las impurezas no alteren las propiedades del concreto, ni del acero de refuerzo.

El agua debe de ser limpia y libre de cantidades nocivas de ácidos, aceites, etc.

Las proporciones de la mezcla se basará en resultados de ensayos de resistencia de

concretos, que ha sido preparado con agua de la fuente elegida.

b. AGUAS PROHIBIDAS

Aguas ácidas

Aguas calcáreas; minerales; carbonatadas; o naturales.

Aguas provenientes de minas o relaves.

Aguas que contengan residuos industriales

Aguas con contenido de NaCl > 3%; o SO4- > 1%.

Aguas que contengan algas; materia orgánica; humus; partículas de carbón; turba;

azufre; o descargas desagües.

Aguas que contengan ácido húmico u otros ácidos orgánicos.

Aguas que contengan azúcares o sus derivados.

Aguas con porcentajes significativos de sales de sodio o potasio disueltos, en especial

en todos aquellos casos en que es posible la reacción álcali –agregado.

c. LIMITACIONES: Las sustancias dañinas que puedan aportar el agua de mezclado, deben

sumarse a las que puedan estar presentes en los agregados y/o aditivos; a fin de evaluar el

total de sustancias inconvenientes que puedan dañar el concreto, el acero o elementos

metálicos embebidos. Las cantidades de ión cloruro en el agua, para preparar concretos que

tengan elementos de aluminio o fierro galvanizado embebidos; no serán mayores del 0.6% en

peso del cemento. El total de ión cloruro presentes en el agua, agregados y aditivos, no

deberán exceder nunca los porcentajes, indicados a continuación:

Limitaciones para el ión cloruro



d. AGUA DE MAR: Al utilizar agua de mar en el concreto, deberá conocerse el contenido de sales

solubles. El proyectista y el supervisor serán los que darán la autorización para usar agua de

mar en el mezclado; esta deberá figurar en el Cuaderno de Obras. Su uso se prohíbe en los

siguientes casos:

Prohibiciones del agua de mar

Concreto reforzado.

Concretos cuya resistencia a la compresión a los 28 días sea mayor de 175kg/cm²

Concretos con elementos de aluminio o fierro galvanizado embebidos.

Concretos preparados con cementos de alto contenido de óxidos de alúmina.

Concretos con acabado superficial de importancia.

Concretos expuestos.

Concretos masivos.

Concretos colocados en climas cálidos.

Concretos expuestos a la brisa marina.

Concretos con agregados reactivos.

Concretos en los que se utiliza cementos aluminosos.

Al usar el agua de mar como agua de mezclado, se debe recordar que:

No hay evidencia de fallas de estructuras de concreto simple preparadas con agua de mar.

El concreto preparado con agua de mar no produce variación en el asentamiento.

Puede presentarse una aceleración en el fraguado y endurecimiento inicial de la mezcla.

La resistencia de los morteros es mayor en los primeros días, en relación con los morteros

preparados con agua potable.

Disminuye la resistencia a la compresión a los 28 días aproximadamente en un 12%.

Luego de 7 días la resistencia de los concretos tiende a disminuir.

El agua de mar puede provocar corrosión en los elementos metálicos embebidos, por lo que su

recubrimiento debe ser no menor de 70 mm.

El concreto debe ser bien compactado, buscando la máxima densidad y la menor porosidad.

Puede provocar eflorescencias.

e. NORMAS DE ENSAYO PARA EL AGUA

NTP 339.070: Toma de muestras de agua para la preparación y curado de morteros y

concretos de cemento Pórtland.

NTP 339.071: Ensayo para determinar el residuo sólido y el contenido de materia

orgánica de las aguas.

NTP 339.072: Método de ensayo para determinar por oxidabilidad el contenido de

materia orgánica de las aguas.

NTP 339.073: Método de ensayo para determinar el pH de las aguas.

NTP 339.074: Método de ensayo para determinar el contenido de sulfatos de las aguas.

NTP 339.075: Método de ensayo para determinar el contenido de hierro de las aguas.

NTP 339.076: Método de ensayo para determinar el contenido de cloruros de las aguas.



CAPITULO X

MORTEROS

La mezcla de un aglomerante y agua se llama pasta, pero esta debe ofrecer consistencia, pues

cuando el aglomerante muy difluido, la mezcla se llama lechada. Mortero es la mezcla de un

aglomerante y agregado fino, realizada por vía húmeda. Cuando el mortero se prepara con

más de un aglomerante, se denomina montero bastardo. La aplicación de la pasta sobre un

superficie se llama empastado y tarrajeado o revoque, la de un mortero. El tarrajeado puede

ser un primario o enfoscado, enlucido o tartajeo fino, etc.

FASES COMPONENTES

AGLOMERANTE

PASTA AGUA

ADITIVOS y ADICIONES ACTIVAS

MORTERO

AGREGADO FINO ARENA

Aire incorporado naturalmente

AIRE Aire incorporado intencionalmente

1. Generalidades: El papel que desempeña la arena en los morteros es múltiplos,

En el caso de los morteros de cal, es simplemente mecánico, pues sirve para reparar los granos del aglomerante y evitar de ese modo las contracciones que se producen en el mortero como consecuencia de la evaporación del agua del amasado y a la que se absorbe en la hidratación del calcáreo.

Cuando se emplean aglomerantes hidráulicos, ya no se originan contracciones, y entonces la arena sirve para disminuir la dosis de aglomerantes

En todos los casos, los agregados desempeñan la función dar resistencia a las masas, o como se dice corrientemente, darles “cuerpo”.

Teóricamente sólo se necesitaría la cantidad de los aglomerantes para cubrir con una película

a los granos de arena, los cuales se pueden suponer tangentes entre sí; pero como además se

desea obtener una masa compacta y casi siempre impermeable, se tendrá que llenar los

vacíos con el aglomerante u otro material de precio más económico. Las dosificaciones se

suelen expresar por la relación entre los volúmenes del aglomerante y de los agregados. Así la

expresión (1:3), significa un volumen de aglomerante por tres de agregado fino. La

dosificación del agua, depende en primer lugar de la clase de aglomerante, y después del

estado atmosférico, de la plasticidad deseada, y de la aplicación que se va a dar al mortero.

Como regla general conviene amasar el mortero con la mínima cantidad de agua, pues el

exceso retrasa la fragua y deja poros en la masa al evaporarse. Como consecuencia de los

vacíos que poseen tanto los aglomerantes como los agregados, el volumen resultante de las

mezclas es inferior a la suma de los volúmenes de los componentes. Sí se conocen los pesos



específicos y densidades de los componentes de un mortero se puede determinar

teóricamente el volumen resultante, de acuerdo con la dosificación; pero en la práctica se

prefiere trabajar con datos experimentales.

2. MORTERO DE YESO: No es muy usado por que la pasta de yeso admite poca arena como

consecuencia de la debilidad de aquel material en su fragua. Las proporciones máximas que

pueden emplearse son de 1:2 á 1:3. Además, como el fraguado del yeso es rápido, no da

tiempo a amasarlo. El amasado se hace vertiendo el yeso sobre sobre el agua dispuesta en una

“batea”, mezclando rápidamente y procurando que no se formen burbujas se prepara a

medida que se necesita, pues el yeso empieza a fraguar a los tres o cuatro minutos y termina

los quince o veinte. La pasta fraguada o endurecida no puede empleársele agregándole más

agua, y debe ser desechada. A este yeso los albañiles le llaman “frid”. Los morteros de yeso

adquieren en un día la mitad de la resistencia que pueden tener en un mes, que se considera

como el tiempo en el cual han llegado prácticamente el límite de su resistencia. La lechada de

yeso, sólo sirve para blanqueos, debido a su poca resistencia.

3. MORTERO DE CAL: Los morteros de cal son aquellos morteros que están fabricados con

óxido de calcio (cal), arena y agua. La cal puede ser aérea o hidráulica, diferenciándose porque

la hidráulica tiene un pequeño porcentaje de silicatos, lo que la hace más recomendable para

su uso en ambientes húmedos. Generalmente son utilizados para unir piedras y ladrillos

mejor que el cemento por sus propiedades. Las proporciones empleadas, en volumen, varían

del 1 parte de pasta de cal 2 a 4 de arena; siendo las más usadas de 1:3 y 1:3-1/2.

Mortero de Cal y Arena

a. Preparación: Sobre una capa de pasta, de espesor uniforme, se echa también en la capas de

igual espesor, la arena. Y se revuelve todo hasta que el conjunto presente color uniforme; si es

necesario se agrega más agua.

b. Características: La fragua del mortero se realiza lentamente, sobre todo si se lo ha empleado

en capas gruesas, se ha observado que en ocasiones se han necesitado años para el

endurecimiento total, o sea para la completa transformación de la cal hidratada en carbonato

de calcio. En estos morteros, el exceso de pasta la fragua, aumenta la contratación, y las grietas

consiguientes. De otro lado, el exceso de arena hace más acelerada la fragua y proporciona un

mortero difícil de trabajar con las herramientas de albañil. Las mejores arena para los

morteros de cal, son las de gramo fino, anguloso y limpias.

http://es.wikipedia.org/wiki/Mortero_(construcci%C3%B3n)



c. Resistencia: Dependen principalmente de las cualidades de la cal y de la arena influyendo

también el cuidado con que ha sido preparado el mortero. El exceso de cal disminuye la

resistencia del mortero a la comprensión. Son causas, además de disminución de esta

resistencia:

Un exceso de arena. La arcilla, limo y materiales similares. Los aceites, ácidos, álcalis y material v tal que pudiera contener el agua. Las siguientes cifras aproximadas, se aceptan, para la resistencia del mortero de cal,

proporción 1:3.

1mes 6meses Resistencia a la tensión Kg. /cm2 2.0 a 4.00 3.0 a 5.0

Resistencia a la comprensión kg. /cm2 10.0 a 28.00 12.0 a 35.0

d. Formas de suministro

Cal en piedra: Debe ser apagada y se utiliza la pasta resultante. Según su destino tiene un

periodo de asentamiento en el pozo para completar su proceso de hidratación: 7 días para

muros, 30 días para revoques (estos plazos son variables según las distintas publicaciones y

memorias pero el concepto de no utilizarla inmediatamente al apagado es lo importante)

Cal en polvo: Es una cal aérea hidratada. Debe comprobarse la homogeneidad de las

partículas, sin presencia de gránulos de mayor tamaño, ya que estos al completar la

hidratación y al ser su tamaño mayor provoca en revoques y muros procesos de disgregación

en las terminaciones. Para evitar en parte esto la mezcla debe utilizarse con al menos siete

días de asentamiento de las mezclas.

Cal en pasta: Cal grasa hasta un 5% de óxido magnésico mayor cal árida o magra.

Cal hidráulica: Es igualmente un material pulverulento e hidratado que al provenir de la

calcinación de piedras calizas que contienen sílice y alúmina, para formar el óxido cálcico

produce silicatos y aluminatos de calcio deshidratados que le proporcionan sus propiedades

hidráulicas y una mayor resistencia.

4. MORTERO DE CEMENTO PORTLAND: El mortero de cemento es un material de construcción

obtenido al mezclar arena y agua con cemento, que actúa como conglomerante. La

dosificación de la arena y el cemento en este mortero, se puede hacer por los métodos

siguientes:

Por peso Por volúmenes conocidos de los envases de cementos (barriles o sacos) y volúmenes

medidos de arena. Por volúmenes medidos de cemento y arena.

El mejor sistema de dosificación es el primero de los señalados, y es que se emplea, de

preferencia en los laboratorios.



La objeción que se le hace es que la humedad de la arena puede falsear la dosificación teórica,

pero como esta húmeda no pasa nunca del 5% en peso, este es el error que se puede cometer.

No se emplea en las obras porque no es suficiente práctico.

El segundo método es el más usado en los trabajos y casi universal. Para emplearlo se

aprovecha del volumen conocido de los barriles o sacos de cemento. La arena da distintos de

llenar las cajas medidoras pudiéndose obtener variaciones hasta el 25% en volumen es por

consiguiente importante que las cajas medidoras de arena se llenen siempre de la misma

manera.

La dosificación más usada en trabajos de albañilería es de 1:2 a 1:6 morteros más ricos se

usan solo en endurecidos y en pocas ocasiones morteros más pobres no se usan sino raras

veces.

a. Mezclado: La arena y el cemento se pueden mezclar a mano, por medio de lampas, o usando

maquinas llamadas mezcladoras, concretas u orgánicas conviene mezclar primero el cemento

y la arena y agregar, después, el agua, la mezcla debe continuarse hasta que el conjunto

ofrezca un color uniforme. El mortero deberá usarse antes de que se haya iniciado el fraguado,

no deberá emplearse mortero cuya fragua inicial haya terminado.

b. Características: La resistencia del mortero depende:

De la proporción de cemento empleado. Del tamaño de los granos de arena y de su graduación. De la cantidad de agua usada. Del grado de compacidad obtenido en la manipulación. En términos generales se puede decir que la resistencia del mortero depende, 1 de la calidad

cemento por unidad de volumen, y 2 de su densidad.

