MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Ing.
ALBERTO REGAL M.
LIMA – PERU
1984
INTRODUCCIÓN Orientación del curso.- Programa de estudio de cada material. I PARTE - MATERIALES LE ALBAÑILERIA. CAPITULO 1: AGLOMERANTES Yeso.Definición.- Clases de yesos vivos. - Preparación de los yesos. – Usos de la pasta de yeso. Especificaciones.- Historia.- Yacimientos Cal.Definición.- Clasificación.- Calcinación de la cal.- Obtenci6n de las piedras calizas.- Empleo de la cal. Especificaciones.- Historia.- Yacimientos. Cal hidráulica.- Precursores de su fabricación. Puzolanas.Definición.- Usos de la puzolana.- Historia. Cemento Portland.Definición.- Clases de cementos.- Procedimientos de fabricación.- La fabricación del cemento peruano “Sol”. Fragua. Propiedades físicas del cemento. Especificaciones del cemento “Sol”.- Historia.- Fabricas peruanas. Supercemento.Cemento aluminoso.Cementos puzolánicos peruanos.
Cementos
puzolánicos.-
CAPITULO II: ARIDOS Arenas.Definición.- C1asificacionés.- Propiedades físicas.- ensayo de las arenas en obra. Grava.Definición.- Pruebas de dureza.- Granulometría.
Piedra partida. Caracteres.- Especificaciones.- Trituradoras. CAPITULO III: MORTEROS Y CONCRETOS Definiciones.- Mortero de yeso.- Mortero de cal. Mortero de Cemento Portland.Dosificaci6n.- Resistencia a la tensión; a la compresión; mezclas más usadas. Morteros bastardos.- De yeso y cal.- De cemento y cal. Concreto con aire incorporado.- Concreto liviano. Losetas, baldosas, mosaicos .- Losetones de concreto.- Bloques de concreto.- Tubos de cemento. Ductos de cemento.- ladrillos de cal y arena.- Piedra artificial.- terrazo.Coloreado del concreto. CAPITULO IV: PIEDRA DE CONSTRUCCION Definiciones.- Cualidades.- Propiedades físicas.- Intemperismo.- labrado de las piedras. Piedra grande de río.- Piedra grande de cerro. Ejemplo de algunas rocas de construcción usadas en el país,- Granito comercial.- Areniscas.- Traquitas.- Calcáreos.- Piedra sillar,- Pizarras.Mármoles.- Yacimientos peruanos de mármoles. Piedras de construcción empleadas por los antiguos peruanos.Departamentos de Amazonas, Ancash, Cuzco y Huanuco. CAPITULO V: PRODUCTOS CERAMICOS Arcilla.Clasificaciones y denominaciones.- Yacimientos peruanos.- Propiedades físicas y mecánicas de las arcillas. Adobe.Definiciones y caracteres.-
Ladri1los cerámicos para construcción.Clases.- Dimensiones y pesos.- Propiedades.- Fabricación. Ladrillos refractarios.- Tejas cerámicas.- Tubos de barro cocido.Losetas vidriadas.- Suelo-cemento.- Ladrillos para pavimentos.- Tubos vidriados de cerámica. Datos nacionales.- Historia de los materiales cerámicos.- El adobe peruano. II PARTE-MADERAS CAPITULO VI: CARACTERISTICAS DE LA MADERA Terminología botánica de la madera. - Propiedades físicas y mecánicas de la madera. CAPITULO VII: EXPLOTACION Y MANUFACTURA DE LA MADERA Explotación forestal.- Aserrado.- Secaje.- Destrucción de la madera.Métodos Preservativos. Elaboración del carbón de palo en el Perú.- Otros usos industriales.Destilación de la madera. CAPITULO VIII: MADERAS USADAS EN INGENIERIA Maderas de EE. UU.- Vocabulario.- Coeficiente de resistencia. Maderas chilenas. - Maderas argentinas. Maderas peruanas.- Características.- Descripción de algunos árboles madereros. Madera terciada.- Madera enchapada. III PARTE-METALES CAPITULO IX: METALES FERROSOS Fierro cochino.Minerales de hierro.- Fundición del hierro.- Planta de Chimbote.- Clases de hierro cochino. Hierro colado. Fabricación.- Colado del hierro.- Usos del hierro fundido.
Resistencia de la fundición.- Fundición maleable. Hierro forjable. Preparación. - Transformación mecánica del hierro forjable.- Soldado del hierro dulce. Acero.Clasificación. - Manufactura del acero.- Tratamiento térmico del acero.Soldadura del hierro o del acero.- Oxidación de hierros y aceros de aleación. Chapas.- Metal desplegado.- Alambres y cables. CAPITULO X: METALES NO FERROSOS Cobre.- Plomo.- Zinc.- Estaño.- Aluminio.- Aleaciones. CURSO DE MATERIALES DE CONSTRUCCION Por el Ing. ALBERTO REGAL INTRODUCCION Orientación del Curso.El desarrollo del Curso de “materiales de Construcción esta dirigido hacia tres objetivos simultáneos: 1º) Proporcionar los conocimientos técnicos referentes a la constitución física y propiedades mecánicas de cada uno de los elementos con los cuales se ejecutan las llamadas “Obras de fabrica” y obras estructurales. 2º) Iniciar el estudio de la tecnología de esos materiales y su aplicación a la ciencia y arte del ingeniero; y 3º) Estudiar la terminología de los materiales, o sea las expresiones empleadas en el lenguaje de la ingeniería. Programa del estudio de cada material.-
a) Presentación del material: Definición.- Descripción.- Caracteres.- Clases.- Historia. b) Tecnologías: Obtención.- Preparación.- Manufactura. c) Conocimientos técnicos: Propiedades físicas y mecánicas.- Empleo en ingeniería.Especificaciones. d) Economía: datos de l mercado peruano .- precios y costos. Observaciones de carácter general.1º.- Todas las temperaturas dadas en el curso están expresadas en grados centígrados. 2º.- Los coeficientes de resistencia a los esfuerzos exteriores corresponden siempre “a la roturo”, salvo indicación espacial. 3º.- El peso específico de los materiales poros físicos.
está dado deduciendo los
Densidad de los cuerpos se expreso sin deducir los poros macroscópicos. 4º.- Todas las medidas y dimensiones se dan en sistema métricos solo se emplean las medidas inglesas cuando su uso es muy general en el país, sobre todo en las operaciones mecánicas. 5º.- En la denominación de las mallas o cedazos, paro los ensayos granulométricos, se sigue la nomenclatura norteamericana, según la cual el numero de la mallo es el correspondiente al de su numero de agujeros ó vacíos por pulgada lineal. Equivalente entre los sistemas inglés y métrico, que deben ser memorizados.1” 1” 1 lb. 1 la. 1 lb/ pulg². 1.00 m.
= = = = = =
25.4 mm. 0.3048 m. 0.453 Kg. 3.8 lt. 0.07 Kg/cm². 3.28’
NOTA.- Los párrafos en letra cursiva no son materia de examen. I PARTE - MATERIALES DE ALBAÑILERIA Capítulo 1 - Aglomerantes Con el término de aglomerantes, se conocen a los materiales usan para unir otros, condición en que permanecen mas ó menos establemente en las circunstancias usuales de resistencia a las fuerzas y cambios de temperatura. Se les diferencia de los aglutinantes en que los materiales ‘unidos por éstos, presentan alguna inestabi1idad; tipo característicos de los aglutinantes es el asfaltos. YES0 Definición.Yeso vivo ò simplemente yeso, es el producto resultante de la deshidratación parcial ó total del mineral llamado piedra de yeso, yesera ó algez. El yeso vivo reducido a polvo y amasado con agua recupera su agua de cristalización, o sea que se cristaliza, endureciéndose ó fraguando Características de la piedra de yeso.Es una roca sedimentaria, formada principalmente por sulfato de calcio y cristalizada con dos moléculas de agua; su fórmula química Es: Ca S04, 2(H20), ó sea un bihidrato calcico. Este mineral puede ser rayado con la uña, es de estructura laminar-granular, y de color blanco, gris o rojizo. Se encuentra con impurezas constituidas por arcilla, arenisca, caliza, azufre, cloruro de sodio y lignita, principalmente. A medida que es mas impuro, el color pasa al gris obscuro, pardo o amarillo. En la naturaleza se encuentra también el sulfato de calcio cristalizado, anhidro, y entonces se llama anhidrita (Ca SO4). Otra variedad del yeso es la selenita, en la cual el yeso se encuentra en cristales grandes, discernibles, separados individualmente, de estructura lamelar. El alabastro es una piedra de yeso semejante al mármol blanco y de granulación cristalina. Se usa principalmente en estatuaria. Se diferencia del mármol en que se puede rayar con la uña. Nuestra piedra de Huamanga, es un alabastro. Clases de yesos vivos.-
Los principales, usados en la industria, son los siguientes, clasificados en dos grupos de acuerdo con la temperatura de cocción: 1º Obtenidos por cochura de la piedra de yeso a temperatura inferior a 200°: Yeso de París, que es el mas puro de los manufacturados; molidos enpolvo impalpable. Muy blanco. Es usado para modelos de arquitectura y escultura, en medicina osteológica, etc. En su composición química es un semihidrato ca1cico: “Ca S04, 1/2(H20). Estuco o escayola, es un yeso de Paris molido menos finamente. Yeso de empastados, que es el usado en las construcciones, Tiene algunas impurezas naturales, principalmente arcillas y a veces se le agregan ciertas sustancias para retardar la fragua’. Es muy plástico. 2°. Obtenidos por cochura de la piedra yesera a temperatura superior a 200º Yeso para pisos, manufacturados deshidratando completamente la piedra yesera. Son de f ragua lenta/ Se emplean en Europa, principalmente. Yeso al alumbre, al bórax, etc,. Se obtienen agregando a.1ª piedra yesera el producto que les da el nombre/ A esta clase pertenecen a las pastas industriales denominadas “Mármol artificial”, “Cemento Kene”, “Cemento Paros”, etc. Canteras.se trabajan por cortes a cielo abierto, ó por galerías, la extracción de la piedra se facilita con el empleo de explosivos de baja potencia tales como las pólvoras y dinamitas de poco porcentaje. Preparación de los yesos, Comprende tres etapas principales: a) Trituración de roca, b) Cocción; y c). Pulverización. Pero el orden en que se realizan estas tres operaciones depende del ‘sistema de cocción como se va a ver. a) Trituración de la roca.- Se puede efectuar en chancadoras tipo Dodge, tipo Blake, molinos de campana, de acuerdo a la dureza de la roca por triturar, de la fuerza motriz disponible, del volumen de la instalación, etc. b) Cocción.- tiene por objeto la deshidratación de la piedra yesera y se puede hacer: l° por huayronas; 2° por caldera ó kilns y 3° por hornos rotatorios/
1° En el Perú, a todos lo hornos rústicos se le denomina huayronas, voz derivado del quechua, idioma en el que huayra significa viento. Las huayronas para yeso están formadas por paredes rusticas de albañilería. Son hornos rectangulares de unos 5.00 x 4.00 m, de secçión, y de 3.50 m. de alto; a 0.90 ó l.00 m. del piso llevan una parrilla constituida por barras de hierro; el espacio bajo la parrilla es el hogar; y la parte que queda sobre la parrilla se llama laboratorio, ó lugar donde se realizan las transformaciones químicas. El horno lleva un techo ligero, y esta provisto de mas de las poternas necesarias para atender al funcionamiento del hogar y la carga y descarga del horno. Como combustible se emplean la leña, el carbón de piedra o el petróleo. Los trozos de rocas por cocer, se disponen en el laboratorio, en forma de bovedillas, dejando espacios entre los trozos, a fin de que por ellos puedan circular las llamas y los gases de la combustión. En promedio y segun. las dimensiones del horno, la carga fluctúa entre 20 y 30 toneladas. 2° - Las calderas, como su nombre lo indica, son grandes pailas cilíndricas, de diámetro variable entre 2.50 y 2.00m.; de fiero forjado; de 1/4" á 3/8” de espesor, Están provistas de un mecanismo constituido por un árbol vertical, en el que se disponen paletas destinadas en su rotación a remover el material durante la cocción Esta caldera va colocada sobre un hogar, y de acuerdo con las patentes de los fabricantes, lleva dispositivos o camisas para impedir la radiación del calor y también otros para que las llamas y gases de la combustión envuelvan la caldera. 3°- Los hornos rotatorios, Son cilindros metálicos, de 1.50 m. de diámetro, en promedio, y de unos l0,00 m. de longitud, dispuesto inclinados de manera que en su interior las piedras se deslice suavemente hacia la boca, de salida. Como en el caso de las calderas, el hogar y diversos dispositivos rodean el cilindro para su calentamiento. Descritos así sumariamente los métodos de cocción se comprende porque en el sistema de huayronas se tritura la roca después de la quema, mientras que en los otros dos sistemas, la sistema de trituración se hace antes de la cocción.
c) Pulverización.Después de la cocción, el yeso es reducido a polvo; forma en que se entrega al consumidor, La pulverización se hace por medio de los molí nos llamados de tipo chileno, y también por molinos de bolas
Fragua del Yeso, La fragua es la propiedad que tienen todos los aglomerantes por la cual, amasados con proporción conveniente de agua, forman, en un tiempo más o menos variable, pero relativamente corto, una masa sólida. Dotada de coherencia suficiente para ser aprovechada con determinados fines. La f ragua del yeso vivo es un proceso complejo que reinicia desde el momento en que se vierte agua para amasarlo, ‘y que pasa sucesivamente por los fenómenos de disolución, transformación química, saturación, y finalmente, cristalización. Estos fenómenos se producen sobre fracciones parciales de la masa, en primer lugar, y después toda ella queda comprometida en esas etapas. Debe llamarse la atención sobre otros dos fenómenos concurrentes con la fragua del yeso; el primero es que ésta se produce con un aumento de temperatura, que puede alcanzar hasta 20°, o sea desprendimiento de calor; y el segundo, que el yeso aumenta de volumen al fraguar. La fragua del yeso se puede retardar agregándole algunos productos orgánicos tales como glicerina, harinas, azúcar, alcohol, sangre y cola de carpintero. En la industria se usa un retardadora base de pelos, soda cáustica y cal viva; la soda cáustica reduce el pelo a cola, y La cal actúa como un secante. Como acelerador de la f ragua se emplean el alumbre y la sal de cocina. Usos de la pasta de yeso – En el Curso llamamos pasta a la mezcla de un aglomerante con agua; pero esta mezcla debe tener cierta consistencia, porque cuando el agua esta en gran exceso, entonces, se produce lo que se llama Lechada.
El empleo mas importante, en Construcción, de la pasta de yeso esta en los estucados de los muros y techos a cielo-rasos estos estucados se conocen con los nombres de empastados o enlucidos. Se usa generalmente, en la contracción de tabiques estructuras similares, formados por encunados de Caña de Guayaquil, o de madera, Debe advertirse que como el yeso oxida el hierro pasa asegurar la caña o material similar, deben emplearse clavos de encañar, que son clavos galvanizados, o clavos de zinc. El yeso con el calor despide vapor de agua, o agua y por esta razón se le considera como material incombustible, ut1lizados re1lenos de bóvedas y de cajas de seguridad. El desprendimiento. De vapor de agua se aumenta agregándole alumbre. Como el soporte ó materiales de cuerpo, se pueden usar la viruta y el aserrín de madera, fibras vegetales y pelos. Estos materiales agregados al yeso, no le quitan su propiedad de ser incombustible y le dan en cambio, cualidades de aislante acústico, y de opacidad o de absorción de ruidos. informacjón para presupuestos,- En la redacción de presupuestos se pueden emplear los siguientes datos. Yeso consumido por m2 Cielo raso de caña de Guayaquil con estucado de yeso puro……………………………… 15 Kg. Empastado de cielo raso con yeso puro. Superficie de techo aligerado………………….... 13 Kg. Empastado con pasta de yeso puro, aplicado sobré tarrajeo primario ó enfoscado. Espesor 5mm. . . . ……………………… 7 Kg. Especificaciones técnicas.La genera1idad de los yesos limeños poseen las siguientes características. Molturación o grado de finura: pasan la malla 14. No menos del 40% ni mas del 75% pasa la malla 100.( la resistencia a la tracción del yeso aumenta proporcionalmente a su grado de finura). Volumen en seco: 1.2 m 3 por 1.000 Kg. de yeso vivo. Tiempo de fragua: de 16 a 20 minutos. Volumen de agua: El necesario para preparar la pasta, en el 60% de volumen del yeso vivo. Volumen de pasta : El 95% del volumen del yeso vivo.
Resistencias. La generalidad de los p1iegos de especificaciones, prescriben que la resistencia mínima debe ser la de. 8 kg/cm2, a la tensión, a 1os 24 horas; y de 16kg/cm2. a los siete días, para yesos cocidos en ca1deras. Como resistencia a la compresión se suele considerar la de 80 kg/cm2, para el yeso de construcción; y de 180 kg/cm2. para el de pisos. Mercado.E1 yeso se vende en costales de 2 qq. Cada uno, o sea de pesos de 90 a 92 kg.; y también en bolsas de 35 y de 40Kg. cada una. Historia.El yeso es uno de los aglomerantes mas antiguos conocidos por la humanidad, Se le empleo en Egipto, en la construcción de las Pirámides. Fue usado por los griegos, los romanos y lo árabes. Los antiguos peruanos lo llamaban pachach, Lo obtenían pulverizando groseramente las piedras yeseras cocidas, y cerniéndolo en trozos de géneros. No lo empleaban en empastados de muros o techos; sino mezclado con grava formaban una especie de concreto que les servía para rellenar muros formados por das paredes de adobe. Yacimiento.Las primeras canteras de yeso que se exp1otaron en Lima, por los españoles, estaban hacia el camino de Ancón, en Repartición, y Comas; pero hoy ya no se les trabaja. Otras canteras que no se trabajan actualmente Cerro son las del cerro Agustino, las de la Isla de San Lorenzo, y las muy importantes de chicla, en la línea del F.C. Central, a 129 km. de Lima, y de donde se ha suministrado piedra yesera en gran abundancia a la capital. En el día, las mejores y las mas copiosas se encuentran en la caleta de Pucusana, aproximadme a 70 km. Al sur de Lima los yacimientos consisten en sulfato de calcio en sus dos formas clásicas el hidrato de yeso y el anhídrido ó anhidrita. Aunque industrialmente carezca de valor la anhidrita siempre se usa, mezclado con el producto hidratado, en la manufactura del yeso comercial. En muchas partes del territorio nacional se encuentran yacimientos de piedra yesera, pudiéndose mencionar entre ellos los de Maco en la provincia de Tarma, y los de Iscuchaca, en el F.C. dc Huancayo a Huancavelica.
CAL Definición.Cal es el producto resultante de la descomposición, por el calor, de las rocas calizas, que son carbonatos cálcicos ó carbonatos de calcio. Si las calizas son puras y se calientan a 900°, se verifica la siguiente reacción: Ca CO 3 + calor ≈CO2 + Ca O es decir que el carbonato cálcico se descompone, originado anhídrido carbónico y óxido de calcio o cal viva. El anhídrido carbónico es gaseoso y se escapa con los humos de la combustión, que quedando, pues como residuo de la combustión sino el óxido de calcio. Descripción. Las piedras de cal o calizas naturales, casi nunca casi nunca se encuentran puras, ó sea en la. forma de carbonato cálcico, sino acompañadas de otros cuerpos extraños, principalmente arcilla, magnesia, hierro, azufre álcalis y materias orgánicas, comunicándole a la cal, proveniente de aquellas, determinadas características. El carbonato calcico se presenta, en la naturaleza en multitud de formas, siendo, muy abundante, Se le conoce con los siguientes nombres: aragonito, Calcita, Caliza, Creta,
espato de Islandia,“ estalactitas y estalagmitas, mármol, piedra litográfica, etc., etc.
La cal viva es una sal blanca, amorfa, muy inestable, pues posee gran avidez por el agua. Reacciona con el agua en la forma siguiente: Ca O + H20 - Ca (OH)2 + calor Produciéndose hidr6ddo cálcico o cal apagada. La temperatura a que da Lugar esta reacción es de unos 160º. El hidróxido calcico es un cuerpo sólido, blanco, amorfo, pulverulento, algo soluble en el agua, Disuelto en agua forma lo que se llama agua de cal.
C1asificacion de la cal.siguiente
Las distintas clases de cal se pueden agrupar en la forma : Por la acción del agua en: Cal viva ) Cal apagada)
ya descrita.
Por su grosura: Cal grasa, que se obtiene de una caliza que contiene hasta 5% de arcilla. Esta cal al apagaras forma una pasta ligosa y untuosa al tacto, lo que ha dado origen a su nombre. Cal árida, que procede de calizas que aún teniendo menos de 5% de arcilla contienen además óxido de magnesio en proporción superior al 10%. Por sus características químicas: Cal dolomítica, cuando la proporción de óxido de magnesio cs superior al 25%. Cal hidráulica, que es la proveniente de la calcinación de calizas que tienen más del 5% de arcilla y que da un producto que además de los caracteres que poseen las cales grasas, puede endurecerse y consolidarse bajo el agua. Por refinamiento industrial: Cemento grappier, formado por trozos sumamente calcinados obtenidos después del apagado de la cal hidráulica, lo cuales son molidos constituyendo un material de cementacion gracias al silicato de cal que contienen, en grado mayor o menor. Cemento Lafarge, usado en EE. UU., siendo un producto similar al anterior. En el mercado limeño se encuentran las siguientes clases de cal: De Obra.- La más barata, contiene impurezas y de color no blanco. Fina- De co1or blanco, por la ausencia de impurezas.
Tamizada.- Excenta de grumós o granos gruesos. Hidráulica.- Preparada para endurecerse en presencia del agua. Blanca fina.-. Usada en la preparación de revestimientos decorativos. Cal viva.- Ya descrita. La cal se vende en bo1sas de 15, 30 y 46 kg.; y en cilindros metálicos, de 20 kg. Caracteres.Es usual caracterizar una cal por lo que se llama su índice hidráulico, que es la relación de la sílice y alumina, a la cal magnesica, de que está formada: 1= Si 02 + A1 2 O3 Cao + MgO Las distintas clases de cales y los cementos se ordenan en la forma, siguiente: de acuerdo con índice hidráulico y la proporción de arcilla contenida en la caliza primitiva: Material Cal grasa ó magra Cal débilmente hidráulica Cal medianamente hidrau1ica Cal propiamente hidráulica Cal eminentemente hidráulica Cal, límite o cemento lento Cal rápido
Índice Hidráulica 0.10 0.15 0. 30 0.40 0.50 0.65 1.20
% de arcilla 5.0 8.0 14.0 19.0 22.0 27.0 40.0
Calcinación de la cal.1.- por huayronas, pilas o montón - En una zona de terreno igualado, Se practica una excavación rectangular de1.00 m. de lado, aproximadamente, y otro tanto de profundidad; este hueco que va a servir de hornillo se conecta al exterior, fuera de la pila de que vamos a hablar enseguida, por una zanja. Sobre la excavación y haciendo de ella centro, se forma la pila ó montón
constituido por capas alternadas de piedra y combustib1e, que puede ser carbón vegetal, leña ó ramas. Se levanta así un de tronco de cono unos 4.00 á 5.00 m. de diámetro en la base; 3.00 á 4.00 m. en la coronación y de unos 3.00 m. de altura. Esta pila se cubre Por una capa de arcille mojada, arena y paja de unos 6 cm. de espesor, en total, y que tiene por objeto evitar la pérdida excesiva de calor. Antes de construir la pila se echa combustible en la zanja y en el hornillo; y después de construido el montón, se enciende el conjunto por medio del combustible arrojado ala zanja; el fuego se trasmite poco a poco a todo el conjunto. La calcinación dura mas o menos una semana, y se conoce que ha terminado por el aspectote los gases que se desprenden, exentos de humo. Una vez enfriado el montón y desecho, es necesario separar a mano los trozos de cal, de las cenizas. 2.- Por hornos intermitentes.- Se realiza en construcciones especiales de ladrillos ó adobe, que constan de 3 partes: el hogar, el cuerpo del horno, y la boca, chimenea ó tragante. Tienen. 5.00 m. de altura, aproximadamente y son de sección circular. Se forma una bóveda sobre el hogar con las piedras más gruesas, y el resto del cuerpo se llena con caliza triturada. El combustible suele ser leña y a veces guano. La calcinación dura de tres a cuatro días, y se aprecia que ha terminado por el descenso que sufre el material, en el cuerpo del horno. 3.- Por hornos continuos.- Están formados por construcciones de albañilería, que afectan la disposición de dos conos invertidos, unidos por sus bases. En estos ‘hornos en la parte inferior, además del hogar, se dispone de una abertura para extraer la piedra de cal a medida que es calcinada. Como estos hornos son mas perfectos, casi siempre van revestidos interiormente con ladrillos refractarios. Apagado de la cal.En Ingeniería Civil: la cal se usa apagada, es decir, hidratada. Como ya hemos manifestado esta hidratación se realiza con
una fuerte desprendimiento de calor, que a veces llega a l60º, y se produce además un ruido característico, consistente en una especie de silbido ó crepitar agudo. Teóricamente el apagado de la cal viva sólo requiere un volumen De agua equivalente a 35% del peso de la cal. En la práctica se emplea mayor cantidad de agua que la indicada, y es usual que los albañiles apaguen un volumen de cal con 1-1/2 á 2 volúmenes de agua. El apagado de, la cal se puede hacer por los métodos siguientes: 1.- Apagado espontáneo.Es el que se realiza por el contacto natural de la cal con 1a humedad ó vapor de agua del aire atmosférico. Para facilitar esta acción se extiende simplemente la cal sobre una superficie plana, resguardada de la lluvia. Para el apagado completo es necesario exponer la Cal unos tres meses. El sistema tiene el inconveniente de que la cal absorbe, además anhídrido-carbónico, y se carbonata un poco, circunstancia dañina qué comprenderemos mejor al ocuparnos de la fragua de la cal. 2.- Apagado por aspersión.- Se humedece la ca1 con una regadera ó con un pu1verizador, extendiéndola previamente sobre una superficie, en capas, que son sucesivamente regadas. 3.- Apagado en obra.- E1 procedimiento empleado generalmente al pié de obra consiste en formar una pila ó cono de arena, en cuyo eje se practica una especie de cráter, en el que se arrojan los trozos de cal viva. Luego se vierte sobre la arena un volumen de agua a tres veces el de la cal. Otro sistema también muy usual en los trabajos de albañilería, en echar la cal viva con suficiente cantidad de agua en cubetas ó pozas inpermeab1es, y después de apagada pasarla por mallas ó tamices, con el objeto de separar los trozos duros ó impurezas. En estos casos se acostumbre apagar la cal siete días antes de emplearla con argamasa, y 30 días antes, cuando se le va a usar en revoques.
En algunos países solo se permite usar la cal que ha llegado viva al pie de obra; pero la experiencia demuestra que no hay inconveniente en emplearla apagada, trasportada en forma de polvo a los trabajos, ó sea que se ha apagado antes, pudiendo este plazo de preparación alcanzar hasta un período de seis meses. Obtención de las piedras calizas.Como en el caso de1 yeso, la exp1otación de las canteras se puede hacer por, Cortes a cielo abierto, ó por galerías. E1 tamaño de los trozos de roca depende del sistema de calcnact6n; y por consiguiente según sea éste, será también e1método, de explotación de la cantera, y el uso de la clase de explosivo. Empleo de la Cal.El más importante en Ingeniería Civil, es para formar morteros de los cuales nos ocupamos con detalle en el Capítulo III del Curso. Se usa también en muchas industrias, y así la minería consuma alrededor de las cuatro quintas partes de la cal producida en nuestro país; y de esa cantidad cerca de la mitad es usada como fundente, en la Oroya. Especificaciones.Las usuales son: el grado de finura, determinada en la pasta; el rendimiento, en pasta, de la cal apagada. En cuanto a las resistencias o propiedades mecánicas exigidas, se prescriben para la cal en forma de morteros, por lo que las estudiaremos en el capitulo correspondiente a estos. Para la determinación de la finura de una cal dada, se prepara una pasta con ella y lavándola a chorro de agua sobre una malla 20; mas del 15% de la masa, debe quedar detenida sobre la malla. En cuanto al rendimiento, se considera que una buena cal apagada debe dar pasta en la proporción de 2.4 kg. de pasta por cada kilo de cal. Mercado.La cal se vende entre nosotros, prácticamente viva. Se fabrica de dos clases una ordinaria, llamada cal de obra, que se vende a costales de 80 kg.; otra de grano más fino, y de color blanco uniforme se llama cal fina, y vendida en sacos de 60 kg.
También se vende en algunas ciudades del país, en sacos de fanegas con 72 kg. de peso, por saco. Historia.La cal fue conocida en el periodo histórico que se denominan corrientemente “la antigüedad”; pero la cal hidráulica solo fue descubierta a principios del sigo XIX. En el Perú, a la piedra de cal se le llamaba iscu, y 1os aborígenes la obtenían quemando las calizas por el método del montón ó huaironas, que hemos revisado; también para obtener cal quemaban conchas y moluscos, con leña y paja. En quechua, chancara quiere decir “montaña de caliza”. Los antiguos peru4nos mezclaban la cal con arena ó con arcilla para obtener morteros que empleaban para revestimientos ó tarrajeos para construir muros rústicos de piedra no labrada. Loa hornos de cal se comenzaron a usar en Lima muy poco después de fundada la ciudad en 1535; y ya en 1549 se encontraba en pleno funcionamiento uno de estos hornos estab1ecido, en las vecindades del Cerro que, años después, se llamo’ San Cristóbal. En los primeros años de la Republica la cal que se consumía en Arequipa procedía de una cantera llamada “Calera”, en la quebrada del Yura. Es una piedra porosa con aspecto de estar formada por tubitos pequeños y delgados; es de color blanco sucio. En la misma época, la cal consumida en Trujillo, provenía de canteras vecinas a Asocopa, donde también se hallaban instalados los hornos para la quema de la piedra. Esta piedra es de un color gris azulado, y se quemaba en pequeños hornos de leña. La cal apagada no solo se trasportaba a Trujillo, sino también a Malabrigo, y algunas veces hasta el Callao. Yacimientos.Los calcáreos son muy abundantes en nuestro territorio, y es prácticamente posible encontrarlos muy cerca del lugar donde se les necesite. Unos pocos de los yacimientos y canteras más conocidas son las siguientes. En los alrededores de Lima:
Comas, Monterrico chico, E1 Agustino
El pino, San Francisca, Valdivieso.
