Este documento describe las propiedades y usos de la puzolana, una ceniza volcánica que cuando se mezcla con cal actúa como cemento. La puzolana mejora la resistencia del cemento a los sulfatos, cloruros y agua de mar. Los romanos usaron puzolana para construir el Panteón y otros edificios que aún se mantienen en pie después de siglos. La puzolana se usa hoy en día para mejorar la durabilidad del cemento y el hormigón.

1. lefttop<br />ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL<br />FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS DE LA TIERRA<br />Tema:<br />“Cemento Puzolánico”<br />Estudiante: Guillermo Quiñonez C.<br />Paralelo: 1<br />Definición<br />Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente en la región del Lazio y la Campania, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las proximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitrubio describía cuatro tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja.<br />Mezclada con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua.<br />Esta propiedad permite el empleo innovador del hormigón, como ya habían entendido los romanos: El antiguo puerto de Cosa fue construido con puzolana mezclada con cal apenas antes de su uso y colada bajo agua, probablemente utilizando un tubo, para depositarla en el fondo sin que se diluya en el agua de mar. Los tres muelles son visibles todavía, con la parte sumergida en buenas condiciones después de 2100 años.<br />La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y puede obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolánico contiene aproximadamente:<br />55-70% de clinker Portland<br />30-45% de puzolana<br />2-4% de yeso<br />Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca(OH)2), se tendrá una menor cantidad de esta última. Pero justamente porque la cal es el componente que es atacado por las aguas agresivas, el cemento puzolánico será más resistente al ataque de éstas. Por otro lado, como el 3CaOAl2O3 está presente solamente en el componente constituido por el clinker Portland, la colada de cemento puzolánico desarrollará un menor calor de reacción durante el fraguado. Este cemento es por lo tanto adecuado para ser usado en climas particularmente calurosos o para coladas de grandes dimensiones.<br />Se usa principalmente en elementos en las que se necesita alta impermeabilidad y durabilidad.<br />Origen e historia<br />La Puzolana es el nombre que recibe la ceniza volcánica, que proviene de la población de Puzzuoli, en las faldas del Vesubio, donde ya era explotada en tiempos de los romanos. Posteriormente el término fue extendiéndose a todos aquellos materiales que por sus propiedades similares a la Puzolana de origen natural podían tener usos sustitutivos. De hecho hoy una de sus acepciones más comunes es la de la grava que frena los escapes de las curvas en competiciones automovilísticas.<br />La civilización romana fue la que descubrió todo el potencial que estos materiales podían ofrecer. Uno de los mejores exponentes que podemos encontrar es el Panteón de Roma. Construido en el año 123, fue durante 1.500 años la mayor cúpula construida, y con sus 43,3 metros de diámetro aun mantiene records como ser la mayor construcción de hormigón no armado que existe en el mundo Esta construcción fue realizada mezclando cal, puzolana y agua; añadiendo en las partes inferiores ladrillos rotos a modo de los actuales áridos, aligerando el peso en las capas superiores usando materiales más ligeros como piedra pómez y puzolana no triturada.<br />En la provincia de Ciudad Real, fue utilizada en la construcción de las murallas de la ciudad medieval de Alarcos mezclándola con cal, razón del color que poseen, y que recuerdan más a un moderno bunker de hormigón que a una muralla medieval.<br />Tipos de Puzolanas <br />Básicamente hay dos tipos de puzolana, llamadas puzolanas naturales y artificiales.<br />Las puzolanas naturales esencialmente son cenizas volcánicas de actividades volcánicas geológicamente recientes.<br /> Las puzolanas artificiales son el resultado de diversos procesos industriales y agrícolas, generalmente como subproductos. Las puzolanas artificiales más importantes son arcilla cocida, cenizas de combustible pulverizado, escoria de altos hornos granulada y molida y ceniza de cascara de arroz (RHA). <br />Cenizas Volcánicas <br />La primera puzolana natural empleada en construcciones fue la ceniza volcánica del Monte Vesubio (Italia), encontrada cerca de la ciudad Pozzuoli, que le dio el nombre.<br />Aunque los compuestos químicos son similares, el material vidrioso formado por el lanzamiento violento de la magma fundida en la atmosfera es más reactiva con la cal, que la ceniza volcánica formada por erupciones menos violentas.<br />La generación de puzolanas naturales adecuadas está, por lo tanto, limitada a solo a algunas regiones del mundo.