MATERIALES
DE CONSTRUCCIÓN
Carmen Fernández Rodríguez
Nuria González Martín
Cristina Serrano Pérez
Claudia Atienza Marchal
Ismael Maté Barahona
Asignatura: Materiales para la Ingeniería
Cemento
► Sentido
► En
más amplio
adhesivo
construcción e ingeniería civil
sustancia que une
arena + roca machacada  masa sólida
Cemento primitivo
► Cal
apagada Ca (OH ) 2 + arena  argamasa.
► Pasta hecha: cal apagada + agua + arena
Endurecimiento gradual
 eliminación del agua y la reacción con el anhídrido
carbónico atmosférico para producir CaCO
3
Cementos
Son conglomerantes hidráulicos
amasados con agua pastas
reacciones de hidrólisis e hidratación
fraguan y endurecen
productos hidratados
mecánicamente resistentes y estables
al aire y bajo agua
Cemento
► Empleados
en la construcción.
► Se presentan en estado de polvo
► Mezcla de piedra caliza y arcilla (>22% arcilla)
cocción a 1550º C
hasta un principio de fusión o vitrificación
Trituradas y molidas
Tipos cemento y usos
Cementos Portland
Calentamiento caliza + arcilla, u otros materiales de composición global
similar
temperatura que provoca una fusión parcial
Clinker
muele y se mezcla con un pequeño % de yeso
4 fases principales del Clinker
-
silicato tricálcico C 3 S
beta-silicato dicálcico   C S
aluminato tricálcico C 3 A
solución rápida de ferrito
2
Cementos Portland
- Velocidad de endurecimiento
- Velocidad de desprendimiento de calor
►
Variables más importantes
- Cantidad de calor desprendida durante
la hidratación
- Resistencia del cemento endurecido al
ataque por soluciones de sulfatos
Se fabrican a partir de materias primas con escasa proporción de componentes
fijos distintos de cal, alúmina, sílice y óxidos de hierro.
Componentes indeseables  magnesio, MgO; el fósforo,
los óxidos alcalinos.
P2 O 5 ; los fluoruros y
Propiedades de las fases del clinker
propiedad/componente
S2C
S3C
AF4C
A3C
F2C
resistencia mecánica
alta
alta
baja
baja
baja
desarrollo resistencia
lento
rápido
-
-
-
corto
tiempo fraguado
largo
corto
corto
Muy
corto
calor de fraguado
bajo
alto
bajo
alto
bajo
alta
Muy
baja
alta
resistencia química
(sulfuros y cloruros)
alta
medio
Cementos que contienen silicatos o
aluminatos cálcicos
► Cemento aluminoso
Caliza + bauxita
cemento aluminoso
calentamiento hasta fusión
Las pastas:
Fraguan y endurecen rápidamente
Alta resistencia al ataque por sulfatos.
Uso  Fabricación de hormigón refractario.
Cementos que contienen silicatos o
aluminatos cálcicos
►
Cementos de escoria
Escoria
Fundida en alto horno
Enfriada
Estructura vítrea
Tipos:
- cementos de altos hornos  escoria granulada + clinker de
cemento Portland
- cementos sobresulfatados  escoria granulada + sulfato
cálcico o cemento Portland.
Cementos que contienen silicatos o
aluminatos cálcicos
Puzolanas
Sin propiedades cemetantes
Puzolanas + Ca (OH )
►
2
Agua, Tª ambiente
cementos
- materiales naturales de origen volcánico
- materiales artificiales fabricados calcinando ciertas
arcillas o pizarras
Cementos que contienen silicatos o
aluminatos cálcicos
► Cementos expansivos
A diferencia del resto NO sufren una
contracción sino una expansión durante la
hidratación.
- Cementos tensantes
Cementos que contienen silicatos o
aluminatos cálcicos
► Productos derivados del
silicato cálcico
Tratamiento pastas ricas en cal, sílice o materiales