Los alrededores de Arequipa: Pacsi Charcani Socosani
vitor sumbay socabaya
En los alrededores de Chiclayo: Hacienda cuculí,
hacienda sultur.
CAL HIDRÁULICA Como ya hemos expresado, La cal hidráulica aquella que, además de las características de la cal grasa, que se endurece en el aire, posee la de fraguar ó solidificar bajo el agua, ó en un medio húmedo. A todos los materiales que poseen esta última propiedad se les denomina hidráu1icos, en ingeniería, para distinguirlos de los otros que se llaman aéreos. Se explica la fragua hidráulica de esta cal, etab1ecicndo que en la cocción, en primer lugar, se produce una evaporación del agua. de cantera; hasta los 700º empiezan a descomponerse los silicatos que forman las arcillas, y a los 900º se descompone el carbonato calcico. A temperatura más elevada reaccionan los productos resultantes: oxido de cal, anhídrido silícico y alúmina, formándose unos silicatos y aluminatos, cuyo conjunto constituye el aglomerante que se ha llamado cal hidráulica. Lo que diferencia una cal de otra, esta pues en que la hidráulica se obtiene por cocción a mayor temperatura, y además, como condición indispensable, en que las calizas que se emplean para fabricar la cal hidráulica contienen apreciable porcentaje de arcilla. La calcinación y el apagado de la cal hidráulica se realizan en todo, semejante al de la cal grasa; pero con la circunstancia de que se llevan a cabo con la mayor prolijidad y refinamiento técnico, por tratarse de un producto más fino. De los residuos de la calcinación de las calizas, que dan cales hidráulicas, ó sea de aquellos trozos que no se reducen a polvo, y que están formados por productos prácticamente vitrificados, se preparan los cementos grappier; para los cuales se pulverizan
conveniente tales residuos. Estos cementos tienen también propiedades hidráulicas. Precursores en la fabricación de cal hidraulica.A mediados de l siglo XVII, el ingeniero ingles Jhon Sacaron tuvo que resolver el problema de encontrar un aglomerante que pudiera emplearse en la construcción del que mas tarde, fue el celebrado faro de Eddistone, pues la cal que se conocía en esa época no poseía condiciones hidráulicas. Después de una serie de experimentos descubrió que las calizas impuras, con proporción pequeña de arcillo, calcinadas en la forma que se usaba por entonces, producían una cal viva que, apagada, endurecían bajo el agua. Con ella construyo el faro mencionado. Por poco después, Parker aprovechando los descubrimientos de Smeaton, y calcinando la marqas del Tamesis, obtenían una cal hidráulica a la que denomino cemento romano. Por la misma época, Vicat realizo en Francia trabajos de investigación muy meritorios, sobre las cales hidráulicas, y en 1816 construyo el primer puente con el llamado cemento romano, sobre el rió Dordoña. Se había llegado así, en el desarrollo industria1 de la humanidad, a las etapas preliminares que condujeron al descubrimiento cemento portland.
PUZOLANAS Definición.Son las sustancias, naturales o artificiales, que reducidas a polvo, y amasadas con la cal, le proporcionan a, ésta, propiedades hidráulicas. Descripción y caracteres.Las puzolanas naturales son tobas volcánicas, es decir, polvos, cenizas ó barros de origen eruptivo que han tomado la consistencia de rocas deleznables. Son, en cuanto a su composición química, silicatos aluminicos hidratados, análogos a las arcillas vitrificadas ó cristalizadas. las rocas presentan un color gris amarillento, rojizo ó verdoso.
Para emplearlas, se pulverizan simplemente las rocas originarias y se añaden a la cal en proporciones, determinadas principalmente por la experiencia. Las puzolanas artificiales, se preparan calcinando arcillas o pizarras, a temperatura que va de 600° á 900°. El producto de la calcinación se pulveriza y se emplea en forma similar a las puzolanas naturales. Uso de las puzolonas.El principal, en Ingeniería Civil, esta en la propiedad ya expresada de dar hidraulicidad a las cales; pero también se le emplea para preparar algunos productos como el poozolith, que estudiaremos mas adelante. En los casos en que se necesita una harina mineral, también se emplean las puzolanas; y por último, con ellas se fabrica el llamado cemento puzolánico. Historia.La palabra puzolona se deriva de Puzzuoli, nombre de un yacimiento de esta roca, emplazado en la bahía, de Nápoles, en las vecindades del volcán Vesubio. Este yacimiento fue explotado en la antigüedad por los griegos y los romanos. Además de estos, conocieron las propiedades de las puzolanas otros pueblos antiguos como la India, Egipto, etc. Entre las numerosas obras en las cuales loa romanos emplearon la puzolana se pueden mencionar: la Cloaca Máxima, el Panteon de Agripo y los puentes de Neron en Ancio y el de Claudio en Ostia. Las catacumbas romanas estaban perforadas en un macizo pozolánico. CENENTO PORTLAND Definición. Cemento Portland, es el producto resultante de la pulverización muy fina de Clinkers (ó clinquers) obtenidos calcinando a fusión incipiente una mezcla rigurosamente homogénea de materiales calcáreos y arcillosos; al clinker no se le agrega ningún producto después de ca1cinado con excepción de agua y pudiendo estar este ultimo, a su vez, calcinado o no. El clinker es, pues, una escoria, pero no se le da este nombre porque la idea de escoria presupone un residuo secundario de
la calcinación, mientras que el clinker es el objeto primordial de esta. El clinker se presenta en la forma de pequeñas esferas hasta de 2 cm. de diámetro, de un color gris-negruzco. Descripción.El cemento Portland es un polvo de color gris, mas ó menos verdoso, de gran valor como material estructural, a consecuencia de alcanzar dureza pétrea después de ser amasado con agua; es también un aglomerante hidráulico por excelencias. Caracteres.Los últimos estudios acerca de la composición química del cemento Portland, parecen indicar que un buen clinker, bien quemado, tiene la siguiente composición; Silicato tricálcico 36.0% Silicato bicálcico Aluminato tricálcico Otros componentes
3 Ca0,
Si03
2 CaO, Si02 33,0 3 CaO, Al203 21.0 ---
l0.0 100.0% Bajo el rubro de otros componentes se comprende: Oxido de fierro Fe203 Magnesia Mg0 Azufre en forma de S0 3 Oxido calcico, en Ca0 Calcinación insuficiente Para apreciar la bondad de la composición química de un, cemento es usual compararlo con la composición teórica perfecta, expresada por la fórmula de Eckel: 1.0 = 2.8(Si02) + 1.1(Al20 3) + 0.7(Fe203) 1.0(Ca0) + 1.4(Mg0) Es conveniente comparar esta expresión con la que hemos dada para el índice hidráulico de la cal, e indicar que esa misma fórmula sir ve para determinar el índice de cementación de los calcáreos posibles de ser empleados en la fabricación del cemento Portland. Como ejemplo damos a continuación la composición e índices de tres muestras de calcáreos procedentes de los alrededores de Lima.
M (1) Sílice Si02 Alúmina A120 3 Oxido férrico Fe203 Cal CaO Magnesia MgO Pérdida por ignie. --Índice de Eckel
14.04 0,49 50.48 50.10 --30.89 0.872
u e s t r a s (2) (3) 7.26 1.56 3.45 51.11 --36.10 0.478
11.09 0.69 5.45 46.80 Traz. 35.19 0.761
Clases de cementos.Cemento Portland, ya descrito. Cuando se le quiere precisar se le llama, en el Curso, cemento Portland normal. Supercemento ó cemento de endurecimiento rápido.- Es un cemento Portland que por su composición química se endure más velozmente que el Portland normal. Cemento aluminoso ó fundido.- Obtenido por la fusión de una mezcla de caliza y bauxita. Cemento blanco.- Fabricado con materias primas casi exentas de hierro, que es el mineral que da el color gris al Portland. Cemento romano.- Material antiguo, de características hidráulicas, que se describe al hacer la historia de las cales hidrau1icas. Cemento natural.- El obtenido de rocas que tienen la porción de cal y arcilla conveniente para la obtención de un cemento similar al Portland. Cemento de escorias.- El preparado con los residuos de los hornos metalúrgicos, especialmente los de hierro. Cemento puzolánico.- Obtenido pulverizando una mezcla, de dos a cuatro partes de puzolana con una parte de cal hidratada. Materias primas.Las principales materias primas empleadas para la fabricación del cemento y sus denominaciones inglesas, son las siguientes: a) Materiales calcáreos.-
Calizas arcillosas (cement rocks) llamadas a vece “rocas de cemento”. En algunas regiones de España se les conoce por “Piedras romanas”. Calizas (limestones), siendo las apropiadas aquellas que tienen un 90% de carbonato cálcico y pequemos porcentajes de alúmina, óxido de fierro, carbonato de magnesio, azufre y varios álcalis. Margas (mares), que son depositos generalmente en el lecho de Pueden ser margas calizas, cuando margas dolomíticas, cuando presentan Calcico-magnesico.
rocas blandas que constituyen lagos extinguidos o inexistentes. contienen carbonato calcico; y carbonato
Creta ó tiza (chalk), que es una variedad de carbonato calcico. Roca suave formada por residuos de organismos microscópicos; contiene también pequeños porcentajes de sílice, albumina y magnesio. b) Materiales arcillosos.Arcillas exfoliables estratificadas (shales), que son rocas compuestas principalmente de alumina, sílice y oxido de fierro. Arcillas desagregadas (decayed shales), caracterizadas por poseer mayor cantidad de agua de cantera. Pizarras (slates). Productos industriales.Escorias de altos hornos (blast furnace slags), formada por silicatos fusibles, originados durante la reducción de minerales de fierro en los altos hornos, por la combinación del material fundente (calizas) con la materia terrosa o ganga del mineral. Álcalis residuales (álkali wastes), precipitados de carbonatos de calcio obtenidos en la preparación industrial de la soda cáustica por el método Leblanc. La mezcla de estas materias primas se puede hacer en las siguientes formas, que se indican como ejemplos: Roca de cemento Arcillas o pizarras Arcillas o pizarras Arcillas o pizarras Arcillas o pizarras
+ + + + +
calizas puras margas calizas puras creta álcalis residuales
Escorias
+
calizas puras
Procedimiento de fabricación.Se pueden agrupar en dos sistemas: 1.- procedimientos por vía seca, en el cual las materias primas se muelen y se desecan, en primer lugar; se mezcla enseguida dosificándolas, y después son reducidas a polvo, pasando luego a los hornos. 2.- Procedimientos por vía húmeda, en el que las materias primas después de haber sido molidas separadamente, se dosifican y mezclan, amasándolas con mucho agua; el lodo así formado para los hornos. Como ya se ha dicho el producto resultante de la calcinación en los hornos se llama clinker. Estos hornos pueden ser verticales fijos, e inclinados o giratorios. Los hornos giratorios son casi los únicos usados en la actualidad, Consisten en un cilindro de chapas de acero, de l.80 a 3.00m. de diámetro, y de 30.00 á 90.00 m. de longitud, el cual está ligeramente inclinado con respecto a la horizontal; con frecuencia va revestido interiormente con ladrillos refractarios. Cuando el horno gira suavemente la materia prima que es echada en su interior, lo recorre lentamente, de un extremo a otro, recibiendo gradualmente temperaturas cada vez más elevadas hasta alcanzar la de 1,600º a 1,700°, que es la máxima que se genera en el horno. En el interior del horno, en su parte más baja, y en su eje, actúa un chorro de fuego, producido por un quemador de petróleo por un pulverizador de carbón de piedra; el petróleo es más ventajoso, por que el carbón siempre origina cenizas que a veces resulta perjudiciales. El material pasa por el interior del horno, gradualmente como hemos dicho, durando la cocción unas cuatro o cinco horas. Al horno se le llama también kiln. Después de formado el clinker recibe una ligera lluvia de agua y pasa a los molinos para ser pulverizados. Antes o después de ese riego, el clinker recibe una adicion de yeso, hidratado o deshidratado, segun los procedimientos de fabricación. La adición del yeso tiene por objeto retardar la fragua, contrarrestando en este sentido la acción de la cal viva que pudiera contener el cemento; pero esta adición no debe sobrepasar el 3% del c1inker en peso.
El polvo que sale de los molinos es ya el cemento portland. Después de manufacturado el cemento debe permanecer en silos, por lo menos diez días, a fin de que toda la cal libre que pudiera contener, se hidrate por si misma. Se pueden suponer los inconvenientes que ofrecería un cemento que contuviera cal no hidratada, principalmente el aumento de volumen al fraguar. Los hornos verticales, son de diseño similar al de los usados para la fabricación de la cal hidráulica. Siempre están provistos de una camisa de ladrillos refractarios; son de carga continua y poseen dos cámaras, la primera ó alta, para la desecación del material, y la segunda, baja, para la clinkerización. A continuación se da un esquema característico de los dos procesos principales de la fabricación del cemento. Procedimiento por vía seca MATERIALES CALCAREOS
MATERIALES ARCILLOSOS
Procedimiento por vía húmeda MATERIALES CALCAREOS
Trituración Secado
MATERIALES ARCILLOSOS
trituración Secado
AGUA
trituración Dosificación
Dosificación
Lodos Los dos Procedimientos: Molinos HORNOS
Yeso
Combustible
Clinker Molinos CEMENTO PORTLAND Silos Ensacado
La Fabricación del cemento peruano “Sol”.-
Petróleo Ó Polvo de Carbón
La planta donde se prepara el clinker se encuentra en Atocongo a unos 27 km. al Sur de Lima, al pie de las canteras de caliza. Esta materia, prima es corregida, de acuerdo con las necesidades, con carbonato de calcio procedente de Cuy-Off, en las vecindades, de Cerro de Pasco, con caloitas de Chilca, y con esquistos silíceos de Puente Piedra, en el camino de Lima a Ancón. En Atocongo, para el tratamiento de la materia prima se emplean sucesivamente una chancadora de trompo, kc Cully, martillos chancadores Dixie, y molinos de rodillos, Hércules, dosificándose en este proceso, convenientemente, los materiales. Los hornos para preparar el clinker son de los tipos. El primero, modelo alemán, corresponden al sistema de calcinacion por vía semi-humeda; el material antes de ingresar al horno pasa a los granuladores en 1os que es humedecido y amasado llevándosele después a las parrillas secadoras que actúan a 250º, y por ultimo al horno de fuego, que trabaja a 1.500º. El otro tipo corresponde a modelo norte—americano, consisten en un cuerpo cilíndrico de planchas de fierro; de 60.00 m. de largo aproximadamente. Tienen un diámetro interior a la entrada de 2.40 y a la salida de 2.90m.; presenta una inclinación de 2.40 y rota a razón de una revolución por minuto; están provistos de inyectores de petróleo que generan una temperatura aproximada de 1,500º; un sistema he1icoidal interior regula el desplazamiento del material que entra al horno. Últimamente se han instalado dos hornos rotatorios, Allís Chalmers, de 91.50 m. de longitud cada uno. • En el interior de estos hornos se pueden constatar las siguientes trasformaciones químicas. En la sección de entrada del material o zona fría se observan pequeñas volatilizaciones de gases. En la zona de calcinacion, el carbonato de calcio que es el componente más importante de la materia prima, sufre un desdoblamiento ocasionado por la elevación de la temperatura a 850-900º, desprendiéndose anhídrido carbónico y formándose cal viva que, muy ávida, reacciona con los otros elementos, sílice y alumina, creando silicatos y aluminatos de calcio, mientras que la temperatura sigue elevando hasta cerca de 1,200º. Por ultimo, en la zona de clinkerización, con el hierro existente al estado de oxido y que actúa como fundente a una temperatura de 1.450º, permite la formación del aluminato ferrico tetracaloico. Loa ladrillos refractarios que revisten interiormente los hornos no son de 1a misma composición en todas las zonas. Así los porcentajes de silice y a1unina, respectivamente, son los siguientes en las distintas zonas: en la zona fria de 50 y 50%; en la zona de calcinación, 40 y 60%; en la de clinkerizacion, 30 y 70%, y por ultimo
en la zona de descarga, el revestimiento no necesita ser de ladrillos refractarios. El clinker sale del horno, por la zona de descarga o de enfriadores, a una temperatura de 200º. Después, el clinker es acarreado a la Planta de maravillas, en la ciudad de Lima, donde sufre el tratamiento final consistente en trituración, adición de yeso, pulverización, ensilado y ensacado. Fragua del cemento.Amasado el cemento con agua se produce su endurecimiento ó petrificación, en un periodo de tiempo más o menos corto. Este endurecimiento es debido principalmente a la hidratación y consecuentemente cristalización de los componentes. En el proceso de petrificación del cemento, se pueden distinguir dos etapas perfectamente marcadas. La primera se llama fragua y la segunda, endurecimiento. La fragua es la pérdida de plasticidad o de fluidez que sufre la pasta de cemento y que hace que ésta soporte, sin dejar huellas aparentes, la presión suave de un objeto exterior. El endurecimiento es la mayor resistencia estructural que va adquiriendo el cemento con el transcurso del tiempo. En esta parte del Curso se estudia de preferencia la fragua, dejando el endurecimiento para tratarlo al estudiar los morteros y el concreto. En el fraguado hay que distinguir dos períodos: el principio de la fragua; y el final, ó conclusión de la f ragua. El principio del fragua es el tiempo transcurrido desde el momento en que se vierte el agua del amasado, hasta aquel en que la pasta pierde, parcialmente, la plasticidad. El final del fraguado es el tiempo trascurrido desde que la pasta ha comenzado a perder plasticidad, hasta que adquiere suficiente consistencia para resistir determinada presión. Tanto el principio como el fin del fraguado se pueden determinar
por medio de los aparatos conocidos con los nombres de Aguja de Vicat y Agujas Gillmore. La aguja Vicat está formada por una sonda cilíndrica de de sección, cargada con un peso de 300 gr. La sonda ó aguja, que se desliza en una corredera vertical, acciona un indicador que se mueve sobre una escala graduada en mm. 1mm2,
Las agujas Gillmore, generalmente se montan en pareja; son de sección circular y el extremo de ellas está cortado a ángulo recto con el eje vertical. Una, de ellas se denomina aguja inicial tiene un diámetro de 1/12” y está cargada con un peso de 1/4 lb.; la otra, que se llama, aguja final, tiene un diámetro de l/24” y soporta un peso de una libras. Los ensayos de la fragua se realizan sobre lo que llama pasta de consistencia normal, ó simplemente pasta normal. La pasta normal esta formada por una cantidad de cemento, de 400 a 1.000 gr. amasada con un volumen de agua suficiente para que el operador pueda moldear una bola, teniendo las manos protegidas con guantes de jebe. La temperatura del laboratorio, debe estar comprendida entre los 20 y 27.5º. Otras veces se define la pasta normal por la cantidad de agua usada, la que debe estar comprendida entre el 24 y el 30% del peso de. Cemento. Por último, se controla la consistencia de la pasta normal, por medio de la sonda de Tetmajer, que es en síntesis una barra de 1 cm2. De sección y cargada con un peso de 300 gr. La pasta tendrá la consistencia normal cuando dejándole caer la sonda, en el molde, de que se habla inmediatamente, aquella se detiene a unos 5 ó 6 mm. medidos a partir del fondo. Cuando se emplea la aguja de Vicat, el ensayo se realiza llenando un molde en forma de anillo tronco-cónico, de dimensiones standard y de 40 mm. de altura. Se establece que el fraguado inicial ha ocurrido cuando la aguja alcanza un punto situado 5 mm. más arriba del fondo del molde, a los 30 segundos de haber sido aplicada. El fraguado final se determina cuando la aguja no penetra, visiblemente, en la pasta. Cuando se usan las agujas Gillmore, se fabrica una torta ó galleta, con la pasta, de 1/2” de espesor. Se determina el fraguado
inicial ó el fraguado final cuando, respectivamente, las agujas correspondientes no dejan huella apreciable en la torta. Propiedades físicas del cemento.Finura. - La finura de molido, o de molturación, en 1os materiales, se aprecia por medio de los análisis granulométricos, que consisten en hacerlos pasar a través de cedazos, tamices, cribas o zarandas, apreciando los porcentajes en peso que atraviesa el material. Este análisis granulométrico se llama también análisis mecánico. Tratándose del cemento, e grado de finura es de la mayor importancia, porque se ha determinado que el agua no actúa sino en una profundidad de 0.1 mm., de los granos; y como el agua es indispensable para la cristalización o fragua, se comprende la necesidad de que el cemento posea la finura conveniente a fin de que la pe1ícula de agua que rodea cada grano, lo atraviesa. Las especificaciones usuales para el cemento prescriben que más del 78%, en peso, de este material pase una criba Nº 200. En la actualidad se prefieren reemplazar el emp1eo de cedazos por la determinación de la velocidad de asentamiento de las particu1as a través de un gas ó de un líquido. La relación entre el tamaño de los granos y 1a velocidad de asentamiento se establece diciendo que esa velocidad es proporcional al cuadrado del diámetro del corpúsculo sólido. En la industria se hace el ensayo con aparatos especialmente construidos para ello y de manejo relativamente fácil y rápido. Firmeza. - (Soundness), Llamada también indeformabilidad es la propiedad que se exige al cemento de no desintegrarse después del fraguado. Generalmente esta desintegración se produce en el cemento como en cualquier otro material, por variación de volumen y en el caso especial del cemento, por aumento de volumen. Según lo anterior, un cemento tendrá firmeza cuando durante y después de la fragua, no aumenta de volumen. En los laboratorios se comprueba esta, cualidad preparando tortas de pasta normal, que después se secan al vapor, y se examinan para observar si se han presentando fracturas de contracción, distorsiones, desintegraciones, etc.
También se usa el aparato de Le Chatelier, que consiste en cilindro mostrado en la figura, el cual se lleva con la pasta de cemento, y después de colocado en agua hirviendo por un tiempo determinado, indica el aumento de volumen de la pasta al fraguar por la separación de las agujas. Peso especifico.- Como se sabe, es el guarismo que resulta de dividir el peso por el volumen. El cemento Portland debe tener un peso específico superior a 3.10, pudiendo bajar a 3.07, para los cementos blancos tipo Port1and. En los laboratorios para la determinación del peso específico se emplea generalmente el densímetro de Le Chatelier. Ensayo del cemento en las obras.Al pié de obra Los ensayos usuales son los siguientes: 1.- terminación de la iniciación y término de la fragua.Se hace por medio de la aguja Vicat, ó de las agujas Gillmore, en la forma ya indicada. Un medio de orientación se puede obtener realizando el llamado ensayo de la uña, el que se practica según las siguientes prescripciones. Se prepara la pasta de cemento con una cantidad de agua comprendida entre el 24 y 30% del peso del cemento. La prueba debe efectuarse en un recinto cerrado, cuya temperatura deberá mantenerse entre 18 y 25º, Se considera como principio de fragua el momento en que la pasta opone cierta resistencia a la penetración de la uña, y que los bordes de una hendidura de 1/2 mm. de profundidad, adquieren cierta rigidez y se mantengan. Una vez que la uña, aplicada sin gran esfuerzo, no deja una marca perceptible en la pasta, el tiempo de fragua ha terminado. Durante toda la operación debe protegerse la pasta contra el aire, para evitar la evaporación prematura de la humedad.
2.- Ensayo de la firmeza.- Se practica de la manera siguiente Con la pasta normal se prepara una galleta de 1.5 á 2.0 cm. de espesor por unos 8 á 10 cm. de diámetro, sobre una placa de vidrio. Se introduce la galleta con su placa en una caja saturada de humedad, y en la cual se le tiene 24 horas, a temperatura de 18° á 21°. Después se coloca la galleta en posición vertical, sumergiéndola en un depósito de agua fría, que se calienta lentamente hasta la ebullición, la que mantiene por tres horas, Después del ensayo la galleta debe presentarse dura, sonora y sin grietas. 3.- Determinación de la densidad.- Se realiza utilizando una medida de 10 lts. de capacidad, en la cual se deja caer el cemento desde una altura de 40 cm., medidos sobre los bordes de la caja. El exceso se separa con una regla pasada sobre los bordes, Se determina el peso contenido en la medida. Se prescribe la altura de llenado de la caja porque un metro cúbico de cemento suelto pesa entre 900 y 1200 kg.; envasado, es decir apretado por el sacudimiento de las medidas, de 1300 a 1700 kg.; y endurecido, de 2500 3000 kg. Especificaciones del cemento peruano “Sol”.A continuación se dan las especificaciones que satisface este cemento comparándolas con las del gobierno Norte-Americano, para cemento Portland. Finura
: Criba Nº 100 - Residuo no más de Criba Nº 200 - Residuo no más de
Fraguado
: Principio Fin
No menos de No más de
Estándar 5% 25 %
S o l 2.10% 22.50%
30 min. 3h 50’ 10 hrs. 6h 40’
Expansión al vapor :
Por cinco horas
Magnesia
:
No más de
5%
3.10%
Anhídrido Sulfúrico :
No más de
2%
1.8%
0
0
Mercado.El cemento que viene del extranjero se importa en barriles de madera, y en en bolsas de papel. Generalmente el barril pesa 180 kgs. (peso bruto).
En los tratados técnicos se considera que el barri1 tiene un volumen de 3.9 pies cúbicos, ó sea 0.1076 m3.: por esta razón usualmente se considera entre nosotros que el barril de cemento tiene 1/10de m3. El cemento Portland ce vende en bolsas, a razón de cuatro bolsas por barril. Generalmente se considera que cada bo1sa tiene un pie cúbico de de cemento, ó sea 28.3 lt. Cada bolsa pesa 42.5 kg.(pcso neto). Las bolsas de papel que se usan para el envasado del cemento son de 4,5 ó 6 pliegos. Historia.El proceso histórico de fabricación del cemento Portland prosigue al de la cal hidráulica. Después de que este producto había sido descubierto y ensayado con éxito, varios constructores fabricaron materiales similares y entre ellos el ingles José Apsdin, que lo patentó en 1824, y que por el parecido de color que adquiere con la piedra de la localidad inglesa portland, le puso este nombre. Por esta razón algunos autores consideran a Aspadin como el inventor del cemento que hasta ahora lleva el nombre que el le aplicara. En el Perú, la fabrica de cemento “Sol”, fue establecida en 1922, trabajando desde esa facha hasta el día de hoy, sin interrupción. Fabricas peruanas de cemento.1.- Compañía Peruana de Cemento ‘Portland.- (Sol). Producción en el año de 1956 467.380 tons. Capital en 1954: S/ 240 millones. 2.- Compañía de Cemento Chilca.- Planta en Chilca a 80 kms. al sur de Lima.-producción en 1956: 87.500 tons. Capital en 1955: S/ 85 millones. 3.-Compañía Nacional Portland del Norte.- Planta en el puerto de Pacasmayo a 637 kms. Al norte de Lima.- Capacidad proyectada 100,000 toneladas al año. Inicio su producción en 1957. 4.-Cemento Andino S. A.- Planta en Crancha a 14 kms. de la Oroya.Capacidad inicial proyectada 83,000 tons. anuales. 5.- Cemento Chiclayo S. A.- Planta en Chiclayo a 760 km. al norte de Lima, sobre la
Carretera panamericana. Inicio su producción en 1957 con una capacidad de 68.000 tons. anuales. 6.- Compañía de Cemento del Sur S. A.- Planta en Caracoto, cerca de Juliaca, cerca de la vía de ferrocarriles el sur. Inicio su producción con 60.000 tons. anuales. SUPERCEMENTOS Desde los primeros años del presente siglo se han hecho esfuerzos para producir cemento que, aunque no fraguen más rápidamente que el Portland normal, se endurezcan con mayor velocidad, una vez iniciada la fragua. Se ha encontrado que esto se ‘puede obtener: 1º.- Con mayor molturación de los granos de cemento; 2°.- Incrementando la proporción de alumina, o disminuyen do la cal y de sílice. A la primera clase pertenecen los supercementos; y a la segunda, los aluminosos. Los supercementos se llaman también de endurecimiento rápido, cementos eléctricos y Ferrocretes, en Inglaterra. Se comenzaron a fabricar en Europa por el año 1912. Los supercementos son en todo similares a los Portland normales; pero con un ligero exceso de cal y una manufactura muy cuidadosa, aparte de su mayor grado de finura, como acabamos de decir. Son de fragua lenta, pues ésta no empieza sino a las dos horas de iniciado el amasado, terminando antes de las 10 horas. Pero en cambio el endurecimiento es mucho más rápido que el del Portland normal, pues a los tres días presentan una resistencia 50% superior a éstos, pudiendo efectuarse el desencofrado, en las estructuras de concreto armado, en tiempos menores.