En cuanto a la influencia de la arena, se pueden puntualizar lo siguiente.

Cuando la arena está debidamente graduada, es decir cuando sus granos son de diferentes dimensiones. Ofrece el menor volumen de vacíos y proporcionara el mortero más denso, condición que se obtiene con la presencia de una cantidad de granos gruesos en la arena.

Con el mínimo porcentaje de vacíos se producirá un mortero más resistente empleando arena de granos de superficie angulosa y granos gruesos, que si la arena fuera de granos redondeados y finos.

Por ultimo de las arenas, que tienen el mismo porcentaje de vacíos proporcionara mortero en cuanto a densidad y resistencia la arena gruesa porque para un determinado volumen de mezcla, se tendrá menos vacíos.

El agua produce la siguiente acción:

El exceso de agua ejerce las siguientes influencias:

Aumenta el tiempo de fragua. Disminuye la resistencia, teniendo mayor influencia en los ensayos a corto plazo que en

los de largo plazo.



Aumenta la cantidad de lechada en la superficie libre del mortero, Aumenta la dificultad de trabazón entre un mortero viejo y nuevo. Tiende a producir la separación de la arena del cemento. Acortamiento en el tiempo de fragua; Incremento de la porosidad, y por consiguiente decrecimiento de la impermeabilidad. Decrecimiento de la resistencia.

c. Resistencia a la tensión: En condiciones normales esta resistencia aumenta muy

rápidamente durante los primeros días, pero la proporción de incremento disminuye

también con rapidez. A los 7 días, la resistencia es casi la mitad o las dos terceras partes de

la resistencia máxima, que se produce a los tres meses.

En los laboratorios esta resistencia se ensaya por maquinas especiales que se definen como

balanzas de dos palancas. Las pruebas se hacen con briquetas o probetas en forma de ocho, y

de dimensiones reglamentarias, para los ensayos, según las normas norte americana, las

probetas en su parte más delgada tiene una sección transversal de 1 x 1.

A continuación se dan los índices exigidos para morteros 1:3 con arena de Ottawa tanto en

los Standard norteamericanos, como los obtenidos con el cemento “sol” debiéndose advertir

que las resistencias indicadas corresponden esfuerzos de rotura. Conviene también decir que

en los tiempos dados se considera que el primer día, las probetas se conservarán en aire

húmedo y los restantes sumergidos o agua potable para las horas corrientes y en agua de mar,

para los trabajos marítimos

Estándar Cemento ”Sol” Resistencia a la tensión en 7 días 14 kg/ 2cm 19 kg. / 2cm

Resistencia a la tensión en 28 días 21 kg/ 2cm 26 kg/ 2cm

d. Resistencia a la Comprensión: Un mortero que sea bastante resistencia a la tensión,

también lo es a la comprensión, pero la relación entre una y otra resistencia no es

constante para todos los morteros. Las mezclas más usadas para sentar ladrillos son:

Para muros resistentes o sean portantes de carga 1:5

Para muros de rrellenos o para cercos 1:6

En cuanto a los acabados con morteros de cemento –arena tienen generalmente los siguientes

espesores, los mismos que se usan en la preparación de presupuesto:

Tarrajeos:

Sobre muros de bloqueos 10mm

Sobre muro ladrillos corrientes 15mm

Enlucidos:

Sobre tarrajeos 5 mm.



5. MORTEROS BASTARDOS: Cuando en el mortero se usa más de un aglomerante, aquel

recibe el nombre de mortero bastardo, denominación originada por que la adicción del

segundo aglomerante casi siempre tiene por objeto economizar el titular, que es más

costoso o brindarle otras propiedades físicas.

a. Morteros bastardos con yeso: Se obtienen mezclando el yeso con cal y arena. Se

emplean solo en empastados enlucidos y tarrajeos. Un empastado que, de acuerdo con las

definiciones dadas, debe ser tildado de áspero, se obtiene usando las siguientes

proporciones.

Yeso cal arena Para paredes 1 3 1 Para cielo-rasos 2 3 1

En tarrajeos se emplean la siguiente proporción: Yeso (1), cal (3), arena(4-1/2). En todos

los casos se usa arena fina.

b. Morteros Bastardos de Cemento Pórtland: Contiene como aglomerante cemento y cal.

La cal agregada en pequeñas proporción hace al mortero más denso y también más suave

y trabajable con las herramientas de albañil. El mortero bastardo es más resistente que el

normal de la cal sola y con respecto normal de cemento solo, es más débil pero como ya

hemos, apuntado más plástico e impermeable.

Las proporciones usadas varían entre una parte de cemento ½ a 2 partes de cal, y 5 a 6 partes

de arena entre estas proporciones la experiencia muestra que las más resistente a la

comprensión es la de 1:1:6, representando 6 el volumen de arena. En lima, para asentar

ladrillos se han empleado con buenos resultados, las proporciones siguientes.

En muros no sobrecargados 1:1:6 (cal-cemento-arena) En muros con sobre carga 1/5:1:3 (cal-cemento-arena)

Mencionaremos, para que se pueda establecer comparación que la proporción más popular en

lima para el uso indicado en mortero de cemento y arena, es la 1:5. Estas recomendaciones se

refieren a la cal corriente de obra, pero actualmente se encuentra en el mercado de lima cal

hidráulica que para usarse no necesita “podrirse”, remojarse o hidratarse se vende en cascos

de 2 pies cúbicos o de un peso de 30 kg. Esto producto se recomienda empleando. En la

siguientes proporciones en volúmenes (cemento, cal, arena)

Para argamasa o “mezcla” para asentar ladrillos o piedras:

1:1:10 con 3.7 volúmenes de agua, se obtiene en total 10.5 volúmenes.

1:2:2 con 4 volúmenes de agua, se obtiene en total 12.9 volúmenes.

Para enlucidos:

1:2::15 con 5.5 volúmenes de agua se obtienen en total 15.75 volúmenes



TABLA DE MORTEROS

TABLA I

MORTEROS DE CAL GRASA

Clase

Dosificación en volúmenes

Cal arena

Cal apagada en pasta

m3

Arena

m3

Agua

litros

De 335 Kg 1:1 0,555 0,555 110

De 240 Kg 1:2 0,400 0,800 120

De 190 Kg 1:3 0,315 0,125 125

De 160 Kg 1:4 0,260 1,050 100

De 135 Kg 1:5 0.220 1,100 100

NOTA:

Horas de peón para todos = 3,5 – pérdida en % del importe = 8

TABLA II

MORTERO DE CAL HIDRÁULICA

Clase

Dosificación en Volúmenes cal

arena

Cal hidráulica Kg Arena

m3

Agua

litros

De 540 Kg 1:1 540 0,780 320

De 335 Kg 1:2 335 0,960 290

De 240 Kg 1:3 240 1,050 275

De 190 Kg 1:4 190 1,140 270

De 160 Kg 1:5 160 1,140 265

NOTA: Horas de peón = 3,5 – Pérdida en % del importe = 8

TABLA III

MORTEROS DE CEMENTO PORTLAND ARTIFICIAL

Clase


Cemento Arena

Cemento Portland Kg

Arena

m3

Agua

Litros

De 920 Kg 1:1 920 0,680 270

De 600 Kg 1:2 600 0,880 265

De 440 Kg 1:3 440 0,975 260

De 350 Kg 1:4 350 1,030 260

De 290 Kg. 1:5 290 1,070 255

De 250 Kg 1:6 250 1,100 255

De 215 Kg 1:7 215 1,130 255

De 190 Kg 1:8 190 1,140 250

De 175 Kg 1:9 175 1,145 250

De 160 Kg 1:10 160 1,150 250




TABLA IV

MORTEROS DE CEMENTO DE FRAGUADO RÁPIDO

Clase


Cemento Arena

Cemento rápido Kg

Arena

m3

Agua

Litros

De 750 Kg 1:1 750 0,710 310

De 475 Kg 1:2 475 0,900 295

De 350 Kg 1:3 350 0,980 290

De 275 Kg 1:4 275 1,030 285

NOTA: Horas de peón = 3,5 – Pérdida en % del importe = 8.

TABLA V

MORTERO DE CEMENTO NATURAL DE FRAGUADO LENTO

Clase


Cemento Arena

Cemento lento

Kg

Arena

m3

Agua

Litros

De 770 Kg 1:1 770 0,740 295

De 485 Kg 1:2 485 0,930 280

De 350 Kg 1:3 350 1,020 270

De 280 Kg 1:4 280 1,070 265

De 230 Kg 1:5 230 1,100 260

De 195 Kg 1:6 195 1,120 260

De 170 Kg 1:7 170 1,140 260


TABLA VI

MORTEROS BASTARDOS DE CAL GRASA Y CEMENTO PORTLAND

Clase Dosificación

en volúmenes Cto., Cal, Arena

Cemento Portland Kg

Cal Grasa en Pasta M3

Arena m3 Agua Litros

1:1:4 1:1:4 290 0,215 0,800 168

1:1:6 1:1:6 220 0,165 0,980 170

1:1:8 1:1:8 180 0,135 1,060 170

1:2:6 1:2:6 185 0,275 0,830 160

1:2:8 1:2:8 155 0,230 0,920 185

1:2:10 1:2:10 133 0,197 0,990 157

NOTA: Horas de peón = 4 – Pérdida en % del importe = 8



VALORES DE LOS COEFICIENTES DE APORTE PARA CADA MATERIAL

Arena gruesa (naturalmente humeda) 0.63

Arena Mediana (naturalmente humeda) 0.60

Arena gruesa seca 0.67

Arena fina seca 0.54

Cal en pasta 1.00

Cal en polvo 0.45

Canto rodado o grava 0.66

Cascote de ladrillo 0.60

Cemento Portland 0.47

Cemento Blancos 0.37

Mármol granulado 0.52

Piedra partida (pedregullo) 0.51

Polvo de ladrillo puro 0.56

Polvo de ladrillo de demolición 0.53

Yeso París 1.40

PESOS ESPECÍFICOS DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN (Kg./m3)

Arena seca 1450 Ladrillos de Maquina 1580

Arena naturalmente húmeda 1650 Mampostería de Piedra 2250

Arena muy mojada 2000 Mármol 2700-2800

Cal viva en terrones 900-1100 Mortero de Cal y Arena fraguado 1650

Cal hidráulica viva, en polvo 850-1150 Mortero de Cemento, Cal y Arena

fraguado 1700-1900

Cal en pasta 1300 Nieve suelta 150

Cemento Portland 1200-1400 Nieve congelada 500

Cemento Blanco 1100 Papel en libros 1000

Cemento fraguado 2700-3000 Polvo de ladrillos de demolición 1000

Escorias de Coque 600 Porcelana 2400

Canto Rodado (Grava) 1750 Tierra arcillosa seca 1600

Hormigón armado 2400 Tierra Húmeda 1850

Hormigón de Cascotes 1800 Tiza 1000

Ladrillos Comunes 1350-1600 Yeso en polvo 1200



CAPITULO XI

CONCRETO

El concreto es un material de construcción bastante resistente, que se trabaja en su forma

líquida, por lo que puede adoptar casi cualquier forma. Este material está constituido,

básicamente de agua, cemento y otros añadidos, a los que posteriormente se les agrega un

cuarto ingrediente denominado aditivo.

El concreto es básicamente una mezcla de tres componentes: Cemento Portland, agregados y

agua. Al mezclar estos tres componentes aparece simultáneamente un cuarto componente

que es el aire. A estos cuatro componentes eventualmente puede incorporarse uno más y que

genéricamente se designa como aditivo. Existen otros conceptos que definen al concreto

como la mezcla de dos componentes, el agregado y pasta.

1. CARACTERÍSTICAS

a. Densidad: Este puede ser el criterio principal para los tipos de concreto que se quieran

lograr. Como sabemos la densidad está íntimamente ligado con la cantidad de vacíos que

pueda tener el concreto, por tal motivo el espacio ocupado por el concreto deberá llenarse

tanto como sea posible dentro del encofrado.

b. Resistencia: Deberá garantizarse que el concreto tendrá siempre suficiente fuerza y

resistencia interna ante los diversos tipos de

falla.

c. Relación agua cemento: La relación agua-

cemento (A/C) es el factor más importante

en la resistencia del concreto. Una

determinada relación agua-cemento produce

distintas resistencias de acuerdo al tipo de

agregado utilizado y al tipo de cemento.