ricos en sílice reactiva.
- ladrillos de silicato cálcico
- aislantes térmicos
- láminas de amianto y silicato cálcico.
Cementos que no contienen silicatos o
aluminatos cálcicos
►
Cemento de cloruro básico de magnesio (cemento Sorel)
Calcinación MgCO (T baja)
3
MgO (reactivo)
MgO + árido
Producto duro
solución concentrada de MgCl 2
Solución No resistencia al agua: pulir con cera y trementina.
Uso: pavimentos
Cementos que no contienen silicatos o
aluminatos cálcicos
►
Yesos
Deshidratación parcial o completa
CaSO 4  2 H 2 O
-
-
yeso
Existen cuatro formas distintas:
Dihidrato
Hemihidrato o basanita
Anhidrita soluble
Anhidrita.
Cementos que no contienen silicatos o
aluminatos cálcicos
►
Otros cementos
Cementos de aluminato de estroncio y de aluminato
de bario
cementos refractarios
Alcanzan temperaturas más altas que los cementos
de aluminato cálcico
Protección de reactores nucleares
Proceso de fabricación del cemento
►
►
►
1. Obtención y preparación de materias
primas (molienda)
2. Cocción del crudo de cemento
3. Molienda de cemento y obtención del
producto final
Obtención y preparación de materias
primas
►
1.1 Extracción de materias primas
Calizas y margas:
Aporte de CaO en la formación de
silicatos para la producción del clínker
de cemento
Arcillas y pizarras:
Aporte de óxidos que actúan de
fundentes facilitando la formación de la
fase líquida en el horno
Obtención y preparación de materias
primas
►
1.2. Preparación y adecuación de materias
primas
Homogeneización de materias primas
:
alimentación del horno homogénea
Molienda (molinos verticales)
CRUDO DE CEMENTO
Obtención y preparación de materias
primas
Bombeo
M.P
Balsas de homogeneización
clínker
Hornos
(Tª>1500ºC)
Homogeneización
M.P
Patios con maquinarias
especiales
clínker
Hornos
(Tª>1500ºC)
(Menor t)
Cocción del crudo de cemento
2. Cocción en hornos rotatorios
CLINKERIZACION:
►DESCOMPOSICION
►FORMACION
DE CALIZA Y ARCILLA
DE AF4C  Al 2 O 3  Fe 2 O 3  4 CaO
(hasta agotar alguno de los óxidos metálicos)
►FORMACION
A3C  Al 2 O 3  3 CaO
F2C  Fe 2 O 3  2 CaO
►FORMACION
DE S2C
►FORMACION
DE S3C MEDIANTE S2C+CS3C
3. Molienda de cemento y obtención
del producto final
Somete la mezcla de materiales a impactos de
cuerpos metálicos o fuerzas de compresión
elevadas, junto con la molienda conjunta del
clinker, yeso y otros materiales denominados
“adiciones”
Proceso de fabricación del cemento
►ARCILLA
HORNO DE
►CALIZA
COCCION
►OTROS
CLINKER
MOLIENDA
YESO
(aditivos)
CEMENTO
Industrias cementeras más
importantes
Hormigón
Hormigón = cemento+áridos+agua
• Pasta moldeable con propiedades adherentes.
• Fragua en pocas horas y se endurece.
• Principal característica  soporta compresión
• No soporta tracción ni flexión ni cizalladura
• Tipos de hormigón: 1.Hormigón ordinario
TIPO
2.Hormigón armado
3.Hormigón pretensado
4.Hormigón en masa
5.Hormigón ligero o aireado
6.Hormigón de alta densidad
Mortero
Mortero = cemento+agregado fino (arena)+agua
Se puede considerar como un tipo de hormigón.
• Uso más común: albañilería como material de
agarre.
• Se clasifican según el tipo de conglomerante:
TIPO
1.
2.
3.
4.
Mortero de cal
Mortero de cemento Portland
Mortero de aluminato de calcio
Morteros bastardos (1parte cemento+2cal+3arena+3agua)
Refractarios
Refractarios=cerámicos
• Gran resistencia a bajas y altas temperaturas