En Lima se han usado con muy buenos resultados, en trabajos de vías férreas que debían ser entregadas al tráfico con premura de tiempo. CEMENTO ALUMINOSO, FUNDIDO O DE BAUXITA Se le fabrica fundiendo una mezcla de caliza y bauxita. La bauxita es un hidrato aluminico (A1 203, 2 H20), en el cual una buena parte de la alumina está sustituida por óxido férrico (Fe20 3); contiene frecuentemente, además, cierta proporción de sílice. Es también uno de los principales minerales utilizados para la extracción del aluminio. Debe su nombre a la circunstancia de haberse descubierto un yacimiento muy importante de e1 en Baux, cerca de Arlés, en Francia. El cemento aluminoso se manufactura en forma semejate al Portland normal. Sus características son también similares; pero es de color mucho más oscuro. La fragua es lenta, pues no comienza sino a las dos horas de amasado; pero el endurecimiento es aun más rápido que el de los supercementos. Una característica notable del cemento aluminoso es de que en su fragua, al contrario de lo que pasa con los demás cementos, se genera apreciable calor que, en masas de importancia, puede alcanzar hasta una temperatura de 100º. Pero estos cementos no tienen cal libre y poseen, en consecuencia, gran estabilidad de volumen, o sea apreciable firmeza. Los cementos aluminosos resisten mucho mejor que los Portland normales la acción de las aguas selenitosas, o sea de las aguas que contienen yeso, así como la de las sustancias orgánicas, aceites saponificables, líquidos azucarados, etc. No atacan el corcho, aluminio o plomo, pues como se ha manifestado no contienen cal libre. La mezcla cemento aluminoso con el Portland normal origina un producto que fragua más rápidamente que cualquiera de los componentes aisladamente. CEMENTOS PUZOLANICOS Son aquellos que en su fabricación se ha incorporado, como materia prima la puzolana, que en el Capítulo presente del Curso la podemos definir como un material silíceo, natural o artificial, que por si mismo no posee propiedades aglomerantes pero que las adquiere en
parte al ser molido finamente y mezclados con un activador como el cemento Portland normal. En la industria actual reciben el nombre generico de puzolana los siguientes materiales: a) Las puzolanas naturales o tobas vo1canicas, que hemos mencionado en paginas anteriores; el trass; las tierras de infusorios; ó tierras de diatomicas; las piedras pómez. b) Las escorias de altos características de ser básicas y vítreas.
hornos,
que
posean
las
c) Polvo de vidrio, el polvo fino de las industrias que queman carbón previamente pulverizado. d) Algunas sustancias inertes, como la arena muy fina. El concreto preparado con puzolana es más trabajable y por consiguiente mas, fácil de colocare en obra que el Portland normal; pero su resistencia es menor que la de éste, por lo que se recomienda usarlo de preferencia en obras en que la albañilería trabaje a la compresión y no hacerlo en las estructurales, especialmente de diseño delicado. Cementos puzolánicos peruanos.Se fabrican en el país dos tipos: 1.-Cemento Atocongo Sol.Se prepara combinando y moliendo finamente Clinker de cemento Portland Sol, con una proporción determinada de un material silíceo aluminoso que contiene un 65 % de SiO2 que resulta activado por medio de la molienda, obteniéndose un cemento similar al cemento Sol, en sus características principales. 2.-Cemento Caima.Fabricada con una puzolana arequipeña de gran actividad del tipo de ceniza volcánica y que posee un 72 % de SiO 2 que se mezcla con clinker de cemento Pórtland. El producto resultante es apropiado para la construcción de grandes masas de concreto, para obras hidráulicas y también para resistir aguas agresivas ó sea de propiedades similares al cemento aluminoso ya mencionado en el Curso. Capítulo II - Aridos
Bajo el nombre de áridos, se comprenden a los materiales inertes que entran en la composición de morteros y concretos; pero que no experimentan cambios de estructura química o mineralógica, al formar parte de aquellos compuestos. De acuerdo con sus dimensiones, especialmente en concretos, se les clasifica y denomina áridos finos y áridos gruesos. Se les llama también agregados finos y agregados gruesos. ARENAS Definición.Se llaman arenas al conjunto de partículas o granos de rocas, reducidos por fenómenos mecánicos o químicos, naturales acumulados por los ríos y corrientes acuíferas en estratos aluviales y médanos, o que se forman in situ por descomposición; ó al conjunto de piedras producidas por acción mecánica artificial. Las primeras son las arenas naturales y las segundas, las arenas artificiales. Clasificación por procedencia.Puntualizando lo establecido en la definición anterior, es usual clasificar las arenas, de acuerdo con su procedencia, en: De río llamadas también dulces De playa de mar, ó saladas, De mina, o de banco,
De duna, Artificiales.
Clasificación química. Según el predominio de la composición de los minerales, las arenas pueden ser: Silíceas, silicosas o cuarzosa, Graníticas.
Calizas o calcáreas; y Arcillosas.
Arena gruesa silicosa, es la parte que queda después de haber tratado la arena gruesa total por ácido nítrico, evaporando y calentando al rojo obscuro el residuo. Arena gruesa calcárea, es el resultado de multiplicar por el coeficiente 2.5 el peso de calcio, en la parte soluble en ácido nítrico de los análisis anteriores. Arena fina calcárea y arena fina silicosa, son los residuos obtenidos en los líquidos turbios de los análisis anteriores tratados respectivamente por ácido nítrico y amoníaco; esto último para disolver la materia orgánica que pudiera haber quedado adherida a la arena. Propiedades Físicas de las arenas. Forma y tamaño.Para morteros y concretos de cemento Portland, el agregado fino debe consistir en una mezcla de granos duros, compactos y de diferentes tamaños. Si los granos fueran de las mismas dimensiones, aproximadamente, son preferibles los redondeados a los de forma alargada, porque aquellos a igualdad de tamaños producen mezclas más compactas, conteniendo menos vacos que los de forma alargada. La experiencia muestra que los morteros preparados con arenas finas son menos densos que aquellos hechos con arenas gruesas. Esto se debe probablemente a dos causas: la primera, es la dificultad con que las partículas de arena pueden ser envueltas por las
de Cemento del mismo tamaño; y la segunda, es el mayor porcentaje de vacíos que presentan las arenas finas. La forma de los granos influye, pues, mucho en la resistencia de los morteros, Los granos de superficie áspera y que forman ángulos se adhieren mejor y dan mas resistencia que los de superficie lisa y formas redondeadas; pero los primeros necesitan mas agua que los segundos para la misma consistencia. Los granos en forma de agujas o lajas son objecionables. Pesos.- El peso específico de la arena varía según su composición mineralogica entre 2.50 á 2.80. Así se tiene por ejemplo: arenas cuarzosas, 2.65; arenas dolomíticas, 2.65-2.75; arenas calcáreas, 2.602.70; pero se pueda tomar el valor de 2.65 como un promedio general. En la práctica se usan las siguientes cifras como pesos unitarios, de las arenas: Arenas secas
de 1,400
á
1,700
kg/m3. Arenas húmedas de 1,700
á
1,900
“
Estos pesos son para arenas compactas; pero la arena seca y suelta puede disminuir en peso hasta un 20%, para el mismo volumen. La arena mojada, suelta, pesa menos que seca. El porcentaje de absorción de la arena rara vez pasa de 3%. El porcentaje de vacíos de las arenas varia entre 25 y 45%. De le terminada vertiendo agua en un deposito de arena y estableciendo volumen de agua echada, hasta que esta aflore a la superficie libre de la arena mayor exactitud se obtiene vertiendo un vo1umen conocido arena dentro de un deposito de agua, graduado; el aumento de volumen dará el porcentaje de vacíos. Corno acabemos de ver, el promedio del peso específico de las arenas es 2.65, y con esta cifra se puede determinar el porcentaje de vacíos, pesando un Volumen conocido dé arena y estableciendo la proporción respectiva. Composición química de las arenas.Es ventajosa la presencia en el agregado fino de una proporción apreciable da partículas minerales densas, compactas, e inalterables a la acción de los agentes atmosféricos. Estos minerales no deberán ser fácilmente rayados con un cortaplumas. Como consecuencia de lo anterior, los mejores minerales en la composición de las arenas son el cuarzo, dolomita y horneblenda; y
los objecionables, la mica, talco, pirita de fierro, pizarra, limonita, Ocre, hematita y las calizas absorbentes. Sustancias nocivas en las arenas.Se consideran perjudiciales, por retardar el fraguado y debilitar las resistencias, las arcillas, limos y sustancias análogas; pueden admitirse y se consideran adheridos a las arenas cuando su proporción sea inferior al 3% en peso, del árido. Son también perjudiciales los carbones, sobre todo los lignitos, las escorias de altos hornos y los productos que contienen azufre. Es también muy perjudicia1 la materia orgánica. A continuación se dan los porcentajes de los máximos permisibles de materias nocivas, que se aceptan en las arenas: Materias movidas por decantación 3% en peso Materias orgánicas 1 Carbón 1 Alcali, granos sucios, terrones de arcilla, granos friables, partículas escamosas ó laminadas y fragmentos alargados 5 Tot. de materias nocivas permisib. 10% en peso. Ensayo de las arenas en las obra.Las que se hacen son, generalmente, las siguientes: 1.-Prueba del polvo contenido.- Se realiza echando un volumen dado en un recipiente de vidrio, transparente, y de preferencia graduado, anotándose la altura que ocupa la arena. Se vierte un volumen triple de agua y se agita Vigorosamente, durante un minuto; se deja reposar el recipiente por una hora. El polvo se depositará formando una capa sobre la arena, pudiéndose así establecer la proporción de este material nocivo por el espesor de la capa de polvo en relación con el espesor de la capa de arena. 2.-Investigación de la materia orgánica.- Se realiza una prueba colorimétrica, usándose una solución al 3 % de soda cáustica (Na OH), que se agrega a la arena; se agita el contenido y se deja reposar por espacio de 24 horas. Después de ese tiempo y el color del líquido indicará si la arena contiene materias orgánicas en cantidades peligrosas. Un líquido
claro y limpio indica que la arena está exenta de materias orgánicas. Una solución color de paja expresa que hay algo de materia orgánica; pero no en cantidad que afecte seriamente el trabajo. Si el color es oscuro, quiere decir que la arena contiene materias orgánicas en cantidades peligrosas, y no debe usarse a menos que se lave, pero aún entonces, será necesario volver a ensayarla. La proporción de solución en relación a la arena debe ser de dos volúmenes de solución por un volumen de agua; pero medidos antes de mezclarse, porque el conjunto no dará tres volúmenes. 3.-. Ensayo de humedad.- Se pesa una muestra de arena, colocándola después en un recipiente metálico y vertiendo sobre la muestra alcohol en proporción de unos 40 cm3. por 100 gr. de arena. Se prende fuego después, y se revuelve la arena, mientras arde. En seguida se vuelve a pesar la muestra, y la diferencia entre las dos pesadas permitirá calcular el porcentaje de humedad. 4.- Prueba de solubilidad.- Se hace en las arenas que se usan en los filtros para agua potable. El ensayo se realiza determinando al peso la solubilidad de las arenas, tratadas por una disolución de HC1 diluido al 20 %. Esta solubilidad no deberá exceder del 5% al peso. Arenas artificiales.Como ya se ha manifestado, la arena artificial es aquella que se obtiene de la trituración mecánica de rocas. A este material es al que con mayor frecuencia se le denomina agregado fino; también se llama cernidura de roca; pero en todos los casos, para que se le pueda asimilar a la arena que se usa para preparar concreto de cemento, debe pasar criba de 1/4” de aberturas. Estas arenas se manufacturan en los trituradores denominados molinos de arena. Los hay de varios tipos, siendo los más comunes los que son de diseño similar al de los “trapiches” para moler caña de azúcar. A las arenas artificiales se aplica íntegramente lo que se va a decir al tratar de la piedra triturada, con excepción, naturalmente, al tamaño. Con frecuencia es producto subsidiario de la industria de la trituración de piedra, y de allí su nombre de cernidura, porque se le obtienen como residuo en el “zarandeo” de aquel material. Grado de humedad.-
La arena seca corre libremente cuando esta apilada. La arena poco húmeda produce una sensación ligeramente acuosa al contacto de la mano; pero no deja humedad en ella. Contiene un litro de agua por 30 litros de arena. Lo que representa 2% de humedad. La arena húmeda se siente mojada al contacto de la mano y deja en ella un poco dé humedad. Contiene un litro de agua por 15 1itros de arena; 4% de humedad. La arena muy húmeda chorrea agua cuando se recibe en la obra. Contiene un litro de agua por 10 litros de arena; 6% de humedad. La arena fina puede contener de 1.3 á 1.7 litros de agua por 10 litros de arena; 8 á 10% de humedad. Maquinaria de la industria arenera.La más característica consiste en: Trasportadores.- De faja, de cangilones. Zarandas o Cribas.- Cilíndricas o rotatorias, que pueden insta1arse inclinadas u horizontalmente. Planas o vibratorias, que a veces se instalan unas sobra otras en forma escalonada. Lavadoras.- son de diversos modelos. E1 dibujo adjuntó representa el llamado inyector. Consiste en una caja de palastro provista en su parte inferior de un pitón por el, que llega, a presión, agua que arrastra la arena por lavar, los granos de arena limpios son empujados hacia el eyector cuyo orificio se encuentra fronterizo al del inyector. La arcilla e impurezas son e1iminadas por rebose. En el fondo de la caja unos surtidores impiden el asiento de la arena.
GRAVA Definición.La grava es el conjunto de fragmentos pequeños de piedra, provenientes de rocas disgregadas por la acción del hielo y otros agentes atmosféricos y que han sido arrastrados por los ventisqueros o por las corrientes de agua; cada fragmento ha perdido sus aristas vivas y e presenta con formas más o menos redondeadas. Canteras. La grava puede obtenerse directamente del lecho de los río y esteros, de las playas de los grandes lagos o de los mares, y de depósitos abiertos en zonas de la época glacial, o en lechos de antiguos cursos de agua. Con mucha frecuencia a la grava se llama material de acarreo, material de transito y también conglomerados, pero en éstos últimos casos se encuentra con abundante proporción de arena; es el hormigón de la terminología limeña. Cuando los trozos de rocas tienen formas angulosas, al material se llama más corrientemente brecha (breccia). Caracteres. Las características de las gravas de un mismo depósito natural varían no solo en cuanto a su tamaño, sino en su composición química y estructura mineralógica. La composición mineralógica de las gravas es semejante a la de las arenas, es decir que pueden ser: cuarzosas, graníticas, calcáreas y arcillosas. En sus características físicas las gravas deben ser duras y resistentes, capaces de soportar la acción de los agentes atmosféricos y ser perfectamente insolubles. Deben resistir bien la prueba del rayado con un cortaplumas. Los pesos específicos son los mismos que los dados para las arenas. Las gravillas, y gravas, pesan de 1,600 á 1,700 kg/m 3. Llamándose gravillas, las gravas de dimensiones menores. La grava, de dimensiones variables entre 1/4 y 1-1/2”, medida en forma suelta, posee de 35 á 40 % de vacíos. La grava de banco, bien graduada, puede presentar hasta 28% de vacíos; porcentaje que puede aplicarse al hormigón.
Prueba de durezas.Una de las más recomendadas consiste en emplear el llamado Molino de los Ángeles (EE. UU,), que es un cilindro metálico de 0.60 m. de diámetro y de 0.50 m. de largo, dentro del cual se colocan 5 Kg. de la grava por ensayar y bolas de acero, de dimensiones establecidas, también en un peso total de 5 kg. Después de someter el barril a 500 revoluciones, a razón de 33 r.p.m. se extrae la carga; se le cierne en malla N° 12, y se aprecia el peso perdido por la muestra. El agregado grueso usado en pisos de concreto y construcciones similares, sujetos a fuerte desgaste debe presentar una perdida inferior al 30 %, en la prueba reseñada; pero para otras estructuras que no trabajan al frotamiento, el límite de desgaste puede subir hasta el 40%. Granulometría.La siguiente es la Comisión peruana ya nombrada:
clasificación
Gravillas o garbancillos de Grava fina Grava media Grava gruesa, balasto o lastre Cantos rodados, cascajos gruesos más de
recomendada 5,0 á 10.0 20.0 40.0
por
la
10.0 mm. 20.0 40.0 75.0
75.0
Sustancias perjudiciales.El porcentaje de sustancias perjudiciales permisibles en las gravas es mayor que en las arenas: Removidas por decantación Materias orgánicas Carbón Terrones Segmentos friables Alcalis, grava sucia, fragmentos alargados ó astillas, fragmentos laminados Esquistos Empleo.-
l.5 % en peso 1,0 1,0 0,5 5.0 5.0 1,0 15.0 % en peso
Las gravas se usan en construcción, como agregado grueso en la preparación de concreto; en caminos, en la ejecución de ca1zadas; en ferrocarriles, como balasto o lastre; para rellenos en genera1, etc. En todos los casos se emplean después de pasarlas por cribas o zarandas, para graduar convenientemente sus dimensiones. PIEDRA PARTIDA Definición.La piedra partida es el material que se obtiene triturando mecánicamente rocas duras y tenaces. En ingeniería son ml1tip1es los usos que se hacen de la piedra partida; pero en esta parte del Curso se trata casi exclusivamente de este material desde el punto de vista de su empleo como árido grueso en la preparación de concreto de cemento. Caracteres.Como agregado grueso se puede usar cualquier clase de piedra partida, siempre que sea limpia y durable, y cuyas resistencias no sean inferiores a las del concreto, de tal manera que no limite la resistencia de este material. En estructuras de cemento armado se usa piedra de 1/2, 3/4,-. 1-1/4 y 1-1/2’’, excediéndose pocas veces de esta última dimensión. En concreto simple, o con refuerzo metálico escaso, se emplea 2, 2-1/2 y 3’’ Dimensiones mayores a las que se acaban de indicar sólo se emplean en concretos ciclópeo. E]. peso de la piedra partida se estima en 1 450 á l 500 kg/m3. El promedio de vacíos, varía de 30 á 55 %. Rocas empleadas.Las principales rocas usadas para la obtención de la piedra partida son las siguientes: 1º.- Grupo de rocas trap o diabasas, que son rocas de origen ígneo, mas densas y de grano mas fino que las graníticas: Andesita, basalto,
diabasa, gabbro,
riolita, etc,.
2°.- Grupo de los granitos. 3º.- Grupo de las calcáreas:
calcitas,
dolomitas.
4º.- Grupo de las areniscas. Especificaciones.A la piedra partida se aplican las recomendaciones técnicas pertinentes, ya dadas, de la arena y grava; pero es necesario tener muy en cuenta el empleo que va a hacer del material. Así por ejemplo, mientras en los caminos de macadan es conveniente que la piedra tenga cierta cualidad de cementación, esta es objecionab1e en aquella piedra que se va a usar como lastre en las vías férreas. Trituradoras de piedra.Llamadas también chancadoras o machacadoras, Son de dos tipos principales: de mandíbulas o quijadas; y de trompo o rotatorias Se dan diseños característicos de los modelos más comunes.
CAPITULO III - MORTEROS Y CONCRETOS Definiciones.La mezcla de un aglomerante y agua se llama pasta, pero ésta debe ofrecer cierta consistencia, pues cuando el aglomerante está muy diluido, la mezcla se llama lechada. Mortero es la mezcla de un aglomerante y agregado Lino, realizada por vía húmeda. Cuando el mortero se prepara con más de un aglomerante, se denomina mortero bastardo.
La aplicación de la pasta sobre una superficie se llama empastado y tarrajeado o revoque, la de un mortero. El tarrajeado puede ser primario o enfoscado, enlucido o tarrajeo fino, etc. Generalidades.El papel que desempeña la arena en los morteros es múltiple. a) En el caso de los morteros de cal, es simplemente mecánico, pues sirve para separar los granos del aglomerante y evitar de ese modo las contracciones que se producen en el mortero como consecuencia de la evaporación del agua del amasado y a la que se absorbe en la hidratación del calcáreo; b) Cuando se emplean aglomerantes hidráulicos, ya no se originan contracciones, y entonces la arena sirve para disminuir la dosis de aglomerante; y c) En todos los casos, los agregados desempeñan la función de dar resistencia a las masas, 6 como se dice corrientemente, darles “cuerpo”. Teóricamente sólo se necesitaría la cantidad de aglomerantes para cubrir con una película a los granos de arena, los cuales se pueden suponer tangentes entre sí; pero como además se desea obtener una masa compacta y casi siempre impermeable, se tendrá que llenar los vacíos con el aglomerante u otro material de precio más económico. Las dosificaciones se suelen expresar por la relación entre los volúmenes del aglomerante y de los agregados. Así, la expresión (1 : 3), significa un volumen de aglomerante por tres de agregado fino. La dosificación del agua, depende en primer lugar de la clase de aglomerante, y después del estado atmosférico, de la plasticidad deseada, y de la aplicación que se va dar al mortero. Como regla general conviene amasar el mortero con la mínima cantidad de agua, pues el exceso retrasa la fragua y deja poros en la masa al evaporarse. Como consecuencia de los vacíos que poseen tanto los aglomerantes como los agregados, el volumen resultante de las mezclas es inferior a la suma de los volúmenes de los componentes. Si se conocen los pesos específicos y densidades de los componentes de un mortero se puede determinar teóricamente el volumen resultante, de
acuerdo con la dosificación; pero en la práctica se prefiere trabajar con datos experimentales. MORTERO DE YESO No es muy usado porque la pasta de yeso admite poca arena como consecuencia de la debilidad de aquel material en su fragua. Las proporciones máximas que pueden emplearse son pues de 1:2 á 1:3. Además, como el fraguado del yeso es rápido, no da tiempo a amasarlo. El amasado se hace vertiendo el yeso sobre el agua dispuesta en una “batea”, mezclando rápidamente y procurando que no se formen burbujas. Se prepara a medida que se necesita, pues el yeso empieza a fraguar a los tres o cuatro minutos y termina a los quince o veinte. La pasta fraguada o endurecida no puede empleársele agregándole más agua, y debe ser desechada. A este yeso los albañiles le llaman “frío”. Loa morteros de yeso adquieren en un día la mitad de la resistencia que pueden tener en un mes, que se considera como el tiempo en el cual han llegado prácticamente el límite de su resistencia. La lechada de yeso, sólo sirve para blanqueos, debido a su poca resistencia. MORTERO DE C A L Dosificación.Las proporciones empleadas, en volumen, varían de 1 parte de pasta de cal por 2 a 4 de arena; siendo las más usadas de 1:3 y 1:31/2. Corrientemente se agrega la cal a la arena, en forma de pasta. Como orientación damos las cantidades de material empleados en la preparación de un mortero de cal de proporción 1:3. Cal Arena Mortero resultante
1.00 m.³ = 25 qq. de 46 kg. c/u. 3.00 m.³ 3.20 m.³
Preparación.Sobre una capa de pasta, de espesor uniforme, se Echa también en capas de igual espesor, la arena. Y se revuelve todo hasta
que el conjunto presente color uniforme; si es necesario se agrega más agua. Caracteres.La fragua del mortero se realiza lentamente, sobre todo si se lo ha empleado en capas gruesas; se ha observado que en ocasiones se han necesitado años para el endurecimiento total, o sea para la completa transformación de la cal hidratada en carbonato de calcio. En estos morteros, el exceso de pasta atrasa la fragua, aumenta la contracción, y las grietas consiguientes. De otro lado, el exceso de arena hace más acelerada la f ragua y proporciona un mortero difícil de trabajar con las herramientas de albañil. Las mejores arenas para los morteros de cal, son las de grano fino, anguloso y limpias. Resistencia.Depende principalmente de las cualidades de la cal y de la arena, influyendo también el cuidado con que ha sido preparado el mortero. El exceso de cal disminuye la resistencia del mortero a la compresión. Son causas, además, de disminución de esta resistencia: a) Un exceso de arena; b) La arcilla, limo y materiales similares; y c) Los aceites, ácidos, álcalis y material vegetal que pudiera contener el agua. Las siguientes cifras aproximadas, que se aceptan, para la resistencia del mortero de cal, proporción 1:3.
Resistencia a la tensión kg/cm². Resistencia a la compresión kg/cm².
1mes
6 meses
2.0 á 4.00 10.0 28.00
3.0 á 5.0 12.0 35.0
MORTERO DE CEMENTO PORTLAND Dosificación. La dosificación de la arena y el cemento, en este mortero, se puede hacer por uno de los métodos siguientes:
1°.- Por peso; 2°.- Por volúmenes conocidos de los envases de cemento (barriles o sacos) y volúmenes medidos de arena; y 3°.- Por volúmenes medidos de cemento y arenas. El mejor sistema de dosificación es el primero de los señalados; y es el que se emplea, de preferencia en los laboratorios. La objeción que se le hace es que la humedad de la arena puede falsear. La dosificación teórica; pero como esta humedad no pasa nunca del 5 % en peso, este es el error que se puede cometer. No se emplea en las obras, porque no es suficientemente práctico. El segundo método es el más usado en los trabajos, y es casi universal. Para emplearlo se aprovecha del volumen conocido de los barriles ó sacos de cemento. La arena da distintos volúmenes según la compacidad resultante de la operación de llenar las cajas medidoras, pudiéndose obtener variaciones hasta del 25%, en volumen; es por consiguiente importante que las cajas medidoras de arena se llenen siempre de la misma manera. El tercer método, es decir, cubicando el cemento y la arena, en cajas, es el menos recomendable. El cemento suelto se esponja bastante, y toma distintos grados de compacidad según la altura a que se le deja caer sobre la medida, como ya hemos manifestado al ocuparnos de la densidad de este material; la dosificación quedaría entonces por completo al cuidado de los obreros. La dosificación más usada en trabajos de albañilería, es de 1:2 a 1:6; morteros más ricos se usan sólo en enlucidos y en pocas ocasiones; morteros más pobres no se usan sino raras veces. Las cantidades de cemento y arena para producir 1,00 m³ de mortero, son los siguientes: Mortero 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
Cemento, bls. 6.37 4.18 3.07 2.41 1.99 1.70
Arena, m³ 0.70 0.90 1.00 1.05 1.08 1.12
Para producir 1.00 m³ de pasta, se necesitan 9.8 bls. de cemento.
Mezclado.La arena y el cemento se pueden mezclar a mano, por medio de lampas, o usando maquinas llamadas mezc1adoras, concreteras u hormigoneras. Conviene mezclar primero el cemento y la arena y agregar, después, el agua; a mezcla debe continuarse hasta que el conjunto o fresca un color uniforme. El mortero deberá usarse antes de que se haya iniciado el fraguado; no deberá emplearse mortero cuya fragua inicial haya terminado. Caracteres.La resistencia del mortero depende: a) de la proporción de cemento empleado; b) del tamaño de los granos de arena y de su graduación; c) de la cantidad de agua usada; y d) del grado de compacidad obtenido en la manipulación. En términos generales se puede decir que la resistencia del mortero depende: 1° de la cantidad de cemento por unidad de volumen; y 2° de su densidad. En cuanto a la influencia de la arena, se pueden puntualizar lo siguiente. 1.- Cuando la arena está debidamente graduada, es decir, cuando sus granos son de diferentes dimensiones, ofrece el menor volumen de vacíos y proporcionara el mortero más denso; condición que se obtiene con la presencia de una cantidad de granos gruesos en la arena. 2.- Con el mínimo porcentaje de vacíos se producirá un mortero más resistente, empleando arena de granos de superficie angulosa y granos gruesos, que si la arena fuera de granos redondeados y finos. 3.- Por último, de dos arenas que tienen el mismo porcentaje de vacíos, proporcionará mejor mortero, en cuanto a densidad y resistencia, la arena gruesa porque para un determinado volumen de mezcla, se tendrá menos vacíos. El agua produce la siguiente acción: El exceso de agua ejerce las siguientes influencias:
a) aumenta el tiempo de f ragua; b) disminuye la resistencia; teniendo mayor influencia en los ensayos a corto plazo que en los de largo plazo; c) aumenta la cantidad de lechada, en la superficie libre del mortero; d) aumenta la dificultad de trabazón entre un mortero viejo y uno nuevo; y e) tiende a producir la separación de la arena, del cemento. El defecto de agua produce por el contrario: a) acortamiento en el tiempo de fragua; b) incremento de la porosidad, y por consiguiente decrecimiento de la impermeabilidad; y c) decrecimiento de la resistencia. Peso del mortero.De proporción:
1:1 1:3 1:4
2,320 kg/m³ 2,240 2,210
Resistencia a la tensión.En condiciones normales esta resistencia aumenta muy rápidamente durante los primeros días; pero la proporción de este incremento disminuye también con rapidez. A los 7 días, la resistencia es casi la mitad o las dos terceras partes de la resistencia máxima, que se produce a los tres meses. En los laboratorios esta resistencia se ensaya por maquinas especiales que se definen como balanzas de dos palancas. Las pruebas se hacen con briquetas o probetas en forma de ocho, y de dimensiones reglamentarias. Para los ensayos, según las normas norteamericanas, las probetas en su parte más delgada tiene una sección transversal de 1” x 1”. A continuación se dan los índices exigidos para morteros 1:3, con arena de Ottawa, tanto en los standard norteamericanos, como los obtenidos con el cemento ”Sol”. Debiéndose advertir que las
resistencias indicadas corresponden a esfuerzos de rotura. Conviene también decir que en los tiempos dados se considera que el primer día, las probetas se conservaran en aire húmedo, y los restantes sumergidas en agua potable, para las obras corrientes, y en agua de mar, para los trabajos marítimos. standard Resistencia a la tensión en 7 días Resistencia a la tensión en 28 días
Cem. “Sol”
14 kg/cm³ 21 kg/cm³
19 kg/cm³ 26 kg/cm³
Resistencia a la compresiónUn mortero que es bastante resistente a la tensión, también lo es a la compresión; pero la relación entre una y otra resistencia no es constante para todos los morteros. En los laboratorios los ensayos se hacen por medio de prensas, generalmente hidráulicas, con las cuales se someten a compresión las muestras, que casi siempre son cilindros de 2” de diámetro, y 4” de a1tura. Las siguientes son las resistencias a la compresión que se especifican para morteros 1:3, preparados con arena normal de Ottawa: Muestras conservadas 1 día en aire húmedo y 6 días en agua pura Muestras conservadas 1 día en aire húmedo y 27 días en agua pura
85 kg/cm² 140 kg/cm²
Las mezclas más usadas para sentar ladrillos son: Para muros resistentes, o sean portantes de carpas para muros de rellenos, o para cercos
1:5 1:6
En cuanto a los acabados con morteros de cemento-arena, tienen generalmente los siguientes espesores, los mismos que se usan en la preparación de presupuestos: Tarrajeos: sobre muros ‘de bloques Parva Domus Sobre muros ladrillos corrientes Enlucidos: sobre tarrajeos
10 mm. 15mm. 5 mm.
MORTEROS BASTARDOS Definición.Como ya hemos dicho, cuando en el mortero se usa más de un aglomerante, aquel recibe el nombre de mortero bastardo; denominación originada porque la adición del segundo aglomerante casi siempre tiene por objeto economizar el titular, que es más, costoso. Morteros bastardos con yeso.Se obtienen mezclando el yeso con cal y arena. Se emplean sólo en empastados, enlucidos y tarrajeados. Un empastado que, de acuerdo con las definiciones dadas, debe ser tildado de áspero, se obtiene usando las siguientes proporciones: Para paredes Para cielo-rasos
Yeso 1 2
Cal 3 3
Arena 1 1
En tarrajeos se emplea la siguiente proporción: Yeso 1 En todos los casos se usa arena fina.