<br />Las buenas puzolanas a menudo se encuentran como cenizas finas, pero también en forma de grandes partículas o tufos (ceniza volcánica solidificada), que deben ser triturados para emplearse como puzolana. Sin embargo, la calidad de dichas puzolanas puede variar grandemente, incluso dentro de un mismo depósito. <br />Las puzolanas naturales son empleadas igual que las puzolanas artificiales. <br />Arcilla Cocida <br />Cuando los suelos arcillosos son horneados, las moléculas de agua se liberan, formando un material cuasi-amorfo reactivo con la cal. Esto también es cierto para los esquistos y suelos lateráticos y bauxáticos. Tal hecho fue descubierto en la antiguedad y las primeras puzolanas artificiales fueron hechas de piezas de alfareria molidas, una tecnologia tradicional que aun es ampliamente practicada en el subcontinente de la India, Indonesia y Egipto, empleando ladrillos poco cocidos o defectuoso.<br />Alternativamente, tal como se informa en un proyecto de la India, los suelos que contienen muy poca arcilla y demasiada arena para fabricar ladrillos, se cortan y se extraen en bloques formando pozos circulares. Luego los bloques son regresados a los pozos, junto con capas alternas de leva. El residuo obtenido al quemarlo es muy desmenuzable y no necesita pulverización. <br />Una técnica similar procede de Java, Indonesia, en donde los bloques de arcilla son quemados en un horno tradicional, desintegrados, cribados y empleados con cal y arena y a veces también con cemento. <br />Las ventajas del cemento puzolánico <br />Se detallan a continuación:<br />_ Mayor defensa frente a los sulfatos y cloruros.<br />_ Mayor resistencia frente al agua de mar.<br />_ Aumento de la impermeabilidad ante la reducción de grietas en el fraguado.<br />_ Reducción del calor de Hidratación.<br />_ Incremento en la resistencia a la compresión.<br />_ Incrementa la resistencia del acero a la corrosión.<br />_ Aumenta la resistencia a la Abrasión.<br />_ Aumento en la durabilidad del cemento.<br />_ Disminuye la necesidad de agua.<br />La base de todas estas mejoras es el denominado “Efecto Puzolánico” en el cemento. Los Aluminosilicatos presentes en la puzolana, reaccionan con el Hidróxido de Calcio liberado en la hidratación del cemento Portland. Esto se realiza en una reacción lenta (que disminuye el calor), consume el Hidróxido de Calcio (lo que mejora su resistencia frente a ambientes ácidos), y al realizarse la reacción rellenan los espacios resultantes de la reacción de hidratación del cemento (lo que aumenta la impermeabilidad y la resistencia mecánica).<br />La reacción química del fraguado del cemento es como sigue:<br />C3S + H = CX-S-H + (3-x)CH<br />Donde:<br />C = CaO ; S = SiO2 ; H = H2O<br />Siendo el Gel C-S-H el responsable de las propiedades mecánicas del cemento. Podemos observar que se produce un tercer producto, abreviado CH en la fórmula, que no es sino el Ca(OH)2, con poco valor cementante, y que es responsable de la reacción con los sulfatos que degradan la calidad del mismo.<br />Para hacer frente a este problema, es por lo que se añade la Puzolana. Ésta, se compone de Aluminosilicatos que reaccionan con el componente CH de la forma siguiente:<br />aS + bCH + zH = CbSaH(a+b)<br />Donde:<br />S = Aluminosilicatos de la Puzolana (Composición tipo SiO2 (75%) + Al2O3 (10%) y otros).<br />CH = Ca(OH)2 ; H = H2O<br />Tal como se ha dicho hasta ahora, existen otros materiales que tienen actividad puzolánica en mayor o menor medida. Entre ellas se encuentran las escorias de fundiciónes de acero, la microsílica o humo de sílice que se genera como producto secundario en la fundición de aleaciones de ferrosilicatos, metacaolines procedentes del<br />tratamiento térmico del caolín, y las cenizas volantes procedentes de la combustión del carbón en plantas térmicas.<br />No obstante, estos sustitutos de la puzolana no presentan la misma superficie de reacción que las de origen natural, debido a que la puzolana de origen volcánico presenta una mayor cantidad de poros originados por los gases de la erupción, no presentando hoy por hoy unas propiedades igual de óptimas.<br />Otros usos de la Puzolana Natural<br />Además de los ya señalados como aditivo para el cemento, existen otras aplicaciones de interés para este material calibrado.<br />_ Fabricación de Hormigones de baja densidad (como ya se ha señalado en el caso del Panteón de Roma).<br />_ Drenaje natural en campos de fútbol e instalaciones deportivas.<br />_ Filtro natural de líquidos por su elevada porosidad.<br />_ Absorbente (en el caso del agua del 20 al 30 % del peso de árido seco) y preparación de tierras volcánicas olorosas.<br />_ Aislante Térmico (0,21 Kcal / Hm2 C)<br />_ Sustrato inerte y aireante para cultivos hidropónicos.<br />_ Jardinería. En numerosas rotondas, jardines. Sustituto eficaz del césped en zona con carencia de agua de riego.