• Refractarios densos con baja porosidad 
mayor resistencia a la corrosión y a la erosión.
• Punto de fusión mayor a 1700ºC
• Tipos de materiales refractarios:
TIPO
1.Cemento refractario
2.Mortero refractario
3.Ladrillo refractario
Áridos
Árido=material granulado
• Se utiliza como materia prima en la
construcción.
• Se caracteriza por su tamaño
• Se diferencian de otros materiales por su
estabilidad química y su resistencia mecánica.
• Según se naturaleza existen distintos tipos:
1.Árido natural
TIPO 2.Árido artificial
3.Árido reciclado
Propiedades físicas y mecánicas
Mediante diversos procedimientos de ensayo, se conoce el comportamiento de
un material cuando está sometido a cargas de funcionamiento y a influencias
exteriores
Propiedades
físicas
• Fraguado y endurecimiento
• Resistencia de compresión
• Resistencia a la tracción
Propiedades • Esfuerzo cortante o de cizalla
mecánicas • Resistencia de flexión
El comportamiento mecánico de un material refleja la relación entre la
fuerza aplicada y la respuesta del material: DEFORMACIÓN
Fraguado y endurecimiento
Son el resultado de un proceso de reacciones químicas de hidratación entre los
componentes del cemento :
Fase inicial de hidratación (fraguado):
Fenómeno mediante el cual la pasta de cemento deja de ser plástica y
adquiere una rigidez tal que ya no admite moldeo (Paso del estado fluido al
estado sólido)
3 (CaO · SiO2) + 6 H2O  3 CaO  2 Si O2  3 H2O + 3 Ca(OH)2
2 (2 CaO  Si O2) + 4 H2O  3 CaO  2 SiO2  3 H2O + Ca OH)2
Fase final de hidratación ó endurecimiento de la masa sólida y posterior
desarrollo de propiedades mecánicas del material
Dependiendo de la velocidad de fraguado, el material presentará distintas propiedades
Resistencia a la compresión
Esfuerzo máximo al que está sometido un material por la aplicación de una carga
de aplastamiento
150-500 kg/cm2 a valores de 2000 kg/cm2 (especiales)
Resistencia a la tracción (I)
Las deformaciones que sufre un material son alargamientos, consecuencia del
esfuerzo al que está sometido por la acción de dos fuerzas colineales y opuestas en
una misma dirección.
MÁQUINA PARA ENSAYO DE TRACCIÓN
Deformación elástica: deformación que consiste en aumento de longitud y contracción de su sección
Deformación plástica: deformación permanente, no existe recuperación a la posición original
Ningún material de construcción debe estar sometido a cargas que
sobrepasen el límite de elasticidad de cualquiera de sus partes.
Resistencia a la tracción (II)
Módulo de elasticidad o módulo de Young
E= Tensión / deformación
Mide la rigidez del material
E es una cte característica de
cada material
-A mayor módulo de elasticidad, mayor rigidez de los
materiales; menos deformable
- A mayor rigidez, mayor fragilidad del material , baja
tenacidad y baja ductibilidad
-Relación lineal entre tensión y deformación
Deformación plástica (en metales)
-Pérdida de linealidad entre tensión
y deformación
-Deformación irreversible
-A mayor deformación plástica, material
más dúctil
Esfuerzo cortante o cizalladura
La fuerza que actúa sobre el cuerpo es paralela a una de las caras mientras que la
otra permanece fija.
Esfuerzo de cizalla = F/S
Deformación de cizalla = Δx /h ~ Θ
Módulo de cizalla =
Hormigón
Material estructural más empleado en la Ingeniería.