Cal 3
Arena 4-1/2
Morteros bastardos de cemento Port1and.Contienen como aglomerantes cemento y cal. La cal agregada en pequeña proporción hace el mortero más denso y también más suave y trabaja1ble con las herramientas de albañil. El mortero bastardo es más resistente que el normal de cal sola. Y con respecto al normal de cemento solo, es más débil; pero como ya hemos apuntado, más plástico e impermeable. Las proporciones usadas varían entre una parte de cemento, 1/2 a 2 partes de cal, y 5 a 6 partes de arenas. Entre estas proporciones la experiencia muestra que la más resistente de 1:1:6, representando 6 el volumen de arena. En Lima, para asentar ladrillos se han empleado, con buenos resultados, las proporciones siguientes:
En muros no sobrecargados
1:1:6
(cal-cemento-
En muros con sobrecarga
1/5:1:3
(cal-cemento-
arena) arena) Mencionaremos, para que se pueda establecer comparación, que la proporción más popular en Lima para el uso indicado, en mortero de cemento y arena, es la de 1:5. Estas recomendaciones se refieren a la cal corriente de obra; pero actualmente se encuentra en el mercado de Lima una cal hidráulica que para usarse no necesita “podrirse”, remojarse o hidratarse; se vende en sacos de 2 pies cúbicos, o de un peso de 30 kg. Este producto se recomienda emplearlo en las siguientes proporciones en volúmenes (cemento, cal, arena). Para argamasa o “mezcla” para asentar ladrillos o piedras: 1:1:10 1:2:12
con 3.7 vol. De agua se obtiene en total con 4.6 vol. De agua se obtiene en total
10.5 vol. 12.9 vol.
Para enlucidos: 1:2:15 con 5.5
vol. De agua se obtiene en total
15.75 vol.
CONCRETO DE CEMENTO PORTLAND Definiciones.Concreto simple es la piedra artificial formada por la mezcla, por vía húmeda, de cemento Portland, agregado fino y agregado grueso. Concreto armado es el concreto simple con refuerzo metálico, el cual está constituido en la generalidad de las veces por barras de acero. También se le llama cemento armado, hormigón armado y betún armado. Concreto ciclópeo es aquel que lleva fuerte proporción de piedra grande, cuyas dimensiones varían entre 0.10 y 0.50 m. en su diámetro. Esta piedra alcanza a veces a ser el 50 % de la masa total, en volumen. De los agregados.-
A lo ya dicho en las páginas anteriores vamos a añadir las notas siguientes, que completan y reafirman lo ya establecido. Agregado fino.La experiencia ha mostrado que para preparar concreto, las mejores proporciones granulométricas son las siguientes: Peso Peso Peso Peso Peso
del del del del del
material, material, material, material, material,
que que que que que
pasa pasa pasa pasa pasa
la la la la la
malla malla malla malla malla
3/8” Nº 4: Nº 16: Nº 50: Nº 100:
95 al 45 10 2
100% 100 80 30 10
Esto en cuanto a la arena en si misma, porque en su relación con los dos agregados, fino y grueso, generalmente se prescribe en las especificaciones que el peso del material que pasa la malla Nº 4, 6 sea el agregado fino, no será menor que el 30%, ni mayor que el 50% del peso de los dos agregados. Agregado grueso.- En concreto para edificaciones, el agregado grueso podrá consistir en piedra triturada, grava, escoria de altos hornos u otro material inerte de características que ya hemos estudiado. En calzadas de concreto sólo podrá usarse piedra partida, grava o una mezcla de estos materiales, En este uso, todo e1 agregado deberá pasar criba de 3”, y el 90% criba de 2”. En todos loa casos, peso no mayor del 10% de agregado grueso, pasará la malla 1/4”. El Agua,Deberá usarse de preferencia agua potable. las siguientes clases.
Son dañinas
1.- Las que contienen las impurezas anotadas en las arenas y gravas ; 2.- Las aguas de lluvia, que son ácidas y de un ph inferior a 7, por lo cual disuelven la cal; 3.- Las que contengan cloruros sádicos o magnésicos en proporción superior al 1 %. El Mg origina dilatación en la fragua, ó sea que le quita firmeza al cemento; 4.- Las aguas selenitosas o yesosas, que contengan más del 0,3% de so3, que también perjudica la firmeza o invariabilidad del cemento al fraguar; 5.- Las aguas estancadas, que casi siempre tienen apreciable proporción de materia orgánica, la cual es muy perjudicial
porque hace el concreto poroso por los gases que despide al descomponerse; 6- Las aguas calientes. La temperatura superior a 30º acelera la fragua, sobre todo en los cementos hidráulicos; y 7. - Las aguas muy frías, que retardan la fragua del cemento y pueden llegar a detenerla. Dosificación. Son varios los métodos que se siguen para medir los volúmenes de los ingredientes sólidos que forman el concreto; revisando nosotros sólo los más usados. En todos ellos imperan los dos principios fundamentales siguientes: 1°.- Son dos volúmenes iguales de concreto y los dos con el mismo porcentaje de cemento, será más resistente y más impermeable el que tenga mayor densidad; y 2°.- Sean dos volúmenes iguales de concreto, con iguales condiciones de preparación de los agregados, será más resistente y más impermeable el de mayor porcentaje de cemento. Estos dos postulados se expresan gráficamente en los dibujos adjuntos. 1.- Método de las proporciones arbitrarias.- Se basa en el empleo de una dosificación sancionada por la experiencia como la más apropiada, técnica y económicamente, para el objeto que se persigue. El modus operandi consiste en medir por volúmenes, separadamente, cada uno de los agregados, y adicionarle la proporción prefijada de cemento, por barriles. Las dosificaciones usuales y los trabajos para los cuales se recomiendan, son las siguientes: 1:1:2 Mezcla muy rica en cemento, usada solamente cuando se desea resistencia excepcional, o gran impermeabilidad
1:1-1/2:3 Mezcla menos rica que la anterior, y empleada para los mismos fines. 1:2:4 Mezcla buena, usada frecuentemente en estructuras de concreto armado, y en cimentaciones sujetas a vibraciones; también en calzadas de concreto desnudo. 1:2-1/2:5 Mezcla mediana, usada en pisos, muros de sostenimiento, estribos de puentes y obras similares. 1:3:6 Mezcla pobre, empleada en masas estructurales no sujetas a cargas elevadas; también en calzadas de concreto con cubierta asfáltica. 1:4:8 Mezcla muy pobre, empleada solamente en rellenos de concreto o masas de carácter secundario. Los volúmenes de los materiales necesarios para preparar un volumen requerido de concreto, se pueden determinar de dos maneras: usando las Tablas que traen los Manuales y que están basadas en datos experimentales, o empleando f6rmulas empíricas. La siguiente Tabla es una de las más conocidas entre nosotros: Materiales necesarios para preparar 1.00 m³ Proporción cemento arena bls. m³ 1:1:2 l:l-l/2:3 1:2:4 1:2-1/2:5 1:3:6 1:4:8
3.60 2.62 2.09 1.70 1.44 1.10
0.39 0.42 0.45 0.46 0.46 0.48
de concreto piedra m³ 0.78 0.85 0.90 0.91 0.93 0.96
También se pueden determinar los ingredientes necesarios para preparar un volumen determinado de concreto por medio de las siguientes fórmulas, que son igualmente de origen experimental: 1.55 C Vol. de cemento C A P 1.55 C Vol. de arena C A P
1.55 P Vol. de piedra C A P
En estas fórmulas, C, A y P, representan, respectivamente, el cemento, la arena y la piedra, expresados en volúmenes. También con el mismo objeto se usan las expresiones llamadas de Fuller: 14.4 C C A P
en la que C nos da el numero de barriles de cemento; así para 1:2:4 14.4 C 2.01 barriles de cemento 1 2 4
con este valor se calculan 1o vo1úmenes de arena y piedra: A = 0.106 x C x A A = 0.106 x 2 x 2 = 0.424 m³ P = 0.106 x C x P
P = 0.106 x 2 x 4 = 0.848 m³
En otros países que el nuestro, se acostumbra especificar el cemento en kg/m³ de concreto. Las relaciones más comunes entre uno y otro sistema, son las siguientes: 350 kg de cemento por m³ de concreto = 300 kg de cemento por m³ de concreto
1:2:4 = 1:2-
1/2:5 250 kg de cemento por m³ de concreto 200 kg de cemento por m³ de concreto
= =
1:3:6 1:3:7
2.- Dosificación por ensayo de vo1umen.a) Por mínimo de vacíos.- Este método tiene dos variantes, pues determinación de los vacíos puede hacerse sólo en el agregado grueso, o en los dos agregados. El volumen de cemento por emplear deberá ser el de los vacíos. En ambos casos la determinación de los vacíos se realiza vertiendo agua en una muestra y anotando la cantidad de agua “absorbida” por aquella. También se pueden obtener los vacíos analíticamente, conociendo la densidad y el peso específico del agregado analizado. Además del volumen de vacíos así determinado, es necesario agregar a la mezcla un pequeño exceso de cemento, que la experiencia aconseja, para facilitar su manipulación. El
comportamiento ó “acomodo” de los agregados es también variable con la presencia del agua. Este método no es rigurosamente exacto y no representa ventaja apreciable sobre el de las proporciones arbitrarias. b) Por máxima densidad.- Consiste en pesar cuidadosamente determinadas cantidades de los ingredientes, y mezclarlas con un volumen fijo de agua, vertiendo el todo en un cilindro metálico. Se mide el volumen que ocupa la mezcla, deslizando una tapa dentro del cilindro. Se hacen varios ensayos cambiando las proporciones de los ingredientes; pero siempre con el mismo volumen de agua. La dosificación que da el menor volumen, para aproximadamente el mismo peso total de los ingredientes, es la de mayor densidad; pero casi siempre resulta poco conveniente para su manipulación, porque la experiencia muestra que tiene un acentuado porcentaje de agregado grueso; se recomienda entonces añadir un poco de arena; la mezcla pierde con ello algo de fortaleza y compacidad, pero se facilita sus labores. Este método tiene la ventaja de que el ensayo puede realizarse en el campo. Se indica procurar que la arena esté razonablemente seca a fin de no cometer un error volumétrico. 3.- Dosificación por ensayos granulométricos.a) Por curvas de máxima densidad.- Es un método bastante bueno y exacto. Consiste en realizar un análisis granulométrico de cada uno de los agregados y dibujar las curvas respectivas. Estas curvas se trazan por medio de coordenadas que representan los porcentajes de agregados que pasan las cribas; y por abscisas que figuran las dimensiones de las cribas. Por medio de estas curvas, y en caso necesario agregando el material que faltara, se puede obtener un agregado mixto que da una curva de máxima densidad, ósea que se aproxima a la curva ideal. La curva ideal llamada a veces curva de Fuller, esta formada por un segmento elíptico y una línea recta; la línea recta esta trazada desde la coordenada que representa el lOO% de agregados, a ser tangente a la elipse por el otro extremo. La coordenada en este
punto de tangencia es igual al 33% de los agregados, y la abscisa en ese punto es el 1/10 de la dimensión máxima del agregado grueso, La curva elíptica se dibuja entre el punto de tangencia y el origen de coordenadas. b) Dosificación por el módulo de finura.- Es el método más científico de todos los reseñados. Se le llama también método de Abrams, y método de la relación agua-cemento. Está basado en los tres postulados siguientes: 1) a igualdad de otras circunstancias la resistencia del concreto depende de la relación del volumen de agua al volumen de cemento; 2) los agregados que poseen el mismo módulo de finura, producirán concretos do igual resistencia, con tal de que tales agregados no sean muy gruesos; y 3) existe una estrecha relación entre el tamaño y la graduación de los agregados (apreciada por el módulo de finura), la resistencia obtenida, y la cantidad de agua. Módulos de finura, son las cifras obtenidas de dividir los porcentajes de material retenidos en las mallas, por 100. Estos porcentajes son para los distintos agregados, los siguientes: Agregado fino: Mallas 100, 50, 30, 16, 8 y 4 Agregado grueso: Mallas 4 3/8”, 3/4” y 1-1/2”, y se agrega la cantidad 500 Agregado mixto: Todos los porcentajes retenidos. Como ejemplo damos los módulos de finura de los agregados mostrados en el diagrama adjunto. En todos estos análisis granulométricos, cada malla tiene un número de vacíos prácticamente doble de la precedente. Para trabajos usuales, los límites prácticos de los módulos de finura son los siguientes: Agregados finos 2.00 á 4.00 Agregados gruesos 5.50 á 8,00 Agregados mixtos 4.00 á 7,00 Los módulos de finura sirven para regular la cantidad de agua que se debe usar en las mezclas. A continuación se da una tabla con el número de galones de agua por saco de cemento necesario para obtener la consistencia denominada 1.00. Esta tabla es sólo un ejemplo de los datos tabulados, muy completos, que se pueden consultar en los tratados especiales. Está calculada, como se ha dicho, para una consistencia 1,00; para otras consistencias se debe multiplicar la cantidad de galones de agua por saco de cemento, por la cifra de la consistencia deseada.
Modulo de finura proporc. 1:9 4.00 5.00 6.00 7.00
proporc. 1:6 8.9gln. 7.7 8.8 6.2
12.0 gln. 10.2 9.0 7.9
La consistencia 1.00 es tan baja que se puede considerar como la limite para los trabajos de concreto, y exige el pisoneado de la masa. En concreto simple se prescribe consistencia 1.10, y en concreto armado, 1.20. Para la aplicación de este método se usan también diagramas, de los cuales damos un modelo. También se define la consistencia de la mezcla 1.0 caracterizándola por la prueba de revenimiento que debe acusar de 1/2 a 1”. En cuanto a la relación de agua-cemento 1:1 equivale a 7.5 gln. de agua por bolsa de cemento, expresndo1a en vo1úmenes.
c) Método de las áreas.- Se basa en dos principios: 1) que la cantidad de cemento debe estar en relación con el área de la superficie de los agregados; y 2) en la consistencia de mezcla. El
método consiste en practicar, primero, un análisis granulométrico de los agregados; determinar, en promedio, el número de partículas de cada dimensión; considerar los granos como esferas, cubos ó para1elepípedos, en proporciones de acuerdo con sus caracteres; y determinan así las áreas de las superficies de los granos. Estas áreas darán la cantidad cemento Y agua por emplear. En los laboratorios, Todas las operaciones indicadas se Facilitan con el empleo de tablas,Gráficos y diagramas. Algunas propiedades del concreto Efectos de las impurezas.- Se disminuye la resistencia del concreto: 1°.- Empleando arenas micáceas; y 2°., Usando agregados que contengan arcillas, tierras y fangos. En concretos pobres, sin embargo, pequeñas proporciones de arcilla, pero siempre inferiores a 10%, son beneficiosas. Son dañinos al concreto: 1º.- Las materias orgánicas, aún en cantidades tan pequeñas como en proporción de 1:1,000; 2°.- La cal viva; 3°.- Las grasas y aceites. Efectos de algunos agentes físicos.- El concreto soporta el fuego mejor que el ladrillo corriente, la piedra, La pizarra y la terracota. La acción de los ácidos sobre el concreto es la misma que sobre los otros materiales de construcción similares. Las grasas y aceites no ejercen acción sobre el concreto endurecido, sobre todo si éste presenta una superficie pulida.
Prácticamente el agua de mar no ataca el concretó de buena calidad. Sin embargo a veces se observan muros o construcciones de concreto que han sido afectadas; pero esto se debe a que se han empleado mezclas pobres, mal batidas o mal dosificadas. Como la acción del mar se ejerce principalmente en las líneas de mareas, en estas zonas las estructuras se defienden con enlucidos de proporción rica. Se acepta que el elemento activo sobre el concreto es el sulfato de magnesia que contienen las aguas del mar. Los álcalis ejercen acción desgregadora sobre el concreto. Por esta razón los agregados que contienen álcalis están prescritos. Coeficiente de dilatación.- El coeficiente de dilatación térmico del concreto es 0.00001, y el del acero 0,00001; tomándose el valor de 0.00001 para el conjunto de concreto y armaduras, en estructuras que no están sujetas a grandes temperaturas. La temperatura ambiente.- Para que la fragua del concreto se realice en condiciones perfectas, no debe prepararse a más de 40º, como límite de la temperatura ambiente, cuando se trata de cemento Portland, porque este límite disminuye a 35°, cuando se usan cementos aluminosos, ya que sabemos que estos fraguan con reacción exotérmica muy apreciable. Como temperatura baja, el límite aceptado para la preparación del concreto, es de 2°. Con temperaturas inferiores se produce la helada del concreto. Se puede bajar la temperatura de helada del concreto, agregándole cloruro de sodio al agua de la mezcla; pero se hace necesario añadir 1.8% de NaC1, del peso del concreto, para obtener un descenso de 1° en esa temperatura; debiendo advertirse que no es conveniente. agregar sino una proporción de 8 a 10% de cloruro de sodio, porque esta adición disminuye notablemente la resistencia del concretos El agua de mezcla.El agua en el concreto ejerce las siguientes funciones: 1°,- Reacciona sobre el cemento y desarrolla en el su función de aglomerante; 2°.- Ayuda a distribuir el cemento sobre la superficie de los agregados; 3°.- Actúa como un lubricante entre las partículas de los agregados; y 4°.- Ocupa volumen en la mezcla.
Es sumamente importante emplear la cantidad de agua correcta en la preparación del concreto, porque si se emplea con abundancia se retarda la fragua, se obtiene un concreto menos resistente por la formación de gran cantidad de lechada y se tiende a separar los componentes; con respecto a la resistencia, se acepta que un exceso de 15% en el volumen de agua más de lo conveniente significa lo mismo, en cuanto al debilitamiento de la mezcla, que si se redujera la proporción de cemento en un tercio. De otro lado, si se emplea poca agua se corre el riesgo de que no todo el cemento se hidrate, se produce un concreto más poroso o sea menos denso, y se dificulta la penetración del concreto, uniformemente, en todos los sectores de las estructuras. Las cifras siguientes tomadas del Reglamento Peruano para el uso de Concreto, dan la relación que existe entre el volumen de agua empleada en una mezcla y sus resistencias a la compresión. Por saco de cemento
Resist.a la comp.: 28
días 7.50 gln. de agua 6.75 6.00 5.00
140 kg/cm². 175 210 265
Ensayo practico de la consistencia de la mezcla.- Para comprobar y regular la cantidad de agua puesta en la mezcla se puede hacer el ensayo del cono de Abrams, que consiste en un molde metálico de forma troncocónica, de las dimensiones de la figura, y compuesto de dos piezas que se pueden separar. Se coloca el cono sobre una superficie no absorbente de agua, y lo más próxima posible al punto de descarga de la mezcladora de concreto. Se le llena hasta una cuarta parte de su altura, y se le da a esta capa de material unos 20 a 30 golpes con una varilla puntiaguda, de madera, y de 1 cm. de diámetro, y se procede de la misma manera con tres capas sucesivas; o sea hasta llenar el cono. Inmediatamente después de agitada la última capa, se levanta el molde y se observa el asentamiento que sufre el cono de concreto moldeado, en comparación con el molde metálico. Los asentamientos deben estar entre los siguientes límites: Concretos para estructuras macizas, Pavimentos y veredas: 2.5
á
10.0 cm.
Concreto para muros gruesos: Concreto para tabiques, columnas y losas: 10.0
7,5 á
á
15,0 cm.
20.0 cm.
Al descenso que sufre el cono de concreto, se le llama revenimiento, y también al ensayo, prueba de revenimiento (slump test). Se determina igualmente la consistencia o docilidad de las mezclas con el decilímetro , que es una masa metálica en forma ,de casquete esférico. De dimensiones Colocado el docilimetro sobre el concreto, vertido en un recipiente conveniente, se su mayor o menor descenso en la masa, apreciando este hundimiento por medio de unas marcas que lleva el decilímetro. Sustancias extrañas para mejorar el concreto.Existen en el mercado muchos productos, amparados por patentes, que agregados al concreto mejoran su plasticidad, o sea que reemplazan el exceso de agua que tantos inconvenientes tiene, como se ha visto anteriormente. Con estas adiciones, se pueden obtener concretos más densos y por consiguiente impermeables. Todos aquellos productos actúan llenando los vacíos de cemento, reemplazando o expeliendo de ellos el agua de mezcla. Los granos de cemento en presencia del agua tienden a flocularse y los distintos materiales referidos, contribuyen a la dispersión del cemento, por lo que se les llama “sustancias dispersantes”. Para tal objeto se usan la cal hidratada, tierras refractarias, feldespatos, sílice, soluciones de alumbre y jabón, cloruro de calcio, emulsiones de aceite, puzolanas, etc. Pero en general se recomienda no abusar en el empleo de estas sustancias, porque muchas de ellas debilitan la resistencia final del concreto, desde que son materiales inertes. Igualmente, se encuentran muchos productos industriales que se emplean como aceleradores de fragua, y otros, como retardadores. Resistencias del concreto.Los ensayos de resistencia del concreto se realizan, principalmente a los esfuerzos de tensión y de compresión.
Los de tensión se llevan a cabo sometiendo una viga de Sección apropiada y apoyada en sus extremos, a una carga central ó a dos equidistantes del centro, como si se tratara de un ensayo a la flexión. La prueba se lleva hasta la rotura aumentando progresivamente la carga o las dos cargas. Determinadas estas cargas, por medio de fórmulas conocidas es fácil calcular la resistencia buscada. Las probetas para ensayo de compresión son cilindros ó cubos, de dimensiones establecidas de acuerdo con el tamaño del agregado grueso. Estas probetas se retiran de los moldes a las 24horas de fabricadas, y se ensayan en los tiempos indicados en el cuadro siguiente; pero durante el tiempo de espera la probeta debe estar a unos 21° de temperatura. Las pruebas se practican en maquinas de diseño apropiado que permiten aumentar progresivamente la compresión. En los tratados de especialidad se pueden consultar fórmulas que ligan las resistencias a la compresión entre 7 y 28 días, ya que en ocasiones no es posible, por necesidades del trabajo esperar este último plazo. Resistencias a la compresión sobre cubos de 0.30 m. Mezcla 1:2:4 1:2:4
7 días 110 kg/cm² 2 kg/cm²
1 mes 169 kg/ cm² 152 kg/cm²
3 meses 204kg/ cm² 177 kg/cm²
6 meses 269kg/ cm² 217 kg/cm²
Resistencia a la tension 1:2:4 1:3:6
12.3 8.8
á á
19.3 kg/cm² 14.1 kg/cm²
Las resistencias indicadas corresponden a ensayos llevados hasta la rotura. CONCRETOS DE AIRE INCORPARODO Definicion y objeto del aire incorporado.Por el año de 1930 se descubrió, en EE. UU, que un pequeño volumen de aire introducido “químicamente” en el concreto de cemento portland, le daba una ostensible mayor resistencia a las heladas y deshielos. Pronto se comprobó que este aire estaba formado por minúsculas burbujas de forma esférica y de diámetro que variaban de l0 a 1 000 microns, estables y no coalescentes, es decir que no producían ligamento entre los elementos del concreto sino que resbalaban entre ellos, comparándoseles a billas de un cojinete y
desempeñando, en consecuencia, componentes de la mezcla.
papel
deslizante
entre
los
Como resultado de este efecto, el concreto se vuelve mas fluido, mejorando su trabajabilidad, lo que permite reducir el volumen de agua, y como los esferoides de aire incorporado desarrollan una alta tensión superficial conservando su aislamiento y cambiando de forma, permiten también reducir la cantidad de arena. También como un fenómeno resultante de la incorporación del aire se tiene la disminución de la exudación del agua de mezcla, que es la que provoca la formación de canales capilares que causan la permeabilidad del concreto y su debilidad a la acción de las heladas y a la agresividad de las aguas superficiales. Se ha comprobado que las mejores proporciones de aire incorporado son las de 3 a 6 %, en relación al volumen de concreto. Si se sobrepasara el límite de 6% se disminuye notablemente la resistencia del concreto, convirtiéndolo en el calificado como poroso. De todos modos, se deberá tener en cuenta al diseñar una mezcla, que el aire incorporado baja la resistencia del concreto normal en proporción que aumenta con la pobreza de la mezcla. Conviene aclarar que el aire que por acción natural se encuentra dentro de la mezcla, y que ha sido llamado atrapado, no forma parte del incorporado que se desarrolla, como ya hemos dicho, artificialmente. Agentes incorporados de aire.En el día se encuentran en el mercado industrial diversos materiales capaces de producir aire incorporado, y que se denominan agentes espumígenos; pero ellos se pueden agrupar, según la forma como llegan al constructor, en sólidos y líquidos. Al primero pertenece la llamada Resina Vinzol manufacturado por la fábrica de explosivos Hércules, y que consiste principalmente en una sustancia en forma de polvo, que contiene hidrocarburos de petróleo y una fracción alquitranes insolubles e hidrocarburos extraídos de la madera de pino. Entre el segundo grupo de agentes se puede mencionar el llamado “Darex AEA”, que es un líquido de color pardo oscuro que contiene sales de triatonolamina y un hidrocarburo sulfatado. Se están fabricando también, actualmente, cementos a los cuales su productor le ha incorporado ya el agente espumígeno; operación que se realiza al moler el clinker, Estos cementos son
empleados principalmente en la construcción de calzadas y pisos que van a estar a la intemperie. CONCRETOS LIVIANOS El concreto liviano o de baja densidad se emplea en la fabricación de blocks o planchas en los que se desea obtener poco peso. Produce también un material térmico y acústico; es decir que originan ambientes abrigados en invierno y frescos en el verano; y que no dan motivo a reverberación del sonido o a la formación de ecos. La liviandad de estos concretos se obtiene usando áridos de baja densidad, o echando en la mezcla productos qué crean gases o espumas que aumentan notablemente su porosidad. Entre los áridos usados para este objeto se tiene la piedra pómez natural y las cenizas de carbón de piedra o antracitas. En los segundos la formación de celdas o burbujas en la masa del concreto se pueden obtener, por ejemplo, por desprendimiento de hidrógeno nacienta en la masa, mediante polvo de aluminio finamente dividido que se incorpora en la mezcla y que al contacto con el agua y los componentes básicos del cemento produce el desprendimiento buscado del hidrógeno. También se obtiene oxígeno naciento, con el mismo objeto, empleando una solución Jabonosa a la que se agrega agua oxigenada e hipoclorito de calcio. LOSETAS - BALDOSAS - MOSAICOS Definición.Son elementos planos, de espesor reducido en comparación con sus otras dimensiones, fabricados de mortero de cemento Portland, o de concretos del mismo cemento, que se emplean para el revestimiento de pisos, y también de muros. Clasificaciones y denominaciones.Losetas, aquellas cuya superficie tiene el color natural del cemento Portland, Cuando el tamaño es mayor que el usual de 20x20 cm., se denominan baldosas. Losetas de color, cuando la coloración de la superficie es uniforme y producida por un pigmento colorante, que es siempre de origen mineral. Pueden ser también blancas, obtenidas fabricándolas con cemento blanco tipo Portland.
