Conceptos que deben conocerse para saber como elaborar una mezcla para la fabricación de un piso de concreto y para otras aplicaciones.

Dice una frase “todo mundo cree que sabe…” todos hemos visto una construcción, un piso, una trabe, una losa, todos ellos de concreto o de hormigón y parece demasiado obvio saber que la mezcla fue hecha combinando agua, grava y cemento, ¿pero acaso sabemos que son estos elementos? ¿Cómo se integran en la mezcla y en qué proporción? ¿Qué herramientas utilizar?

 

Todo aquel profesional de la construcción debe saber esto, porque de ello depende su trabajo, su integridad física e incluso la seguridad de los trabajos que realiza. A continuación enunciaremos todo aquello que es importante saber sobre este tema:

 

El Cemento

¿Qué es?

El cemento es un polvo fino obtenido mediante la calcinación a 1,450 °C  de una mezcla de piedra caliza, arcilla y mineral de hierro. El principal ingrediente del cemento es el  “clinker” que  es el producto del proceso de esta calcinación. Este clinker es molido finamente con yeso y otros aditivos químicos para producir el cemento.

 

Cuando se mezcla el cemento, con agregados pétreos (grava y arena) y agua, se obtiene una mezcla maleable y plástica que al fraguar  se endurece tomando una consistencia sólida la cual es comúnmente conocida como hormigón o concreto.

 

Tipos de cemento.

Hay dos grandes tipos de cemento:

 

De origen arcilloso, el cual es obtenido a partir de una parte de arcilla y cuatro partes de piedra caliza.

De origen puzolánico, la puzolana anteriormente se le denominaba a la ceniza y las piedras volcánicas provenientes  de la población de Puzzuoli, en las faldas del Volcán Vesubio en Italia. En la actualidad, por puzolana se conoce a una diversidad de rocas, arenas y piedras volcánicas.

 

Las puzolanas son materiales silíceos o alumino silíceos, están compuestas de manera principal por alumino-silicatos (dióxido de silicio más óxido de aluminio); también tienen contenido de óxido férrico, óxido de calcio y óxido de potasio, asimismo, pueden contener óxido de magnesio, óxido de sodio, óxido de titanio, óxido de fósforo y de manganeso.

 

Hay diversos tipos de cemento de acuerdo a su composición, sus propiedades de resistencia y durabilidad, consecuentemente destinados a diferentes usos.

El cemento Portland es el más utilizado para la preparación del hormigón, se obtiene por la pulverización del clinker Portland adicionando uno o más tipos de yeso (sulfato de calcio) sin embargo se le pueden agregar otros productos siempre y cuando no afecte las propiedades del cemento. Todos los productos agregados deben ser pulverizados de manera conjunta con el clinker. El cemento Portland cuando es mezclado con el agua deriva en un producto con características plásticas y propiedades adherentes que fragua en pocas horas y se cura progresivamente en un período de varias semanas hasta alcanzar su dureza característica; este proceso es debido a una reacción química denominada hidratación mineral. Cuando se le agrega al cemento algún material calcáreo o cal, podemos obtener un tipo de cemento denominado plástico que fragua más rápidamente.

 

La calidad del cemento Portland está regulado por la norma  ASTM C 150. En Europa es la norma EN 197-1.

Hay también otro tipo de cementos Portland denominados especiales, los cuales son obtenidos de la misma forma que el Portland pero contienen variaciones en el porcentaje de los componentes que los conforman.

 

Así tenemos,

El Portland férrico que contiene alto contenido en hierro; se obtiene combinando ceniza de pirita o minerales de hierro en polvo, posee un alto contenido de óxido ferroso. Este tipo de cemento es ideal para ser utilizado en climas cálidos. Los mejores cementos férricos son aquellos con un contenido calcáreo bajo. Contiene también poca cantidad de fundentes, aproximadamente 0.64

 

Cementos blancos, a diferencia de los cementos férricos, éstos contienen una gran cantidad de fundentes, aproximadamente 10, por lo tanto contienen un bajo porcentaje de óxido ferroso. La falta de hierro le da ese color blanco, mientras que la presencia de este es lo que le da un tono grisáceo al Portland normal y un gris más oscuro al cemento férrico.

Cementos de mezclas son obtenidos agregando al cemento Portland normal otros componentes tales como la puzolana que mezclada con cal en una proporción de dos a uno tiene un comportamiento como cemento puzolánico, fraguando incluso bajo el agua.

 

Un cemento puzolánico contiene aproximadamente de 55 a 70% de clinker Portland, 30 a 45% de puzolana y 2 a 4% de yeso.

