Materiales de Construcción: El Cemento y sus Derivados

Formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y molidas, el cemento es un conglomerante hidráulico; es decir, una sustancia capaz de unir y dar cohesión al mezclarse con agua. El cemento por si sólo no es aglomerante. Sin embargo, al mezclarse el cemento en polvo con agua (hidratarse) se convierte en una masa pastosa y moldeable, que en pocas horas se fragua (se seca) y se endurece, volviéndose impermeable y adquiriendo una consistencia pétrea. El cemento es el componente principal de hormigones y morteros (ver más abajo en esta entrada); materiales tecnológicos con los que no se debe confundir.

Derivados del cemento

El cemento por si sólo tiene el inconveniente de agrietarse con facilidad y de ser muy frágil (poco resistente a verse sometido a golpes bruscos) por lo que en la actualidad se mezcla con otros elementos (arena, grava....) formando nuevos materiales compuestos o composites:

• Mortero: mezcla de conglomerantes inorgánicos, áridos, agua y posibles aditivos que sirven para pegar elementos de construcción (ladrillos, piedras, etc), para rellenar los espacios que quedan entre los bloques y para el recubrimiento de paredes. Aunque existen morteros de otros materiales, el más empleado en albañilería es el mortero de cemento: obtenido al mezclar el cemento, que actúa como conglomerante con arena y agua.

• Hormigón o concreto: es un mortero de cemento especial al que se añade, además, grava o piedras; por consiguiente es una mezcla de cemento en polvo, arena, agua y grava. Para poder modificar algunas de sus características o comportamiento, se pueden añadir otros aditivos (colorantes, aceleradores, retardadores de fraguado, fluidificantes, impermeabilizantes, fibras, ....). El hormigón es de gran aplicación en el campo de la construcción, para la fabricación de cimientos, forjados, pilares, encofrados... pudiéndolo encontrar en la estructura de edificios, puentes, túneles..., etc. Incluso en aquellas edificaciones cuya estructura principal se realiza con otros materiales (maderas, aceros...), su utilización es imprescindible para conformar la cimentación.

La principal característica estructural del hormigón es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión. Sin embargo, desafortunadamente, presenta poca resistencia frente a otros tipos de esfuerzos (tracción, flexión, y cizalla ). Por este motivo para la fabricación de elementos sometidos a este tipo de esfuerzos (por ejemplo, en las vigas) es habitual usarlo asociado a ciertas armaduras de acero corrugado, recibiendo en este caso la denominación de hormigón armado.

• Hormigón armado: consiste en introducir barras de acero en el interior de la masa de hormigón dejándose fraguar todo el conjunto. De este modo, el acero aporta resistencia a la tracción y el hormigón a los esfuerzos de compresión. Para construir una estructura de hormigón armado es necesario construir un molde (encofrado) de madera o metálico, colocar  la armadura de acero y luego, sobre ese molde, verter el hormigón. Una vez seco el hormigón se retira el molde.


  


• Hormigón pretensado: como su nombre indica consiste en un hormigón armado cuyas barras se someten a un esfuerzo de tracción durante el fraguado. Este proceso se emplea para la fabricación de vigas, ya que una vez cesa la tensión, las barras intentarán comprimir el hormigón. De esta manera se obtiene un hormigón que resiste mejor los esfuerzos de tracción y compresión.

• Hormigón postensado: A diferencia del hormigón pretensado, en el que las armaduras se tensan antes del hormigonado, en el postensado las armaduras se tensan después del fraguado con ayuda de cilindros hidráulicos. El postensado se utiliza en la construcción de puentes, siendo prácticamente imprescindible en los sistemas de construcción por voladizos y dovelas.






• Hormigón translúcido (LiTraCon): desarrollado en 2001 por un arquitecto húngaro se trata de una mezcla de hormigón (95%) al que se le añaden partículas de fibra de vidrio de diámetros entre 2µm y 2 mm (4%) y otros aditivos . De esta manera, el hormigón translúcido dejar pasar parcialmente la luz a su través. La adición del material transparente hace de este material un 30% más ligero que el hormigón convencional, permite el paso de hasta 80 % de la luz al mismo tiempo que se mantienen las propiedades fundamentales de dureza, fraguado y resistencia a la compresión, contribuyendo a reducir el consumo eléctrico de la edificación.

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  Piedra artificial: formadas por piedras naturales (mármol, granito, pizarra...) unidos entre sí por un aglomerante (hormigón, mortero u otro). Suelen emplearse para revestir muros, paredes exteriores e interiores etc.

• Fibrocemento: material constituido por una mezcla de cemento reforzado con fibras orgánicas, minerales y/o fibras inorgánicas sintéticas. Normalmente se usaba amianto como fibra, pero debido a los problemas de salud que acarreaba (asbestosis) su empleo se fue abandonando (en España, a partir de la década de 1990).
  
  
  Sus características principales son su escaso peso, homogeneidad, gran resistencia mecánica, gran capacidad como aislante, incombustible e imputrescible, y fácil mecanizado (se puede serrar, clavar y tornear con facilidad). En la actualidad, el amianto se ha empezado a sustituir por otras fibras, como la fibra de vidrio AR (Álcali Resistente). Las principales aplicaciones del fibrocemento incluyen: planchas onduladas, tuberías para la conducción de agua a presión, depósitos de agua... 