Mosaicos, son aquellas que presentan un dibujo coloreado en varios tonos, o combinación de colores en la misma pieza. Venecianas, que son las que presentan su superficie formada por trozos de mármoles cementados en la masa de la pasta superficial de la loseta. Zócalos, las piezas que se usan para el revestimiento de la parte inferior de los muros. Cuando el zócalo está formado por una simple hilera de losetas, éstas presentan uno de sus cantos moldurado y el cual se coloca hacia la parte superior. Dimensiones.Usualmente las más pequeñas son de 10 x 10 cm. y las más grandes, de 40 x 40 cm. Se fabrican cuadradas, exagonales, y con ángulos ochavados. Las hexagonales siempre de diámetros pequeños, de 11 x 15 cm.; y las de ángulos ochavados de 40 x 40 cm. El espesor de las 10 x 10 y de 20 x 20 es de 2 cm.; de las de 25 x 25, de 2.5 cm. y de las de 40 x 40, de 4 cm. Descripción. Las losetas se componen de tres capas que, de abajo hacia arriba, son: 1) la base, formada por mortero de cemento, 1:3 a 1:5; 2) una capa denominada secante, constituida por polvo de ladrillo o arena artificial, de 12 mm. de espesor; y 3) la pasta o capa superficial que está compuesta según los casos por mortero de arena fina de cemento gris o de cemento blanco, polvo de cuarzo, trozos de mármoles de colores, pigmentos colorantes, etc. En el caso de losetas venecianas se emplea, por ejemplo: 1 1/2 1/2
parte de cemento blanco; parte de polvo de mármol; parte de grano de mármol,
La superficie inferior de la loseta, o sea aquella que a quedar en contacto con la mezcla de asiento, se hace rugosa con el objeto de asegurar y favorecer la persistencia de la colocación; algunos fabricantes aprovechan esta necesidad para imprimir, generalmente en bajo relieve, la marca de fábrica o a1gun otro distintivo industrial. Fabricación.-
Las tres capas que componen las losetas se colocan en el orden respectivo, en moldes metálicos que son sometidos a prensados en máquinas de diseño especial y que son verdaderas prensas. La presión se ejerce a brazo, por medio de tornillos, o valiéndose de prensas hidráulicas, de aire comprimido, etc. Las mezclas se colocan sólo ligeramente húmedas. Moldeadas así las losetas deben fraguar en agua, por lo menos 48 horas, no debiendo emplearse sino después de este plazo mínimo; pero como resultan muy frágiles se recomienda usarlas, por lo menos, siete días después de acabadas,
LOSETONES DE CONCRETO Se denominan así a losas de concretó prefabricadas, es decir, moldeadas en el taller, de dimensiones apreciables, pues se les hace hasta de 1.00 x 1.00 m., empleadas para revestimientos de pisos, especialmente de veredas. Se componen de mezclas de concreto ricas, 1:5 y 1:6, enlucidas con mortero de cemento, en la superficie visible y acabada con estrías o puntos, que se marcan con rodillos especiales de bronce. Los espesores de los losetones varían entre 7 y 10 cm. BLOQUES_DE CONCRETO Definición.Se llaman así paralelepípedos de concreto, usados casi siempre cómo rellenos en muros o techos Los bloques están formados por celdillas y tabiques, o se que son “huecos” como se les denomina usua1mente. Composición. – La mezcla mas pobre permitida es la de 1:3:4; pero cuando se hacen los bloques de mortero simplemente, entonces la proporción más usual es la de 1:4. Fabricación.Los bloques se manufacturan por tres métodos principales: 1.- Pisoneado en seco.Aunque los ingredientes del concreto no esta completamente secos, el sistema lleva esta denominación, porque
la mezcla se hace con muy pequeña cantidad de agua. Llenados los moldes con la mezcla, se les apisona prolija y enérgicamente con unas varillas metálicas de extremo ensanchado; pisoneado que se puede realizar a mano o a maquina. 2.-Moldeado a presión.La mezcla se hace de la misma consistencia que en el método anterior, Después de colocada en los moldes es sometida a presión por medio de palancas movidas a mano, por aire comprimido, o por acción hidráulica. 3.- Moldeado prefabricado.- La mezcla se prepara con suficiente cantidad de agua para darle fluidez apreciable. Echada en los moldes es necesario esperar que el concreto fragüe para que se pueda retirar el bloque. Esta última circunstancia diferencia sustancialmente este método de los anteriores, en los cuales el bloque se saca del molde inmediatamente después de pisoneado o prensado. En los tres métodos, después de retirados los bloques de los moldes, es necesario proceder a su cura, es decir, algún procedimiento que permita el endurecimiento con fraguado uniforme del bloque. La cura de los bloques se puede hacer por aspersión de agua fresca, o manteniéndolos en una atmósfera saturada de vapor. Es suficiente en este último caso, una temperatura de 40 a 50°, y un tiempo de 48 horas; pero es necesario tenerlos en almacén por lo menos 8 días antes de que puedan ser usados. Los bloques Parva Domus, tan conocidos en Lima, pertenecen a este tipo de material. Se fabrican en tres clases principales para techos de concreto aligerado, para tabiques, y para muros. Los bloques para techos aligerados llevan los huecos en dirección horizontal; los que se usan en tabiques y muros, llevan los huecos en sentido vertical. Son moldeados a presión. TUBOS CEMENTO Y DE CONCRETO Definiciones. – Se denominan tubos de cemento a los de pequeño diámetro, manufacturados en el taller, o sea pre-fabricados. Tubos de concreto, son aquellos que se construyen in-situ, es decir que se moldean en el emplazamiento donde van a quedar definitivamente. Tanto los tubos de cemento cuanto los de concreto pueden ser simples, o llevar refuerzo metálico, en cuyo caso se llaman armados. En este Curso se trata sólo de los tubos de cemento. Empleo.-
Se usan en Ingeniería Sanitaria, en las redes de agua y desagüe, ventilación de desagües, etc.; en Irrigación, para la construcción de drenajes; en Caminos y Ferrocarriles, para la ejecución de alcantarillas, etc. Todas estas aplicaciones se revisan en los Cursos respectivos. Fabricaci6n.Los tubos de cemento se manufacturan por tres sistemas: 1° Por pisoneo.El procedimiento consiste en echar mortero de cemento ligeramente húmedo, dentro de un molde metálico constituido por dos cilindros concéntricos, y pisonear la mezcla cuidadosa y enérgicamente. El mortero que se coloca en los moldes tiene un aspecto aparentemente seco; pero tomando un puñado entre las manos, debe poderse moldear con él una bola. El pisoneado se puede realizar a mano, o por medio de maquinas. Estas últimas son de dos clases: unas en las cuales el pisoneado se hace por medio de unos vástagos que golpean la mezcla a razón de unos 200 golpes por minuto; y otras, en las cuales dentro del molde se mueve un tambor giratorio, comprimiendo la mezcla y puliéndola. Terminado el pisoneado y suficientemente endurecido el tubo, se le retira del molde y se procede a su cura, siguiendo un proceso similar al señalado para los bloques; es decir, por aspersión ó pulverización de agua, o por secamiento en cámara de vapor. La calidad de los tubos depende: de la dosificación de cemento, del método de pisoneado, de las características de los agregados, de la proporción de agua en la mezcla, del sistema y tiempo de cura, y por ultimo, de la prolijidad de la ejecución. A continuación damos algunos datos experimentales de una instalación nacional, correspondientes a tubos de desagüe fabricados a mano y del tipo de espiga y campana. 6” Longitud total del tubo Dosificación del mortero Núm. de tubos que hace un obrero en 8 horas
diám.int. 0.75 m 1: 2.5 40
8”
diám.int. 0.90 m 1: 2 20
2º por centrifuac6n.- Como el nombre lo indica, en este procedimiento se emplea la acción de la fuerza centrifuga.
Los moldes son cilindros metálicos que se someten a un movimiento giratorio apreciable. Dentro de los cilindros, que están en posición horizontal, se echa el mortero, suficientemente fluido con una consistencia como la que se emplea para fabricar bloques por moldeado pre-fabricado. La fuerza centrífuga hace que el mortero se pegue a las paredes del molde, en un espesor uniforme y sea desalojado todo el exceso de aguas. Terminado el proceso de centrifugación se colocan los moldes en la cámara de vapor, y sólo después que el mortero se ha endurecido es posible sacar el tubo de los moldes. Este sistema se presta mucho para el moldeado de los tubos armados. En este caso el refuerzo metálico esta formado por una malla de grandes espacios o una canastilla de alambre de acero, empleándose el de calidad titulada en el mercado como alambre de fierro quemado. Damos en seguida algunos datos relativos a los tubos centrifugados, tipo hume, usados extensivamente en el país. Tubos tipo “Hume” para desagüe.Sistema de empalme: Espiga y campana (la campana esta formada por un tubo de altura muy pequeña o collar, colocado en un extremo del tubo mismo). Longitud total del tubo: 1.83 m. Refuerzo metálico: alambre quemado, liso, flexible, Nº 12. Diámetro int. del tubo, pulgadas: Diámetro ext, del tubo, pulgadas: Peso del tubo, kg. : Peso del refuerzo metálico, kg. :
6” 8 69 2.3
8” 10 94 2.9
10” 12.5 132 3.7
3° Por vibración.- Los moldes son semejantes a los empleados en el método de pisoneo; pero en este caso el cilindro exterior lleva adherido el roto-vibrador, que es ‘un dispositivo eléctrico de rotación excéntrica que sacude el molde al girar, reemplazando con ventaja al pisoneado del concreto; su velocidad es de 1200 a 1800 r.p.m.
Este sistema de fabricación se emplea de preferencia para grandes diámetros, de 0.75 á 1.5O metros; y los alambres de retuerzo se disponen en la forma Indicada en el croquis, de acuerdo con la teoría de las vigas de cemento armado. Caracteres. Los tubos son casi siempre de sección circular, Se denominan por la dimensión dé su diámetro interior, expresada muy generalmente, en pulgadas inglesas. Exteriormente son también de sección circular; pero se fabrican, aunque en pequeña escala y para diámetros reducidos, en los que la superficie exterior aparece cortada por un plano recto para facilitar la colocación del tubo o su asiento sobre un solado o piso de albañilería; también con este ultimo objeto se construyen tubos que son hexagonales en su sección exterior, y otros por ultimo mucho más usados, de sección octogonal. Las longitudes de las piezas son relativamente pequeñas. Las más usadas son de 0.60 á 1.00 m. de largo 2.00 m. y casi nunca de mayor dimensión. Los empalmes de un tubo con otro en obra, se hacen por medio de una espiga circular de que va provisto un extremo; y la ranura conveniente del otro. También se emplea el sistema de espiga de campana.
La operación de empalmar un tubo con otro se le llama, entre nosotros, fraguar o calafatear, y se realiza echando en la unión mortero de cemento, La dosificación para este mortero es de 1:2.5 á 1:4; usándose muy pocas veces proporciones más pobres que esta ultima. La superficie interior de los tubos debe ser lo más lista posible. Los tubos necesitan ofrecer la mayor densidad; y por último, se prescribe que no posean más de 8% como índice de absorción de agua.
Resistencia -. En estos tubos se especifican la resistencia interior y la resistencia a la presión externa. La primera se prueba por medio de bombas hidráulicas, movidas a mano, generalmente, y por medio de las cuales, y obturando convenientemente los extremos del tubo se levanta en su interior la presión deseada para la prueba. La presión externa se ensaya por el método llamado de las capas de arena, y del cual da la figura adjunta. Es usual prescribir que la resistencia de estos tubos, a la rotura por Presión externa, sea de 2,000 kg/m., sin incluir la campana. LADRILLOS CALCÁREOS Son bloques preparados como sustitutos de los ladrillos corrientes, de arcilla quemada. La fabrica de los que se encuentran en el mercado de Lima, se levanta en el Km. 25.5 de la Carretera Panamericana Sur. Sus materias primas son la arena, que se extrae del cerro Corvina inmediato a aquellas y la cal que procede de canteras de La Oroya. La mezcla de los materiales y el moldeado del ladrillo se realizan mecánicamente. Su endurecimiento se lleva a cabo en autoclaves donde se lea mantiene a una temperatura de vapor de 200º y a un presión de 15 atmósferas. se producen varios tipos de ladrillos tanto en su coloración, b1ancos, rosados y amarillos, etc., cuanto en sus dimensiones, estas últimas de acuerdo con sus aplicaciones, así corno también macizos y con huecos. Las dimensiones de los más corrientes son las siguientes, en centímetros, correspondiendo el último guarismo a la altura: Corriente King Kong King Kong Tabique, 3 huecos Pandereta, 17 huecos Pastelero
22 X 1O.5 x 6 25X12 x10 25 x 14 x 10 29 x 9 x 12 25 x 14 x 12 24 x 24 x 3
Los ladrillos macizos resisten de 100 a 150 kg/cm² a la compresión y a la rotura. Como recomendación importante, al ponérseles en obra, es que no debe la de que no debe mojárseles, ó sea que se colocan secos, pues se pueden poner en actividad las sales alcalinas que contienen en proporción de 0.5 á 1.5 %. El mortero que se emplea para asentarlos puede ser de proporción 1:1:10, en volumen de cemento, cal y arena, Se prepara bien fluido. Para tarrajeos se salpica ligeramente con agua el paramento y se emplea el método del “chicote”, a1isado la superficie con regla y rellenando los vacíos que pudieran quedar con “paleta” no siendo necesario el empleo de “cintas’. DUCTOS DE CEMENTO Se denominan así unos conductos fabricados con mortero de cemento, de sección interior circular; pero rectangulares en su parte exterior. Se emplean, exclusivamente, para proteger cables eléctricos enterrados, de luz, fuerza, telefónicos, etc. Los ductos se fabrican con 1 a 4 huecos. Generalmente tienen 1.00 m. de longitud. En su manufactura se siguen las normas que se ha expuesto para los tubos de cemento. LADRILLOS DE CAL Y ARENA Son bloques macizos preparados como sustitutos de los ladrillos corrientes de arcilla quemada. Se componen de una mezcla de cal y arena fina, 1:5 á 1:10. se moldeando en maquinas o prensas que ejercen una presión de 1,000 kg/cm² aproximadamente. Después de moldeados se endurecen por vapor de agua, a presión de 9 atmósferas, que se aplica en un depósito cerrado, durante 11 horas. Por el año ,1908 se instalo en Lima, una fabrica de estos ladrillos, que funciono una decena años. Lo ladrillos eran de cal,
obtenida de las canteras del cerro de El Agustino, y arena; sus dimensiones eran de 26 x 12.5 x 6 cm., y presentaban una resistencia a la compresión de 200 kg/cm². Entre otras edificaciones de la Capital podemos citar la fachada actual del primer piso del Teatro Colon, como construida con estos ladrillos. PIEDRA ARTIFICIAL En lenguaje corriente entre nosotros, se da el nombre de piedra artificial a algunos revestimientos de albañilería empleados con fines decorativos. Revestimientos ornamentales.Estos revestimientos se aplican directamente a la albañilería usándolos en forma de pastas; o también por bloques o chapas pre-moldeadas, que con mucha frecuencia solo llevan el material ornamental en su superficie visible. Como ejemplo se dan algunas mezclas usadas en Lima. Plaza del Congreso: paramentos llanos, molduras, balaustres, etc. Polvo de mármol blanco 3 partes (en volumen) Arena de río 3 “ Cemento Portland blanco 2 “ Cemento Portland Gris 1 “ Cal fina 1 “ Mercados de Lince y Chacra Colorada.- Fachadas. Zócalos: Cuarzo azul Cemento qris
5 partes (en volumen) 1 “
Parte alta: Cuarzo blanco 4 partes (en volumen) Cal fina 3 “ Cemento gris 1/2 “ escuela de Aviación Jorge Chávez, Las Palmas.- Fachadas. Granito amarillo Cuarzo blanco Cal fina Cemento blanco Terrazo.-
2 2 2 1
partes (en volumcn) “ “ “
Llamase piso veneciano o de terrazo al formado por una masa de cemento Portland mezclado con astillas de mármol, las cuales después de endurecido el cemento se alisan y pulen con materiales esmerilantes, a mano o a maquina. Generalmente se usa cemento Portland blanco, en la proporción de 1 a 2 por 3 de astillas de mármol, agregándose en ocasiones un colorante. El terrazo debe descansar sobre una base de mortero de cemento 1:4, de un espesor de 25 mm., siendo el espesor del terrazo de 18 mm. Es conveniente intercalar ene. Terrazo unos marcos de latón, que además de permitir la división del área, en figuras geométricas de muy buen aspecto, evitan las grietas de contracción. Marmolina.Es un polvo que proviene de calcinar, después de molida, una mezcla de cuarzo y mármol, contenido en ciertas piedras calcáreas. La marmolina se usa en revoques de carácter ornamental, y en la fabricación de piedras artificiales. Coloreado del concreto.El coloreado del concreto se puede hacer agregándole arenas coloreadas, y también polvo de mármol, como acabamos de ver pero se puede también realizar añadiéndole pigmentos colorantes, que es el método de que vamos a tratar exclusivamente en este párrafo, Los pigmentos que han dado mejores resultados son: Amarillo y rojo Verde Azul Pardo Negro
: : : : :
óxido de fierro óxido de cromo azul ultramarino óxido de hierro óxido de hierro, bióxido de manganeso, negro de humo
Cuando el pigmento es mucho más ligero que el cemento, tiende a flotar y separarse, sobre todo si se usa agua en exceso. Muchos pigmentos se desvanecen ligeramente cuando el concreto es expuesto a la luz del sol. Se contrarresta esta acción dando al color mayor intensidad inicial. Algunos pigmentos tienen gran cantidad de sales solubles que salen a la superficie, formando una película grisácea, opaca, de feo
aspecto. Esta película se quita lavando la superficie con ácido muriático diluido en agua, proporción de 1:10. La mejor manera de efectuar la mezcla del pigmento es agregarle al cemento, que generalmente es el blanco, resolver ambos materiales prolijamente y cernirlos después. El polvo así obtenido es el que se mezcla para formar el concreto o el mortero.
CAPÍTULO IV – PIEDRAS DE CONSTRUCCIÓN GENERALIDADES Definiciones. Bajo el nombre de piedras de construcción se consideran todos los materiales de esta clase que se emplean tal como se encuentran en la naturaleza, es decir, sin otra manipulación que las operaciones relacionadas con su extracción, corte, y a veces pulido de su superficie. También se les define diciendo que son aquellas rocas que se emplean en trabajos de albañilería. Cualidades. Las que deben poseer las piedras de construcción son: durabilidad, resistencia, aspecto ornamental y baratura. Desde el punto de vista estructural, las mejores son las más duras, densas, compactas y de textura uniforme. Las cualidades de una piedra de construcción pueden ser previstas, como primera información, examinando la textura de la fractura de un trozo recién desprendido. De acuerdo con este examen, las cualidades más importantes se dan a continuación. Estructura cristalina, proporciona una fractura uniforme con superficies de rotura bien marcadas. Estructura granular o granuda, da una fractura desigual, con elementos o puntas salientes. Estructura pizarrosa, origina una fractura según planos paralelos a los de la laminación, muy uniformes, y cuantos muy desiguales en las otras direcciones. Estructura dura y compacta, da fractura determinada concoidal o concoidea que ofrece cavidades y convexidades de superficie muy uniforme parecidas al exterior e interior de conchas. Estructuras suaves y quebradizas, proporciona una fractura de aspecto terroso y áspero.
Una indicación de carácter general es aquella de que las piedras no deberán presentar ojos o venas que no estén fuertemente cementadas en la mesa. Clasificaciones.Las rocas se clasifican desde distintos puntos de vista, las más importantes son: Clasificación geológica: 1. Igneas 2. Sedimentarias 3. Metamórficas
Ejemplo: “ “
Granito Areniscas, Calizas, Arcillas Mármoles, Pizarras
Clasificación por caracteres físicos: 1. Estratificadas Ejemplo 2. No estratificadas “
Mármoles, Calizas, Pizarras Granitos
Clasificación química: 1. Silicosas 2. Arcillosas 3. Calcáreas
Granitos, Areniscas Arcillas, Pizarras Calizas, Mármoles
Ejemplo “ “
Algunas propiedades físicas de las rocas.Exploración.- Es la facilidad con que un mineral se rompe en uno o más planos definidos; o sea que su masa presenta menos cohesión en estas determinadas direcciones. Se le distingue con los siguientes calificativos: perfecto, imperfecto, bueno, sedoso, adiamantino y opaco. Lustre.- Es el aspecto de la superficie del mineral al reflejo de la luz. Puede ser metálico y no metálico; y entre estos últimos se tiene: vítreo, resinoso, craso, perlino, sedoso, adiamantino y opaco. Color.- Caracteriza también las rocas y se le aprecia en su aspecto aparente; y también, como importante, en el que toma el mineral reducido a polvo.
Densidad y peso específico.- Como se sabe, se les determina pensando las probetas de roca al aire y sumergirlas en agua. Para pesar las probetas dentro de agua se les explica exteriormente una ligera capa de cera o se les barniza con material aislante al agua. Las probetas generalmente son de forma cúbica. Se acepta como resultado el promedio de 10 ensayos. En la determinación del peso específico de las rocas se pueden emplear también volumenómetros, como el de Le Chatelier, que
hemos revisado en el estudio del cemento Pórtland. En este caso, las rocas ensayadas se reducen a polvo fino. Dilatación.- La dilatación de las rocas por el calor es muy pequeña. A continuación se dan algunos índices de dilatación lineal, aceptados generalmente y que corresponden a los incrementos de dilatación en mm. Y por grado de elevación de temperatura. Granito 0.002681 mm/grado Areniscas 0.003666 Mármoles y calcáreos 0.005362 Dureza.- Es la resistencia que ofrece un mineral a ser rayado por otro. Como patrón se emplea la conocida Escala de Mohs. Resistencias mecánicas.- Las rocas están consideradas entre aquellos materiales que sometidos a esfuerzos de compresión se quiebran o resquebrajan, pero sin perder previamente y en forma ostensible su aspecto externo, es decir, que son agrios. Como se estudia en Resistencia de Materiales, el ángulo de ruptura por comprensión, es igual a 45º más el ángulo de reposo del material; y este último es igual al coeficiente de fricción de la roca que se opone a la fractura. Así por ejemplo, el ángulo de reposo para los calcáreos es de 33º30´. A continuación se dan algunas resistencias a la rotura de algunas rocas típicas. Arenisca, muy resistente 1, 500 a Granito compacto, pulimentable 1, 200 a Sienita 800 a Mármol 500 a Caliza compacta 200 a Granito corriente, no pulimentable 450 a Caliza porosa 200 a Arenisca, muy floja 200 a
2, 2, 2, 1, 1,
000 Kg/cm2 000 000 800 600 800 600 600
En construcción, es usual considerar las cargas sobre la mejor albañilería a razón de 45 Kg/cm 2; y sobre albañilería cíclopea, de 10 a 15 Kg/cm2 ; siendo casi siempre, como se puede comprobar la resistencia de las piedras 10 veces mayor y más aún más tratándose de rocas compactas. Por esta circunstancia, se recomienda tener muy en cuenta la resistencia de los morteros que unen las piedras. Cuando el mortero cede bajo la presión, se tiende a producir un esfuerzo de tracción perpendicular a la dirección de la comprensión. Intemperismo.-
Bajo esta denominación se comprende la cualidad que deben poseer las piedras de construcción, expuestas a la intemperie, de resistir la acción del calor o frío, de las lluvias y heladas y la acción química del aire, sobre todo el de las ciudades y centros industriales. En términos generales, se debe poder decir que la roca que se emplea en determinada construcción es eterna, o que es capaz de soportar, sin desagregarse, centenares de años, para que se le considere apta para ser empleada en aquella industria. Es indudable que aquellas rocas que han sido desprendidas en las canteras con el empleo de explosivos suaves y que no han sido exageradamente martilladas en su labrado, tienen probabilidades de mayor duración. La mejor manera de predecir la durabilidad de una clase de roca es la observación de piedras similares empleadas en épocas anteriores y de allí la importancia de desarrollar este hábito en los ingenieros constructores. Con el mismo fin, más adelante, damos algunos ejemplos peruanos. Pero cuando aquello no es posible se recomiendan los siguientes ensayos que proporcionan los índices buscados. Para ensayar la piedra a la acción de las heladas, se prescribe sumergir probetas construidas por pequeños cubos de piedra en agua pura por 24 horas, y después someterlas a temperaturas de 10 a 24º, durante 4 horas o más; repitiéndose este ciclo 20 o más veces hasta que se produzca algún efecto sobre la muestra. Después de realizado el ensayo, se seca la probeta y se constata la pérdida en peso que ha sufrido y la alteración en su apariencia. Como una orientación diremos que se han comprobado las siguientes pérdidas en peso: Granitos y riolitas menos de Calizas Areniscas
0.03% 0.30 0.62
El ensayo de resistencia a los ácidos, que tiene por objeto prever el comportamiento de las rocas afectadas por el aire viciado de las ciudades, se realiza haciendo actuar una corriente de mezcla de gases, principalmente anhídrido carbónico durante varios días en recipientes cerrados donde se han colocado anticipadamente las probetas de rocas, después de haber sido secadas y calentadas a 110º. Terminado el ensayo, se comprueba al peso las pérdidas sufridas por las muestras. La resistencia al fuego, se ensaya calentando a temperatura elevada, de 900 a 1, 000º, por una hora, probetas que después se someten a un chorro de agua fría. En todos los ensayos que se acaban de reseñar se observará que no es posible obtener una información precisa o
determinada para juzgar de la calidad de la roca, por lo que se recomienda proceder por comparación; es decir, practicando al mismo tiempo ensayos sobre rocas de textura geológica similar a la que se estudia, y de reconocida duración, comparando estos comportamientos y obteniendo así orientación juiciosa para juzgar los resultados de los ensayos. Preservación de los parámetros de piedras.- Cuando las rocas no poseen cualidades de intemperismo y han sido empleadas en edificios o monumentos, se hace necesario tratarlas superficialmente para evitar su desagregación. Para ello se emplean los procedimientos y productos que se reseñan en seguida. a) Aceite de linaza, aplicando a brocha, en dos o tres capas, seguidas por una solución de amoniaco en agua caliente. Esta última capa tiene por objeto decolorar el aceite aplicado. b) Parafina líquida. Untada a brocha y forzada a penetrar en los poros de la piedra, por calentamiento previo de ésta a temperatura de 60º. A veces se le agrega a la parafina una solución de creosota y bencina, que tiene por objeto destruir los elementos orgánicos que pudieran desarrollarse en las piedras. c) Silicatización, que consiste en llenar los poros de la piedra con una solución de silicato de potasio o de sodio y aplicar después una solución de cloruro de sodio. Labrado de las piedras.Trabajo en las canteras.- En las canteras la extracción de la piedra se hace “a cielo abierto”, con muy raras excepciones. Ubicada la cantera se comienza por eliminar las capas de material descompuesto o terroso que con frecuencia cubre la roca. Esta operación se le llama descombrar. Puesta a la vista la roca por explotar, se le extrae siguiendo dos métodos. El primero consiste en cortar en el afloramiento gradines o bancos, que no son sino grandes escalones. Este procedimiento tiene la ventaja de que permite una explotación en gran volumen y prácticamente elimina o reduce el peligro de los derrumbes, ya que los cortes presentan el máximo de estabilidad. Es el sistema que se sigue en las canteras de Etocongo, para la extracción de la roca usada en la fabricación del cemento “Sol”; en este lugar los gradines tienen una altura media de 10 m.
El segundo procedimiento consiste en arrancar la roca de los lechos en que se presenta. Se le emplea en explotaciones pequeñas. Este método se llama entre nosotros “por calambucos”. La roca se extrae con la ayuda de explosivos colocados en el fondo de taladros o barrenos. Una vez desgajada, es reducida a trozos más pequeños usando cuñas y cinceles, que son golpeados o martillados a mano. Los taladros se pueden perforar también a mano, o con el auxilio de perforadores de aire comprimido. Algunas veces en la explotación las canteras, se emplean galerías y túneles; pero en este caso lo que se persigue es derruir un gran volumen de roca con economía de explosivos. En las obras portuarias del Callao, para utilizar la roca del Cerro La Regla, que se hallaba a 7 Km del puerto, se perforaron en esa cantera 3, 400 m de galerías y se consumieron 352 toneladas de explosivos para la obtención de 1´ 300, 000 m3 de roca que fueron puestos en obra. Manufactura de las rocas.- Los grandes bloques desprendidos de las canteras son necesarias, son reducidos a menor tamaño. Estos trozos de menores dimensiones y muy irregulares en su forma se llaman morillos, aplicándose este término de preferencia, a las rocas blandas, como son las calizas y areniscas. Los morrillos como todas las piedras de construcción se emplean en forma de paralelepípedos rectangulares, y según la mayor o menor prolijidad con que se desbastan sus caras para que tengan la forma geométrica necesaria, llevan los siguientes nombres. Morrillos descantillados, que son aquellos en los cuales se ha separado de las caras todas aquellas partes blandas o resquebrajadas. Morrillos escodados, que son los que han sido desbastados en todas sus caras, para presentar planos rectos groseros. La escoda es un martillo de picapedrero. Morrillos picados, los que presentan caras más uniformes que los anteriores. Morrillos de aparatos, los más perfectos.En el interior del país se emplean además los términos de piedra canteada, que corresponde al tipo escodado, al que también se le llama arreglada a la comba. El morrillo picado o de aparato se denomina también de caras labradas. En muchas piezas las caras labradas no son sino aquellas que quedarán visibles.
Trabajo de la superficie aparente.- Los bloques de granito y piedras duras similares, se denominan, de acuerdo con la herramienta con que se han labrado sus caras. Labrado a la punta, Labrado al martellín corriente, Labrado al martillín fino; Pulido, etc. En edificios o parámetros de piedra ornamentales, los bloques presenta una saliente de la piedra sobre el desnudo de la pared, ejecutado con fines arquitectónicos y se les llama almohadillado. Ejemplos de piedra almohadillada se tiene, en Lima, en la fachada de la Penitenciaría y en la del Edificio Wiese. PIEDRA GRANDE DE RÍO Así se denominan los guijarros o piedras rodadas de dimensiones apreciables, de constitución silicosa, que se encuentran en los causes de los ríos actuales o pretéritos. Son pues geológicamente hablando, material de acarreo o de tránsito. Se emplean en albañilería cíclopea, en cimentaciones y en rellenos de albañilería. También se les usa en la construcción de los denominados muros de piedra seca o pircas, que están formados por piedras simplemente apiladas o yuxtapuestas, sin mortero alguno. El principal uso de estas pircas o pilcas en el país, es en muros de sostenimiento provisionales para caminos y ferrocarriles; también se emplean en muros de defensa o encauce de los ríos, en javas de fibras vegetales o alambrados y en cercos, en general. PIEDRA GRANDE DE CERRO Es un sustituto del material anterior. Como su nombre lo indica proviene de canteras. Se emplea en la misma forma que la piedra grande de río. EJEMPLOS DE ALGUNAS ROCAS DE CONSTRUCCIÓN USADAS EN EL PAÍS Granito Comercial.En construcción se el nombre general de granitos comerciales a todas las piedras silicosas y de aspecto granuloso cristalino, aunque muchas veces no se trata precisamente de la roca clásica compuesta, como se sabe, de cuarzo, feldespato y mica, sino de algunos similares como sienitas, andesitas, dioritas, etc.