Cemento

AguaCA / es decir 50.0

.40

20

kg

litros

d. Textura: Las superficies de concreto expuestas deberán tener una textura densa y dura

de manera que puedan resistir condiciones climatológicas adversas.

2. TIPOS DE CONCRETO.

2.1. Concreto simple: El concreto simple se elabora con arena y grava (agregado

grueso) que constituyen entre el 60 y 75 por ciento del volumen y una pasta

cementante endurecida formada por cemento hidráulico con agua, que con los

vacíos forman el resto.

2.2. Concreto armado: Se denomina así al concreto simple cuando este lleve

armaduras de acero como refuerzo y que está diseñado bajo la hipótesis de que los



dos materiales trabajan conjuntamente, actuando la armadura para soportar los

esfuerzos de tracción o incrementar la resistencia a la compresión del concreto.

2.3. Concreto estructural: Se denomina así al concreto simple, cuando este es

dosificado, mezclado, transportado y colocado, de acuerdo a especificaciones

técnicas, que garanticen una resistencia mínima pre-establecida en el diseño y una

durabilidad adecuada.

2.4. Concreto ciclópeo: Se denomina así al concreto simple que está completamente

con piedras desplazadoras de tamaño máximo de 10”, cubriendo hasta el 30%

como máximo, del volumen total. Las piedras deben ser introducidas previas

selección y lavado, con el requisito indispensable de cada piedra, en su ubicación

definitiva debe estar rodeada de concreto simple.

2.5. Concreto ligero: El Concreto ligero es aquel que se elabora con agregados pétreos

densos, para alcanzar una masa volumétrica seca de 400 a 1700 Kg/m3, una vez

compactado.

2.6. Concreto Pesado: Este concreto es producido con agregados pesados como las

baritas, minerales de fierro como la magnetita, limonita y hematita. Su densidad

supera los 6400 Kg/m3.

2.7. Concreto premezclado: El concreto premezclado es aquel

que es entregado al cliente cómo una mezcla en estado no

endurecido (mezcla en estado fresco). El concreto

premezclado es uno de los materiales de construcción más

populares y versátiles, debido a la posibilidad de que sus

propiedades sean adecuadas a las necesidades de las

diferentes aplicaciones, así como su resistencia y

durabilidad para soportar una amplia variedad de

condiciones ambientales.

2.8. Concreto prefabricado: Aquel concreto que es elaborado

en un lugar diferente a su posición final en la estructura.

2.9. Concreto bombeado: Es aquel concreto que es impulsado por bombeo, a través de

tuberías a su ubicación final.

2.10. Concreto auto-compactado: Existen muchas definiciones sobre este material,

pero la más difundida expresa que se trata de un concreto de muy alta fluidez, que

puede ser colocado por su propio peso y es capaz de rellenar los encofrados sin

vibración, logrando una buena consolidación, sin producir exudación ni

segregación. Las diferencias fundamentales que definen un Concreto Auto-

Compactado (CAC) frente a un Concreto convencional son las siguientes:

Los materiales se deben estudiar para cada diseño de mezcla.

La consistencia debe ser totalmente líquida. La medida de la consistencia y

la viscosidad no debe medirse exclusivamente con métodos tradicionales

como el cono de Abrahams, sino que se deben utilizar, por las

características del concreto, métodos especiales como son: SLUMP-FLOW,

V_FUNNEL, L-SHAPED BOX, etc.



2.11. Concreto pretensado: Para construir un elemento pretensado es necesario que

antes de colocar el concreto se mantengan tensionados los tendones o alambres entre

anclajes externos. Cuando el concreto a logrado suficiente resistencia, los tendones

son liberados de los anclajes externos y de esta manera transfieren el esfuerzo al

concreto, induciendo un esfuerzo de compresión en el. Los tendones de pretensados

usualmente corren en líneas rectas.

2.12. Concreto postensado: El Postensado es una técnica de

precargar el concreto en forma tal que se eliminen, o

reduzcan, los esfuerzos de tensión que son inducidos por las

cargas muertas. Los tendones son colocados en ductos o

fundas, lo cual previene el afianzamiento y el concreto es

fraguado para que el ducto se afiance pero el tendón adentro

queda libre para moverse. Cuando el concreto ha ganado

suficiente resistencia los tendones son esforzados

directamente contra el concreto y son mecánicamente

asegurados en anclajes empotrados en la fragua en cada extremo. Después de este

estado, se tensionan los tendones y de aquí en adelante la compresión inducida en el

concreto es mantenida por los anclajes.

2.13. Concreto de Alta Resistencia: Es un tipo de concreto (hormigón) de alto

desempeño, que comúnmente tiene una resistencia a la compresión especificada de

400kg/cm2 (40 MPa) o más. La resistencia a la compresión se mide en cilindros de

prueba de 6” X 12” (150 X 300 mm) o de 4” X 8” (100 X 200 mm), a los 56 o 90 días

por lo general, o alguna otra edad especificada dependiendo su aplicación. La

producción de concreto de alta resistencia requiere un mayor estudio así como un

control de calidad más exigente en comparación con el concreto convencional.

2.14. Concreto Rheoplástico: Es aquel concreto cuyas características reológicas están

controladas mediante aditivos que incrementan la plasticidad sobre los limites

convencionales, sin producir exudación, segregación, ni alterar la relación

agua/cemento haga lo que nosotros queramos.

a. Propiedades generales de los concretos rheoplásticos:

Rango de plasticidad: 6’’ a 12’’, se obtienen un concreto sumamente fluido y

manejable.

Mezclas cohesivas sin segregación, a diferencia de plastificar solo con agua, que nos

reduce la cohesividad. Este concreto rheoplástico es sumamente cohesivo, es decir no

se separa el agregado grueso del agregado fino.

Mantiene el slump por mayor tiempo, a diferencia del concreto convencional

dosificado solo con agua, que mantiene un tiempo de vida de trabajabilidad de 90

minutos, algunos casos un poquito más, pero con estos concretos rheoplásticos se

puede obtener de 2 a 3 horas.

Control de temperatura en clima cálido, al permitir bastante la temperatura en clima

cálido.

Impermeabilidad mejorada, nos ayuda tener una relación a/c bastante bajas, la

estructura de los poros es muy fina y esto mejora bastante la impermeabilidad.



Características resistentes incrementadas, estos

aditivos producen una dispersión adicional del

cemento y hace que el proceso de hidratación, sea

mayor de lo normal - Reducción por secado y flujo

plástico, que son 2 de los grandes problemas que

tenemos en el concreto, desde el punto de vista de

figuración.

3. ESTADOS DEL CONCRETO

3.1. Estado fresco: Al principio el concreto parece una masa. Es blando

y puede ser trabajado o moldado en diferentes formas. Y así se

conserva durante la colocación y la compactación. Las

características más importantes del concreto fresco son la

trabajabilidad y la cohesividad.

3.2. Estado fraguado: Después el concreto empieza aponerse rígido.

Cuando ya no está blando se conoce como fraguado del concreto. El

fraguado tiene lugar después de la compactación y durante el

acabado. El concreto que esta aguado o muy mojado puede ser

fácilmente colocado, pero será más difícil darle un acabado.

3.3. Estado endurecido: Después de que el concreto ha fraguado empieza

ganar resistencia y se endurece, las propiedades del concreto

endurecido son la resistencia y durabilidad

4. PROPIEDADES DEL CONCRETO

4.1. Propiedades del concreto fresco

4.1.1. Docilidad: Es la aptitud del concreto de constituirse en una masa con trabazón y

tener facilidad para “cerrarse”, es decir debe trabarse sin dejar espacios vacíos. En

función de la relación arena/agregado (arena/arena + piedra) y de la redondez del

agregado. No se debe confundir consistencia con docilidad, pues el concreto puede ser

muy consistente y cerrar con facilidad.

4.1.2. Trabajabilidad: El concreto fresco debe ser adecuado a las características

particulares de cada obra, su trabajabilidad debe permitir recibirlo, transportarlo,

colocarlo en los encofrados, compactarlo y terminarlo correctamente con los medios

disponibles sin segregación de los materiales componentes. De ese modo el concreto

elaborado llenará totalmente los encofrados, sin dejar oquedades o nidos de abeja y

recubrirá totalmente las armaduras de refuerzo, tanto en pro de la resistencia

estructural como para la pasivación del hierro lograda con la lechada de cemento, y

quedará con la terminación prevista para la obra. La trabajabilidad es afectada por:



La cantidad de pasta de cemento: la pasta de cemento es la parte blanda

o liquida de la mezcla de concreto. Mientras más pasta se mezcle con

los agregados grueso y fino, más trabajable será la mezcla.

La granulometría del agregado: los agregados bien graduados, lisos y

redondos, mejoran la trabajabilidad de la mezcla.

Para hacer una mezcla trabajable:

Agregue mas pasta de cemento

Use agregados bien graduados

Utilice un buen aditivo

4.1.3. Consistencia o fluidez: La consistencia se refiere a la fluidez de las mezclas. Abarca

diversos grados de fluidez: desde mezclas secas o rígidas, hasta las muy fluidas o

sueltas. La consistencia depende, principalmente, de la cantidad de agua aportada en

el mezclado; también, de la cantidad de cemento incorporado en la mezcla;

igualmente, de la forma y tamaño de los agregados. La consistencia es elegida

teniendo en cuenta el elemento o componente de concreto a construirse y el método

de compactación a emplearse en la colocación. En una mezcla plástica, hay suficiente

cantidad de pasta de cemento de consistencia tal, que los agregados virtualmente

flotan en la pasta. Esto permite la incorporación homogénea de los agregados y

elimina el potencial riesgo de segregación y de formación de “cangrejeras”. La

consistencia de una mezcla puede ser apreciada a simple vista; no obstante, esta

manera empírica no es indicativa de la regularidad o uniformidad de la consistencia.

Para evaluar y controlar de modo más apropiado la consistencia de las mezclas se

emplea el método del asentamiento o “slump”, que consiste en llenar un molde de

forma troncocónica, de 30 cm. de altura, 20 cm. de diámetro en la base mayor y 10 cm.

de diámetro en la base menor.

4.1.4. Consolidación: La vibración pone en movimiento a las partículas en el

concreto recién mezclado, reduciendo la fricción entre ellas y dándole a la

mezcla las cualidades móviles de un fluido denso. La acción vibratoria

permite el uso de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de

agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un

agregado bien graduado, entre mayor sea el tamaño máximo del agregado

en el concreto, habrá que llenar pasta un menor volumen y existirá una

menor área superficial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como

consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento es necesaria,

con una consolidación adecuada de las mezclas más duras y ásperas pueden ser

empleadas, lo que tiene como resultado una mayor calidad y economía. Si una mezcla

de concreto es lo suficientemente trabajable para ser consolidada de manera

adecuada por varillado manual, puede que no exista ninguna ventaja en vibrarla. De

hecho, tales mezclas se pueden segregar al vibrarlas. Solo al emplear mezclas más

duras y ásperas se adquieren todos los beneficios del vibrado.



4.1.5. Segregación: Es la separación de los materiales que constituyen una

mezcla de cemento. Entre los principales factores que producen

segregación están la diferencia en tamaños de las partículas y la

mala distribución granulométrica de los agregados. Otras causas se

refieren a los inadecuados procesos del concreto: Mezclado,

trasporte, colocación y compactación. La segregación se produce en

dos formas: Las partículas gruesas tienden a separarse de las otras

por acción de la gravedad, esto ocurre generalmente con mezclas

secas y poco plásticas. La otra forma es la separación de la pasta (cemento y agua) lo

que ocurre con mezclas muy fluidas.

4.1.6. Homogeneidad: Se refiere a que los componentes del concreto se encuentren en la

misma proporción en cualquier parte de la masa o de masas diferentes de un mismo

concreto. Considerando que el concreto es una mezcla cuyos componentes tienen

diferente peso específico, estos tenderán a segregarse. La homogeneidad depende del

tipo y tiempo de mezclado, del transporte, de la compactación, etc. Para el muestreo

del concreto se debe tomar masas que correspondan al tercio central de una tanda de

mezcladora.

4.1.7. Exudación: Se conoce también como sangrado y consiste en que parte del agua de

mezclado tiende a subirse a la superficie del concreto recién colocado o durante el

proceso de fraguado. La exudación puede crear problemas en

el concreto; cuando la velocidad de la evaporación es menor

que la velocidad de la exudación, se forma una película de agua

que aumenta la relación agua cemento en la superficie y

posteriormente esta zona queda porosa y de baja resistencia al

desgaste; pero si la velocidad de evaporación es mayor que la

velocidad de la exudación se pueden producir grietas de

contracción. La exudación puede ser controlada con aditivos inclusores de aire,

cementos más finos y un control de agregado fino.