Cemento siderúrgico. En este tipo de cemento la puzolana ha sido sustituida en muchos casos por ceniza de carbón proveniente de centrales termoeléctricas, por escoria de fundiciones o residuos obtenidos calentando el cuarzo. La proporción es de 35 hasta el 80%. En este mezcla debe haber de 10 a 20% de cemento Portland normal. El cemento siderúrgico tiene mala resistencia a las aguas agresivas y desarrolla calor durante el fraguado. Tiene una elevada alcalinidad natural, haciéndolo resistente a la corrosión atmosférica causada por los sulfatos. Tiene alta resistencia química de ácidos sulfatos y una alta temperatura al fraguar.

 

Cemento de fraguado rápido. Tiene como una de sus características, el fraguado a los pocos minutos de su preparación con agua. Es producido de manera similar al cemento Portland pero con el horno a una temperatura menor (1000 a 1200 °C) es adecuado para trabajos menores de fijaciones  y reparaciones, no se recomienda para grandes obras debido a su tiempo reducido de fraguado lo que limita que se haga una buena colada. Cabe mencionar que si se utiliza este tipo de cemento, el fraguado pudiese ser controlado a través de retardantes naturales (E-330) como el ácido cítrico, sin embargo, aun así el fraguado comienza aproximadamente a los 15 minutos a una temperatura de 20 °C. Se puede decir que con este tipo de cemento se consigue una alta resistencia a la compresión (entre ocho a 10 MPa) por lo que es recomendable para trabajos donde se requiere un fraguado rápido y definitivo, esto se logra a las tres horas. Cementos rápidos que continúan su fraguado obteniendo una resistencia la compresión a los 10 años mayor a 60 MPa.

Cemento aluminoso es producido a partir de la bauxita con impurezas de óxido de hierro, óxido de titanio y óxido de silicio, también se le agrega óxido de calcio o carbonato de calcio. El cemento aluminoso también conocido como cemento fundido se fabrica a una temperatura del horno de hasta 1600 °C por lo que sus componentes alcanzan punto de fusión. El cemento fundido es colado en moldes a efecto de formar lingotes los cuales serán enfriados y posteriormente molidos y de esa forma obtener el producto final.

 

El cemento aluminoso tiene una composición de los siguientes óxidos: 35 a 40% óxido de calcio, 40 a 50% óxido de aluminio, 5% óxido de silicio, de 5 a 10% óxido de hierro y 1% de óxido de titanio. El cemento aluminoso es de naturaleza neutra por la presencia del hidróxido de aluminio que provoca la neutralización de sus componentes dando como resultado un cemento neutro. Se recomienda la utilización de cemento aluminoso en climas fríos con temperaturas superiores a los 30 °C de no ser así se genera una reacción de hidratación que deriva en la creación de cristales cúbicos que conduciría a un aumento del volumen pudiendo causarse fisuras.

Propiedades del cemento.

Tiene buena resistencia al ataque químico.

Resiste temperaturas elevadas, es decir es refractario.

Tiene una resistencia inicial elevada la cual disminuye con el tiempo lo que se denomina conversión interna.

Es exotérmico, resiste bajas temperaturas.

Con el tiempo aumenta la porosidad.

 

El tipo de cemento aluminoso no debe usarse para la fabricación de hormigón prensado, porque la vida útil de las estructuras de hormigón armado es más corta.

 

El aumento de la porosidad y caída de la resistencia conocida como el fenómeno de conversión puede retardarse cuando las condiciones de temperatura y humedad son bajas.

 

El cemento denominado de calcio, es de fraguado rápido de dos a tres horas. Se endurece a las seis o siete horas de haber sido aplicado alcanzando un 80% de resistencia. Su estabilidad de volumen no es expansiva y es muy exotérmico. Este tipo de cemento es el indicado para un hormigón refractario, reparaciones rápidas de urgencia, basamentos y bancadas temporales. Puede ser utilizado para obras y elementos prefabricados de hormigón en masa u hormigón no estructural, para ciertos casos de cimentaciones de hormigón en masa, para hormigón proyectado.

 

No se recomienda para hormigón armado estructural para hormigón en masa o armado de grandes volúmenes. Está prohibido para hormigón prensado en todos los casos.

 

El cemento de aluminato de calcio es comúnmente utilizado para alcantarillados, para zonas de vertidos industriales, para depuradoras, para terrenos sulfatados, para ambientes marinos, como morteros de unión  en construcciones refractarias y carreteras.

 

Proceso de fabricación del cemento.