En muchas partes de nuestro país se encuentra granito en su verdadera denominación geológica como entre San Rafael y Ambo, al NE del Cerro de Pasco; en Huaraz, en la Cordillera Blanca y en las Islas Palominos, al S. de la de San Lorenzo. En Lima, el lenguaje vulgar se emplean en construcción dos clases: granito gris y granito azul; y con fines estatuarios el granito rojo y el granito negro. El granito gris es en realidad una grano-diorita, y con él se destruye en el día la casi totalidad de obras de piedra de la Ciudad; es el empleado en las gradas del Palacio de Justicia, Monumento a Grau, etc. A este grupo de rocas pertenece la llamada por su aspecto ala de mosca. Las “puntas de diamante” del muro de contorno de la Plaza San Martín, de Lima, son de esta clase de rocas, procedente de canteras de los alrededores de Chosica. En las inmediaciones de la ciudad del Cuzco, en la Parroquia de San Blas, existen unas canteras de magnífica diabasa, denominada por otros geólogos, diorita. El granito azul acepta un pulido muy perfecto, por ser el grano muy fino que el gris. Con esa roca se han labrado las gradas del Atrio de la Catedral de Lima y la fachada del Edificio Wiese. Las principales canteras de granito, de los alrededores de Lima, son las siguientes: Amancaes, da una piedra cuarzosa de grano grueso, de color blanco. Es típicamente una diorita. También se explota granito negro estatuario. Canto Grande, cantera de granito azul, trabajad desde los tiempos de los españoles, al norte de Lima. Lurín, granito azul, muy duro, usado antiguamente en dados para maquinaria. Paracas, granito rojo, estatuario. Pativilca, granito gris, estatuario. Piedra Lisa, en las faldas del Cerro San Cristóbal, da un granito azul, de color homogéneo; de allí se extrajeron las piedras empleadas en el Puente Balta. Purhuay, en la línea del F.C. Central, km. 66 produjo las piedras usadas en el Monumento Dos de Mayo. El F.C. atraviesa el cerro de Purhuay por un túnel, que mide cerca de 500 metros de
longitud, perforado según se ha expresado en la roca granítica más dura del mundo. Tambo Inga, en el camino de Lurín, a Cieneguilla, cantera de granito azul; da una piedra muy semejante a la de las gradas de Atrio de la Catedral. Yerbateros, en la Carretera Central, casi frente al Cerro del Agustino; se explotó para obtener las piedras empleadas en la construcción de la Penitenciaria. Con respecto a estas canteras debemos decir que se ha establecido que, geológicamente la cadena de Cerros de San Cristóbal, Amancaes, San Jerónimo, etc., al N. de la ciudad, forman un batolito, o masa de rocas plutónicas-granitoides. Damos ahora ejemplo de otros lugares de la República. En las inmediaciones de Huanuco, existe una cantera de granito de la que se ha extraído piedra para trabajos de albañilería de la Ciudad y entre ellos una Pila construida en 1855. En los trabajos de rompeolas de Mollendo, realizados por el año 1909, se echaron al mar bloques de granito de 1.00 a 2.00 m3 cada uno traído de Tiabaya, sobre el F.C. de arequipa y a 150 Km de Mollendo. El granito rosado es una roca empleada en revestimientos con fines ornamentales. En Lima se ha usado en el Monumento a jorge Chávez, siendo este material importado de Italia. En el país existen canteras de granito rosado, en Sayán, departamento de Lima; y en Arequipa, sobre la línea del ferrocarril a la Costa, a la altura de Víctor, en los cerros de la caldera, donde se pueden obtener granitos rosados, gris-rosado y verde gris. En el Cuzco en la construcción de edificios contemporáneos y en la elaboración de adoquines empleados en la pavimentación son de andesita, obtenida en las canteras de Rumiccola, en los alrededores del pueblo de Andahuailillas sobre el F.C. a Puno y a 45 Km del Cuzco. Esta roca científicamente ha sido denominada basalto de hiperesteno, por algunos geólogos, andesita-biotítica, por otros y más común y simplemente andesita. En Trujillo los adoquines empleados en pavimentación son de andesita, obtenida en las canteras del Cerro de Pesqueda, a unos 3 Km al norte de la ciudad. En esta misma dirección pero a 15 Km se encuentran unos cerrillos aislados, llamados la Cumbre de donde se extrae también piedra de la misma calidad. Una andesita de color rojo claro y hasta oscuro se emplea en Juliaca para la pavimentación y en trabajos del ferrocarril y de caminos.
Los adoquines de Arequipa son de sienita, obtenidas de las canteras de Pocsí, SE de la ciudad y a unos 24 Km de distancia. La roca empleada en la costrucción de las rompeolas del puerto del Callao y de las defensas de las orillas marítimas de Chuchito y La Punta, proviene del cerro de nuestra Señora de la Regla, situado cerca del litoral, hacia el norte de la población del Callao y a unos 7 Km de distancia. Esta roca es una monzonita cuarzosa o sea una transición de sienita a diorita. En el cerro de la Caldera ya citado, de Arequipa, se encuentran también canteras de monzonita. En el muelle de Salverry se ha empleado una roca Gnesiss; y en la Ciudad de Mollendo está edificada sobre una meseta cuyo subsuelo está formado de gnesiss duro figurado. En el puerto de Ilo está construido sobre rocas eruptivas básicas que pueden clasificarse como un gabbro. Areniscas.Las areniscas son rocas sedimentarias constituidas por arenas endurecidas y como tales muestran todos los grados de compacidad, desde la arenisca que se deshace con los dedos, hasta la cuarcita, cuyos granos no resaltan porque se confunden con el cemento que los une. La forma como se produce la fractura permite distinguir las areniscas de las cuarcitas, pues mientras en aquellas la fractura contornea los granos de la roca y los pone de relieve, en las cuarcitas, la fractura sigue planos más regulares. Con frecuencia y en construcción a la arenisca se le llama asperón. En los alrededores de Lima se tienen tres canteras importantes de arenisca-cuarcítica; a saber, la del Morro Solar de Chorrillos y las de las Islas de San Lorenzo y del Frontón. Se dice que geológicamente, la del Morro Solar por su lado y las de las islas mencionadas, por otro están en los extremos del mismo sinclinal. En el puente de Piedra de Lima se ha empleado en una buena parte de él, el Asperón de Chorrillos, cantera de donde también se ha extraído casi toda la piedra que se ha usado en el adoquinado de la Capital. En los edificios modernos de la Escuela Militar de Chorrillos, también se está usando, principalmente en graderías. En la Isla de san Lorenzo, cuya cantera principal se halla hacia el extremo N se extrajo la piedra con que se construyó en la Colonia todo el amurallado del Castillo del real Felipe y en la República, los Muelles de la antigua Dársena del Callao. También se han labrado adoquines, en esta cantera.
En la Isla del frontón, cerca de la cumbre, en el lado que mira a tierra, se encuentra la cantera de donde se ha sacado la piedra con que se han labrado adoquines para el Callao. En las tres canteras se obtienen dos clases principales de areniscas, que se diferencian principalmente por el calor; una gris clara que corresponde a la piedra más compacta, dura y resistente, y la otra rosácea, ligeramente más floja y blanda, por lo que es más apropiada para la decoración y así se ha usado en basamentos, zócalos y otras molduras. Hace algunos años se empleó en las obras portuarias de Mollendo una cuarcita, de grano fino y compacto pero que ostensiblemente perdía su cohesión en el mar, ello obligó a usar la roca granítica ya mencionada. En ayacucho muchas de sus iglesias han sido construidas con arenisca; y el cause de un riachuelo que corre por el lador Sur de la ciudad e de una arenisca muy compacta. En Puno se encuentra arenisca en la llamada Cantera del Mercado. Traquitas.La traquita es una roca de origen volcánico, casi siempre de color grisáceo claro. Se labra con facilidad por lo que se le usa en la decoración de fachadas. En Lima se han empleado una roca de este género, proveniente de las canteras de cuesta Blanca, de San Bartolomé Km 76 del F.C. Central en el edificio del antiguo correo y en las fachadas del Palacio Arzobispal, como ejemplos más saltantes. En Cajamarca, llaman piedra de cantería, o simplemente cantería, a una traquita anfibólica, con la cual se han construido las fachadas, plenas de dibujos artísticos de las Iglesias y la Pila de la Plaza Principal. El Templo de Santa Catalina, iglesia matriz de la ciudad, ofrece además de su fachada, tres naves en bóveda de medio punto. Las canteras se hallan en el Cerro de Santa Apolonia, en las inmediaciones de la población y en la hacienda Comaya a unos 25 km de Cajamarca. En la ciudad de Chota se ha empleado para paredes de algunas casas un conglomerado traquítico; así como en las casas, iglesia y panteón de Julcamarca en el Departamento de Huancavelica. Una pila construída en Huanta, en 1862, es igualmente de un conglomerado traquítico. Calcáreos.-
En muchos lugares del Perú se emplean rocas calcáreas para edificaciones y también para pisos. Damos en seguida algunos ejemplos, excluyendo los correspondientes a los mármoles de los que tratamos es párrafo especial. Las casas de los siguientes lugares han sido construídas con calcáreos: las de Magdalena y Levanto en el Departamento de Amazonas, las de Bambamarca en el Departamento de la Libertad y las de Lircay en el de Huancavelica, estando en este último lugar las canteras en uno de los extremos mismos de la población. En la cuidad de Cajamarca, y en Casas, al NO también de Tarma, se explotan calizas para la manufactura de lajas. En la ciudad de Cajamarca, para el enlosado de veredas y calles se ha empleado una piedra de cal, que por su color se llama piedra azul, en la localidad. Piedra sillar.La piedra sillar es una roca de origen volcánico, muy empleada en la edificación en muchas ciudades del Perú. La más conocida y la notable es la de Arequipa con la cual se han levantado, antes de ahora, la casi la totalidad de los edificios de esta ciudad y que se sigue usando, en los modernos, en forma de revestimientos arquitectónicos. Los geólogos estiman que la roca de arequipa se originó por la erupción del volcán Chachani, hace muchos siglos por cuyas faldas fisuradas se produjo la explosión de una gran masa de lava fuertemente cargada de gases, formándose así un potente manto de material parecido a la ceniza volcánica, pero que se diferencia de ésta por su carácter compacto. Se aprecia en 450 Km2 la zona cubierta por aquel manto, el cual tiene en algunos puntos una profundidad o potencia de 150 m. Erupciones posteriores de otros volcanes de la región han cubierto el sillar en ciertas partes, con lavas basálticas y con andesitas. En la edificación se usan dos clases de sillar que se diferencian por su color; blanco y rosado. Se aprovecha estas circunstancias con fines arquitectónicos decorativos, como se puede apreciar en las fachadas del mercado de san Camilo, que es el mercado principal de Arequipa. Se emplean casi siempre en bloques que salen de la cantera con dimensiones de 40 x 40 x 20 cm y que labrados en obra, para ser asentados se reducen a 35 x 35 x 15. Una tarea de sillares comprende 200 piezas y es la unidad usual comercial. El sillar absorbe alrededor de 3% más agua que el ladrillo corriente.
La cantera más extensa y que proporciona mejor sillar se encuentra al O de Cerro Colorado y es la que principalmente abastece la demanda de la ciudad de Arequipa. Pero hay otras que también se explotan aunque producen un material de calidad inferior, tales como los que se hallan al N de Miraflores, cerca de Yarabamba en Quequeña y en Yura. Hay otros yacimientos e trabajos formados por muchas de sillar en el valle de Siguas seguido por la Carretera Panamericana al SE de Ramal, que es una estación del F.C. de Mollendo-Arequipa, a 56 Km de esta última ciudad. En Moquegua en los edificios de la ciudad se emplea un tufo volcánico o sillar de color plomizo muy claro. La Iglesia de Santo Domingo está construida por ejemplo con esta roca, en su totalidad incluyendo las bóvedas de su nave central. En Ayacucho se usa como piedra de construcción, un conglomerado de grano fino, de color blanco, que es conocido con el nombre de sillar. La iglesia del pueblo de Santo Tomás, capital de la provincia de Chumbivilcas, edificada en la época de la Colonia es de una albañilería de tufo rhyolítico, que abunda en la localidad y que se parece al sillar de Arequipa. En los alrededores de Tacna, se explotan canteras de sillar. Los bloques se usan en la construcción de fachadas aparentes, mu8chas de las casas y edificios públicos de esa localidad ostentan fachadas de color rosado oscuro, como la Planta baja del Teatro Municipal, Catedral, el Edificio donde funciona la Prefectura, etc. El cerro de donde se obtiene esta piedra entre otras canteras, se llama Intiorco y también Arunta. Algunos datos sobre el sillar de Arequipa.Pesos del sillar blanco 1460 Kg/m3 Pesos del sillar rosado 1410 “ Resistencia a la flexo-tracción sillar blanco Resistencia a la flexo-tracción sillar rosado Resistencia a la compresión sillar blanco Resistencia a la compresión sillar rosado
35 Kg/cm 2 30 “ 132 Kg/cm2 143 “
El sillar se encuentra bajo un manto terroso que varía de 0.50 a 2.00 m de espesor. Se le extrae en grandes blocas que llegan a ser de 2.00 x 3.00 m y hasta de 4.00 m de altura. Estos blocas se cortan empleando cuñas y barretas y también por medio de barreno o tiros de pólvora, empleándose alrededor de 1.5 Kg. De pólvora por barreno.
En la cantera estos blocas se dividen en otros más pequeños que como ya se ha dicho son perfeccionados al pie de la obra, puliendo su superficie con una pierda granítica negra porosa y también con esmeril. En los distritos de Yanahuara y de Miraflores continúa empleándose el sillar para el enlosado de veredas como en épocas anteriores. PIZARRAS Son rocas arcillosas que pueden obtenerse en hojas delgadas. Se presentan de color verde, gris o negro, así como en tonos intermedios. En otros países se usan muchísimo para cobertura y en arquitectura funeraria; la que se emplea entre nosotros, sobre todo para la última aplicación es importada, pues en nuestro país existen yacimientos de pizarras hasta la fecha no se explotan para emplear la roca en construcción. MARMOLES Clasificaciones y nombres.Son piedras calcáceras susceptibles de recibir pulido. Su textura es característicamente cristalina. Los mármoles se clasifican en dos grandes grupos de acuerdo con su empleo: estatuarios y de construcción. Se les clasifica también por el aspecto de la fractura en: Brechas, llamados también brocateles, cuando la fractura está formada por pequeños fragmentos angulosos. Lumaquelas, conchíferos o conqilíferos, que contienen un gran número de fósiles, generalmente conchillas y caracolillos. Arborescentes, a causa del dibujo arbóreo de su vetas. Algunas veces también a los mármoles se les llama simples, cuando son de color uniforme y compuestos, los que presentan inclusiones de mica o serpentinas. El estatuario, y más comúnmente blanco estatuario, proviene casi exclusivamente, de las afamadas canteras italianas Carrara. Se caracterizan estos yacimientos porque producen mármoles muy compactos, homogéneos, de grano fino, de color blanco o
ligeramente amarillento y que por el pulido toman el brillo craso o ceroso. El Cristo Yacente del Cementerio de Lima y el Altar Mayor de la Catedral de Arequipa, son ejemplos de mármoles de Carrara. Entre los mármoles empleados en construcción, se pueden citar a los siguientes: Mármoles blancos, veteados en plomo, comúnmente en la construcción de escaleras, zócalos, etc.
usados
Amarillo de Siena, empleados en zócalos, etc. Manderlato, de color almedro veteado, con el cual se han fabricado las Bancas de la Plaza San Martín de Lima. Negro arquitectura funeraria.
de
Bélgica,
usado
perfectamente
en
la
Plomo común, usados en pisos y zócalos. Portero, de color negro veteado de amarillo. En este párrafo debemos mencionar dos materiales que se emplean en forma similar a los mármoles y que son al ónix y el travertino. El ónix llamado también mármol ónix para distinguirlo de la variedad de cuarzo (SiO2) del mismo nombre es una piedra calcárea muy usada en estatuaria y en revestimientos decorativos. El travertino es una toba caliza, o sea una caliza moderna y reciente, formada por precipitación del carbonato cálcico disuelto en las aguas carbonadas. Esta piedra de construcción fue empleada por Romanos, quienes la obtenían de las canteras de Tívoli. Es una roca blanda de color blanquecino con tendencia a amarillo o rosado, porosa y de fácil labrado. El travertino peruano se manufactura en dos variedades principales que se conocen con los nombres de dorado y crema.
Trabajo del mármol.Los trozos de roca se arrancan de las canteras con la ayuda de explosivos; después se trozan a mano con cinceles y martillos o usando la cortadora de hielo, formada por un alambre retorcido en forma helicoidal, que ofrece la particularidad de poderse emplear a cualquier altura, para trozar bloques de cualquier dimensión y en ángulo apetecido. Transportados los bloques al taller, se les corta en planchas o en piezas por medio de la cortadora de hielo ya mencionada, o cuando se trata de planchas, por unas máquinas especiales llamadas alternadora de cuchillas, telar o segadora. Estas últimas máquinas poseen de 40 a 60 cuchillas de acero de 1/8” de espesor, que seccionan el bloque ayudadas por chorrilos de arena cuarzosa y agua y que trabajan a razón de 2 a 3 cm por hora. Un mecanismo a base de un tornillo sin fin, hace que las cuchillas vayan bajando a medida que progresa el corte. Las chapas ya seccionadas son amarradas casi al término de la operación a fin de que no vayan a desprenderse y se rompan, el mecanismo posee un repartidor de la mezcla de arena y agua, así como un recuperador de la misma, recogiendo la usada y levantándola para ser vertida nuevamente sobre las cuchillas. El corte de los trozos de mármol se pueden hacer transversalmente a las fibras o a favor de ellas de acuerdo con el empleo futuro de la plancha, según se trate de usarla como elemento ornamental o que debe ofrecer resistencia a la flexión como sucede en los casos de pasos de escaleras o pisos. El moldurado, achaflanado, etc. De las planchas se hacen con esmeriles circulares de inclinación variable. Para el pulido y lustrado final de las piezas se usan cinceles neumáticos, cinceles a mano, esmeriles, pulidoras eléctricas, etc. Para terminar diremos que las piezas de travertino, que se usan en Lima son estucadas con una mezcla del polvo, residuo de los cortes de las rocas originales con cemento blanco o con mortero de cal, a fin de cerrarle los poros que presentan. Yacimientos peruanos de mármoles.Los más conocidos son los siguientes: Arequipa, Nasca y provincia del Santa, yacimientos de mármol.
San Juan y Atocongo en el camino a Lima a Lurín, yacimientos de mármol. Los de Atocongo son principalmente de mármol negro. Huaraz canteras de ónix explotadas por la “Fabrica de Mármoles y Granitos” de Lima. Llocllapampa en el Departamento de Junín, yacimientos de travertino, explotados por la Fábrica acabada de mencionar. Andahuaylas yacimientos de travertino, con esta roca se ha construido la Iglesia de Andahuaylas. PIEDRAS DE CONSTRUCCIÓN EMPLEADAS POR LOS ANTIGUOS PERUANOS Departamento de Amazonas.Las piedras de la Fortaleza o Castillo de Cuelap en la Provincia de Chachapoyas, son calcáreas, modeladas rectangularmente y sobrepuestas una a otras sin argamasa alguna. Departamento de Ancash.En el pueblo de los Conchucos se ha encontrado un gran número de piedras bien trabajadas, con almohadillados en forma conversa de una roca que puede considerarse como una transmisión entre el pórfido anfibólico y la sienita. En las ruinas de Huandoval, piedras de sienita. Los Sepulcros de Andaymayo están ejecutados de un pórfido nerdono, de transición insensible de la sienita, construido sobre un cerro que es enteramente de gres. El magnífico Monolito procedente de Chavín que se conserva en el Museo Nacional, llamado por los arqueólogos “Monolito Raimondi” con un dibujo en relieve, es una piedra pulida de granito. El hermoso bloque mide 1.95 x 0.75 x 0.17 m el alto relieve es de 5 mm. Las piedras que forman la pared anterior del Castillo de Chavín son en su mayoría de granito y otras de gres. En Piscobamba, piedras con figuras en alto relieve, trabajadas con bastante perfección, son perfídicas y provienen de las ruinas de Pumavilca.
Departamento del Cuzco.Las fachadas de los Templos de San Sebastián de San Jerónimo, y de la Compañía hoy local de la Universidad en la ciudad del cuzco, están construídas en parte con rocas incaicas; son de basalto o andesita de hiperesteno. Los muros que sostienen las terrazas del Palacio de Inca Roca también en la ciudad del Cuzco, en la calle del Triunfo son de diorita y con más propiedad de un pórfido de augita y diorita. Formando parte de uno de estos muros se encuentra la piedra de forma universal, de doce Ángulos pues son efectivamente este número las entrantes y salientes que posee este block, llamada en quechua “Hatunrumiyoc” estos ángulos ensamblan admirablemente con las piedras que la rodean. El Rodadero en los alrededores de la Ciudad del Cuzco en el cual los Incas han cortado grandes escalones, es una solidificación notable y rara de diorita augítica, roca de un color verde claro y grano fino. La Fortaleza de Sacsahuamán también en los alrededores de la ciudad del Cuzco, está hecha con enormes bloques de calcáreos o calizas compactas, de color negrusco provenientes de una cantera situada a cerca de 2 Km de distancia. La investigación científica contemporánea no ha podido aplicar aún como se transportaron estas piedras algunas de ellas más anchas que la dimensión que dan los brazos abiertos de un hombre y otras de altura superior a la de un jinete. Las ruinas de Ollantaytambo, son de una rhyilita roca ácida de color rosa y textura porfiroide, la cantera se halla frente al pueble de Ollantaytambo y se llama en el día “Canteriayoc”. A este grupo de ruinas pertenece la legendaria “piedra cansada”. En las famosas ruinas de Machu Picchu, el torreón característico está construido con piedra del más puro granito blanco. El Limatambo existen unas ruinas de murallas formadas por bloques de 5 a 6 ángulos. Todas las construcciones son de una roca porfídica gris verdosa. Departamento de Huanuco.Las piedras de construcción empleadas en la ruina de Huanuco Viejo son calizas compactas. Estos calcáreos en algunos bloques están llenos de conchas.
Las ruinas de Huata y las de Utsuy está construidas con piedras rectangulares de esquisito talcoso. Capítulo V – Productos Cerámicos ARCILLA Se estudia este material solo desde el punto de vista de su aplicación a la fabricación de productos cerámicos empleados en Construcción general. Definición.Las arcillas son aquellas sustancias, provenientes de la descomposición de rocas, que poseen plasticidad cuando se les humedece, y que así humedecidas si se les moldea, después de secas, conservan la forma que han recibido pero además sometidas al fuego, después de moldearlas a al temperatura del rojo o aún mayor adquieren dureza y resistencia asimilable a la de las rocas naturales. Composición.El mineral básico de las arcillas recibe el nombre de caolina, el cual es un silicato hidratado de composición compleja y cuya fórmula química es (H4 Al2Si 2O9) o (Al2O3, 2Si O 2, 2H2O). Es de color blanco o casi blanco de estructura terrosa, grano fino, encontrándose en yacimientos sedimentarios. La caolina con impurezas características forma las diversas arcillas. Entre la impurezas se tiene: sílice, óxido férrico, magnesia, anhídrido carbónico, cabonatos de sal y hierro, algunas veces cloruro sódico y alumbre y en mezcla menos perfecta, trozos de cuarzo, feldespato, mica humus, etc. Clasificaciones y denominaciones.1. Según su mayor o menor plasticidad las arcillas se clasifican en grasas y magras. La plasticidad es la propiedad según la cual la arcilla embebida con agua se transforma en una masa modelable. Las arcillas grasas son las plásticas por excelencia. Son untuosas al tacto, frotándolas a con la uña cuando están húmedas, presentan una superficie unida y brillante y mojándolas exhalan el olor característico de la tierra en fermentación. Arcillas magras son las que poseen muy poca o ninguna plasticidad; se llaman también arcillas áridas.
2. Por su origen las arcillas se clasifican en residuales y transportadas. Las arcillas residuales son aquellas que se han formado por la descomposición de las rocas, perteneciendo sobre el piso de origen. Entre estas es muy importante el caolín, que se ha derivado de la alteración de rocas fedelpáticas tales como granito, pegmatita, etc., es de color blanquecino de composición química definida como un silicato de alúmina hidratado casi puro; un conocimiento empírico del caolín es aquel que se obtiene apoyando la lengua sobre el mineral, debiendo producir un sabor a tierra acompañado de astringencia, el caolín se llama también tierra de porcelana. Las arcillas transportadas o sedimentarias son las que han sido arrastradas por un agente tal como el agua, viento, acción glaciar, etc; por esta razón se llaman transportadas y como después yacen en capas, han sido llamadas también sedimentarias. 3. las arcillas destinadas a ser tratadas por el fuego se compartan de distinta manera, de acuerdo con su composición química y según este comportamiento se clasifica en: a) Arcillas refractarias, que son las puras, plásticas y silíceas. b) Arcillas vitrificables, que son las alcalinas y ferruginosas y calcáreas. c) Arcillas ferruginosas y calcáreas. 4.
Damos
fusibles, en
seguida
constituidas otras
por
las
denominaciones
usuales. Entre las arcillas plásticas pero impuras, deben mencionarse la llamada tierra de pipas, la tierra de alfarero y la tierra para ladrillos, que en grado descendente son cada una de ellas menos grasa que la anterior. La tierra para ladrillos está formada por arcilla que contiene más o menos arena, algo de óxido férrico, caliza, piritas, materia orgánica, etc., esta tierra no debe ser muy grasa. La tierra vegetal, resulta de la descomposición de las rocas por los agentes naturales, mezclada con materias vegetales o animales, en descomposición conteniendo siempre cloruro de sodio. Con los nombres de esquistos pizarrosos, arcillas compactas o arcillas exfoliables, se conocen los materiales que en inglés se llama “shale” y que son arcillas resultantes de la sedimentación de material finamente dividido o sea compuesto de las partículas más finas de un terreno, como consecuencia de esta textura puede ser exfoliado en láminas muy delgadas.
Se deben mencionar la clase de arcillas gredosas o gredas que son arcillas impuras mezcladas con caliza, pero cuando la proporción de cal es de 15 a 50% se llaman margas. Y las llamadas arcillas secas y las arcillas esmécticas, entre estas es muy importante la tierra de batanero, denominada también tierra de Fuller, muy empleada en los laboratorios de Ingeniería Sanitaria para determinar la turbiedad de las aguas potables y que por su gran avidez de grasas se le utiliza para filtrar aceites en la industria textil, etc. Por último se debe citar las arcillas ocres que son secas silicosas, muy coloreadas en rojo u ocre rojo (Fe2O 3) y en amarillo u ocre amarillo (Fe2O 3, Fe2 (HO) 6). Yacimientos peruanos.Algunos de los más conocidos son los siguientes: Arcilla sedimentaria: Puyo Provincia Perinacochas; Depto. De Ayacucho. Caolín: Macate Provincial de Huaylas; Depto. De Ancash Tamboraque Provincia de Huarochirí Depto. De Lima Canibamba Provincia de Otusco Depto de la Libertad (Hda) Antarayoc Provincia Cajatambo Depto de Lima (Región) Lurigancho Departamento de Lima. Propiedades físicas y mecánicas de las arcillas.Plasticidad .-Es una de las más importantes. Se produce como ya se ha dicho humedeciendo las arcillas. Es mayor cuanto menor es la dimensión de los granos de arcilla. Como dijimos al ocuparnos de la clasificación granulométrica de las arenas, el diámetro de los granos de arcilla es inferior a 0.005 mm o sea 5 microns. La cantidad de agua para obtener un buen producto cerámico varía con la clase de arcilla y puede oscilar entre 15 y 35% en peso. Aunque la plasticidad es la cualidad tan importante de conocer no hay métodos para determinarla a priori y cuyos resultados sean satisfactorios es más simple y al mismo tiempo el más recomendado es apreciarla al tacto, con los dedos, la experiencia personal es de capital importancia, jugando rol preponderante el juicio del ensayador. Resistencia a la tensión.- es importante porque la piezas deben soportar los esfuerzos desarrollados en ellas en su manipulación en las operaciones de moldeado y secado. Molturación.- La textura de las arcillas se determina por análisis granulométrico.
Contracción.- De ella depende la dimensión definitiva de las piezas. Es usual distinguir la contracción de la arcilla moldeada o sea la producida por la evaporación del agua de la pasta y aquella que se realiza por la cocción en el horno. Porosidad.- Influye en la cantidad de agua necesaria para preparar las pastas. Fusibilidad.- Es la propiedad característica de las arcillas, por la cual sometidas a temperaturas elevadas se ablanda suavemente y se funden después, paulatinamente. En este proceso se pueden distinguir perfectamente las tres etapas siguientes, pero en la práctica es difícil de precisar cuando ternita una y comienza la siguiente: a) La iniciación de la fusión o fusión incipiente, que es el punto en el cual los gramos de la arcilla se ablandan suficientemente para convertir en una masa el conjunto, pero el cuerpo de la arcilla es todavía muy poroso y puede ser arañado con la punta de un cuchillo, no habiéndose llegado aún a la dureza. b) La vitrificación, que representa un incremento en el calor suficiente para causar el total ablandamiento de los granos de arcilla los cuales influyen y sueldan o trasforman toda la pieza de una masa densa y prácticamente no absorbente, pero sin embargo la pieza conserva su forma. El mayor o menor grado de capacidad de una pieza en vitrificarse es directamente proporcional a su calidad de absorción de agua; el vidrio que pueda ser considerado como material vitrificado por excelencia es de absorción nula. c) La viscosidad, que es la etapa en la cual la arcilla se hace tan fluida, que la pieza pierde completamente su forma. La observación de estos fenómenos en diferentes clases de arcillas, permite expresar las dos siguientes conclusiones: La primera, es que la temperatura para la, iniciación de la fusión no es la misma para todas las arcillas; en aquellas que tienen apreciable proporción de impurezas fusibles puede comenzar a los l,000°, mientras que en las refractarias no se presenta sino a tempo. Y la segunda, es que los tres períodos señalados no son s es decir que la gradiente de temperatura no es uniforme .entre ellos, ni tampoco la diferencia de temperatura entre la primera etapa y la tercera en la misma pera todas las clases de arcilla. Color.- Las arcillas son blancas cuando están exentas de hierro y materias carbonosas; aparecen coloreadas en amarillo, pardo, rojo y aún verde, por los óxidos de hierro; y gris o negro, por las materias carbonosas. Los ocres.- como ya hemos expresado, no son sino arcillas que contienen peróxido anhidro o hidrato de peróxido de fiero.