4.1.8. Peso Unitario: Se refiere al peso que tiene el concreto en un determinado volumen,

nos sirve para poder compararlo respecto a otros concretos y verificar que las

proporciones del material es la correcta. Se logrará de la siguiente manera:

Se llena un recipiente cilíndrico con concreto en tres capas y cada capa con 25

golpes por medio de una varilla de 0.60 m. de longitud y 5 8”de diámetro.

Una vez obtenido el peso del concreto y el volumen del recipiente, bastará una

simple división para poder hallar el peso unitario del concreto fresco.

4.2. Propiedades del concreto endurecido

4.2.1. Densidad: La densidad del concreto se define como el peso por unidad de volumen.

Depende de la densidad real y de la proporción en que participan cada uno de los

diferentes materiales constituyentes del concreto. Para los concretos

convencionales, formados por materiales granulares provenientes de rocas no

mineralizadas de la corteza terrestre su valor oscila entre 2.35 y 2.55 Kg/dm3.



4.2.2. Resistencia: La resistencia es una de las propiedades más importantes del

concreto, principalmente cuando se le utiliza con fines estructurales. El concreto, en

su calidad de constituyente de un elemento estructural, queda sometido a las

tensiones derivadas de las solicitaciones que actúan sobre éste. Si sobrepasan su

capacidad resistente se producirán fracturas, primero de origen local y

posteriormente generalizadas, que podrán afectar la seguridad de la estructura.

El concreto bien hecho es un material naturalmente resistente y durable.

Es denso, razonablemente impermeable al agua, capaz de resistir cambios de

temperatura, así como resistir desgaste por temperatura.

La resistencia y la durabilidad son afectadas por la densidad del concreto. El

concreto más denso es más impermeable al agua.

La durabilidad del concreto se incrementa con la resistencia.

El concreto bien hecho es importante para proteger el acero en el concreto

reforzado.

La resistencia del concreto en el estado endurecido generalmente se mide por la

resistencia a compresión usando la prueba de resistencia a la compresión.

4.2.3. Variaciones de volumen y fisuración: El concreto experimenta variaciones de

volumen, dilataciones o contracciones, durante toda su vida útil por causas físico -

químicas. El tipo y magnitud de estas variaciones están afectados en forma importante

por las condiciones ambientales existentes de humedad y temperatura y también por

los componentes presentes en la atmósfera.

4.2.4. Durabilidad: Expresa el comportamiento del material para

oponerse a la acción agresiva del medio ambiente u otros factores

como el desgaste, asegurando su integridad y la de las armaduras de

refuerzo durante el período de construcción y después, a lo largo de

toda la vida en servicio de la estructura.

4.2.5. Impermeabilidad: Es una característica estrechamente ligada a la

durabilidad y la que más colabora con ésta. La impermeabilidad es el

resultado de disponer de un concreto compacto y uniforme, con la suficiente

cantidad de cemento, agregados de buena calidad y granulometría continua,

dosificación racional, relación agua/cemento lo más baja posible dentro de las

condiciones de obra para permitir un excelente llenado de encofrados y

recubrimiento de armadura, eliminando toda posibilidad de que queden en la masa

bolsones de aire o nidos de abeja a fin de impedir que ingresen a la masa del

concreto los elementos agresivos. Si la impermeabilidad es condición muy

importante para el correcto funcionamiento y durabilidad de la estructura, el

productor de concreto elaborado puede agregar a pedido del usuario un aditivo

químico para incorporar intencionalmente la cantidad de aire -se mide en

porcentaje sobre la masa total- que sea necesaria. Se podrá aumentar la

impermeabilidad del concreto si se atienden los siguientes aspectos de su

fabricación por orden de importancia:



Emplear mezclas secas, de baja relación agua-

cemento. Los concretos

más resistentes son los menos permeables.

Lograr una granulometría con el mínimo de vacíos

posible.

Colar el concreto con el uso discreto de vibradores

que compacten la

mezcla y expulsen parte de las burbujas de aire.

5. PRUEBAS AL CONCRETO FRESCO

Para cualquier tipo de ensayo del concreto en estado fresco se debe tener en cuenta la Norma

ASTM C143-00 Sampling Freshly Mixed Concrete.

Asentamiento, consistencia o revenimiento.

Peso unitario, masa unitaria o densidad.

Trabajabilidad

Fluidez

Tiempo de fraguado

Contenido de aire

Temperatura

Otros

6. PRUEBAS AL CONCRETO ENDURECIDO.

Elasticidad

Resistencia a la compresión

Tracción diametral

Flexión



CAPITULO XII

UNIDADES DE ALBAÑILERÍA

Dentro de las unidades de albañilería o productos cerámicos se pueden mencionar a diversos

productos como: el adobe, la piedra, los diferentes tipos de ladrillos.

1. EL ADOBE: El adobe es un ladrillo crudo, de barro amasado con agua y alguna sustancia

como cal paja, arena, estiércol, etc. Para darle consistencia y secado al calor del sol. Se

ponen en obra con pasta de barro.

Es un material de bajo costo y de muy fácil preparación, por lo que se le ha usado

extensivamente en la costa de nuestro país, donde las lluvias son escasas; pero como tiene los

inconvenientes que vamos a indicar enseguida, hoy se tiende a reemplazarlo con ladrillos

cerámicos.

Las principales ventajas del adobe, además de las expuestas, están en proporcionar muros a

prueba de sonidos y que son muy malos conductores de calor, por lo que las habitaciones

construidas con ellas son frescas en verano y abrigadas en invierno.

Se recomienda su empleo para la construcción de polvorines y depósitos de explosivos,

porque aparte de sus buenas características climatéricas ya expuestas, en caso de accidente se

transforman fácilmente en tierra.

Los inconvenientes del adobe son principalmente su poca resistencia a la compresión, su débil

amarre entre una pieza y otra, y la facilidad con que se desarrollan en su masa roedores y

otras alimañas. Esta contra-indicado construir con adobes muros en segundo piso. Además la

humedad los maltrata bastante pero su duración es apreciable.

a. Fabricación: Se consideran 4 etapas:

Preparación de las tierras: Se eligen las que son bastante arcillosas y carentes de

piedras; las llamadas migajón, son las preferidas; presentando un color ligeramente rojizo.

Cuando las tierras son arenosas, proporción mayor de 20%, el adobe resulta frágil.

Amasado del barro: Se llama también dar el temple, que consiste en agregar la cantidad

de agua necesaria para hacer posible el moldeado.

Moldeado: Se realiza sobre un terreno previamente nivelado y sobre el cual se

espolvorea una ligera capa de arena, guano, paja, etc. Sobre el tendal se coloca la gravera o

molde de madera, la cual se rellena con el barro ya preparado, alisando la superficie libre

con la con la mano o con una regla de madera o tarraja. Para impedir que el barro se pegue

al molde, al secar el adobe ya perfilado, se le espolvorea también con arena, guano, etc,

habiéndolo mojado previamente. El secado se realiza dejando simplemente el adobe al

aire libre.

b. Características Técnicas: Como regla general debe indicarse que en albañilería, para que

el amarre de las piezas se haga con facilidad y armonía se acostumbra hacer el largo de



cada unidad igual a dos veces el ancho, más el espesor de una juntura. Y el ancho igual a

dos veces el grueso o alto más una juntura. Teniendo en cuenta la regla de la anterior, las

siguientes son buenas dimensiones para los adobes: 46x22x10cm, adoptando junturas de

2cm de espesor que son las convenientes. Otras dimensiones usuales, aunque se apartan

de la regla, son de 40x22x8cm.

Los muros de adobe se construyen generalmente de espesor de una sola unidad, ya sea

con el adobe a través, o a tizón, o adobe de cabeza; o con el adobe a lo largo, o adobe de

soga, por lo que no hay inconveniente en el empleo de las dimensiones anotadas.

Nunca se usan muros o tabiques construidos con el adobe de canto o muros de panderete,

muy empleados en tabiques de ladrillos.

Debido a la rusticidad con que se fabrican los adobes, se aceptara una variación en sus

dimensiones hasta de 1/2cm, en más o en menos, la densidad del adobe es

aproximadamente de 1.6. La resistencia a la compresión es de 33 a 47Kg/cm2 debiéndose

esta variación a la diversidad de los materiales empleados en la fabricación.

2. LA PIEDRA: Se consideran a todos los materiales que se emplean tal como se encuentran

en la naturaleza, es decir sin otra manipulación que las operaciones relacionadas con su

extracción, corte y a veces pulido de su superficie. También se les define diciendo que son

aquellas rocas que se emplean en trabajos de albañilería.

Las cualidades que deben poseer las piedras de construcción son: la durabilidad, resistencia,

aspecto ornamental y baratura. Desde el punto de vista estructural las mejores son las más

duras, densas, compactas y de textura uniforme.

Las cualidades de una piedra de construcción pueden ser previstas, como primera

información, examinando la textura de la fractura de un trozo recién desprendido. De acuerdo

con este examen las cualidades más importantes se dan a continuación.

Estructura cristalina: Proporciona una fractura uniforme con superficie de rotura bien

marcadas.

Estructura Granular: Da una fractura desigual, con elementos o puntas salientes.

Estructura Pizarrosa: Origina una fractura según planos paralelos a los de la laminación,

muy uniformes y cantos muy desiguales en las otras direcciones.

Estructura Dura y Compacta: Da fractura denominada conoidal o curvada que ofrece

cavidades y convexidades de superficie muy uniforme parecidas al exterior e interior de

conchas.

Estructuras suaves y quebradizas: Proporciona una fractura de aspecto terroso y

áspero.



a. Piedras usadas en construcción:

Piedra Grande de río: Así se denominan los guijarros o piedras de dimensiones

apreciables de constitución silicosas que se encuentran en los cauces de los ríos actuales

o pretéritos. Son pues, geológicamente hablando, material de acarreo o de tránsito. Se

emplean en albañilería cíclopea en cimentaciones y en rellenos de albañilería. También se

les usa en la construcción de los denominados muros de piedra seca o pircas que están

formados por piedras simplemente apiladas o yuxtapuestas sin mortero alguno. El

principal uso de estas pircas o plicas en el país es en muros de sostenimiento

provisionales para caminos y ferrocarriles; también se emplean en muros de defensa o

encauce de los ríos, en javas de fibras vegetales o alambrados; y en cercos, en general.

Piedra Grande de canteras: Es un sustituto del material anterior. Como su nombre lo

indica proviene de canteras. Se emplea en la misma forma que la piedra grande de río.

Piedra Artificial: En lenguaje corriente entre nosotros se da el nombre de piedras

artificiales a algunos revestimientos de albañilería empleados con fines decorativos.

Revestimientos Ornamentales: Se aplican directamente a la albañilería usándolos en

formas de pastas o chapas premoldeadas que por mucha frecuencia solo llevan el

material ornamental en la superficie visible.

3. LADRILLO: Los ladrillos cerámicos para construcción o ladrillos cocidos y más

corrientemente ladrillos son los bloques de arcilla o barro endurecidos por el fuego, con

frecuencia se les tilda de piedras artificiales.

a. Clases: Los principales tipos usados entre nosotros son los siguientes:

Macizos corrientes: Que se emplean para toda clase de muros. En el mercado los hay de

varias dimensiones, como se verá más adelante.

Huecos: Utilizados para muros en pisos altos a fin de disminuir los pesos usados también

en los techos de concreto armado del tipo llamado techo aligerado y que en otros países se

llama forjados de ladrillo armado.

Ladrillón: Denominado también bomba, King Kong, etc. Empleados en muros de rellenos

o en aquellos que van a soportar cargas apreciables.

Pasteleros: Usados como revestimientos o para impermeabilizar azoteas y para pisos

rústicos y de poco tráfico.

Panderetas: Con huecos empleados para aligerar el peso de los muros.

De acuerdo a la manera como se ha conducido la cocción los ladrillos se llaman pintones

cuando se han quemado crudos y recochos si la quema ha sido excesiva.



b. Características del buen ladrillo:

Deben presentar un grano compacto fuerte, es decir, que no se desmoronen fácilmente.

Golpeados en el aire deben ofrecer un sonido metálico, los que lo emiten sordo son de

mala calidad. Cuando se hace está prueba con ladrillos huecos y que no deben emplearse

rajados el sonido característico de callana indica que deben ser rechazados.

Aunque la regla tiene excepciones los ladrillos rojizos son mejores que los amarillentos.

En la fractura los ladrillos no deben presentar trozos blanquecinos o crudos toda la

fractura debe ser de grano uniforme.

