Materiales Constructivos: Aglomerantes y Cal

Curso: Materiales y Procesos
Constructivos
Docente: Alex Benavente

Son materiales que se adhieren a
otras materias a la par que
endurecen, facilitando de este
modo su unión entre si o a
materiales diferentes.
Los aglomerantes adquieren esa
cualidad de forma inherente o
por medio de una reacción
química.

Se clasifican en cuatro grandes grupos:
• Aglomerantes aéreos, endurecen en
contacto con el aire, caso del yeso o la cal.
• Aglomerantes hidráulicos, endurecen tanto
en aire como en agua, caso del cemento o la
cal hidráulica.
• Aglomerantes hidrocarbonatos, endurecen
con frío o con la eliminación de disolventes,
como los betunes.
• Aglomerantes químicos, endurecen como
consecuencia de una Reacción química, como
las resinas y los pegamentos.

Se clasifican en cuatro grandes grupos:
• Aglomerantes aéreos, endurecen en
contacto con el aire, caso del yeso o la cal.
• Aglomerantes hidráulicos, endurecen tanto
en aire como en agua, caso del cemento o la
cal hidráulica.
• Aglomerantes hidrocarbonatos, endurecen
con frío o con laeliminación de disolventes,
como los betunes.
• Aglomerantes químicos, endurecen como
consecuencia de una Reacción química, como
las resinas y los pegamentos.

El Yeso
El yeso puro es un mineral blanco, pero debido a impurezas puede tornarse gris, castaño o
rosado. Se encuentra en dos presentaciones:
• Cristalina, SO4 Ca. denominada Anhidrita, es incolora o blanca.
• Hidratado, SO4 Ca.2H2O denominado Algez, o sulfato de calcio díhidratado de color
banco con impurezas. Es el más común.
Propiedades:
a) Expansión, al fraguar, el yeso se expande. Este aumento de volumen es muy útil para la
fabricación de molduras ya que rellena completamente el molde que contiene la pasta sin
dejar huecos.
b) Resistencia mecánica, está condicionada por el agua de amasado, manejándose valores
para la resistencia a compresión del orden de 80-180 k/cm2. Para la resistencia a flexotración
oscilan entre 20-35 k/cm2 .
c) Permeabilidad, el agua penetra con bastante facilidad entre los poros que dejan los
cristales de yeso fraguado y los lubrica y separa. Por ello, el agua afecta a la resistencia y no
es recomendable el empleo del yeso en exteriores.
d) Adherencia, es muy buena con muchos materiales
e) Corrosión, en presencia de agua, los sulfatos atacan al hierro y al cemento
f) Alta resistencia al fuego

El Yeso
Historia: Se originó hace 200 millones de años como resultado de depósitos marinos
cuando parte de lo que ahora son los continentes eran inmensas extensiones
océanicas. Durante este período algunos mares se secaron dejando lechos de yeso
que se recubrieron para ser descubiertos posteriormente por el hombre.
Usos:
• Revoques y enlucidos es una capa de 10-15 mm. Ejecutada con yeso negro para
nivelar los paños de ladrillo.
• Molduras. Elemento prefabricado a instalar en obra pegándolos con pasta de yeso.
• Estucos, mezclas de yeso blanco y gelatina o cola animal y pigmentos de color. Se
le da brillo con aceite o ceras y su acabado se asemeja a la piedra natural, sobre todo
al mármol.
• Tabiques, placas prefabricadas colocadas sobre rastreles verticales. La pared se
forma con un cierto número de capas de panel de yeso y rellenos con material
aislante
Molduras. Elemento prefabricado a instalar en obra pegándolos con pasta de yeso.