Las arcillas blancas, después de la cocción, conservan su color siempre que no contengan hierro, el cual las colorea de rojo según la proporción en que se encuentra. Un exceso de cal sobre el hierro, contrarresta esta coloración. Los colores grises no negruscos, después de la vitrificación, se deben también al carbonato, cuando éste no ha sido eliminado por el calentamiento, Peso.- La arcilla plástica pesa unos 2,000 kg/m 3 y el de las compactas o estratificadas, varía enero 2,200 a 2,300 kg/m3 Propiedades químicas.- Tienen menos importancia que las físicas; pero se investiga la acción de los componentes en la vitrificación, en la propiedad de hacer refractarias a las arcillas, y, por último, en la influencia de la coloración. ADOBE Definición y caracteres.- El adobe es un ladrillo crudo, de barro amasado con agua y alguna sustancia como cal, paja, arena, estiércol, etc. Para darle consistencia, y secado al calor del sol, Se ponen en obra con pasta de barro. Es un material de bajo costo y de muy fácil preparación por lo que se le ha usado extensivamente en la costa de nuestro país donde las lluvias son escasas; pero como tiene los inconvenientes que vamos a indicar en seguida, hoy se tiende a reemplazarlo con ladrillos cerámicos. Las principales ventajas del adobe además de las expuestas, están en que proporcionan muros a prueba de sonidos, y que son muy malos conductores del calor, por lo que las habitaciones construidas con ellas son frescas en verano, y abrigadas en invierno. Se recomienda su empleo para la construcción de polvorines y depósitos de explosivos, porque aparte de sus buenas características climatéricas ya expuestas, en caso de accidente se transforman fácilmente en tierra. Los inconvenientes del adobe son, principalmente, su poca resistencia a la compresión su débil amarre entre una pieza y otra, y la facilidad con que se desarrolla en su masa roedores y otras alimañas. Esta contra-indicado construir con adobes muros en segundo piso. Además, la humedad los maltrata bastante; pero su duración es muy apreciable, y así, existen en Lima, por ejemplo, casas de mas de cien años de construidas y que se siguen habitando sin inconvenientes ostensibles. Fabricación.- En el proceso de fabricación de los adobes se deben considerar cuatro etapas:
a) Preparación de las tierras.- Se eligen la que son bastante arcillosas y carenteo da piedras; las llamadas migajón, son las preferidas; presentando un color ligeramente, rojizo, Cuando las tierras son arenosas, en proporción mayor de 20%, el adobe resulta frági1. b) Amasado del barro.- Se llama también dar el temple, que consiste en agarra la cantidad de agua necesaria para hacer posible el moldeado. c) Mo1deado.- Se realiza sobre un terreno previamente nivelado que se llama tendal, entre nosotras y era en otras países, y sobre el cual se espolvorea una ligera capa de arena, guano, paja, etc. Sobre el tendal se coloca la gavera, o molde de madera, la cual se rellena con el barro ya preparado, alisando la superficie libre con la mano o con una regla de madera o tarraja. Para impedir que el barro se pegue al molde, al sacar el adobe ya perfilado, se le espolvoreará también con arena, guano, etc. Habiéndolo mojado previamente. La gavera es ligeramente mayor que la dimensión definitiva que deberá tener el adobe para tener en cuenta la contracción del barro al secarse. d) Secado.- Se realiza dejando simplemente dejando el adobe al aire libre. Características técnicas.Como regla genera1 debe indicarse que en albañilería, para que el amarre de las piezas se haga con facilidad y armonía se acostumbra hacer el largo de cada unidad igual a dos veces el ancho, mas el espesor de una juntura; y el ancho igual a dos veces grueso o alto mas una juntura. Teniendo en cuenta la regla del anterior las siguientes son buenas dimensiones para los adobes: 46 x 22 x 10 cm., adoptando junturas de 2cm. de espesor que son las convenientes. Otras dimensiones usuales, aunque se apartan de la regla son las de 40 x 22 x 8. Los muros de adobe se construyen generalmente de espesor de una sola unidad, ya sea con el adobo a través, o a tizón, o adobe cabeza; o con el adobe a lo largo, o de soga, por lo que no hay inconveniente en el empleo de la, dimensiones anotadas. Nunca se usan muros o tabiques construidos con el adobe de canto, o muros de panderete, muy empleados en tabiques de ladrillos.
Debido a la rusticidad con que se fabrican los adobes, se aceptara una variación en sus dimensiones hasta de ½ cm., en más o en menos. La densidad del adobe es aproximadamente de 1.6. La resistencia a la compresión es de 3 a 47 kg/cm 2 debiéndose esta variación a la diversidad de los materiales empleados en la fabricación En los manuales europeos se dá como coeficiente de trabajo, para la resistencia a la compresión del adobe, hasta 8.7 kg/cm2; pero entre nosotros no se aconseja pasar de 5kg/cm2 y aún se considera este coeficiente un copo alto, aplicándose sólo para adobes bien trabajados y perfectamente secos, pues para los adobes corrientes se usa la carga de 3 kg/cm2. LADRILLOS CERAMICOS OPARA CONSTRUCCIÓN Definición: Los ladrillos cerámicos para construcción op ladrillos cocidos, y más corrientemente, ladrillos, son los bloques de arcilla o barro endurecidos por el fuego; con frecuencia se les tilda de piedras artificiales Clases: Los principales tipos usados entre nosotros son los siguientes: Macizos corrientes: que se emplean para toda clase de muros. En el mercado los hay de varias dimensiones, como se verá más adelante. Huecos utilizados para muros en pisos altos, a fin de disminuir los peso; también en los techos de concreto armado, del tipo llamado techo aligerado y que en otros países se llama forjado de ladrillo artado. Ladrillón denominado también bomba, king-kong, etc, empleado en muros de relleno, o en aquellos que no van a soportar cargas apreciables. Pasteleros, usados como revestimiento, o azoteas, pan pisos rústicos y de poco tráfico,
para
impermeabilizar
Panderetas con huecos, empleados para aligerar el peso de los muros. En cuanto a su forma, en ocasiones se fabrican ladrillos macizos o huecos, con aspecto de cuñas ó adovelados para emplearlos en la
construcción de arcos; y también con una de las cabezas biseladas, para utilizarse en la construcción de paramentos curvos, y especialmente en la de conductos de agua, tales como alcantarillas, etc. De acuerdo con la manera como se ha conducido la cocción, los ladrillos se llaman pintones, cuando han quedado crudos, y recochos si la quema ha sido excesiva. Características del buen ladrillo: a) Deben presentar un grano compacto y fuerte, es decir, que no se desmorone fácilmente; b) Golpeados “en el aire”, deben ofrecer un sonido metálico; los que lo emiten sordo, son de mala calidad. Cuando se hace con ladrillos huecos y que no deben emplearse rajados, el sonido característico de callana indica que deben ser rechazados; c) Aunque la regla tiene excepciones, los ladrillos rojizos son mejores que los amarillentos; d) En la fractura, los ladrillos no deben presentar trozos blanquecinos o crudos; toda la fractura debe ser de grano uniforme; e) No deben observar más del 7%, de su pe de agua. Dimensiones y pesos de los ladrillos: Los siguientes datos corresponden a los tipos de ladrillos más usados en Lima Ladrillos macizos: Corriente Alto 2Ladrillon Pandereta
24 24 25 25
x x x x
Ladrillos huecos 2 huecos
30 x 20 x 8 40 x 20 x 12
3,800 7,150
3 huecos
25 x 14 x 6 40 x 30 x 12
--10,200
4 huecos
40 x 20 x 20 40 x 30 x 20 45 x 40 x 12
12,000 --14,000
6 huecos
25 40 40 40
3,100 3,800 --20,500
x x x x
11.5 x 6 cm. 11.5 x 9 16 x 12 12 x 10
12 20 30 30
x x x x
10 12 12 20
3,l00 kg. c/u. 4,300 7,600 ---
Ladrillos pasteleros:
20 x 20 25 x 25
1,600 2,500
En algunas otras ciudades del país, como en Arequipa y Piura, por ejemplo, se usan además de los ladrillos macizos corrientes otros de menor altura que se llaman chicos, y que miden 24 x 12 x 5 cm. y 24 x 12 x 4 cm. Propiedades mecánicas. La resistencia de los ladrillos es siempre mucho mayor que la de los morteros con los cuales se les asienta. La resistencia a la compresión es de 240 kg/cm2 la cual puede llegar al doble en los ladrillos macizos prensados, y bien quemados. Un coeficiente de trabajo para albañilería de ladrillos muy aceptado entre nosotros, es el de 10 kh/cm2 . La densidad de los ladrillos varía entre 1.6 a 2.5; generalmente se prescribe densidad 2,0 para ladrillos que se van a usar en buena albañilería. La densidad de polvo de ladrillo varía entre 2.5 d 2.9. Fabricación: Como regla general la manufactura de los ladrillos huecos debe ser m cuidadosa que la de los macizos, y la calidad del barro también mejor en aquellos que en éstos. La fabricación de los ladrillos comprende las siguientes etapas principales; 1) Amasado: Después de haberle quitado a las tierras todas las materias extrañas, como piedras, basuras, etc., se les desterrona, pulveriza y se mezcla con agua, moviéndola repetidas veces para que toda la masa tenga la misma consistencia, y todos los granos de ella aparezcan suficientemente húmedos, El amasado se puede efectuar a mano, y entonces los obreros que lo ejecutan emplean el pico y la barreta para desprender las tierras, el rastrillo, para eliminar las piedras, y lampas o paletas para revolver la pastar En las instalaciones de importancia, el amasado se hace can máquinas que generalmente lo realizan en dos etapas: primeramente, unas que rompen los terrones y los pulverizan; y luego, otras en las que se realiza el verdadero amasado. Las máquinas de amasado constan en su parte principal de un cilindro horizontal; o con ligera inclinación, giratorio; con paletas en su eje, también giratorias, las cuales baten la pasta hasta que ésta
toma la plasticidad conveniente. A las máquinas amasadoras, de este género, en general a todo recipiente con paletas giratorias se le llama malaxador. 2) Moldeado: El moldeado a mano se realiza de un modo muy similar al empleado para fabricar adobes, con la única diferencia de que siendo los ladrillos de dimensiones menores, las gaveras se construyen para moldear cuatro ladrillos a la vez. También el moldeado de los ladrillos se puede hacer a máquina. Las maquinas empleadas son de tres tipos. En la primera clase, las máquinas están diseñadas para trabajar con un barro húmedo, con el cual se llena una tolva, de donde la masa pasa a los moldes previamente espolvoreados de arena, y en los que el barro se somete a presión por mandriles, quedando así tentado el ladrillo. Los moldes son capaces de producir de 4 a 8 piezas por vez. A estas máquinas se les conoce con 1.a denominación de trabajos con barro blando ó pasta húmeda. El segundo tipo de máquinas opera con un barro de menor cantidad de agua que las anteriores, y por esa razón se le llama de barro duro o de masa semi-húmeda En estas máquinas se obtiene una pieza de longitud indefinida que se produce forzando el barro a pasar a través de una boquilla. Esta pieza continua vá a depositarse sobre una mesa que lleva la cortadora, formada por alambres sostenidos en marcos apropiados que, en momento oportuno, cruzando la masa, la corten en la dimensión de los ladrillos. La fabricación de los ladrillos y su corte se pueden hacer también a lo largo, e igualmente de canto. Por último, en el tercer tipo de máquina, se emplea arcilla casi seca, que colocada en tos moldes recibe una presión considerable, formándose así las piezas. 3) Secado. Esta operación consiste en dejar que las piezas moldeadas pierdan, por evaporización el agua de la pasta. El secado se puede hacer simplemente al aire libre, dejando las piezas sobre canchas o tendales; en especies de anaqueles; y por ultimo, en rumas. En este último sistema los ladrillos se colocan unos sobre otros, pero de manera que queden espacios entre ellos, á fin de dejar libre circulación de aire, y se active el secado; esta disposición se obtiene cruzando los ladrillos de una hilera con respecto a l de la inferior. Igualmente se activa el secado depositando los ladrillos en cámaras en las que se eleva la temperatura ambiente por inyecciones de aire
caliente o de vapor, Algunas veces se utilizan los gases calientes de los hornos de cocción. Debe dejarse establecido que la operación de secado es de más o menos duración, como es natural, según el procedimiento que se ha seguido en el moldeado; pero cualquiera que sea la forma en que se manufacturan las piezas, es de capital importancia que no se sometan a la cocción sino después de que estén completamente secas, pues en caso contrario se corre el riesgo de que pierdan su forma con el fuego, o sufran alteraciones importantes en sus dimensiones, 4) Horneado,- Se practica por muchos métodos, entre los cuales estudiamos los siguientes: a) Por montón o pira. El sistema es en todo similar al de las huayronas que se ha descrito en la preparación de la cal. En otros países se llama “de hormigueros”. Se hacen el piso la excavación que va a servir de hornillo; sobre este se disponen hileras abovedadas de ladrillos por cocer, y encima las capas de ladrillos dejando espacios para el paso de los gases y llamas. Cada dos o tres capas de ladrillos se echa una de carbón. Se recubre el conjunto con una capa de arcilla húmeda. Se prende fuego con paja o leña por la parte inferior, el que se propaga al carbón, produciéndose así la cocción de los ladrillos. Otra variante consiste en formar la pira de ladrillas crudos directamente sobre el suelo, acondicionando en su parte baja unas bocas para el combustible, adoptándose en el resto del montón las disposiciones señaladas anteriormente. El procedimiento, como se comprende, es muy rústico y de escaso rendimiento. b)Huayronas, El método es un poco menos primitivo que el anterior, y de mayor rendimiento. Se construye, con adobes o ladrillos escogidos, un cilindro de unos 4.00 a 6.00 m. de diámetro, y de 6.00 a 8.00 de altura, Este cilindro se compone de dos partes; le inferior que es el hogar; y la superior, que constituye el cuerpo del horno o cámara. E1 hogar tiene una altura de 1.50 ó 2.00 m, y está separado de la cámara por la parrilla, formada por bovedillas de ladrillos refractarios apoyadas en viguetas de fierro o rieles, forrados a su vez en ladrillos o tierra refractaria. Estas bovedillas tienen agujeros para permitir el paso de las llamas y de los gases de la combustión. El hogar está provisto de una puerta para la
alimentación del combustible y la extracción de las cenizas, y además, de troneras para la entrada del aire que vigoriza el tiro. El cuerpo del horno tiene, a su vez, poternas para cargarlo y descargarlo de los ladrillos, Se llena con ladrillos crudos puestos de canto y espaciados, y una vez colocados se tapan las poternas con adobes o con ladrillos crudos, y se enciende el combustible. Como combustible se emplea guano, carbonilla o cisco de carbón, y carbón de piedra, o muchas veces una mezcla de estos materiales. La cocción dura de 24 a 36 horas, y se necesitan un par de días después de apagado el horno, para que se puedan retirar los ladrillos c) Hornos intermitentes: Son los más usados en el país, y como se v a ver no son sino las huayronas con algunas variantes. En pleno, son de sección rectangular y se operan siem pre con petróleo, como combustible, Sobre el piso del horno se levantan, solo con los mis- mas ladrillos crudos, pequeñas bovedillas longitudinales que cruzan el horno de un lado a otro, y a lo largo de las cuales actúan los quema dores de petróleo, uno en cada extremo de cada bovedilla. Sobre estas bovedillas se colocan loe demás ladrillos, En estos hornos se pueden quemar de 100 a 200,000 ladrillos, en cada operación; y como la instalación del quemador de petróleo requiere la de un caldero productor de vapor, se acostumbra instalar los hornos en baterías, de dos a cuatro unidades, los cuales son alternativamente conectados al caldero, d)Hornos continuos: Son los más perfectos en esta industria, y como u nombre lo indica, permiten la cocción interrumpida de ladrillos. Entre las distintas clases empleados, el más conocido desde hace muchos a es el de Hoffmann. El horno de Hoffmann está constituido por una bóveda en forma de anillo, generalmente ovalado. En el eje mayor de esta figura corre una galería, y en el centro de ésta s levanta la chimenea. La bóveda se divide en varias celdas en número de 12 a 24, por medio de tabiques de cartón o papel grueso, u hojas delgadas de palastro Cada celda está provista de tres clases de comunicaciones es al exterior una puerta que da hacia afuera y por donde se carga la celda con ladrillos crudos, y. se descarga cuando están cocidos; en pared fronteriza, la celda lleva una comunicación por donde se escapan en los gases de la combustión, por un canal que los
conduce a la galería interior y a la chimenea; y por último, las celdas llevan en su echo, que como se ha dicho”es abovedado, unos agujeros por donde se hecha el combustible, que está formado casi siempre por cisco de carbón. Todas las aberturas tienen cierres metálicos se pueden operar desde a parte superior y exterior de la bóveda, Cargada una celda y prendido ruego al combustible, se obliga a las llamas y gases a recorrer todas las otras celdas hasta a fronteriza, por donde se escapan a la chimenea. En la figura adjunta se supone que el aire entra por la puerta de la celda Nº 1, enfría los ladrillos ya cocidos de las celdas sucesivas, y se va calentando al mismo tiempo, hasta alcanzar la celda Nº 9 que se supone que es aquella donde está el ruego; este donde está el fuego a las celda Nos. 08, 10,11, etc. y se escapa por el canal marcado a. Todos los muros del horno son de albañilería de espesor apreciable, para evitar las irradiaciones de calar. Con estos hornos se obtiene una economía que alcanza hasta el 70% en combustible, y es posible cocer de 20 a 40,000 ladrillos diariamente. LADRILLO REFRACTARIOS Definición: Los ladrillos refractarios son aquellos pie se fabrica especialmente para recibir la acción del ruego directo, y también para evitar radiaciones excesivas de calor, se emplean, por consiguiente, en hornos y hogares. Clasificación y Características técnicos: De acuerdo con las necesidades industriales y preferentemente por razones de orden metalúrgico, se fabrican ladrillos refractarios ácidos básicos y neutros.
a) Ladrillo refractorios Ácidos: Los tipos más empleados son el ladrillo de arcilla refractaria y el de sílice, a este último se le llama también en la industria ladrillo silicoso. El de arcilla e compone de tierra refracta a la refractaria, a la que se agrega un poco de arena parí disminuir la contracción y rajadura a tiempo de secarse. Las arcillas empleadas contienen sílice, alúmina y fundentes, debiendo estar estos últimos en proporción no mayor de 10%. La mayor propiedad refractaria la proporciona la alúmina. Los ladrillos de sílice se fabrican con polvo de cuarcita, areniscas o arena altamente silicosa. En estos compuestos el 95% debe estar constituido por la sílice, como estos materiales no son suficientemente plásticos para al moldeado, se le agrega un poco de arcilla y alrededor de 1.5% de cal viva. Debido a su gran dilatación por el calor, estos ladrillos se usan con junturas anchas b) Ladrillos Básicos: Se fabrican con estas característica química a fin de que soportar las reacciones básicas de 1as cenizas y escorias en ciertos proceso metalúrgicos, talos como en lo convertidores Bessemer, en los hornos para la metalurgia del cobre, etc. En esta clase de ladrillos se hace principalmente con magnesio o carbonto de magnesio. También se emplea la dolomita, ó carbonato doble de magnsio y cal, aunque estos últimos no son de tan buenas cualidades como los primeros. Igualmente se manufacturan de bauxita, mineral que hemos citado al tratar de los cementos aluminosos. c) Ladrillos Neutros: Son fabricados principalmente con cromita u óxido de fierro y cromo. Fabricación: Los ladrillos refractarios se moldean, sacan y hornean de manera semejante a los ladrillos macizos corrientes; pero su fabricación es mucho más cuidadosa, siendo también su costo mucho mayor Características especiales de la fabricación lo constituye las m mezcladoras de los materiales de composición, en las que se preparan cuidadosamente las mezclas. TEJAS CERMICAS Con el nombre de tejado se designa la cubertura o techo inclinado formado por las piezas llamadas tejas. Estas pueden servir para cubrir el techo, o para constituir ellas solas la cobertura, en cuyo caso el techo se denomina a teja vana.
El objeto principal de las tejas es ofrecer defensa contra la lluvia y nieve así como proteger las habitaciones de los calores excesivos. Algunas veces, por su color rojo vivo, se les emplea también como elemento decorativo. Se usan tejas de distintos materiales, arcilla cocida, metales, pastas especiales, etc. En esta parte del Curso se trata so lo de las primeras. Las tejas de arcilla pueden ser abarquilladas o acanaladas y planas En todos los tipos son de pequeño espesor, de 1 a 2 cm. Las tejas a son de sección trasversal circular u ojival; y uno de sus extremos es m estrecho que el otro, presentando por consiguiente la forma de trapecios alargados. Con este diseño se facilita mucho la superposición de las piezas, para impedir que el agua se cuele por las junturas. A las tejas planas se les provee de un pequeño reborde, en el canto que vá a quedar en la parte alta, de tal manera que la teja colocada, queda como colgada de este borde. Las operaciones de preparación de la arcilla, moldeado y secado de las tejas, son similares a la de los ladrillos cocidos, debiendo observarse solamente que en el horneado se tiene en cuenta el uso a que se destinan las tejas, en el sentido de que si se van a emplear para defensa contra la lluvia, la cocción se lleva hasta la vitrificación, porque como ya se ha indicado a medida que un material cerámico está más vitrificarlo es menos absorvente de agua; por el contrario, si las tejas se van a emplear en climas cálidos, como protección contra la insolación entonces deben ser porosas, lo que se con sigue consigue con una cocción a baja temperatura. TUBOS DE BARRO COCIDO Se fabrican tubos de barro cocido exclusivamente para usarlos en obras de drenaje, Se manufacturan con tierras similares a las empleadas para ladrillos, o ligeramente más grasas, Generalmente se moldean a máquina, haciendo pasar la arcilla a través de hileras que producen el tubo; y empleando el mate rial en, la consistencia de barro semi-húmedo, que mencionamos al tratar de las máquinas para moldear ladrillos. Estos tubos son de pequeño diámetro, casi nunca mayor de 12”, y de longitud de 0.60 a 1.20 m, como máximo, pues después de moldeados y mientras se secan deben poderse mantener verticalmente, posición en la cual se colocan también en el horno.
Se fabrican porosos con el objeto de que a través de sus paredes penetre el agua del subsuelo que se trata de extraer, y en ocasiones para facilitar esta acción, se les provee de alveolos longitudinales, Por la misma razón se les coloca simplemente, en obra, unos a continuación de otros, yuxtapuestos y sin enchute de ninguna clase. LOSETAS VIDRIADAS El material denominado indistinta y corrientemente loseta vidriada, loseta de mayólica o azulejo blanco es un producto cerámico muy usado en construcción de edificios, en el revestimiento de todas aquellas paredes o muros que requieren limpieza intensa o aspecto higiénico. Entre nosotros las piezas aporcelanadas blancas reciben indiferentemente las denominaciones apuntadas; pero si se desea expresarse con toda propiedad, cada término representa un material diferente. La loseta vidriada es el ladrillo, similar al pastelero en que dimensiones, y también en composición, que presenta una superficie a la cual por medio de un barniz se le ha dado el vidriado, Esta loseta es, pues, de arcilla corriente más o menos rojiza, y e barniz puede ser transparente u opaco incoloro o coloreado. De los productos de su género es el más basto y barato. La mayólica, es una de las especies de la porcelana. Está constituída por una pasta porosa de ardua blanca, El vidriado se obtiene por la aplicación de un barniz plumbígero, el cual es generalmente transparente. Debe advertirse que, en lenguaje corriente, hasta decir barniz para indicar que se trata de la aplicación de una sustancia transparente. En cuanto al azulejo es la pieza cerámica fabricada especialmente para la decoración de zócalos y motivos ornamentales, tales como bancas, etc. De acuerdo con este objeto los azulejos con mucha frecuencia son de colores vivos y de dibujos adecuados, Por economía se les fabrica de arcilla corriente o tierra. Cualquiere que sea la clase de loseta vidriada, es característica importante de su manufactura, el que su horneado se conduce en dos períodos. Después de la primera coacción se le aplica el barniz, esmaltes o sustancias colorantes que van de formar el vidriado; después de esta aplicación se les vuelve a cocer.
Además de las pieza planas, usadas como ya se ha expresado pan revestimientos, se venden en el increado, piezas angulares ó curvas, entrantes o interiores, y salientes o exteriores, molduras, etc, SUELO – CEMENTO Definición: Este material se llama también tierra estabilizada y terracrete, y como lo dejan comprender estas denominaciones, se comprender una mezcla de tierra con cemento Portland. Este último proporciona mayor densidad al producto y fija o inmoviliza los granos térreos. Se emplea principalmente en revestimiento de silos enterrados, en construcción de calzadas y en edificación. Las notas que se dan en el Curso se refieren especialmente a esta última aplicación. El suelo-cemento se una en dos formas: mezclando la tierra y el cemento y apisonándola dentro de moldes o encofrados de madera, para levantar los muros; o fabricando bloques que se asientan en forma similar a los ladrillos corrientes o a la de bloques de concreto. Composición, No es indiferente emplear cualquier clase de tierras. Las más ventajosas son aquellas que corresponden a las clases A1 y A2 de la Clasificación del Bureau of Public Roads de Estados Unidos, y cuyas características son la siguientes: A1: Suelos arenosos cuyo material está bien graduado, tiene partículas gruesas y finas; aglutinante, que es la arcilla, es de buena calidad. Bajo la acción de las cargas es muy estable, aunque las condiciones de humedad sean malas. A2:
Suelo arenoso cuyo material Básico está formado por partículas gruesas y finas, pero con mala graduación. Contiene arcilla no buena acompañada de materias orgánicas, coloides floculados y otros materiales que comunican a los suelos cualidades elásticas. Cuando este suelo está ligeramente húmedo es muy estable. Se torna muy polvoriento después de una sequía prolongada. Además, es capaz de observar gran cantidad de humedad por capilaridad. En general, la composición ideal de los suelos debe ser la siguiente: Arena 70 a 80 % Limo 20 30 Arcilla 5 10
En cuanto a la cantidad de cemento Portland, que requiere un suelo para su completa estabilizaci6n, varía entre 8 y 14%, en peso. Muros apisonados: La mezcla de la tierra, que debe estar finamente pulverizada, con el cemento se hace en una mezcladora de las que se usan para preparar concreto. La humedad para la mezcla debe ser la de 8 a 16% en pe so; y el más conveniente echar el agua después de mezclada la tierra y el cemento. Realizada la mezcla, se coloca en capas de unos 0.15 m, de espesor entre loe moldes encofrados, pisoneándola cuidadosamente. No deben mojarse previamente las tablas de las formas, lo que si se hace tratándose de concreto de cemento Portland. El método de construcción es muy similar al rústico de nuestros agricultores para levantar sus tapiales o adobones. Bloques: Se fabrican a máquina La composición de las tierras y su mezcla es idéntica a la de los muros apisonados. Una dimensión usual para los bloques es de 25 x 30 cm. y 20 cm. de alto. Son moldeados a la presión de unos 70 kg/cm2. En obra, se asientan los bloques con las mismas argamasas que las empleadas para los ladrillos corrientes. Completando los datos anteriores, que son un resultan de lo que se encuentra en los tratados técnicos sobre la materia, damos a continuación las: Recomendaciones del Ministerio de Educación (Perú) a) Reglas prácticas para conocer cuando un “suelo” es bueno para el objeto señalado. Se moja un poco de suelo, se revuelve y se deja reposar 15 minutos; luego se vuelve a revolver y se le d un nuevo reposa otros 15 minuto. En seguida se toma un poco de la mezcla con la mano y se amasa formando una hola; se arroja esta hola, y cuando el suelo es bueno la mano deberá quedar sucia; pero no pegajosa ni con restos de pedacitos de mezcla. Para saber si el suelo será resistente, se llena un molde con la mezcla preparada en la forma indicada, y se deja en reposo un
día. Trascurrido este tiempo se tiempo se desarma el molde y el bloque formado se pone bajo techo. Se le riega con regadera cotidianamente durante dos semanas, teniendo cuidado de que el agua resbale sobre el bloque para lo cual se le pone inclinado. Después de dos semanas si el bloque no presenta sino ligeras grietas será de buena calidad, b) Mezcla La recomendada es de un volumen de cemento por 10 volúmenes de suelo, mezclados prolijamente en seco, c) Agua: 1 volumen de la mezcla anterior se mezclará con: 1- 1/2 volúmenes de agua que es la proporcidn normal 1 – 1/4 volúmenes de agua climas húmedos 1-3/4 volúmenes de agua en clima calurosos Tapiales: Tapiales es el block grande y alargado, moldeado directa mente en la pared que se esta levantando, para lo cual se echa el suelo-cemento entre formas de madera, de modo que las junturas verticales amarren, o sea que no coincidan. El suelo cemento es compactado, con pisones de madera o fierro, a medida que se va vertiendo. Cada hilada de tapial va colocada sobre una capa, horizontal por consiguiente, de mortero 1:1 de arena-cemento. LADRILLOS PARA PAVIMENTOS Los ladrillos usados para pavimentación deben ser duros y tenaces, compactos y no absorbentes. Su manufactura difiere de la de de los ordinarios que son quemados a mucha mayor temperatura de 800 a 1,000 como para vitrificar el ladrillo. La selección de las arcillas empleadas es más prolija y el moldeado siempre se hace a presión. Las dimensiones más usadas son 23 x 10 x 7.5 cm Una característica propia de estos ladrillos es la de que en dos de sus caras transversales presentan al piso, presentan salientes de altura igual al espesor provisto para las junturas, a fin de que éstas resulten uniformes, y el conjunto una vez puestos
en obra los ladrillos presenten aspecto armónico. En el país se han usado estos ladrillos pera cubrir pequeñas áreas, sobre todo por razones industriales ó estéticas; pero nunca se les ha fabricado entre nosotros. En la ciudad de Piura el pavimento antiguo de muchas calles está formado por ladrillos macizos, de los que hemos llamado chicos fuertemente quemados y colocados de canto Se les ha empleado también en la pavimentación de patios interiores, atrios de iglesias. TUBOS VIDRIADOS DE CERÁMICA Los tubos vidriados de cerámica como su nombre lo indica están formados por barro cocido hasta la vitrificación; pero además se les agrega alguna sustancia para barnizarlos, esmaltarlos o vidriarlos al fuego. Entre nosotros corrientemente se llaman tubos de gres cerámica. El principal empleo de estos tubos está en su utilización en las redes de desagüe de toda clase de aguas; pero por tratar se de un material de óptimas cualidades se les utiliza en otras Instalaciones, tales como la defensa de cualquier género de cables eléctricas. Estos tubos, al contrario de los de barro cocido deben ser completamente impermeables. Se construyen en diámetros de 4 a 36 pulgadas, Sus espesores Varían desde 9/16 hasta 2-1/2 pulgadas. Las longitudes m empleadas son de 0.60, 0.75 y 0.90 m. Los enchufes son de espiga y campana. Algunas veces la superficie exterior de los tubos se hace poligonal, para facilitar el asiento de las pinas en los solados de albañilería. El moldeado de los tubos se hace a mi1 y el horneado en forma similar a los demás productos cerámicos. En cuanto al vidriado, se obtiene echando al ruego algunas paradas de cloruro de so dio o sal de cocina, la cual al volatilizarse forma sobre las superficies de las piezas una capa muy delgada y sólida constituida por silicatos múltiples de soda, al etc. La resistencia de estos tubos a las cargas exteriores varía entre 2,000 a 6,500 kg/m., según sus diámetros DATOS NACIONALES Arcillas Refractorias: En muchas partes del Perú se encuentran estas arcillas con las cuales los mineros fabrican ladrillos, cristales, escorificadotas y nuflas. Así por ejemoplo, en el Cerro de Pasco, se emplean las de
Vinchuscancha, ua mencionadas; en el departamento de Cajamarca, las más conocidas son las de Araqueda, Italiano en Lima se emplean las conteras ubicadas en Chuquitanta; y en Arequipa, la de la Altura de Uchumayo. Como ejemplo en seguida los datos correspondientes a los Ladrillos fabricados en la Smelter del Cerro de Pasco. Ladrillos Refractarios: Material : actilla refractaria de Finchuscancha Asperon silicoso 50 Barro negro
46% 4
Tamaño : 23 x 11.5 x 6 cm. Ladrillos silicosis: Material : caperon silicoso Cal Barro negro Tamaño 30 x 15 x 6 cm. 23 x 11.5 x 3 cm.