No deben absorber más del 7% de su peso en agua.

c. Dimensiones y pesos de los Ladrillos:

TIPOS DIMENSIONES (cm) PESO kg c/u.

Ladrillos macizos

Corriente 24x11x11.5x6 3,100 Alto 24x11.5x9 4,300

Ladrillón 25x16x12 7,600 Pandereta 25x12x10 -

Ladrillos huecos

2 huecos 30x20x8

40x20x12 3,800 7,150

3 huecos 25x14x6

40x30x12 -

10,200

4 huecos 40x20x20 40x30x20 45x40x12

12,000 -

14,000

6 huecos

25x12x10 40x20x12 40x30x12 40x30x20

3,100 3,800

- 20,500

Ladrillos pasteleros 20x20 25x25

1,600 2,500

d. Propiedades mecánica: La resistencia de los ladrillos es simple mucho mayor que la de

los morteros con los cuales se les asienta. La resistencia a la compresión es de 240Kg/cm2,

la cual debe llegar al doble en los ladrillos macizos prensados y bien quemados. Un

coeficiente de trabajo para albañilería de ladrillos muy aceptado entre nosotros es el de

10Kg/cm2. La densidad de los ladrillos varía entre 1.6 a 2.5 generalmente se prescribe

densidad 2.0 para ladrillos que se van a usar en buena albañilería. La densidad del polvo

de ladrillo varía entre 2.5 a 2.9.

e. Fabricación: Como regla general de manufactura de los ladrillos huecos debe ser más

cuidadosa que la de los macizos y la calidad del barro también mejor en aquellos que en

estos. La fabricación de los ladrillos comprende las siguientes etapas:



Amasado: Después de haberle quitado las tierras todas las materias extrañas como

piedras, basura, etc, se les desterrona, pulveriza y se mezcla con agua, moviéndola

repetidas veces para que toda la masa tenga la misma consistencia, y todos los granos

de ella aparecen suficientemente húmedos. El amasado se puede ejecutarse a mano y

entonces los obreros que lo ejecutan emplean el pico y la barreta para desprender las

tierras, el rastrillo para eliminar las piedras, y las lampas o paletas para revolver la

pasta.

En las instalaciones de importancia el amasado se hacen con máquinas que generalmente

lo realizan en dos etapas: primeramente unas que rompen los terrones y los pulverizan; y

luego, otras en las que se realiza el verdadero amasado. Las máquinas de amasado constan

en su parte principal de un cilindro horizontal o con ligera inclinación, giratorio; con

paletas en su eje, también giratorias, las cuales baten la pasta hasta que esta toma la

plasticidad conveniente. A las máquinas amasadoras de este género, y en general a todo

recipiente con paletas giratorias se le llama malaxador.

Moldeado: El moldeado a mano se realiza de un modo similar al empleado para

fabricar adobes, con la única diferencia de que siendo los ladrillos de dimensiones

menores, las graveras se construyen para moldear 4 ladrillos a la vez. También el

moldeado de los ladrillos se puede hacer a máquina. Las máquinas empleadas son de

tres tipos:

En las primeras clases las máquinas están diseñadas para trabajar con un barro húmedo,

con el cual se llena una tolva, de donde la masa pasa a los moldes previamente

espolvoreados de arena y en los que el barro se somete a presión por mandriles,

quedando así formado el ladrillo. Los moldes son capaces de producir de 4 a 8 piezas por

vez.

El segundo tipo de máquina opera con un barro de menor cantidad de agua que las

anteriores y por esta razón se le llama de barro duro o de masa semi-húmeda. En estas

máquinas se obtiene una pieza de longitud indefinida que producen forzando el barro a

pasar a través de una boquilla. Está pieza continua va a depositarse sobre una mesa que

lleva la cortadora, formada por alambres sostenidos con marcos apropiados, que en

momento oportuno cruzando la masa la corten en la dimensión de los ladrillos. La

fabricación de los ladrillos y su corte se pueden hacer también a lo largo e igualmente de

canto.

Por último en el tercer tipo de máquina, se emplea arcilla casi seca, que colocada en los

moldes recibe una presión considerable formándose así las piezas.

Secado: Está operación consiste en dejar que las piezas moldeadas pierdan por

evaporación el agua de la pasta.



El secado puede hacer simplemente al aire libre dejando las piezas sobre canchas o

tendales en especies de anaqueles y por último en rumas. En este último sistema los

ladrillos se colocan unos sobre otros, pero de manera que queden espacios entre ellos a

fin de dejar libre circulación de aire y se active el secado, esta disposición se obtienen

cruzando los ladrillos de una hilera con respecto a los de la inferior.

Igualmente se activa el secado depositando los ladrillos en cámaras en los que se eleva la

temperatura ambiente por inyecciones de aire caliente o de vapor. Algunas veces se

utilizan los gases calientes en los hornos de cocción.

Debe dejarse establecido que la operación de secado es de más o menos duración como es

natural según el procedimiento que se ha seguido en el moldeado, pero cualquiera sea la

forma en que se manufacturan las piezas es de capital importancia que no se sometan a la

cocción sino después de que estén completamente secas, pues en caso contrario se corre

el riesgo que pierdan su forma con el fuego, o sufran alteraciones importantes en sus

dimensiones.

Horneado : Se práctica por muchos métodos, entre los cuales tenemos:

Por montón o Pira: Es similar al de las huayronas que se ha descrito en la

preparación de la cal. En otros países se llama de hormigueros. Se hace en el piso la

excavación que va a servir de hornillo y sobre este se disponen hileras abovedadas

de ladrillos por cocer y encima las capas de ladrillos dejando espacios para el paso

de los gases y llamas. Cada dos o tres capas de ladrillos se echa una de carbón. Se

recubre el conjunto con una capa de arcilla húmeda. Se prende fuego con paja o

leña por la parte inferior, en el que se propaga al carbón, produciéndose la cocción

de los ladrillos. El procedimiento es muy rústico y de escaso rendimiento.

Huayronas.- El método es un poco menos primitivo que el anterior y de mayor

rendimiento. Se construye con adobes o ladrillos escogidos, un cilindro de unos

4.00 a 6.00 metros de diámetro y de 6.00 a 8.00 metros de altura, este cilindro se

compone de dos partes: la inferior que es el hogar; y la superior que constituye el

cuerpo del horno o cámara. El hogar tiene una altura de 1.50 a 2.00m y está

separado de la cámara por la parrilla formada por bovedillas de ladrillos

refractarios apoyadas en viguetas de fierro o rieles forrados a su en ladrillos o

tierra refractada. Estas bovedillas tienen agujeros para permitir el paso de las

llamas y de los gases de la combustión. El hogar está previsto de una puerta para la

alimentación del combustible y la extracción de las cenizas y además de troneras

para la entrada del aire que vigoriza el tiro. El cuerpo del horno tiene a su vez

poternas para cargarlo y descargarlo de los ladrillos se le llena con ladrillos crudos

puestos de canto y espaciados y a su vez colocados se tapan las poternas con

adobes o con ladrillos crudos, y se enciende el combustible. La cocción dura de 24 a

36 horas y se necesita un par de días después de apagado el horno, para que se

puedan retirar los ladrillos.



Hornos intermitentes: Son los más usados en el país, son las huayronas con

algunas variantes. En plano son de sección rectangular y se operan siempre con

petróleo como combustible. Sobre el piso del horno se levantan solo con los

mismos ladrillos crudos pequeñas bovedillas longitudinales que cruzan el horno de

un lado a otro y a lo largo de los cuales actúan los quemadores de petróleo uno en

cada extremo de cada bovedilla. Sobre estas bovedillas se colocan los demás

ladrillos.

Es este hornos se pueden quemar de 100 a 200,000 ladrillos en cada operación y

como la instalación del quemador del petróleo requiere la de un caldero productor

de vapor se acostumbra los hornos en baterías de 2 a 4 unidades, las cuales son

alternativamente conectadas al caldero.

Hornos continuos.- Son los más perfectos en esta industria y como su nombre lo

indica permiten la cocción ininterrumpida de ladrillos. Entre las distintas clases

empleadas el más conocido desde hace muchos años es el de Hoffman. Con estos

hornos se obtiene una economía que alcanza hasta el 70% en combustible y es

posible cocer de 20 a 40,000 ladrillos diariamente.

4. LADRILLOS CALCÁREOS: Son bloques preparados como sustitutos de los ladrillos

corrientes de arcilla quemada. La mezcla de los materiales y el moldeado del ladrillo se

realizan mecánicamente. Su endurecimiento se lleva a cabo en autoclaves donde se les

mantiene a una temperatura de vapor de 200° y a una presión de 15 atmósferas. Se

producen varios tipos de ladrillos tanto en su coloración blancos, rosados y amarillos, etc.

Las dimensiones son de acuerdo a la aplicación, así como también si son macizos o huecos.

Las dimensiones de los más corrientes son las siguientes, en centímetros correspondiente

el último guarismo a la altura:

Corriente 22x10.5x6 King Kong 25x12x10 King Kong 25x14x10 Tabique, 3 huecos 29x9x12 Pandereta, 17 huecos 25x14x12 Pastelero 24x24x3

Los ladrillos macizos resisten de 100 a 150kg/cm2 a la compresión y a la rotura. Como

recomendación importante al ponérseles en obra es la de que no debe mojárseles, o sea se

colocan secos, pues se pueden poner en actividad y las sales alcalinas que contiene en

proporción de 0.5 a 1.5%.

El mortero que se emplea para asentarlos puede ser de proporción 1:1:10, en volumen de

cemento, cal y arena, se prepara bien fluido. Para tarrajeos se salpica ligeramente con agua el

paramento y se emplea el método del “chicote” alisando la superficie con regla y rellenado los

vacíos que pudieran quedar con “paleta”, no siendo necesario el empleo de “cintas”.



Ladrillos de Cal y Arena: Son bloques macizos preparados como sustitutos de los

ladrillos corrientes de arcilla quemada. Se componen de una mezcla de cal y arena fina, 1:5

a 1:10. Se moldean en máquinas o prensas que ejercen una presión de 1000kg/cm2

aproximadamente. Después de moldearlos se endurecen por vapor de agua a presión de 9

atmósferas, que se aplica en un depósito cerrado como durante 11 horas.

5. LADRILLOS REFRACTARIOS: Son aquellos que se fabrican especialmente para recibir la

acción del fuego directo y también para evitar radiaciones excesivas de calor se emplean

por consiguiente en hornos y hogares.

a. Clasificación y caracteres técnicos:

Ladrillos refractarios ácidos: Los tipos más empleados son el ladrillo de arcilla

refractaria y el de sílice, a este último se le llama también en la industria ladrillo

silicoso. El de arcilla se compone de tierra refractaria a la que se agrega un poco de

arena para disminuir la contracción y rajadura al tiempo de secarse. Las arcillas

empleadas contienen sílice alúmina y fundentes debiendo estar estos últimos en

proporción no mayor de 10%. La mayor propiedad refractaría lo proporciona la

alúmina. Debido a su gran dilatación por el calor, estos ladrillos se utilizan con

junturas anchas.

Ladrillos Básicos: Se fabrican con estas características químicas a fin de que puedan

soportar las reacciones básicas de las cenizas y escorias en ciertos procesos

metalúrgicos tales como en los convertidores Bessemer, en los hornos para la

metalurgia del cobre, etc.

Ladrillos Neutros: Son fabricados principalmente con cromita u óxido de fierro y

cromo.

b. Fabricación: Los ladrillos refractarios se moldean y secan de manera semejante a los

ladrillos macizos corrientes pero su fabricación es mucho más cuidadosa, siendo también

su costo mucho mayor. Características especiales de la fabricación lo constituyen las

máquinas mezcladoras de los materiales de composición, en las que se preparan

cuidadosamente las mezclas.

6. LADRILLOS PARA PAVIMENTOS: Los ladrillos usados para pavimentación deben ser

duros y tenaces, compactos y no absorbentes. Su manufactura difiere a la de los ordinarios

en que son quemados a mucha mayor temperatura de 800 a 1000°C, como para vitrificar

el ladrillo. La selección de las arcillas empleadas es más prolija y el moldeado siempre se

hace a presión. Las dimensiones más usadas son 23x10x7.5cm. Una característica propia

de estos ladrillos es la de que en dos de sus caras tranversales al piso presentan salientes

de altura igual al espesor provisto para las junturas a fin de que estas resulten uniformes y

el conjunto una vez puestos en obra los ladrillos presentan aspecto armónico. En el país

se han usado estos ladrillos para cubrir pequeñas áreas sobre todo por razones

industriales o estéticas pero nunca se les ha fabricado entre nosotros.