La Cal
La piedra caliza y las propiedades del material calizo
como aglomerante son conocidas desde las diferentes
culturas griegas clásicas y por la civilización romana.
La roca se extrae del terreno en minas que suelen ser a
cielo abierto.
La piedra caliza se calienta para obtener cal viva.
CO3Ca (Carbonato cálcico)+ CALOR (900-1000 ºC) → CO2 + CaO (cal viva)
La cal viva se apaga con agua produciendo hidróxido de
cal o cal apagada
CaO + H2O → Ca(OH)2 (Cal apagada)+ CALOR
La cal apagada reacciona con el CO2 contenido en el aire
atmosférico reconstruyendo el carbonato endureciendo.
Ca(OH)2 + CO2 → CO3Ca + H2O
Si en lugar de la piedra caliza se cuece una mezcla de
caliza y arcilla a 1200 ºC se forma un producto
denominado Cal Hidráulica, que fragua en el agua y
que, es un primer paso para la fabricación de cemento.

La Cal
Proceso de fabricación.
Es similar al del yeso, pero requiere de hornos
sofisticados para conseguir las temperaturas
elevadas necesarias en el proceso.
Normalmente el material debe terciarse más para
que la cocción sea adecuada, tamaño máximo de
20 cm.
Los hornos más básicos son los rudimentarios con
alternancia de capas de combustible y cal y los de
cuba. Se requiere 5 días para completar la cocción.
Existen hornos más sofisticados como el
Rüdersdorf, el de llama corta, el vertical o el
rotatorio que permite cocción continua de la cal.

La Cal
Apagado de la Cal.
El paso clave del proceso es el apagado de la cal. Es una reacción
exotérmica y expansiva, osea, el volumen crece. Al desprenderse
tanto calor, hay que extremar las precauciones en la operación.
Existen diversos procedimientos de apagado:
• Al aire, con la humedad atmosférica.
• Por aspersión, capas finas de cal que, en ocasiones, se recubren
de arena para su posterior empleo en obra o su envasado.
• Por fusión, mezclando cal y agua en un recipiente o en un lecho
de arena. Si se añade poco agua el proceso desprende mucha
temperatura y si se añade mucha agua el proceso se ralentiza.
• En autoclave, mediante la inyección de vapor de agua, se obtiene
cal de calidad alta.
• En hidratadores mecánicos, donde es posible añadir arena

La Cal
Tipos de Cal:
• Cal Viva: obtenida por la calcinacion de la calcita que
al desprender anhidrido carbonico se transforma en
oxido de calcio. Debe ser capaz de combinarse con el
agua para transformarse de oxido a hidroxido, y una
vez apagada (hidratada) se aplique a la construccion
• Cal hidratada: o hidroxido de calcio formada por el el
metal calcio unido a dos grupos hidroxidos.
• Cal hidraulica: compuesta de hidroxido de calcio, silica
(SiO2) y alumina (Al2O3). Tiene la propiedad de
fraguar y endurecer incluso debajo del agua

La Cal
Clasificación
Las cales aéreas se denominan CL seguido de un número que indica
el porcentaje mínimo de CaO-MgO. Las más usuales son CL-70, CL-
80 y CL-90.
Si poseen mucho MgO se les denomina por las letras DL
provenientes de la roca típica de magnesio que es la dolomita.
Para las cales hidráulicas las siglas son HL seguidas de un número
que indica la resistencia mínima a compresión en Mpa. Las más
usuales son HL-2, HL-3,5 y HL-5.
Las cales hidráulicas tienen una proporción variable de óxidos de Si,
Al y Fe.
En función de la cantidad de estos óxidos se clasifican en tipos I, II y
III con porcentajes mínimos del 20,15 y 10% respectivamente.

La Cal en la construccion
Según la Norma Europea ITINTEC 330.001
Distingue de acuerdo a su composicion quimica:
Cales Aereas :
Altamente calcicas
Calcicas
Dolomiticas
Cales Hidraulicas
Cal hidraulica 10
Cal hidraulica 20
Cal hidraulica 50

La Cal en la construccion, clasificacion ITINTEC 339.001
• Cales Aéreas: Son aquellas que fraguan al combinarse con
anhídrido carbónico del ambiente. También se les conoce con el
nombre de cal viva o hidratada. Estas a su vez se divide en las
siguientes clases:
• Cal altamente cálcica: Es la que se obtiene a partir de calizas con
alto contenido de carbonato de calcio (CaC03).
• Cal cálcica: Es la que se obtiene a partir de calizas dolomíticas
(con alto contenido de carbonato de magnesio: MgC03).
• Cal dolomítica: Es la que se obtiene a partir de calizas dolomíticas
(con alto contenido de carbonato de magnesio: MgC03).