Tiene principalmente cuatro etapas:

La extracción y molienda de la materia prima (materiales tales como la caliza, la arcilla, la arena, mineral de hierro y yeso). Estos materiales son extraídos de canteras o minas aplicando ciertos sistemas de explotación y equipos. Dichos materiales son reducidos a tamaños adecuados para ser procesados por los molinos,

La homogeneización de la materia prima, la cual es realizada ya sea en seco o en húmedo, todo dependiendo si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. En húmedo, la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de homogeneización y ahí se envía a los hornos en donde se produce el clinker a temperaturas superiores a los 1500 °C. En seco la materia prima es homogeneizada en patios de materia prima utilizando maquinarias especiales, los hornos son más cortos y el clinker requiere ser sometido menor tiempo a altas temperaturas.

 

La producción del Clinker, una vez que se obtiene el clinker sea por la vía húmeda o seca en la etapa de homogeneización es sometido a molienda con pequeñas cantidades de yeso a efecto de obtener el cemento.

 

La molienda del cemento. Como ya se indicó, el clinker es molido con pequeñas cantidades de yeso, obteniéndose de esa forma el cemento. Adicionalmente, esta mezcla es molida con el propósito de obtener un polvo más fino.

 

Fuente consultada.

Ficha de datos de seguridad CNP PM NF (http://web. archive.org/web/http://www. cemento natural.com/productos/materiales/PDF/e prompt.pdf) se (cemento prompt natural) VICAT (2002)

 

Los agregados del concreto.

Son componentes derivados de la trituración natural o artificial de diversas piedras y pueden encontrarse en tamaños que van desde partículas casi invisibles hasta pedazos de piedra. Pueden ser de piedra triturada, grava, arena u otro material. La utilidad que tiene estos componentes es que sirven para reforzar o para agregar fuerza a la mezcla hecha con cemento y agua; también son utilizados como materia prima en la construcción de caminos puentes y rutas de ferrocarril.

 

Los agregados del concreto se dividen en dos grandes grupos:

Agregados finos, consistentes en arenas naturales o manufacturadas cuyo tamaño puede llegar a ser hasta de 10 mm.

 

Agregados gruesos, también llamados gravas o arenas si son más finos, podemos encontrar agregados pesados como la barita, que ofrecen alta densidad; agregados ligeros como la piedra pómez o la escoria volcánica, con gran utilidad para concretos ligeros.

También hay en existencia otras categorías de gravas y arenas trituradas.

Se puede considerar que los agregados conforman el esqueleto granular del concreto ya que son el elemento mayoritario al representar el 80 - 90% del peso total del concreto. Los agregados son generalmente inertes y estables en sus dimensiones.

En el mismo sentido, tanto los agregados finos como los gruesos pueden llegar a representar del 60 al 75% del volumen del concreto. Influyen considerablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y fraguado, en las proporciones de la mezcla y en los costos.

 

En la industria de la construcción, los usos de los agregados son principalmente como material complementario para cimientos y pavimentos; también como parte importante del concreto de cemento Portland y concreto asfáltico.

Los agregados del concreto pueden encontrarse en yacimientos localizados en ríos, lagos, lechos marinos, cerros o lomas. Su extracción se realiza mediante la utilización de herramientas y equipos de extracción mecánica o neumática.

Una vez realizada la extracción, se continúa con su procesamiento que puede consistir en el cernido a través de una criba -como es el caso de la arena- o la trituración en diversas fases o quebrado para obtener la medida requerida, como es el procesamiento de la grava.

 

Como se elabora un concreto de calidad.

Se debe iniciar determinando para qué será requerido este concreto: sea para cimentaciones, columnas, losas o para algún otro trabajo.

 

A continuación, se deberá elegir el cemento adecuado y los agregados correspondientes así como el equipo o maquinaria a ser utilizados, esto último si se trata de una obra de mediana o gran extensión, ya que si es para un trabajo pequeño sólo se requería la utilización de herramienta manual.

Otro elemento importante con el cual se complementa la trilogía básica de un buen concreto es la utilización de agua, ésta debe ser limpia y libre de impurezas.

 

Teniendo esta trilogía básica (cemento adecuado al tipo de trabajo, agregados y agua) más un equipo, maquinaria o herramienta adecuados, entonces podemos decir que estamos listos para elaborar un concreto de calidad.

Sin embargo, es importante señalar que los componentes de la trilogía básica deben ser utilizados en la proporción exacta porque el exceso o inadecuada cantidad de alguno de ellos puede derivar en que no se obtenga el resultado esperado, corriéndose incluso graves riesgos de que se afecte el trabajo completamente para el cual fue formulada la mezcla.