CAPITULO XIII

Maderas

La madera es un material complejo, con unas propiedades y características que dependen no

sólo de su composición sino de su constitución (o de la manera en que están colocados u

orientados los diversos elementos que la forman). El cómo están colocados u ordenados estos

elementos nos servirá para comprender mejor el comportamiento, algunas veces poco lógico

(aparentemente) de este material.

En primer lugar se ha de recordar que la madera no es un material de construcción, fabricado

a propósito por el hombre, sino que es un material obtenido del tronco y las ramas de los

árboles cuya finalidad es la de facilitar el crecimiento y supervivencia de este elemento

vegetal.

La madera no es un material homogéneo, está formado por diversos tipos de células

especializadas que forman tejidos.

Estos tejidos sirven para realizar las funciones fundamentales del árbol; conducir la savia,

transformar y almacenar los alimentos y por último formar la estructura resistente o portante

del árbol.

Será interesante recordar algunos conceptos respecto a la composición, microestructura y

sobre todo la macroestructura de la madera.

1. COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURAS DE LA MADERA:

a. COMPOSICIÓN: Es una sustancia fibrosa, organizada, esencialmente heterogénea,

producida por un organismo vivo que es el árbol. Sus propiedades y posibilidades de

empleo son, en definitiva, la consecuencia de los caracteres, organización y composición

química de las células que la constituyen. El origen vegetal de la madera, hace de ella un

material con unas características peculiares que la diferencia de otros de origen mineral.

Elementos orgánicos de que se componen:

- Celulosa: 40-50%

- Lignina: 25-30%

- Hemicelulosa: 20-25% (Hidratos de carbono)

- Resina, tanino, grasas: % restante

Estos elementos están compuestos de:

Elementos esenciales (90%):

- Carbono: 46-50%

- Oxígeno: 38-42%

- Hidrógeno: 6%

- Nitrógeno: 1%

- Otros elementos (10%):

- Cuerpos simples (Fósforo y azufre)

- Compuestos minerales (Potasa,

calcio, sodio)



b. ESTRUCTURA MACROSCÓPICA: La observación de un trozo de madera nos permitirá ver

los diversos elementos característicos que la forman, y además, apreciar que no se trata

de un material homogéneo. Si se observa el tronco de un árbol, se ve que tiene forma casi

cilíndrica (troncocónica) y que está formado por sucesivas capas superpuestas (anillos).

En primer lugar se aprecia que entre la madera y la corteza existe una capa generatriz,

llamada cambium, que produce madera hacia el interior y corteza hacia el exterior. En cada

período vegetativo se forma una nueva capa (anillo) que cubre la anterior.

Dentro de cada capa se observan dos zonas bien diferenciadas, la formada al principio del

período vegetativo con células de paredes delgadas y grandes lúmenes que se denomina

madera de primavera, y la formada durante el verano, con células de paredes gruesas y

lúmenes pequeños, llamada madera de verano.

Esta diferencia entre las dos zonas, hace fácilmente distinguible en la sección transversal, una

serie de anillos concéntricos llamados anillos de crecimiento, cada uno de los cuales

corresponde a un período vegetativo de la vida del árbol y que en nuestro clima, representa el

crecimiento anual, por lo que su número indica la edad del árbol.

Analicemos, una por una, las diferentes partes que se puedan observar en una sección normal

al eje del árbol.

Médula: Parte central del árbol. Constituida por tejido flojo y poroso. Tiene un diámetro

muy pequeño. Madera vieja y normalmente agrietada. Se suele desechar en los procesos

de elaboración de la madera.

Duramen: Madera de la parte interior del tronco. Constituido por tejidos que han llegado

a su máximo desarrollo y resistencia (debido al proceso de lignificación.) De coloración, a

veces, más oscura que la exterior. Madera adulta y compacta. Es aprovechable. La

duraminización (transformación de albura a duramen) de la madera se caracteriza por

una serie de modificaciones anatómicas y químicas, oscurecimiento, aumento de densidad

y mayor resistencia frente a los ataques de los insectos.



Albura: Se encuentra en la parte externa del tronco, bajo la corteza. Constituida por

tejidos jóvenes en período de crecimiento (zona viva). Contiene mucha savia y materias

orgánicas. De coloración más clara que el duramen, más porosa y más ligera, con mayor

riesgo frente a los ataques bióticos.

Cambium: Capa existente entre la albura y la corteza, constituye la base del crecimiento

en especial del tronco, generando dos tipos de células:

- Hacia el interior: Madera (albura)

- Hacia el exterior: Liber

Liber: Parte interna de la corteza. Es filamentosa y poco resistente. Madera embrionaria

viva.

Corteza: Capa exterior del tronco. Tejido impermeable que recubre el liber y protege al

árbol.

Radios leñosos: Bandas o láminas delgadas de un tejido, cuyas células se desarrollan en

dirección radial, o sea, perpendicular a los anillos de crecimiento. Ejercen una función de

trabazón. Almacenan y difunden las materias nutritivas que aporta la savia descendente

(igual que las células de parénquima). Contribuyen a que la deformación de la madera sea

menor en dirección radial que en la tangencial. Son más blandos que el resto de la masa

leñosa. Por ello constituyen las zonas de rotura a comprensión, cuando se ejerce el

esfuerzo paralelamente a las fibras.

Anillos anuales: Cada anillo corresponde al crecimiento anual, consta de dos zonas

claramente diferenciadas:

- Una formada en primavera: Predominan en ella los vasos gruesos que conducen la

savia bruta hasta las hojas (tejido vascular). Color claro, pared delgada y fibras huecas

y blandas.

- Otro formado en verano: Tienen los vasos más pequeños y apretados. Sus fibras

forman el tejido de sostén. Color oscuro denso y fibras de paredes gruesas.

En zonas tropicales (o en las zonas donde no se producen, prácticamente, variaciones

climáticas con los cambios de estación, y la actividad vital del árbol es continua), no se

aprecian diferencias entre las distintas zonas de anillos de crecimiento anual.

Su suma, son los años de vida del árbol. Debido a la forma tronco-cónica del árbol, los anillos

anuales se deben contar en el tronco, en zona más próxima a las raíces.

c. ESTRUCTURA MICROSCÓPICA DE LA MADERA

Como se ha visto la madera no es un material homogéneo, está formado por diversos tipos de

células especializadas que forman tejidos.

Estos tejidos sirven para realizar las funciones fundamentales del árbol; conducir la savia,

transformar y almacenar los alimentos y formar la estructura resistente o portante del árbol.



La heterogeneidad de la madera será, en parte, la causa de sus propiedades. Se puede

considerar la madera como un conjunto de células alargadas en forma de tubos, paralelos al

eje del árbol, muy variables, tanto en longitud y forma, como en el espesor de sus paredes y en

las dimensiones interiores.

Estas células están unidas entre sí por una sustancia llamada materia intercelular o laminilla

media, y a su vez trabadas por otro tipo de células, colocadas perpendicularmente a las

anteriores y en el sentido radial del tronco, formando los llamados radios leñosos.

La variedad de tipos de células y la forma de unirse, definen la infinidad de especies diferentes

de madera que existen.

Las paredes de los tubos están formadas por una

serie de capas compuestas por microfibrillas de

celulosa enrolladas helicoidalmente alrededor del

eje con inclinación diferente en cada capa, y todas

ellas, embebidas en un material amorfo.

Prácticamente insoluble, que es la lignina.

Es muy habitual asimilar estas células a un pilar

hueco de hormigón armado, en la que la lignina,

hace las veces de hormigón y las microfibrillas de

celulosa las del acero.

Todo ello hace de la madera un material resistente y ligero, que puede competir

favorablemente con otros materiales utilizados en la construcción, en cuanto a la relación

resistencia-peso específico.

En el sentido axial distinguimos:

- Fibras alargadas, de pared gruesa formadas por células que se han prolongado

afinándose en las puntas, constituyendo los tejidos de sostén, es decir, la estructura y

la parte resistente de la madera (tejido fibroso). En las coníferas estas células son las

mismas que sirven para permitir la circulación de los fluidos.

- Vasos y poros de pared delgada (tejido vascular), formando los órganos de conducción

o vehículo de la savia ascendente o bruta; los poros de la madera aparecen en sección

transversal (pequeños agujeros), y en sección longitudinal (pequeñas estrías).

- Células de parénquima, son cortas y poco abundantes. Difunden y almacenan en todo

el espesor del árbol la savia descendente o elaborada. El parénquima constituye una

especie de tejido conjuntivo (tegumental o de defensa), que vincula entre sí a los otros

tejidos y que está formado por células poliédricas de paredes celulósicas delgadas y

esponjosas.



Esta especialización entre estructura y función sólo existe en los árboles frondosos; en los

resinosos, todas las fibras son de carácter especial, llamadas traqueidas, de paredes más o

menos espesas según la época del año en que se han formado.

En el sentido radial hay menos células, y estas se disponen por bandas o láminas delgadas

(radios medulares), intercaladas entre las fibras y los vasos, a los que cruzan en ángulo recto,

dirigiéndose desde la corteza hasta el centro del árbol.

En esas bandas de células llamadas radios celulares o mallas, almacenan y difunden, como las

células del parénquima, las materias nutritivas que arrastra la savia descendente.

En ciertas especies se encuentran en ambos sentidos, axiales y radiales, unos canales

secretores de resina.

De lo dicho anteriormente se desprende que la madera es un material heterogéneo y

anisótropo, por tanto, sus propiedades variarán según la dirección que se considere.

2. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LA MADERA: La composición química, normal de la

madera es la siguiente:

Celulosa 50.0% a 60.0%

Lignina 20.0% a 30.0%

Proteína 0.5% a 3.0%

Resinas y ceras 0.7% a 3.0%

Cenizas 0.2% a 2.0%

La celulosa (C6H10O5) es un material incoloro, insoluble en los solventes ordinarios tales como

agua, alcohol, ácidos y álcalis diluidos; forma las paredes celulares, siendo las células los

elementos fundamentales de la madera. La Lignina es también insoluble en la mayoría de los

solventes ordinarios; pero es más o menos soluble en los álcalis diluidos; constituye el

material cementaste que agrupa las células, y está mezclada con la celulosa en las paredes

celulares. Las fibras del algodón son casi celulosa pura, pues contienen aproximadamente

91% de celulosa. En cuanto a la lignina, diremos que constituye la madera o esqueleto interior

de los vegetales y sirve para sostenerlos, es la sustancia que da dureza a la cáscara de la nuez.

3. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA

a. Color: Es muy variado, es claro en las maderas blandas, llamadas también por este motivo

blancas; es más pronunciado en las maderas duras, pudiendo ser amarillas, rosáceas,

rojas, morenas, pardas verdes y negras.

b. Dureza: Se determina por el ensayo de Brinell. Consiste en someter a la madera a la

presión ejercida por una bolita de acero de 1cm de diámetro durante 1 minuto. El ensayo

se realiza en una máquina de diseño especial, en la cual la bolita recibe la presión ejercida

por un pistón, accionado por una prensa hidráulica o de mano. La presión generalmente

usada es de 3,000Kg. De acuerdo con los resultados de los ensayos, las maderas se



clasifican en duras, semi-duras y blandas. A continuación se dan algunos tipos

característicos:

- Maderas duras : Roble, haya, fresno, olmo

- Maderas semi-duras : Pino, alerce, aliso

- Maderas blandas : Abeto, abedul, álamo

c. Peso específico: Se determina ensayando aserrín muy fino y secado a 100 y 105°C, es

prácticamente el mismo para todas las maderas, teniendo en promedio un valor de 1.55.

d. Densidad: Varía con la clase de madera, desde 1.32 para las pesadas, hasta 0.11 para el

palo de balsa, que es una de las más ligeras. El peso de la madera influye de una manera

decisiva la humedad que contiene al momento de pesarla.

e. Grado de humedad: El agua se halla en la madera en tres formas:

- Constituye el 90% del protoplasma de las células vivas

- Satura las paredes de las células

- Llena más ó menos completamente los poros de la masa de la madera. Por será razón,

se comprende que sólo quemándola se puede eliminar el agua de la madera en forma

absoluta.

En vista de esta dificultad se ha convenido en expresar la humedad como el volumen de agua

que contiene una probeta o muestra de madera, comparándola al peso de la misma probeta

secada a 100°C y en estas condiciones se expresa la siguiente clasificación:

- Madera Verde: Es la madera cuyo contenido de humedad es superior al 30%.

- Madera semi-seca: Es la madera cuyo contenido de humedad está

comprendido entre 30 y 15%.

- Madera seca: Es aquella cuyo contenido de humedad es inferior al 15%.