La Cal en la construccion, clasificacion ITINTEC 339.001
• Cales Hidráulicas: Son aquellas que se obtienen a partir de calizas arcillosas por calcinación inferior a la de
principio de fusión y que después de agregarles agua y dejarlas reposar un tiempo sufici
entemente largo al aire, fraguan bajo el agua. Se encuentra en el mercado con el nombre de cales hidráulicas
hidratadas. Se clasifican en:
• Cal hidráulica 10: Es la que su fraguado produce en parte por carbonatación y en parte por
reacciones químicas complejas. Debe alcanzar una resistencia a la compresión mayor a 1 O
kg/cm2, según clasificación de la Norma (NTP 24: 05-003).
• Cal hidráulica 20: Es la que se obtiene a partir de calizas arcillosas por calcinación a temperatura
inferior a la de principio de fusión, con o sin adición de materias puzolánicas. Es la que puede
ser obtenida por la mezcla de productos de calcinación a temperatura inferior a la de principio
de fusión, con o sin adición de materias puzolánicas. Es la que puede ser obtenida por la mezcla
de productos de calcinación de calizas con alto contenido de carbonato de calcio (CaC03) y
calizas arcillosas a las que se puede agregar materias puzolánicas. Debe alcanzar una resistencia
a la compresión igual o superior a 29 kg/cm2.
• Cal hidráulica 50: Es la que se obtie ne a partir de calizas arcillosas por calcinación a temperatura
inferior a la de principio de fusión, con o sin adición de materias puzolánicas. Es la que puede
ser obtenida por la mezcla de productos de calcinación a temperatura inferior a la de principio
de fusión, con o sin adición de materias puzolánicas. Es la que puede ser obtenida por la mezcla
de productos de calcinación de calizas con alto contenido de carbonato de calcio (CaC03) y
calizas arcillosas a las que se puede agregar materias puzolánicas. Debe
• alcanzar una resistencia a la compresión igual o superior a 50 kg/cm2.

Campos de aplicación de la Cal
Industria
del hierro
y el acero
Industria
quimica Construccion
Proteccion
medio
ambiental Agricultura
Cal en la construccion
Cal Aerea
Cal
Hidraulica
Cal Calcica
Cal
dolomitica
Cal
Hdraulica
Natural
Cal
hidraulica
Cal
Viva
Cal
Hidratada
Cal Semi
hidratada
Cal
totalmente
hidratada

La Cal
Propiedades
a) Fraguado, es más lento que el del yeso, empieza a las 2 horas y
termina a las 48.
b) Plasticidad, mientras esta fresca, fácil extenderla, incluso con llana.
c) Resistencia, se comprueba con probetas prismáticas de 4x4x26 cm.
Oscila entre 1,5 y 5 Mpa. Es decir no son tan fuertes a la compresión
como los morteros de cemento
d) No se adhieren tanto a la albañilería como el cemento, por lo que
bajo condiciones de grietas en el mortero de cemento se ocasionaran
grietas, mientras que en la cal se ocasionaran numerosas micro
fisuras, si la cantidad de movimiento es pequeño, se cristalizaran si se
exponen al aire, lo que genera una autosanación efectiva.
e) El mortero de cal es mas poroso que el mortero de cemento, or lo
que cualquier contenido de sal en el agua se cristaliza con la cal.
f) Cualquier humedad en la pared hace que la cal cambie de color
(indica presencia de humedad) Docente: Alex Benavente

La Cal
Empleo
a) Usos industriales en metalurgia, química y
vidrio.
b) Usos agrícolas como fertilizante, en la
ecologia
c) Los morteros de cal no son tan fuertes en
compresion como el mortero de cemento
c) Morteros de cal mezclada con arena en
proporciones cal/arena ½ a 1/3.
En ocasiones para morteros bastardos
(cemento/cal/arena) en proporción 1/2/8,
incluso en proporción 1/1/5 en condiciones
de frío extremo.
d) Enlucidos, mezclado habitualmente con
yeso o cemento, para evitar agrietamientos en
interiores y exteriores.