<br />_ Arqueología. Protector de restos arqueológicos de baja densidad para conservación por construcción sobre ellos o con carácter temporal.<br />Empleo de Puzolana para protección de restos arqueológicos en las obras de restauración del<br />Teatro Romano de Cartagena.<br />La ceniza del volcán no es tan mala como la pintan<br />Los vulcanólogos, entre ellos la estadounidense Patricia Mothes, hablan de que la erupción del Tungurahua del pasado 16 de agosto, arrojó entre 20 y 30 millones de metros cúbicos de materiales incandescentes. Buena parte de este material es ceniza.<br />Aunque el país está en pañales en este tipo de investigaciones, empíricamente se ha demostrado que las cenizas volcánicas, no solo traen beneficios a la agricultura a largo plazo. También al sector de la construcción.<br />De hecho, Orlando Caluña, alcalde de Mocha, provincia de Tungurahua, a diferencia del resto de colegas, dice que aspira almacenar no menos de 100 toneladas de ceniza para utilizarla como aditamento del cemento en las construcciones del cantón, lo que le permitiría, no solo ahorrarle dinero a la administración, sino hacer construcciones más duraderas (la ceniza volcánica es piedra pulverizada).<br />Expertos en el tema no dudan en reconocer su utilidad, pero ponen reparos. “Eso es posible si se usa en estado puro y si se conoce, mediante investigaciones, su contenido”, sostiene la ingeniera María Dolores Franco, de Holcim, la mayor fabricante de cemento del país. “Recogerla con escoba le añade impurezas, tierra entre otras, cuyas consecuencias pueden ser fatales en una construcción”.Aunque desconoce sus bondades, Hernán Cadavid, miembro del Colegio de Arquitectos del Guayas, opina que la ceniza volcánica no debe ser tan diferente de la piedra caliza que se utiliza como base en la fabricación del cemento. <br />Hay que estudiar sus propiedades físicas y químicas para determinar su utilidad”.Otro de los sectores aparentemente beneficiados se desconoce de un estudio que lo sustente es el agrícola. En 1999, durante la erupción del Guagua-Pichincha, los bananeros de la Costa mandaron a recoger la ceniza. <br />Lo hicieron para mejorar la calidad de los terrenos”, dice el vulcanólogo, Andrés Ruiz, del Instituto Geofísico.Pero las cenizas del Tungurahua ricas en silicio, titanio, aluminio, calcio, potasio y fósforo no solo han mejorado la producción agrícola en ciertos sectores del país. También han contribuido con la conservación del medio ambiente.<br />En una hectárea de cultivo un campesino ahorra hasta 100 dólares en químicos”, advierte José Castro, responsable de transferencia y tecnología del Instituto Nacional Autónomo de Protección Agropecuaria. “La ceniza es un gran purificador”.<br />De hecho, en la estación experimental de Pichilingue, en Quevedo, provincia de Los Ríos, se están llevando a cabo estudios para determinar su verdadera utilidad. <br />Sabemos por experiencia, que los campesinos están ahorrando hasta 3 litros de herbicidas por hectárea y al menos un saco de fertilizantes gracias a los efectos benéficos de la ceniza”, apuntó Castro.Hay ejemplos de buenos resultados. Freddy Serrano, director de la Asociación de Productores de Banano de Los Ríos, provincia en la que el 80% de las plantaciones están cubiertas de ceniza, afirma que los hongos de la sigatoka negra ya no existen en sus plantas. “Sencillamente los mató”.Pablo Montero, biólogo de la Subscretaría del Ambiente, no quiere posar de aguafiesta, pero asegura que eso depende de las distancias. <br />Los más beneficiados son los cultivos lejanos. Los que están cerca a la zona del volcán, tienen que esperar mucho tiempo, pues el calor de la ceniza y el peso de esta no permiten la fotosíntesis, matándolos”.<br />Ruiz recuerda que “en la erupción de 1918, debieron pasar entre 30 y 40 años para que los terrenos aledaños al Tungurahua lograran recuperarse”.<br />A pesar de sus bondades, no se ha logrado determinar es si, la ceniza arrojada por la mayoría de municipalidades a los basureros, tenga consecuencias graves para el medio ambiente. “Nadie sabe cómo reaccionarán sus componentes con los lixiviados (líquidos que resultan de la descomposición de basura orgánica), aclaró Montero.<br />Fuentes:<br />http://www.explored.com.ec/noticias-ecuador/la-ceniza-del-volcan-no-es-tan-mala-como-la-pintan-243619-243619.html<br />http://www.artifexbalear.org/puzolana.htm<br />http://es.wikipedia.org/wiki/Cemento#Cemento_puzol.C3.A1nico <br />http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:xwWtJJFQVyYJ:www.uclm.es/cr/EUP-ALMADEN/aaaeupa/boletin_informativo/pdf/boletines/10/12.%2520LA%2520PUZOLANA.pdf+cemento+hecho+de+ceniza+volcanica&hl=es&pid=bl&srcid=ADGEEShWB2r5pqplder0WAP9gUvvDf9vLklxky4c2kqG6Fz7ZZB4H9Lcth_a81ddA4WmseJD4oNTK32JRXsS4NvDzHIfZfBSBQb5wUun7755T3Vsu6fkcbEpM9q6HBRAQkivldgU1O3g&sig=AHIEtbSzcnGiooBDwHrDRvEFORXbfa3JZA<br />http://www.lafarge.com.ec/wps/portal/ec/2_2_3-History<br />