Generalmente las maderas recién cortadas pesan alrededor de 1.8 veces más que secas.

f. Conductibilidad: Las maderas son malas conductoras del calor, principalmente las

livianas por tener mayor volumen de poros, y en consecuencia mayor cantidad de aire en

su interior. Son malas conductoras de la electricidad; pudiéndose considerar como

aislantes cuando están secas. Son buenas conductoras del sonido.

g. Dilatación por el calor: En la madera seca es insignificante, sobre todo en la dirección del

eje del tronco.

h. Contracción o hinchamiento: Cuando una pieza de madera fibrosa seca, se contrae, las

paredes de las fibras se vuelven muy delgadas, y las cavidades por el contrario aumentan

de volumen pero en general la longitud de la pieza permanece contante porque la mayoría

de las fibras son paralelas a la longitud del tronco, en cambio en sección transversal lo

hace de manera notable.

La contracción longitudinal de la madera en el sentido de las fibras es solo de 1 por 1,000,

mientras que a lo ancho puede ser de 3 a 6 y hasta 10 por 100, según la clase de madera;

en esta última dirección, las maderas que se contraen menos son las que pertenecen al

orden de las coníferas livianas tales como pinos y cedros, y la que se contrae más la

correspondiente a maderas duras, como la haya, roble, etc.



La acción opuesta a la contracción por desecación, es el Hinchamiento o expansión, por

absorción de agua. Este aumento de volumen se debe tener en cuenta en el diseño

estructural, pues cuando se produce, desarrolla en la madera esfuerzos muy

considerables. Es bastante conocido el antiquísimo método de partir rocas perforando en

ellas pequeños taladros, en línea en los que se introducen cuñas de madera, que se mojan,

el hinchamiento de está es suficiente para partir la roca en la dirección deseada.

4. CUALIDADES FÍSICO – QUÍMICAS DE LA MADERA

a. Potencia calorífica: De las maderas secas es prácticamente la misma, y puede fijarse

como promedio aproximado de 4,500 Cal/kg en las maderas resinosas, como las de la

clase del pino, o muy compactas, puede llegar hasta 5,000cal/kg.

b. Volatilidad: Cuando se emplea la madera como combustible, y en la gasificación, la

volatibilidad es característica muy importante, porque ella regula las dimensiones de los

hogares, que deben ser mayores en aquellos combustibles volátiles.

5. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MADERA

a. Flexibilidad: Los árboles de poca edad y recién apeados presentan el máximo de

flexibilidad, como consecuencia de la humedad que contiene. Así mismo, la madera de

árboles jóvenes admite mayor deformación que los de cierta edad. Las maderas secas y

viejas no tolerarán sobrecargas ni sacudidas violentas, circunstancias que debe tenerse en

cuenta en la construcción de andamios y de la llamada obra falsa.

b. Consideraciones generales sobre la resistencia de la madera: Desde el punto de vista

estructural, las diversas resistencias de la madera que interesa son: a la tensión, a la

compresión, al esfuerzo cortante y a la flexión.

- Resistencia a la tensión: La resistencia de las piezas a la tensión, cuando el esfuerzo

se realiza transversalmente a las fibras se debe a la posición que ofrecen éstas al

separarse, la que es vencida cuando la pieza falla, igualmente si la pieza cede cuando el

esfuerzo se realiza paralelo a la dirección de las fibras, la rotura casi siempre es

ocasionada por esfuerzos de este género.

- Resistencia a la compresión: Cuando se realiza en dirección longitudinal a las fibras,

estas trabajan como si fueran columnas huecas. En sentido transversal a la longitud, la

pieza tiende a achatarse, cuando sufre esfuerzos, de este género.

- Resistencia al esfuerzo cortante: Su valor en relación con el sentido de las fibras, en

cuanto a su variación, es contrario a lo que se ha dejado establecido par a la tensión

comprensión; pues en el esfuerzo cortante la resistencia de la madera es de 4 a6 veces

mayor en dirección perpendicular a las fibras, que cuando el esfuerzo se realiza en el

sentido de ellas.



- Resistencia a la flexión: El comportamiento de la madera en esta resistencia es una

consecuencia de lo expresado al tratar de las resistencias a la tensión, compresión y

esfuerzo cortante. Las vigas raramente ceden por esfuerzos de compresión aunque

cuando comienzan a romperse lo hacen por estos esfuerzos, son pues los esfuerzos de

tensión aquellos que llegan al límite cuando falla una viga.

6. EXPLOTACIÓN Y MANUFACTURA DE LA MADERA

a. Explotación forestal:

- Tala, derribo o apeo de los árboles

- Poda o corta de ramas delgadas y hojas

- Trozado de los troncos gruesos, en dimensiones apropiadas para ser transportados a

los aserraderos.

Los árboles se derriban por medio de hachas y sierras, estas últimas se llaman corrientemente

corvinas, cuando son manejables a mano, existiendo también máquinas portátiles con los

cuales se derriban los árboles con sierras mecánicas.

Los sistemas de acarreo de las trozas y rollizos son muy variados:

- Dejando rodar los troncos por planos o senderos inclinados, muchas veces

pavimentos los cuales se llaman rodaderos.

- En trineos y plataforma de ruedas bajas halados a sangre o con tractores

mecánicos.

- Transporte por agua aprovechando cursos naturales o canalizados, por cables

aéreos

- y por último por carretas, camiones, vías férreas, etc.

b. Aserrado de la madera: Es la operación realizada en aserraderos. Los troncos son

cortados por medio de sierras circulares, o por sierras de cinta, también se llaman a estas

últimas sierras de bastidor o de carro, porque los rollizos son colocados en un dispositivo

con movimiento de traslación, que los empuja hacia la sierra.

En lenguaje corriente las distintas maneras de aserrar un tronco se llaman:

- Corte transversal o de testa.- realizado en dirección perpendicular al eje mayor del

tronco, muestra la corteza, albura, duramen, etc.

- Corte longitudinal, diametral o de madera al corazón.- que es aquel que se hace

por un plano que pasa por el eje longitudinal del tronco y que permite apreciar la

fibrosidad de la madera.

- Corte tangencial o de madera al hilo.- que se ejecuta según una cuerda a los anillos

de crecimiento y que muestra también la disposición de las fibras.

Terminología de la madera trabajada



Los términos más usados en los aserraderos y en los establecimientos industriales

conocidos entre nosotros son:

- Grueso: Es la menor dimensión del paralelepípedo rectangular que representa la

sección transversal de una pieza.

- Ancho: Es la mayor dimensión del paralelepípedo rectangular que representa la

sección transversal de una pieza.

- Escuadría: Es el conjunto de las expresiones numéricas del grueso y del ancho

de la sección transversal de una pieza. Se expresa generalmente en pulgadas

inglesas.

- Listón: Pieza de grueso inferior o igual a 1-1 2“, y ancho inferior a 4”

- Tabla: Pieza de grueso inferior o igual a 1-1 2“, y ancho igual o superior a 4”

- Tablón: Pieza de grueso superior o igual a 1-1 2“, y ancho superior a 4”

- Cuartón: Pieza cuyo grueso y ancho varía entre 2” y 6”

- Viga: Es una pieza aserrada o cepillada de grueso y ancho igual o superior a 12”.

- Tincas: Troncos o rollizos de 1.50m de largo más o menos derechos y con

diámetros en la base media de 10 a 18cm, incluyendo la corteza.

- Putales: rollos o troncos de 2.00 a 2.50m de largo y de 20 a 25cm de diámetro

medio.

- Durmientes o cuartones: Trozas de 2.50m de largo con diámetros de 30cm

para arriba, de modo de proporcionar cuartones de 15x20cm de escuadría.

De acuerdo con la forma como se ha manufacturado la madera se tiene:

- Madera labrada: La que ha sido trabajada y escuadrada con hacha y azuela.

- Madera Aserrada: La que se presenta tal como ha salido de la sierra.

- Madera acepillada: La madera aserrada cuyas caras han sido alisadas por

herramientas de filo llamadas cepillos

- Madera moldurada: La acepillada según perfil determinado con fines

ornamentales.

- Madera machimbrada: Las tablas acepilladas con sus cantos provistos de

ranuras y lengüetas, respectivamente para su ensamble longitudinal.

- Madera junquillada: Los cuartones y vigas cepilladas que presentan en una de

sus caras de ancho una ranura longitudinal hacia cada canto, hecha con fines

ornamentales

- Madera de cantos boleados: Aquella que presenta una ó varias aristas

redondeadas o biseladas.

- Madera traspalada: La taba que en sección transversal presenta la forma de una

cuña.



CAPITULO XIV

ACERO

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05%

hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el

Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación

comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en

acero.

El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de

átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad

con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en

cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de

hierro con impurezas y materiales térreos.

1. CLASIFICACIÓN: Los aceros se clasifican, principalmente, desde tres puntos de vista:

A. Por el método de manufactura o proceso metalúrgico:

Por carburación del hierro forjado:

Acero al crisol. Acero de cementación.

Por descarburación del hierro cochino:

Acero Bessemer. Acero Martín-Siemens. Acero Eléctrico, Acero duplex, triples, etc.

B. Por empleo del acero.

Acero de remaches.

Acero estructural.

Acero para ejes.

Acero para cables.

C. Por la composición química del acero:

Según el porcentaje de Carbono:

Acero suave 0.10 a 0.20 %

Acero medio 0.20 a 0.40 %



Acero duro 0.40 a 0.70 %

Acero muy duro 0.70 a 1.50 %

Por las aleaciones especiales:

Acero al níquel

Acero al manganeso, etc.

2. ELEMENTOS QUÍMICOS QUE LE CONFIEREN CIERTAS PROPIEDADES AL ACERO

Azufre: Se encuentra en los aceros como impureza, se toleran porcentajes hasta un 0.05

%, en caliente produce una gran fragilidad del acero, sus efectos perjudiciales pueden

neutralizarse en parte con la adición del manganeso, que se combina con él formando

sulfuro de manganeso. A veces se adiciona en proporciones de 0.1 a 0.3 % con un

contenido mínimo de manganeso de 0.6 %, dando lugar a aceros llamados de fácil

mecanización, que tienen menor resistencia, pero pueden ser trabajados con velocidades

de corte doble que un acero corriente.

Cobalto: Se usa en los aceros rápidos para herramientas, aumenta la dureza de la

herramienta en caliente. Se utiliza para aceros refractarios. Aumenta las propiedades

magnéticas de los aceros.

Cromo: Forma carburos muy duros y comunica al mayor dureza, resistencia y tenacidad a

cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, proporciona a los aceros

características de inoxidables y refractarios.

Manganeso: Se utiliza fundamentalmente como desoxidante y desulfurante de los aceros.

Molibdeno. Junto con el carbono es el elemento más eficaz para endurecer el acero. Evita

la fragilidad.

Níquel: Aumenta la resistencia de los aceros, aumenta la templabilidad proporciona una

gran resistencia a la corrosión.

Plomo: El plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimos

glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por

arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen

lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0.15 y 0.30 % debiendo limitarse el

contenido de carbono a valores inferiores al 0.5 % debido a que dificulta el templado y

disminuye la tenacidad en caliente.

Silicio: Se emplea como desoxidante en la obtención de los aceros, además les

proporciona elasticidad. Si la proporción es elevada (1 a 5%) los aceros tienen buenas

características magnéticas.

Tungsteno: Forma con el hierro carburos muy complejos estables y durísimos,

soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona aceros

rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de loa aceros al carbono para

herramientas.

Vanadio: Posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el

hierro, que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder

cortante en los aceros para herramientas.



FIGURA 01 a) Diagrama Esfuerzo Deformación para Aceros de Dureza Natural Laminados en Caliente; b) curvas típicas esfuerzo-deformación unitarias para barras de refuerzo. Nota: Las curvas están indicadas según su límite de fluencia

3. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS

a. Ductilidad: Es la elongación que sufre la barra cuando se carga sin llegar a la rotura. Las

especificaciones estipulan que el estiramiento total hasta la falla, no sea menor que cierto

porcentaje mínimo que varía con el tamaño y grado de la propia barra.

b. Dureza: Se define como la propiedad del acero a oponerse a la penetración de otro

material

c. Resistencia a la tensión: Es la máxima fuerza de tracción que soporta la barra, cuando se

inicia la rotura, dividida por el área de sección inicial de la barra. Se denomina también,

más precisamente, carga unitaria máxima a tracción.

d. Límite de fluencia, fy: Es la tensión a partir de la cual el material pasa a sufrir

deformaciones permanentes, es decir, hasta este valor de tensión, si interrumpimos el

traccionamiento de la muestra, ella volverá a su tamaño inicial, sin presentar ningún tipo

de deformación permanente, esta

se llama deformación elástica. El

ingeniero utiliza el límite de

fluencia de la barra para calcular

la dimensión de la estructura,

pues la barra soporta cargas y

sobrecargas hasta este punto y

vuelve a su condición inicial sin

deformación. Pasado este punto,

la estructura esta fragilizada y

comprometida.