Muy resistente a los esfuerzos de compresión.
Mal comportamiento ante esfuerzos de flexión y cizalladura
Mal comportamiento ante esfuerzos de tracción
HORMIGÓN ARMADO:
 Muy resistente a esfuerzos de compresión
 Inclusión de barras de acero para soportar esfuerzos de
tracción, flexión y cizalladura (pilares)
HORMIGÓN PRETENSADO:
 Aplicación de esfuerzos de tracción a elementos
estructurales del hormigón (cables de acero tensados)
HORMIGÓN POSTENSADO:
 Aplicación de tensión a tendones de acero ya endurecido
el hormigón
Resistencia a la compresión del
hormigón (I)

Depende de las propiedades del cemento empleado. El más utilizado en
hormigones, cemento Portland.
Tiempo de hidratación o fraguado (mayor resistencia cuanto mayor es el
tiempo de curado)
Resistencia a la compresión del
hormigón (II)
Relación agua/cemento ( para relaciones > 0,4 la resistencia decrece)
A bajos valores de la relación, se trabaja mal para poder conformar el hormigón
 Aditivos (oclusión de aire)
Mejora la resistencia a la congelación y deshielo; disminuye resistencia a la
compresión

Los agregados (finos y gruesos): consistencia del esqueleto de hormigón;
oposición a la retracción del hormigón
 Finura del cemento: a mayor finura, mayor calor de hidratación

Materiales cerámicos

Alta dureza
Fractura Frágil

Baja tenacidad

Resistencia de compresión > resistencia a tracción

Comportamiento elástico similar al de los metales: relación lineal entre
tensión y deformación (no existe deformación plástica)

Muchos materiales cerámicos son duros y tienen baja
resistencia al impacto debido a los defectos
estructurales (por ejemplo, microfisuras)
Con la porosidad, disminuye el módulo de elasticidad E