Historia del cemento

Cuando el hombre optó por levantar edificaciones utilizando materiales arcillosos o pétreos, surgió la necesidad de obtener pastas o morteros que permitieran unir dichos mampuestos para poder conformar estructuras estables. El origen de los conglomerantes hidráulicos como el cemento comenzó hace unos 5.000 años, cuando aparecen en el norte de Chile,  en chozas, las primeras obras de piedra unidas por un conglomerante hidráulico procedente de la calcinación de algas.

Los egipcios utilizaron un mortero (mezcla de arena con cemento) para unir bloques de piedra y levantar sus prodigiosas construcciones. Parte de una de las pirámides de Gizeh (2.600 a.C.) fue levantada con hormigón, y en el mural de Tebas (1.950 a.C.) se conservan escenas de hombres fabricando hormigón y aplicándolo en una obra.

Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos materiales procedentes de depósitos volcánicos, mezclados con caliza, arena y agua, producían un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua dulce y salada. Los romanos utilizaba el cemento de puzolana (en honor al lugar donde se encontraba un gran depósito de cenizas volcánicas) en la construcción de grandes edificios, y en la red de agua potable y en la evacuación de aguas residuales. Entre los grandes edificios romanos cabe destacar el Coliseo de Roma (construido entre 71-82 d.C) en el que se empleó hormigón para la construcción de sus cimientos, muros interiores y su estructura, y el Panteón de Agripa (reconstruido en el año 125-128 d.C.) y cuya cúpula de hormigón de 44 metros de luz no fue superada hasta varios siglos después.

Lamentablemente, el modo de fabricar cemento se perdió con el último ingeniero romano y, durante varios siglos, la humanidad realizó todas las obras con cal, yeso, y otros materiales de baja resistencia. Así, no se vuelve a encontrar muestras de su uso hasta el año 1.200, en que se vuelve a utilizar para la construcción de grandes obras como la Catedral de Salisbury, cuyos cimientos están hechos de hormigón.

A partir de mediados del s. XVIII, se empezaron a realizar una serie de investigaciones relacionadas con el cemento y el hormigón. En 1759, John Smeaton, un ingeniero  inglés, al reconstruir el faro de Eddystone encontró que la presencia de arcillas en las cales, para elaborar mortero, hacía que éstas fraguasen bajo el agua y, que una vez endurecidas, fuesen insolubles en ella.

El descubridor del cemento, tal y como hoy se conoce, fue Louis Vicat, el primero en determinar de forma precisa, controlada y reproducible las proporciones de piedra caliza y sílice necesarias para obtener una mezcla que, tras su combustión a una temperatura específica y tras ser molida, produjera un aglomerante hidráulico con aplicaciones industriales. A él se debe el sistema de fabricación que sigue empleando en la actualidad y que propuso en 1817.

 En 1.824, el escocés Joseph Asdin refinó la composición del cemento desarrollada originalmente por Louis Vicat y presentó una patente para un cemento elaborado a partir de caliza arcillosa y carbón calcinados a alta temperatura, y de fraguado más lento. Lo llamó Cemento Portland porque presentaba un cierto parecido a la piedra de la isla de Portland, al sur de Inglaterra. Debido a la complejidad de su fabricación, este tipo de cemento no fue demasiado empleado en sus inicios. Sin embargo, hacia finales del s. XIX-principios del XX, el proceso de industrialización y la introducción de hornos rotatorios propiciaron la extensión de su uso para todo tipo de aplicaciones.

(Fuente:http://www.bnproducts.com)

Proceso de obtención

1. Obtención de materias primas: es decir la extracción de las piedras calizas y las arcillas de los depósitos o canteras a cielo abierto. Una vez extraídas se transportan a la fábrica, normalmente, empleando cintas transportadoras.
2. Preparación y clasificación de las materias primas: en la fábrica se tritura o machaca la caliza hasta conseguir los tamaños de partícula adecuados (según su empleo)
3. Homogeneización: las arcillas y calizas se mezclan y se muelen con el propósito de reducir su tamaño hasta el orden  de medio milímetro de diámetro de partícula.
4. Clinkerización: Consiste en llevar la mezcla homogeneizada a hornos rotatorios a altas temperaturas (a unos 1500ºC). En la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes y se forman gránulos de 1 a 3 cm de diámetro, conocido con el nombre de clinker, un compuesto de silicato bicálcico, silicato tricálcico, aluminato tricálcico y ferroaluminato tetracálcico.
5. Enfriamiento: para poder trabajar el clinker es necesario disminuir su temperatura. Dicha operación se acelera con equipos especializados.
6. Adiciones finales y molienda: Una vez que el clinker se halla enfriado, se prosigue la molienda en grandes molinos de bolas hasta obtener la finura del cemento deseada, y se le adiciona yeso para retardar el tiempo de fraguado. Tras dicha operación el cemento fabricado está listo para su empacado y distribución.

Os dejo este fragmento del programa Fabricando: Made in Spain de RTVE donde podéis ver cómo se obtiene este material técnico.

Fabricando Made in Spain - La elaboración del cemento

• Fabricando Made in Spain - La elaboración del cemento

Algo más corto, os dejo el capítulo de la serie Como se hace dedicado al cemento:

A continuación figura una animación elaborada por IECA sobre el proceso de fabricación del cemento:

Finalmente, os dejo algunos enlaces a páginas web de donde he sacado información para la elaboración de la presente entrada y con las que podéis ampliar información:

• Cementos de Andalucia (AFCA)
• Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA)
• Ciment Catalá
• Lafarge