 

El concepto calidad es un término subjetivo que para algunos tendrá un significado, mismo que puede ser diferente para otros, por lo que buena calidad para unos puede ser mediana o nula calidad para otros, por lo que emitiremos una definición de calidad para el concreto. Diremos entonces que un concreto es de calidad cuando la mezcla alcanza e incluso supera el objetivo para el cual fue realizada dicha mezcla, sea para cimiento, radier, muro, losa o pavimento. Una forma de medición es la capacidad de compresión que tiene, medida en kilogramos sobre centímetros cuadrados, expresado así:  f´c  kg/cm2, donde f´c  es la resistencia a la compresión definida como la máxima resistencia medida de un espécimen de concreto o mortero a carga axial;  kg/cm2 es como se expresa esta resistencia a una edad del concreto de 28 días.

Dicho de otra manera, ejemplificando, un concreto tiene una resistencia a la compresión de determinada cantidad de kg por cm2. Soporta determinada cantidad de kilogramos sin quebrarse o fracturarse por cm2. Esta información puede resultar de mucha utilidad cuando se pretenda construir pisos de concreto que deban tener cierto grado de resistencia.

 

Sugerencias para la fabricación de concreto para diferentes tipos de trabajos.

Preparación de concreto f´c 100kg/cm2

1 saco de cemento portland, 6 ½  botes de arena, 7 botes de grava tamaño ¾, 2 botes de agua.

Esta preparación es utilizada para guarniciones, banquetas y firmes.

 

Preparación de concreto f´c 150 kg/cm2

1 saco de cemento Portland, 5 botes de arena, 6 botes de grava tamaño ¾, 2 botes de agua.

Esta preparación es utilizada para pisos, cadenas y castillos.

 

Preparación de concreto f´c 200 kg/cm2

1 saco de cemento Portland, 4 botes de arena, 5 botes de grava tamaño ¾, 1 ½ botes de agua.

Esta preparación es utilizada para losas, trabes, zapatas y losas de cimentación.

 

Cuadro de elementos para una mezcla óptima y su rendimiento.

 

	Cimiento	Radier	Muro	Losa	Pavimento
Cemento	20 kg	20kg	20kg	20kg	20kg
Grava	70 litros	55 litros	45 litros	40 litros	40 litros
Arena gruesa	55 litros	35 litros	30 litros	25 litros	20 litros
Agua	12 litros	10 litros	9 litros	8 litros	8 litros
Rinde	100 litros	80 litros	65 litros	58 litros	52 litros

 

Pruebas para concreto fresco.

Se denomina concreto fresco, al concreto recién mezclado el cual debe ser plástico o semifluido con capacidad de ser moldeado a mano. Se entiende por definición de plástico como una característica de una mezcla que puede ser plegable y ser moldeada. Una mezcla de concreto con alto contenido de humedad puede ser moldeada.

 

Pruebas al concreto fresco.

La norma ASTM C 172 enuncia los procedimientos normalizados a efecto de obtener una muestra representativa de una carga de concreto en varios tipos de equipo de mezclado y/o agitación. Asimismo la norma especifica los límites de tiempo respecto a cuándo deben de empezar las pruebas con el propósito de determinar el revenimiento y el contenido de aire para el inicio del moldeo de los especímenes para pruebas. Para dar certidumbre de que las pruebas al concreto van a ser precisas es conveniente tomar las precauciones necesarias evitando que la muestra se contamine o evapore y que esta sea verdaderamente representativa del total de la mezcla.

 

Determine una mezcla a partir de la cual se obtendrá una muestra representativa

Defina la cantidad que se tomará como  muestra representativa de una mezcla.

Una vez que la cantidad sea definida, tome esta en dos o más partes a intervalos iguales, espaciados, durante la descarga de la porción.

Esta toma de muestra en dos o más partes debe hacerse durante el proceso de descarga o cernido de la mezcla, nunca en el mismo lado de la mezcla, siempre buscando de manera aleatoria diferentes partes de la mezcla.

Separe las muestras y llévelas al lugar donde se realizará la prueba.

Combine las muestras y haga un remezclado a efecto de formar una sola muestra compuesta. Esta debe ser dentro de un intervalo de 15 minutos.

El tamaño mínimo de la muestra para la realización de pruebas de resistencia deberá ser de 28 litros.

 

Comience las pruebas de temperatura, revenimiento y contenido de aire dentro de los cinco minutos siguientes a la obtención de la porción final.

 

Efectúe el moldeo de los cilindros dentro de los 15 minutos posteriores a la preparación de la muestra compuesta.