Resistencia a la flexión (resistencia de rotura)
Ensayos: Fraguado
AGUJA VICAT (Norma EN 196-3)
►
MATERIAL: Aguja de acero (l=50 y
d=1,13mm) cilíndrica con descenso
vertical respecto al molde y una carga de
3Kg. Molde rígido y base de vidrio.
►
PROCEDIMIENTO: Se realiza un molde.
Inicio de fraguado: En cámara húmeda se
suelta la aguja desde el enrase con el
molde dejando actuar 30s y se toman
distancias entre aguja y la base del molde
siendo el tiempo inicial el correspondiente
a la distancia de 1mm.
Final del fraguado: Accesorio cilíndrico en
la aguja, inversión del molde y realización
de la experimentación hasta no observar
daño en la pieza .
TAMBIÉN USADO EN ENSAYO
CONSISTENCIA NORMAL
Ensayos: Expansión
MÉTODO LE CHATELIER (EN 196-3)
►
MATERIAL:
Molde cilíndrico abierto por una generatriz
donde se sitúan dos agujas .
►
PROCEDIMIENTO:
Se mantiene el molde en cámara de
húmeda durante 24h y se mide la distancia
entre la agujas.
Molde a baño de agua en ebullición
durante 3h tomando la distancia de agujas.
Diferencia de ambas medidas se obtiene
expansión.
Ensayos: Finura de molido
SUPERFICIE ESPECÍFICA BLAINE (UNE 80.122)
Se trata de un estudio de
permeametría. Se introduce en un
cilindro una muestra de cemento
compactado, según normativa, y se
hace pasar una corriente de aire. En
función de la resistencia al paso se
observa la porosidad del material y
con ello el tamaño de partícula.
TAMIZADO EN SECO(UNE 80.107)
Y HÚMEDO (UNE 80.108).
Ensayos: Resistencia a
compresión
Según la EN 196-1 como
resistencia al cemento se entiende
la resistencia ofrecida por un
mortero normalizado, condiciones
arena / cemento de 0,5.
Se realizan probetas
4x4x16mm.
Siendo sometidas a flexión y
compresión, midiendo la fuerza
ejercida a los 7, 28
principalmente.
Ensayos: Resistencia a
compresión
PIE DE OBRA:
Por norma también se deben realizar estos ensayos a pie de
obra debido a la dependencia resistencia contenido en agua en
amasado, la ley obliga a los morteros dado que se suelen vender
en seco.
Hormigones y morteros siempre se considera con medir
compresión, flexión y tracción son función de esta.(Estudios han
demostrado que no es tan cierto y para algunas obras es
necesario).
Actualmente intento de cambiar ensayo compresión por
tracción.
Ensayos: Cerámicos
ENSAYO
MEDICIÓN
EFECTO
Adsorción
atómica
Composición química
Diversos
Dilatrometría
Efecto del calor
Tensiones altas
en el material
Ultravioleta
visible
Contenido en sales
Conductividad
térmica
Materiales forma
determinada
(ladrillos)
Dimensionales y
de forma
Resistencia
Eflorescencias
dan lugar a
manchas
Materiales
aislantes
Flexión en tejados
Compresión muros
Grietas
MÉTODO
Dilataciones y compresiones hasta
modificación estructura
Radiación en el espectro ultravioleta
Ensayos: Áridos
ENSAYO
MEDICIÓN
EFECTO
MÉTODO
Granulometría
Tamaño de grano
Grano >4mm
Tamizados
Ensayo de los
Ángeles
Porcentaje finos
Posible rotura
Tambor giratorio bolas de acero
tamaños normalizados
Ensayos de
abrasión
Resistencia
Degradación
ante
abrasivos
Dos formas: Mediante muela previa
aplicación de abrasivo o a través de
rueda giratoria
Péndulo de
deslizamiento
Deslizamiento
Pavimentos
Conglomerado áridos mediante
resina. Paso de patín.
Aplicaciones de distintos
materiales para la construcción.
► CEMENTOS:
• Portland
USO aglomerante par la fabricación de hormigón
• Portland+agua cemento plástico
USO revestimiento externo de edificios
• Aluminoso
USO
1.En hornos (soporta Tª de 1600ºC)
2.Hormigones refractarios
3.Prefabricados
4.Obstrucciones de paso de agua
Aplicaciones de distintos
materiales para la construcción
•
Puzolánico
USO
•
1.Resistene al ataque de aguas agresivas
2.Adecuado para ser usado en climas calurosos
Expansivo
USO
1.En trabajos de demolición de todo tipo de rocas y hormigón
2.En canteras
3.Trabajos submarinos
4.Construcción
5.Obra civil y pública
Aplicaciones de distintos
materiales para la construcción
•
Yeso
USO
Yeso+agua
elaboración de materiales prefabricados
► HORMIGÓN=cemento+áridos+agua.
• Hormigón en masa
USO
aplicaciones en las que tenga que soportar grandes esfuerzos
de compresión
•
Hormigón armado
USO
1.Edificios de todo tipo
2.Caminos
3.Puentes
4.Presas
5.Túneles
6. Obras industriales
Aplicaciones de distintos
materiales para la construcción
•
Hormigón pretensado
1.Columnas
2.Vigas
3.Pequeñas losas
4.Cámaras en reactores nucleares
5.Edificios con alto riesgo de terremoto
6.Protección contra explosión.
USO
•
Hormigón ligero
USO
•
1.Tabiques de pisos
2.Forjados de pisos
3.Fachada de revestimiento
4.Aislante de calor y sonido
Hormigón alta densidad
USO
1.Blindar estructuras
2.Proteger de la radiación
Aplicaciones de distintos
materiales para la construcción
► Mortero combinación de
(cemento, agregado fino y agua)
USO
1. Obras de albañilería
2. Material de agarre (unión entre ladrillos y
bloques y sirve para la colocación de
azulejos y mosaicos)
► Refractarios: cerámicos
(buenos aislantes
térmicos)
•
conglomerantes.
Cemento refractario
USO soportar y revestir paredes.
Aplicaciones de distintos
materiales para la construcción
•
Mortero refractario
USO
•
1. Material de agarre
2. Revestimiento de paredes
Ladrillo refractario
USO
1.
2.
3.
4.
5.
Construcción de pavimentos y toberas
Hornos cerámicos
Hornos de coque
Regeneración de hornos dañados por ácidos
Revestimiento de hornos de cal y cemento
Aplicaciones de distintos
materiales para la construcción
► Áridosmateria
USO
prima de construcción.
1.Confección de hormigones y morteros
2.Rellenos
3.Balastos de vías férreas
4.Bases de carreteras
5.Firmes de aglomerados asfálticos
Bibliografía
William F. Smith; McGraw-Hill. (2004); “Ciencia e Ingeniería
de los materiales”
William D. Castiller, Jr. ; Editorial Reverté (2007); “Ciencia e
Ingeniería de los materiales” (Volumen I).
H. F. W. Taylor; Ediciones Urmo; Tomos I y II; “La Química de
los Cementos”
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Cemento - Universidad Autónoma de Madrid