En general, en el caso de los

aceros de dureza natural, el límite

de fluencia coincide con el valor

aparente de la tensión

correspondiente al escalón de

cedencia. En los casos en que no

aparece este escalón o aparece

poco definido, como suele ocurrir

con los aceros estirados en frío, es

necesario recurrir al valor

convencional establecido en las

prescripciones, como se explica

más abajo, para aceros de

resistencia mayor a 4200 Kg/cm2

Las barras con resistencias hasta

2800 Kg/cm2 presentan una

curva elasto-plástica, como se ve en

la figura Nº01a, entonces fy se



identifica con claridad. Para aceros de resistencias mayores, hasta 4200 Kg/cm2, la curva

esfuerzo-deformación unitaria puede ser elasto-plastica o no, dependiendo de las

propiedades del acero y del procesos de fabricación.

Para aceros de resistencias mayores a 4200 Kg/cm2, donde el grado de fluencia no está

definido, el código ACI especifica que el esfuerzo de fluencia, fy, debe determinarse como

el esfuerzo que corresponde a una deformación de 0.0035 cm/cm, tal como se muestra en

la figura Nº 02.

Probablemente, la resistencia en el punto de fluencia, es decir, el esfuerzo elástico máximo

que puede soportar la barra, es la propiedad mecánica más importante para el diseñador.

La resistencia a la tensión se controla por un límite sobre la resistencia en el punto de

fluencia y esta no puede ser menor que 1.25 veces la resistencia real en el punto de

fluencia.

Si bien la tendencia actual, en la construcción con hormigón reforzado, es hacia el uso de

barras de refuerzo con grado de resistencia más elevado, dado que el uso de estas conduce

a una reducción significativa del tonelaje de acero y del tamaño de los miembros

estructurales de hormigón, lo que da por resultado economía en la mano de obra y en

otros materiales, se tiene un límite práctico sobre cuán fuerte debe ser el acero de

refuerzo utilizado en una construcción estándar de Hormigón armado: Todas las

resistencias del acero tienen aproximadamente la misma elongación para el mismo

esfuerzo de tensión aplicado (mismo módulo de elasticidad Es=2.1x106 Kg/cm2). Si un

acero tiene una resistencia en el punto de fluencia que es el doble de la de otro, puede

aplicarse el doble de deformación permanente, esta se llama deformación elástica.

FIGURA 02: Diagrama Esfuerzo Deformación para

Aceros de resistencia mayor a 4200 kg/cm2

http://2.bp.blogspot.com/_FJZh1gy3MuM/TSdLXVCk5cI/AAAAAAAABBw/ke5dwqmwv4s/s1600/26.gif

http://2.bp.blogspot.com/_FJZh1gy3MuM/TSdLXVCk5cI/AAAAAAAABBw/ke5dwqmwv4s/s1600/26.gif



El ingeniero utiliza el límite de fluencia de la barra para calcular la dimensión de la

estructura, pues la barra soporta cargas y sobrecargas hasta este punto y vuelve a su

condición inicial sin deformación. Pasado este punto, la estructura esta fragilizada y

comprometida.

En general, en el caso de los aceros de dureza natural, el límite de fluencia coincide con el

valor aparente de la tensión correspondiente al escalón de cedencia (figura Nº01 a). En los

casos en que no aparece este escalón o aparece poco definido, como suele ocurrir con los

aceros estirados en frío, es necesario recurrir al valor convencional establecido en las

prescripciones, como se explica más abajo, para aceros de resistencia mayor a 4200

Kg/cm2.

e. Maleabilidad: Es la capacidad que presenta el acero que soportar la deformación, sin

romperse, al ser sometido a un esfuerzo de compresión.

f. Tenacidad: Viene siendo la conjugación de dos propiedades: ductilidad y resistencia. Un

material tenaz será aquel que posee una buena ductilidad y una buena resistencia al

mismo tiempo.

g. Fatiga: Cuando un elemento estructural se somete a cargas cíclicas, este puede fallar

debido a las grietas que se forman y propagan, en especial cuando se presentan

inversiones de esfuerzos, esto es conocido como falla por fatiga, que puede ocurrir con

esfuerzos menores a la carga de deformación remanente.

h. Límite de fatiga: Se evalúa en un diagrama Esfuerzo máximo (resistencia a la fatiga) vs. el

número de ciclos hasta la falla, estos diagramas indican que la resistencia a la fatiga, de un

acero estructural, decrece con un aumento de número de ciclos, hasta que se alcanza un

valor mínimo que es el Límite de Fatiga. Con la tracción considerada como positiva y la

compresión negativa, las pruebas también demuestran que a medida que disminuye la

relación entre el esfuerzo máximo y el mínimo, se reduce de modo considerable la

resistencia al a fatiga. Las pruebas indican además que los aceros con resistencia a la

tracción semejante tienen casi la misma resistencia a la fatiga.

Estas propiedades se determinan mediante la realización de diferentes pruebas o ensayos,

para determinar qué material es el que emplearemos para el fin que le queramos dar. En

la tabla Nº01, se dan algunas características mecánicas para diferentes grados y clases de

aceros.



Tabla Nº01

Características Mecánicas Mínimas del Acero

(1). AH = Acero para Hormigón (DN = Dureza Natural; EF = Estirado en Frío)

(2). Para el cálculo de valores unitario se utilizará la sección nominal.

(3). Relación mínima admisible entre los valores de la carga unitaria de rotura y del límite

elástico, obtenidos en cada ensayo

4. ENSAYOS MECÁNICOS DEL ACEROS

a. Ensayo de Doblado del Acero: Este ensayo mide la capacidad de la barra para doblarse

hasta llegar a un doblez de radio mínimo sin agrietarse. Este ensayo sirve para obtener

una idea aproximada sobre el comportamiento del acero a la flexión o esfuerzo de

doblado, necesaria para prevenir roturas frágiles durante las manipulaciones de doblado y

transporte. Se comienza el ensayo, colocando la pieza sobre dos apoyos, cuya separación

está normalizada. Se aplica luego una fuerza controlada y que aumenta paulatinamente

hasta que la barra se dobla completamente o comienzan a aparecer las primeras grietas

(figura Nº03).

Figura Nº03



b. Ensayo de Tracción: Debido a la gran cantidad de información que puede obtenerse a

partir de este ensayo, es sin duda alguna, uno de los test mecánicos más empleados para el

acero. La versatilidad del ensayo de tracción radica en el hecho de que permite medir al

mismo tiempo, tanto la ductilidad, como la resistencia. El valor de resistencia es

directamente utilizado en todo lo que se refiere al diseño. Los datos relativos a la

ductilidad, proveen una buena medida de los límites hasta los cuales se puede llegar a

deformar el acero sin llegar a la rotura.

Este ensayo consiste es someter una barra, de sección uniforme y conocida, a una fuerza

de tracción que va aumentando progresivamente. En forma simultánea se van midiendo

los correspondientes alargamientos de la barra.

La figura Nº04 muestra un esquema de una máquina para ensayos de tracción, en la que

se estira la barra a una velocidad constante. Con los resultados de la elongación de la

barra, se puede graficar una curva de carga contra alargamiento, que generalmente se

registran como valores de esfuerzo y deformación unitarios, y son independientes de la

geometría de la barra (figura Nº05)

Al iniciarse el ensayo, el material se deforma elásticamente; esto significa que si la carga se

elimina, la muestra recupera su longitud inicial. Cuando el esfuerzo alcanza su máximo valor

de resistencia a la tensión, se forma en la barra una estricción o cuello (figura Nº06), la cual es

una reducción localizada en el área de la sección transversal, en la que se concentra todo el

alargamiento posterior.Una vez formado este cuello, el esfuerzo disminuye al aumentar la

deformación y continúa disminuyendo hasta que la barra se rompe.

Figura Nº06

Figura Nº04

Figura Nº05



c. Determinación del alargamiento: Alargamiento es el porcentaje que el acero se alarga

cuando es sometido a una carga que pase su Límite de Fluencia. La determinación del

Alargamiento se hace por la comparación entre la distancia entre dos marcas hechas en la

barra antes del ensayo, denominado largo inicial L0, y la distancia entre las dos marcas

después que se rompe la barra, denominado largo final L1 (figura Nº06). El largo inicial

utilizado es 10 veces el diámetro nominal.

d. Ensayo de Adherencia por Flexión del Acero: La probeta para el ensayo de adherencia

por flexión consiste en dos medias viguetas de hormigón armadas con una barra

embebida en sus extremos y unidas por una rótula metálica en la zona de compresión

(figura 7). La barra va provista de manguitos de plástico que dejan, en cada semiviga, una

longitud adherente de 10Ø.

Figura Nº07

Esquema de la probeta para el ensayo de adherencia por Flexión

Con esta disposición se obtienen tres ventajas importantes: se anula el efecto local de apoyos;

se conoce con precisión la tensión en la armadura, al conocer exactamente el brazo del par

interno; y se obtienen dos resultados por ensayo.

En los extremos de las barras se colocan comparadores para medir deslizamientos. En el

ensayo se determinan los valores τ0,01; τ0,1 y τ1 de las tensiones en la barra que corresponden

a deslizamientos de 0,01; 0,1 y 1 milímetros, respectivamente; así como el valor máximo de la

tensión de rotura de adherencia, tbu , que corresponde a un deslizamiento de 3 mm, o a la

rotura si esta se produce antes.

Se denomina tensión media de adherencia tbm a la media aritmética de los tres valores τ0,01;

τ0,1 y τ1. Debe verificarse (ver tabla Nº02).

Si dichas relaciones se satisfacen simultáneamente, en cada rango de diámetros, la barra

es calificada como de “alta adherencia” o de “adherencia mejorada”



Tabla Nº 02

Características de Adherencia, valores, mínimos

e. Ensayo de Dureza del Acero (El Método Brinell y El método Rockwell): El ensayo de

dureza mide la resistencia de un material a la penetración de un punzón o una cuchilla.

Este penetrador es también llamado durómetro. El durómetro usualmente consta de una

esfera, pirámide o un cono de un material mucho más duro que el acero que se está

midiendo. La profundidad hasta la cual penetra este material nos entrega un valor, el

que está tabulado, obteniéndose así una medida de la dureza del acero. Dado que el

ensayo de dureza puede hacerse fácilmente, la información obtenida puede ser evaluada

inmediatamente. Existen varios métodos para medir la dureza, a continuación

nombraremos los dos más comunes, el método Brinell y El método Rockwell.

Dureza Brinell (ASTM E10): En él, una esfera de 10 mm de diámetro, usualmente de un

acero endurecido, se presiona contra la superficie del material bajo una carga estática de

3000 kg. El tamaño de la huella nos entrega una medida de la dureza bajo las condiciones

del ensayo.

Figura Nº07

Aparato de Brinell

Dureza Rockwell (ASTM E18): A diferencia del anterior, en el test de Rockwell se

aplica primero una carga pequeña (de menos de 10 kg), lo que hace que el indentador

penetre hasta una cierta profundidad. Luego se aplica la carga mayor predeterminada. La

diferencia en la penetración nos entrega una medida de la dureza del acero.



Figura Nº08

Aparato de Rockwell

f. Ensayo de impacto: Utilizado para medir la

tenacidad del acero. E n esta prueba, una

probeta especial del acero en cuestión, es

sometida a un fuerte impacto instantáneo,

producto del cual ésta se rompe muy

rápidamente (véase Figura N° 09). Este hecho

entrega una medida de la energía que se debe

aplicar para su fractura, lo que se traduce en

un índice de su tenacidad. Si bien los

resultados de los ensayos de impacto no se

utilizan directamente para el diseño, son muy

útiles como herramienta de la producción, ya

que permiten la comparación de un acero con

otro que ha dado resultados satisfactorios.

Existen dos tipos de ensayo que han alcanzado

gran difusión: Charpy e Izod.

g. Ensayo de doblado: Este ensayo sirve para

obtener una idea aproximada sobre el

comportamiento del acero a la flexión o esfuerzo

de doblado. Se comienza el ensayo, colocando la

pieza sobre dos apoyos, cuya separación está

normalizada. Se aplica luego, una fuerza

controlada y que aumenta paulatinamente hasta

que la probeta se dobla completamente o comienzan

a aparecer las primeras grietas (véase Figura N° 10).

Figura Nº09 Esquema de la máquina de Charpy

Figura Nº10 Esquema del ensayo al doblado

libro de tecnologia de materiales

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