La Cal: Empleo
a) Usos industriales en metalurgia, química y vidrio. El Óxido de Calcio se
utiliza en la industria metalúrgica con distintas finalidades. En la fabricación
del acero se añade durante el proceso siderúrgico como agente escorificante, y
poder retirar las impurezas que contienen los metales. El óxido de calcio (cal
viva) debe tener una alta pureza para mejorar su reactividad y rendimiento.
En la producción de aluminio también actúa como agente escorificante ya que
se combina con la sílice presente en el mineral para formar silicato de calcio,
evitando la formación de silicato de hierro y rebajando el punto de fusión.
El vidrio es una mezcla compleja de sílice, álcalis y cal, dicha mezcla se procesa
de 1200°C a 1800°C, la cal sirve como estabilizante de la mezcla y forma
compuestos que dan como resultado el vidrio tal como lo conocemos
b) Usos agrícolas como fertilizante, en la ecologia
c) Los morteros de cal no son tan fuertes en compresion como el mortero de
cemento
c) Morteros de cal mezclada con arena en proporción cal/arena ½ a 1/3.
En ocasiones para morteros bastardos (cemento/cal/arena) en proporción
1/2/8, incluso en proporción 1/1/5 en condiciones de frío extremo.
d) Enlucidos, mezclado habitualmente con yeso o cemento, para evitar
agrietamientos en interiores y exteriores.

Historia
abarca toda la historia de la gran pintura al fresco, medio-oriental, griega,
romana, medieval, renacentista y barroca, pasando por su intervención casi
única como aglomerante de fábricas, con sus máximos ejemplos en la
arquitectura concrecionada romana. En cuanto a revestimiento, siempre se
empleó en revocos, esgrafiados, y en ese arte sutil los estucos a fuego imitando
mármoles y decoraciones que cubren el interior de la arquitectura histórica
santuaria.
Neolitico (la cultura de Anatolia (6,000 a.c.), Cultura de Jerico (3,000 a.c.),
palacio asirio de Til Barsib (Tei-Ahmar), del siglo XVIII a. J.C., La cultura maya,
que floreció entre los años 300-900 de nuestra era, utilizó la cal en los centros
ceremoniales como Copan, Palenque, Chichéntzá, etc., estucando y tiñendo sus
decoraciones esculpidas. Culturas pre incas esabilizando el barro para hacer
adobes.
Los egipcios fueron los primeros en utilizar la escayola (sulfato de calcio
semihidratado obtenido por cocción del yeso a 120°C) para unir bloques de la
pirámide de Keops y cubrir su superficie con un estuco rojo, según se ha
determinado recientemente; es del 2600 a. J.C. Los egipcios cubrían con una
ligera capa de estuco sus edificaciones y para rejuntar sillares empleaban la
escayola descrita

Historia
La civilización romana mejoró los procesos de fabricación de la cal y las técnicas
de la puesta en práctica de los morteros y supo explotar todas las posibilidades
de este material y además popularizaron y expandieron esta técnica por todo el
imperio.
Una de las más antiguas menciones del Opus caementicum encontrada la cita
Catón (s. 11 a. J.C.), que describe la construcción ex calce et caementis. La fecha
exacta de introducción del mortero de cal en Roma no se conoce, pero se sabe
que esta técnica fue utilizada en los dos últimos siglos de la república (s. 11 y 1
a. J.C.), en que se desarrolla y generaliza rápidamente, supliendo los sistemas
utilizados anteriormente
Vitruvio es la fuente más completa para el estudio de los elementos
constitutivos del mortero de cal (s. 1 a. J.C.). Por él sabemos que la mezcla de los
materiales se hacía en la proporción de una unidad de cal por tres de arena o
dos por cinco, según la calidad de la arena.
Menciona también el empleo de aditivos ya utilizado por los griegos, tales
como cenizas volcánicas o la teja picada. En efecto, los romanos han practicado
a gran escala el añadir a la cal arcilla cocida y sobre todo puzolana (roca
volcánica que procede de los yacimientos descubiertos en Pozzueli o Puzzoli,
cerca de Nápoles), que confiere al mortero propiedades hidráulicas.
En la epoca meioeval no se observo mayores aportes al trabajo con cal.

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 petreos (grava y arena) y agua crea una
mezcla uniforme, maleable y plastica, que fragua y se endurece,
adquiriendo consistencia petrea, denominada concreto.
Su uso esta muy generalizado en construccion. De acuerdo con
algunas investigaciones, los hallazgos mas antiguos datan de los
años 7,000 y 6,000 a.c. cuando en las regiones de Israel y la antugua
Yugoslavia se encontraron vestigios de los primeros pisos de
concreto a partir de calizas calcinadas.
Posteriormente el 2,500 a.c. se emplearon mezclas de calizas y yesos
calcinados para pegar los grandes bloques de piedra que se
utilizaron para la constrccion de las piramides de Giza en Egipto.
Cerca al 500 a.c. se utilizaron como material estructural en el
Mediterraneo occidental.
Los griegos hicieron concreto al igual que los romanos el 300 a.c. El
siglo 11 a.c. en la poblacion de Puzzoli mezclando calizas calcinadas
con finas arenas de origen volcanico se desarrollo el cemento
puzolanico.
El teatro de Pompeya en el 75 a.c., el Coliseo Romano con rocas de
origen volcanico para aligerar el concreto, asi como el Panteon con 50
mt de diametro.
Con la caida del imperio romano el uso del concreto desaparecio y
fue recuperado por los ingleses el 700 a.c. Docente: Alex Benavente

EL CEMENTO
En su concepción más amplia es cualquier material
que posee propiedades cohesivas. La definición
actual del Cementos Pórtland es el resultado de una
mezcla de materiales calcáreos arcillosos en
proporciones convenientes llevada hasta fusión
incipiente y posteriormente molida muy finamente
sin contar con ninguna adición fuera del yeso..
Es el mas usual en la construccion utilizado como
aglomerante para la preparacion del concreto
Fue inventado en 1824 en Inglaterra por Joseph
Aspdin; el nombre se debe a la semejanza en cuanto
a aspecto con las rocas encontradas en la isla de
Portland, en el condado de Dorset.

El cemento portland es un cemento hidraulico compuesto
principalmente de silicatos de calcio hidraulico, osea fraguan y
endurecen al reaccionar quimicamente con el agua.
En el curso de esta reaccion llamada hidratacion, el cemento se
combina con el agua formando una pasta, y cuando se le
agrega arena y grava triturada se forma el concreto.
La materia prima es el clinker, resultado de triturar finamente
materiales de diferentes tipos como arcillas, aditivos, materiales
silicosos o aluminosos para luego ser alimentados a un horno
rotatorio a 1,400 ° C dando como resultado un producto verde
oscuro.
CLASIFICACIÓN
Los cementos pertenecen a la clase de materiales denominados
aglomerantes en construcción, como la cal aérea y el yeso (no
hidráulico), el cemento endurece rápidamente y alcanza altas
resistencias, esto gracias a reacciones complicadas de la
combinación cal-sílice.

CLASIFICACIÓN
Cementos Pórtland Puros:
Tipo 1.- Para usos generales en la construcción donde no se requiera que en el
cemento tenga propiedades especiales.
Tipo 11.- Para uso general y donde se requiere resistencia moderada a la acción
de los sulfatos y donde se necesita un moderado calor de hidratación, como la
construcción de presas donde hay vaciados masivos de concreto.
Tipo 111.- Para obras donde se requiera de una alta resistencia inicial, como
cuando se necesita que la estructura de concreto reciba carga lo antes posible o
cuando es necesario desencofrar a los pocos días de vaciado.
Tipo IV.- Paras uso en obra se requiere un bajo calor de hidratación. Por
ejemplo vaciado de grandes cantidades de concreto y que no deben producirse
dilataciones durante el fraguado, que mas tarde pueden sufrir contracciones
con la consiguiente aparición de fisuras.
Tipo V.- Para uso en obras donde se requiere una alta resistencia a los sulfatos
como el revestimiento de túneles o canales de ciertas minas o hidroeléctricas.
Dentro de, los Pórtland puros en el Perú, a la fecha, sólo se produce los tipos 1, 11, y V.

PROPIEDADES FÍSICAS
La determinación de ciertas propiedades físicas de los cementos es sumamente
importante para la aceptación del material y para predecir su comportamiento.
Fineza.- Es evidente que la hidratación del cemento depende de la fineza de las
partículas de cemento, pero por otro lado una fineza muy alta resulta costosa y
da lugar a mayores cambios de volumen en las mezclas.
La fineza en el cemento se mide en términos de superficie específica, es decir el
total del área superficial en la unidad de peso. .
Tiempo de Fraguado.- Fragua es el término que describe la toma de rigidez de
la pasta de cemento, aunque en realidad este grado de rigidez resulta en cierta
forma arbitraria, para explicarlo más claramente podríamos definirla como el
instante en que la pasta pasa de fluida a sólida. Aunque al fraguar la pasta
adquiere cierta resistencia ligera, no debemos confundirla con el
endurecimiento, que se refiere a la toma de resistencia de una pasta fraguada.
En la práctica, los términos de fragua inicial y fragua final son métodos para
describir estados escogidos arbitrariamente.

PROPIEDADES FÍSICAS
Falsa Fragua.- Este fenómeno consiste en una prematura fragua del cemento pocos minutos después de
mezclado, difiere de la fragua rápida (en algunos casos necesaria); en que no existe desprendimiento de
calor y al remezclar sin adición de agua, se recupera la plasticidad. La causa más frecuente de la falsa
fragua es la hidratación del yeso, usado como adición cuando éste se agregó al clinker muy caliente, lo cual
convirtió en hemidrato o anhídrato. La norma considera como requisito opcional, porcentaje mínimo de
penetración 50.
Estabilidad de Volumen.- La determinación de esta propiedad nos permite verificar la ausencia de agentes
expansivos en el cemento, tales como cal libre, magnesia libre o sulfato de calcio (autoclave).
Resistencias Mecánicas.- La resistencia mecánica del cemento endurecido constituye evidentemente la
propiedad más significativa del cemento con miras a su uso estructural. En consecuencia se consideran
estas pruebas de resistencia en las especificaciones para el cemento. Las pruebas de resistencia del cemento
no se realiza en pasta de cemento debido a dificultades en el moldeado y prueba misma, en general se
trabaja con morteros de cemento y arena en proporciones fijadas, con el fin de eliminar las variaciones que
pudieran deberse a la influencia del agregado, se usa arena blanca.
Existen pruebas de resistencia tales como compresión, tracción, flexión, siendo obviamente la primera la
que reviste mayor importancia y actualmente la única requerida por la Norma ASTM o ITINTEC.
Contenido de Aire.- Mide el porcentaje de aire atrapado en la mezcla, normalmente se realiza ensayos en
mortero.
Calor de Hidratación.- Las reacciones de hidratación del cemento son exotérmicas y se denomina calor de
hidratación a la cantidad de calor en calorías por gramo de cemento anhidro. Siendo la conductividad del
concreto comparativamente baja actúa como aislante y en el interior de una gran masa de concreto pueden
producirse fuertes temperaturas, mientras al exterior de la masa de concreto pierde calor de modo que una
gradiente de temperatura se establece y puede ser causante de fallas en el concreto. Docente: Alex Benavente

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