96% 2 2
Tejas Cerámicas: La dimensiones usuales de las tejas del mercado limeño, con las siguientes: Tejas acanaladas: Chicas Medianas Grandes Tejas planas: Nacionales Extranjeras
27 x 12 x 8.5 cm. 1:0 kg (peso ap.) 36x 16 x 13 1.5 47 x 20 x 16 2.0 47 x 20 cm 1.0 40 x 20 ---
HISTORIA DE LOS MATERIALES CERÁMICOS El adobe peruano. En la antigüedad los adobes fueron empleados por los egipcios, quienes los utilizaron para la construcción de muchos de sus edificios públicos y monumentos, habiéndolos empleado para la construcción de una pirámide. Posteriormente fueron usados por los griegos. En el Perú se les ha fabricado desde tiempos pre-históricos. Se estima que las primeras etapas del adobo paralelepípedo regular, tal como hoy se usan, fueron en el país, las bolas de barro, los adobes adontiformes, así llamados por presentar aspectos que
tengan alargados, y por último, los conos. Estas formas fueron elementos constructivos en casas primitivas civilizaciones peruanas, llamadas por los arqueólogos proto-Nasca, proto-Chimú, culturas arcaicas, etc. Después, las rasas pre-incaicas costeñas, la usaron pero en dimensiones mucho menos que las actuales. Características, típicas de los muros de esta época del empleo de los adobes asentándolos de canto, o como muy bien ha expresado como “libros de una biblioteca El tamaño de los adobes varía, pues con la edad de las construcciones. Los edificios nativos más antiguos tienen los adobes más pequeños y ligeros y las construcciones incaicas los grandes bloques rectangulares, observándose que una vez que el habitante de la Sierra había decidido emplear, en la Costa, adobes, los hacía tan grandes como si se tratara de bloques de piedra, pretendiendo el constructor incaico de reproducir las formas arquitectónicas cusqueñas. Pero además el tamaño de los adobes en un mismo edificio, variaba con su posición como ejemplo, se puede menconar el Templo de Pachacamac, en el cual los adobes más grandes se han uado para pisos; los medianos, en las fachadas de las terrazas; y por último, lo más pequeño, en las particiones interiores de las habitaciones. Con mucha frecuencia los muros de adobes están construidos sobre verdaderos cimientos de piedra. El adobe en quechua se llama “Tica”. En cuanto a la voz castellana de adobe, usada todavía en Egipto por los coptos, es palabra que fue llevado por los moros a España, y traída después a América. En Lima se usa la palabra adobe desde su fundación española. En 1535. En la Colonia, los adobes fueron usados por los españolkes en dimensiones también mayores que las actuales limeñas. Se citan comop ejemplo los empleados en la construcción de las Murallas de Lima, edifaciones a fines del Siglo VII, y que median 52 x 26 x 12 cm o en medidas de la época, 2 x 1 x ½ ptes españoles. El Ladrillo: El ladrillo de tierra cocida ha sido conocido por la Humanidad desde tiempos remotos. Fue empleado, por ejemplo, en la construcción de la Torre de Doble, y en las Murallas de Babilonia.
Los antiguos peruanos no lo usaron, de modo que nuestro primeros ladrillo fueron fabricados por los conquistadores españoles, los cuales apenas llegaron al país comenzaron a edificar con aquel material, sobre todo en las ciudades de la Costa. En Lima, en la República, la primera obra en que se ha usado ladrillo en proporcion apreciable ha sido la Penitenciaria, inaugurada en 1862, y en la cual se ejecutaron muy cerca dce 10,000 m3 de paredes de ladrillos; los ladrillos usados eran de 25 x 11 x 6.5 cm. En el año de 1874 se instaló en Lima una de las primeras máquinas para moldear ladrillos. II PARTE – MADERAS CAPITULO VI: CARACTERISTICAS DE LA MADERA Termología botánica Se denomina plantas fenerógamas aquellas que poseen raices, tallos, hojas y flores, de esos órganos, el tallo es el que nos interesa, Los fenorógama se dividen en dos sub-tipos; el de las trimnospermas, es decir plantas cuyas semillas serán al descubierto; y el sub tipo de las angiospermas, donde aquellas tienen las semillas encerradas en un fruto. Entre las gimnospermas, la familia de las coníferas es muy importante par el curso, porque a ella pertenecen los pinos, abesos, cedros, etc. El sub tipo de las angiospermas, se subdivide a su vez en dicotiledóneas y monocotiledóneas, según que la semilla esté formada por dos masas, mas o menos simétricas y fácilmente separables llamada cotiledones; y una sola masa no divisible fácilmente, para las monocotiledóneas. Entre las dicotiledóneas las plantas interesantes son: El roble, plátano oriental, álamo, castaño, abedul, haya, olmo, etc., entre las monocotiledóneas, las palmeras, cañas y bambúes, una gramínea llamada esparto, con la cual se fabrica sogas. Según el medio en que se desarrollan o viven los tallos, estos pueden ser: aéreos, acuáticos y subterráneos. Por sus dimensiones los tallos aéreos clasifican a las plantas en la forma siguiente: Denominación Mata Arbusto Arbolillo
Altura del tallo Hasta 1.00 m De 1.00 a 4.00 m. De 4.00 a 8.00 m
Forma de la ramificación Desde la base Desde la base A alguna altura sobre la
Arbol
Más de 8.00 m
base A alguna altura sobre la base
Si se examina el tallo o tronco de un árbol recien corto, se puede observar fácilmente en él una parte central llamada médula, que presenta radiaciones denominada radios medulares. Alrededor de la médula se encuentran los anillos anuales de crecimiento, en los cuales los más cercanos a la médula forman una masa oscura y sin savia constituyendo lo que se llama duramen, corazón del tallo y también leño. La madera más joven, animada de vida, es dcir en pleno crecimiento todavía tiene un color más claro y se llama altura. Por último, el anillo exterior, que muchas veces se puede separar con facilidad, es la corteza. Pero la estructura del tronco es más complicado de lo que se acaba de exponer, pues posee otras partes o capas. Así debajo de la corteza se encuentra el cambium o cambio, que esla capa generatriz libero-liñosa de los botánicos. La corteza se compone, a su vez de varias capas: la epidermis, las capas corticales y endodermo. Y por último, el cilindro central está formado por el periciclo y los vasos lioberianos y leñosos, existiendo entre ambos el cambium que se ha mencionado. La estructura descrita corresponde a las dicotiledóneas porque las monocotiledóneas no tienen endodermo, ni periciclo netamente diferenciable, ni tampoco presentan cambium. El espesor o grosor de los anillos anuales no es uniforme para todos los árboles de la misma especie, ni para un mismo árbol a lo largo de su tronco; varía entre 0.25 y 1.20 mm., de acuerdo con la estación anual en que se ha desarrollado. Los radios medulares también son de espesor variable, según las especies entre algunos décimos de mm y 2 mm.; por ultimo, también la corteza es de distintos espesores tanto en árboles de la misma clase cuanto a lo largo del tronco de un mismo árbol. El duramen es albura que ha dejado de vivir, y el tiempo en que una se transforma en otro varía con la clase de árbol; así por ejemplo, dura unos pocos años en los pinos, siendo mayor en la roble. El grano y fibra de la madera, o sea el aspecto de su textura, depende del grosor de los anillos anuales, de la disposición de los radios medulares y del emplazamiento de los vasos y celdillas del tronco. En general se puede decir que los árboles de crecimiento rápido producen madera de grano grueso, mientras que aquellos de crecimiento lento, lo proucen fino. Las fibras d ela madera pueden
presentarse paralelas o longitufinles al tronco; pero también pueden no seguir esta dirección y entonces la dibra resulta espiral, diagonal, entrevesada, etc. Como hemos dicho, la textura o apariencia de la madera, a la vista y al tacto se denomina grano o fibra, siendo estas dos expresiones de grano, cuando las fibras no son ostensiblemente aparentes, ya sea por la forma del corte de la madera o por la especie del árbol; y se habla de la fibra de la madera, cuando aquella es macrosópica, sea visible a ojo desnudo. Los pintores, por ejemplo, hablan de grano abierto y grano cerrado, aludiendo al tamaño relativo de los poros, y en muchas especificaciones también se expresa esta circunstancia, y así en madera estructural, cuando se especifica grano compacto, se entiende que la madera debe presentar, por lo menos 6 anillos de crecimiento anual por 25 cm., contados a los 8 cm. de los borden de las piezas. Propiedades químicas de la madera: La composición química, normal, de la madera es la siguiente: Celulosa 50.0% a 60.0 Lignia 20.0 30.0 Proteína 0.5 3.0 Resinas y ceras 0.7 3.0 Cenizas 0.2 2.0 La celulosa (C6H 10O5 ) es un material incoloro, insoluble en los solventes ordinarios a corno agua, alcohol, y ácidos y álcalis diluídos; forma las paredes celulares, siendo las células los elementos fundamentales de la madera, La lignina es también insoluble en la mayoría de los solventes ordinarios; pero es más o menos soluble en los álcalis diluidos; constituye el material cementante que agrupa las células, y está mezclada con la celulosa en las paredes ce ‘lulares. Las fibras de algodón son casi celulosa pura, aproximadamente 91% de celulosa. En cuanto a la que constituye la madera o esqueleto interior de los para sostenerlos; es la sustancia que dá dureza a nuez, por ejemplo.
pues contienen lignina, diremos vegetales y sirva la cáscara de la
Los otros materiales que forman parte dala madera son los que contribuyen generalmente a darle olor y olor característicos. Son muy numerosos de acuerdo con la especie vegetal, tales como trementina, alquitrán, oxalato de calcio, colorantes, tanino, etc. Propiedades físicas de la madera:
Color.- Es muy variado. Es claro en las maderas blandas, llamadas también por este motivo blancas; es m pronunciado en las maderas duras, pudiendo ser amarillas, rosáceas, rojas, morenas, par das, verdes y negras. Dureza: Se determina por el ensayo de Brinell. Consiste en someter a la madera a la presión ejercida por una bolita de acero de 1cm, de diámetro, durante 1 minuto. El ensayo se realiza en una máquina de diseño especial en la cual la bolita recibe la presión ejercida por un pistón, accionado por una prensa hidráulica o de mano. La presión generalmente usada es de 3,000 kg, El endentado, marca o. impronta, dejado por la bolita en la madera, sirve para apreciar la dureza de la muestra. El cociente obtenido dividiendo la fuerza, en kg. entre el área de la huella, en mm es llamado coeficiente de dureza de Brinell El ensayo se practica, para una misma clase de madera, en el sentido de las fibras, y en dirección trasversal a ellas. De acuerdo con los resultados de los ensayos, las madera se clasifican en duras, semi-duras y blandas A continuación se dan algunos tipos característicos. Maderas duras Maderas semi-duras Maderas blandas
Roble, haya, fresno, olmo Pino, alerce, aliso Abeto, abedul, álamo.
Peso Específico: Se determina ensayando aserrín muy tino y secado a 100º y 105°; es prácticamente el mismo para todas las maderas, teniendo en promedio un valor de 1.55. Densidad: Varía con la clase de madera, desde 1.32 para las pesadas, hasta 0,11 para el palo de bal8a, que es una de las más ligeras. En el peso de la madera influye de una manera decisiva la humedad que contiene al momento de pesarla. Grado de humedad. El agua se halla en la madera en tres formas: 1° Constituye el 90% del protoplasma de las células vivas; 2º Satura las paredes de las células; y 3º Llena más ó menos completamente los poros de la mande la madera. Por esta razón, se comprende que sólo quemándola se puede eliminar el agua de la madera en forma absoluta.
En vista de esta dificultad se ha convenido en expresar la humedad como el volumen de agua que contiene una probeta o nuestra de madera, comparándola al peso con la misma probeta secada a 100°, y en estas condiciones se expresa la siguiente clasificación: Madera verde, en la madera cuyo contenido de humedad es superior al 30%. Madera_semi-seca: es la madera cuyo contenido de humedad está comprendido entre 30 y 15%. Madera seca, es aquella cuyo contenido de humedad es interior a 15%. Generalmente las maderas; recién cortadas pesan el rededor de 1,8 voces más que secas. Conductibilidad: Las maderas son malas conductoras del calor, principalmente las livianas por tener mayor volumen de poros, y en consecuencia mayor cantidad de aire en su interior. Son malas conductoras de la electricidad; pudiéndose considerar como aislantes cuando están secas. Son buenas conductoras del sonido. Dilatación por el calor: En la madera seca es insignificante, sobre todo en la dirección del eje del tronco. Contracción e Hinchamiento: Cuando una pieza de madera fibrosa sé seca, se contrae; las paredes de las fibras se vuelven muy delgadas, y las cavidades por el contrario aumentan de volumen pero en general la longitud de la pieza permanece constante porque la mayoría de las fibras son paralelas a la longitud del tronco; en cambio; en sección transversal lo hace de manera notable Los rayos medulares ejercen una influencia apreciable en la contracción, pues la madera en sentido transversal al tronco, se contrae desigualmente ya que los radios medulares no se acortan sensiblemente en su dimensión longitudinal. Como resultado de lo expuesto, se comprende que las tablas aserradas radialmente (a en la figura), se contraen menos que aquellas que se obtienen por sierras paralelas o cortes tangenciales a los anillos de crecimiento (b, en la figura).
También se explica, que si las fibras externas del tronco se secan más rápidamente que las internas, como en realidad, las tablas cortadas en dirección paralela tenderán a contraerse desigualmente y se rajarán, Para evitar este agrietamiento se clave a los tablones, en las cabezas, fierros en forma de S Igualmente, si las fibras de un lado de un tablón tienden a secarse más que la del otro, la madera estará propensa a alabearse. La contracción longitudinal de la madera en el sentido de las fibras es solo de 1 por 1,000 mientras que a lo ancho puede ser de 3 ó y hasta 10 por 100, según la clase de madera; en esta última dirección, las maderas que se contraen menos son las que pertenecen al orden de las coníferas livianas tales como pinos y cedros, y la que se contrae más la correspondiente a maderas duras, corno la haya, roble, etc. La acción opuesta a la contracción por desecación, es el hinchamiento o expansión, por absorción de agua. Este aumento de volumen se debe tener en cuenta en el diseño estructural, pues cuando se produce, desarrolla en la madera esfuerzos muy considerables. Es bastante conocido el antiquísimo método de partir rocas perforando en ellas pequeños taladros, en línea, en los que se Introducen cuñas de madera, que se mojan; el hinchamiento de éstas es suficiente para partir la roca en la dirección deseada. La expansión es tan perceptible, que cuando se emplean tucos de madera en la pavimentación de pisos, 8e ha observado que para una dimensión, entre bordes, de 20.00 m. puede producirse hasta una dilatación de 0.20 m cuando los tucos se mojan intensamente; siendo necesario por consiguiente proveer a estos pavimentos de juntas de dilatación. Casualidades físicas – químicas de la madera: El estudio de estas característias es indispensable para la buena utilización industrial de la madera. Los usos más importantes desde este punto de vista son: la carbonización, destilación y gasificación en todos ellos Juegan rol muy importante las siguientes cualidades. Potencia calorífica: La potencia calorífica de las distintas maderas secas es prácticamente la misma, y puede fijarse como aproximadamente en 4.500 cal/kg. En las maderas resinosas, como las de la clase del pino, o muy compactas, puede llegar hasta 5,000 cal/kg. La humedad influye de manera decisiva en la potencia calorífica; y así se ha observado que una madera verde posee de 1,800 a 2,500
cal/kg.; en las maderas dejadas, por proceso natural, la potencia sube a 3,2400 y 3,500 cal/kg. pero alcanza de 4,100 a 4,500 cal/kg. en las maderas secadas artificialmente. Volatilidad: Cuando se emplea la madera como combustible, y en la gasificación, la volatilidad es característica muy importante, porque ella regulan las dimensiones de los hogares, que deben ser mayores en aquellos combustibles volátiles. La densidad, la volatilidad y el grado de humedad, constituyen la base teórica de la distinción vulgar entre leña dura y leña floja o sea leña que forma brasa duradera y leña que arde rápidamente. La leña dura proviene de madera más pesada, menos volátil y más seca, que la floja, Propiedades mecánicas de la madera: Flñexibilidad y elasticidad: Los árboles de poca edad y recien apeados presentan el máximo de flexibilidad, como consecuencia de la humedad que contienen. Así mismo, la madera de árboles jóvenes admite mayor deformación que los de cierta edad. Las maderas secas y rejas no tolerarán sobrecargas ni sacudidas violentas, circunstancia que debe tenerse en cuenta en la construcción de andamios y de la llamada obra falsa. Cuando se desea dar artificialmebnte flexibilidad a la madera, se le moja intensamente o se le somete a baños de vapor, con lo que se consiguen que pueda amoldarse a las formas deseadas, las cuales en ciertas especies de madras, conservarán una vez secas, esta propiedad se aprovecha para fabricar los llamados muebles de Viena. Consideraciones generales sobre la resistencia de la madera: Desde el punto de vista estructural, las diversas resistencias de la madera que interesa son: a la tensión, a la compresión, al esfuerzo cortante y a la flexión. Pero conviene tener en cuenta que cualquiera de estas resistencias no es la misma para todas las clases de maderas, y ni si quiera pava todas las piezas procedentes del mismo genero botánico, y ni aún para los distintos trozos que se pueden obtener de un mismo tronco. Influyen, pues, en las resistencias los siguien tes factores: La clase o género botánico de la madera la médula o parte leñosa, albura, etc. Estos en sección transversal porque a lo largo del tronco la resistencia varía según que la pieza provenga de la parte cercana a la raiz que es la más resistente, o hacia la copa. La manera como ha sido aserrada la pieza, y por consiguiente la forma como en ella quedan los anillos de crecimiento. El tiempo de sazón o secaje que tiene la madera, o en otros términos su grado de humedad.
Los defectos que pueda presentar la pieza: resquebrajaduras, nudos, etc. Es condicion capiral, además el tratar de las resistencias de las piezas, saber si los esfuerzos en ellas se van a desarrollar en dirección paralela a la de las fibras o en sentido perpendicular o transversal a ellas. Resistencia a la tensión: La resistencia de las piezas a la tensión cuando el esfuerzo se realiza transversalmente a las fibras se debe a la oposición que ofrecen éstas al separarse, la que es vencida cuando la pieza falla; igualmente sui la pieza cede cuando el esfuerzo se realiza paralelo a la dirección de las que hacen que se separen las fibras. La resistencia en dirección normal a las fibras es solo 1/10 ó 1/20 de la resistencia en sentido longitudinal a aquellas. Resistencia a la comprensión: Cuando se realiza en dirección longitudinal a las fibras, estas trabajan como si fueran columnas, huecas. En sentido transversal, la pieza tiende a achatarse, cuando sufre esfuerzos de este género. La deficiencia entre una y otra resistencia es menor que para la tensión, pues a la compresión la resistencia en sección transversal a la dirección de las fibras es ¼ ó 1/6 de la resistencia en sentido longitudinal. Resistencia al esfuerzo cortante: Su valor en relación con el senido de las fibras, en cuanto a su variación, es contrario a lo que se ha dejado establecido para la tensión y compresión; pues en el esfuerzo cortante la resistencia de la madera es de 4 a 6 veces mayor en dirección perpendicular a las fibras, que cuando el esfuerzo se realiza en el sentido de ella. La resistencia al esfuerzo cortante es muy pequeño en el sentido de las fibras, sobre todo para las maderas fibrosas. Resistencia a la flexión: el comportamiento de la madera en esta resistencia es una consecuencia de lo expresado al tratar de las resistencias a la tensión, compresión y esfuerzo cortante. Las vigas raramente ceden por esfuerzos de compresión, aunque cuando comienzan a romperse lo hacen por estos esfuerzos; son pues los esfuerzos de tensión aquellos que llegan al límite cuando calla una viga. En la flexión debe considerarse la rigidez de la viga, o sea su capacidad para observar las cargas sin flexionarse exageradamente. En la rigidez interviene decididamente el tiempo de sazón, pues una pieza seca es 1.5 veces más rígida que húmeda.
Indicación gráfica del sentido de los esfuerzos: En los Manuales y tratados técnicos, se acostumbra expresr los coeficientes, resistencias y demás características acompañándolos con dos líneas verticales ( ) cuando el esfuerzo se realiza paralelo a las fibras; y por dos rectas que se cruzan a ángulos recto (1), cuando se trata de esfuerzos normales a las fibras. Factores de seguridad: Los siguientes son los factores de seguridad, más recomendados, para obtener los coeficientes de trabajo o en otras palabras, las cifras por las cuales se deberán dividir los coeficientes de resistencias a la rotura. Tensión 10 Flexión 6 Comprensión ( ) 5 Esfuerzo cortante ( ) 4 Compresión () 5 Esfuerzo cortante () 4 CAPITULO MADERA
VII –
EXPLOTACIÓN
Y
MANUFACTURA
DE
LA
Explotación forestal: En el curso se comprenden sólo las siguientes operaciones: a) tala, derriba o apeo de los árboles. b) Poda o corte de ramas delgadas y hojas; y c) Trozado de los troncos gruesos, en dimensiones apropiadas para ser transportadas a los aserraderos. Los troncos desprovistos de las ramas delgadas y hojas, se llaman trozas rollizos delgados. Los delgados o los obtenidos de ramas, se denominan poste. En cuanto al origen de la madera, de un mismo árbol, puede proceder del tocón o del fuste o tronco y de la copa. Los árboles se derriban por medio de hachas y sierras; estas últimas se llaman corrientemente corvinas cuando son manejadas a existiendo también máquinas portátiles con las cuales se derriban los árboles con sierras mecánicas. Con las herramientas mencionadas también se cortan las trozas en dimensión conveniente para el transporte. Los sistemas de acarreo de las trozas y rollizos son muy variados, pudiéndose citar como más usados tos siguientes: dejan do rodar los troncos por planos o senderos inclinados, muchas veces pavimentados exprofesamente, los cuales se llaman rodaderos; en trineos y plataformas de ruedas bajas, halados a sangre o con tractores mecánicos; transporte por agua aprovechando cursos
naturales o por flumes canalizos; por cables aéreos; y por último por carretas; camiones, vías férreas, etc. No es indiferente cortar los árboles en cualquier época del año, sino que por el contrario el tiempo tiene una eran influencia sobre la futura duración de la madera. Para el corte se escogen ya sea los meses de invierno o los de calor fuerte, en los cuales el crecimiento del árbol y la circulación de la savia son menos acentuados, Por el contrario, en los meses de primavera y fines del verano, la albura contiene abundante savia que puede contribuir a la rápida destrucción de la madera, si los árboles son derribados en este época. Además, con la estación del año cambia la composición química de la savia. En invierno su contenido de potasio y ácido fosfórico disminuye, siendo estos productos químicos favorables para el desarrollo de ciertos hongos. Por último se deben mencionar la opinión muy generalizada, entre los madereros, de que el corte debe realizarse en determinada faz de la Luna, y de que a cada especie de árbol le corresponde urna época apropiada característica. Esto, último es efectivo pues, para el roble, por ejemplo, el tiempo más ventajoso y que proporciona la madera más durable es aquel que sigue inmediatamente después de que el árbol ha perdido sus hojas, Aserrado de la madera Es la operación realizada en los aserraderos, Los troncos son cortados por medio de sierras circulares, o por sierras de cinta también se llaman a estas últimas, sierra de bastidor ó carro porque los rollizos son colocados en un dispositivo con movimiento de traslación, que los empuja hacia la sierra. Todas estas sierras son de acero de temple especial y una característica de ellas es de que sus dientes no son todos de la misma profundidad, presentando cada dos o más dientes pequeños uno mas profundo, para facilitar el depósito de la savia y sustancia blandas, en estas oquedades, que pudieran frenar el movimiento de la sierra, La dirección del corte en relación con los anillos de crecimiento tiene una gran influencia en el aspecto de la madera, en su resistencia y en su futura duración además de la influencia durante el secaje, como ya hemos hecho notar al ocuparnos de la contracción.
Los troncos se pueden cortar por sierras paralelas, con las cuales se obtienen tablas que resultan tangentes a los anillos de crecimiento. También se cortan en forma radial; usándose entonces dos métodos, en uno se obtienen principalmente tablas a ángulo recto con la sección transversal del tronco, y otro en el que se persigue producir el mayor número de tablas en dirección a los radios medulares. El objeto de todos estos cortos es conseguir determinados efectos ornamentales producidos por el grano y fibras de la madera; así como también, insistiendo en ello, obtener tablas- que por la posición o disposición d las fibras no se alabe en con facilidad. En lenguaje corriente, las distintas maneras de aserrar un tronco as llaman: a) Corte trasversal o de testa, el realizado en dirección perpendicular al eje mayor del tronco; muestra la corteza, albura, duramen, etc. b) Corte Longitudinal, diametral o de madera al corazón que es aquel que se hace un plano que pasa por el eje longitudinal del tronco, y que permite apreciar la fibrosidad de la madera; y c) Corte Tangencial o de madera al hilo. Que se ejecuta según una cuerda a los anillos de crecimiento, y que muestra también la disposición de las fibras. Terminología de la madera trabajada: Los términos más usados en los aserradores y en los establecimientos industriales conocidos entre nosotros por “fábricas de madera son los siguientes: Grueso, es la menor dimensión del paralelepípedo rectangular que representa la sección trasversal de una pieza. Ancho, es la mayor dimensión del paralelepípedo rectangular, que representa la sección trasversal de una pieza. Escuadría, es el conjunto de las expresiones numéricas del grueso y del ancho la sección trasversal de una pieza. Entre nosotros se expresan generalmente en pulgadas inglesas y así se dice 1-1/2” x 3”, 2” x 4”, etc, Para algunas maderas centroamericanas, especialmente maderas preciosas como la caoba y el cedro, se usan pulgadas españolas antiguas; y en los cálculos estructurales es corriente emplear centímetros.
Listón, pieza de grueso inferior o igual a 1-1/2”, y de ancho inferior a 4” Tabla, pieza de grueso inferior o igual a 1-1/2”, y de ancho igual o superior a 4”. Tablón pieza de grueso superior a 1-1/2” y hasta 4”, y anchó superior a 6”. Cuartón pieza cuyo grueso y ancho varía entre 2” y 6”. Viga, es una pieza aserrada o cepillada de grueso y ancho igual o superior a 12”. En las minas del Centro del país se usan los siguientes nombres. Tincas, troncos o rollizos de 1.50 m. de largo, más ó menos derechos, y con diámetros en la base media de 10 a 18 cm, incluyendo la corteza. Se emplean para relleno en las minas. Puntales, rollos o troncos de 2.00 a 2.50 m, de largo y de 20 ó 25 cm. de diámetro medio, Se utilizan en los ademes o apuntalamientos. Durmientes o cuartones trozas de 2.50 m. dé largo, con diámetros de 30 cm para arriba, de modo de proporcionar cuartones de .15 x 20 cm, de escuadría. De acuerdo con la forma como se ha manufacturado la madera, se tiene; Madera labrada la que ha sido trabajada y escuadrada con hacha o azuela, Madera aserrada la que se presenta tal como ha salido de la sierra, Madera acepillada, la madera aserrada cuyas caras han sido alisadas por herramienta de filo llamadas cepillos. Se dice la cepillada. En la Industria, la abreviatura (c.4.c) significa “cepillada cuatro caras”, y así sucesivamente, para tres, dos y una. Madera moldurada, la acepillada según un perfil determinado, con fines ornamentales. Madera machihembrada, las tablas acepilladas con sus cantos provistos de ranuras y lengüetas, respectivamente, para su ensamble longitudinal. Madera junquillada los cuartones y vigas cepilladas, que presentan un una de sus caras de ancho una ranura longitudinal hacia cada canto» hecha con fines ornamentales.
Madera de cantos boleados, aquella que presenta una ó varias aristas redondeadas o biseladas, Madera traslapada, la tabla que en sección trasversal presenta la forma de una cuña, Medida Comercial de la Madera: La unidad de medida m usual entre nosotros es la de nominada pie cuadrado de madera en inglés “square feet of boarsure” y en abreviatura “ft, B.M” Como definición diremos que un pie de madera es el volumen de una pieza o tabla de 12” x 12” x 1”. En el comercio, el pie de madera BM. se representa por el signo ( ). Cuando se hace operaciones comerciales se reducen a pies los volúmenes de todas las piezas, porque es en esta medida teórica que se comercia la madera, se estima y calcula en los proyectos y presupuestos, se computan los gastos de transporte, se paga y se contrata con ion obreros, la obra de mano, etc. Para reducir a pies de madera una pieza cuyas dimensiones están expresadas en medidas Inglesas, basta multiplicar el ancho por el grueso de la escuadría, en pulgadas, por el largo de la pieza en pies y dividir este producto por 12, así 3” x 4” x 6” = 6.00 piésde madera (B.M.) 2” x 8” x 8” = l6.66 piésde madera (B.M.) Son muy usados, tablas y abacos para estos cálculos de reducción, Como acabamos de decir, el pie cuadrado de madera es una unidad que se refiere a un volumen, y como es posible confundir la con el área de una piezaz de 12” x 12” (para un pie cuadrado de área) se ha propuesto reemplazar su denominación por la de pié tabla expresión usada en México y que nos parece que también debía ser adoptada por nosotros, por las indudables ventajas de claridad y precisión que ello significa, Se le llama, igualmente, pie-tablar. Debe menciona también la medida llamada estéreo, que es el volumen aparente de 1.00m3 de la madera apilada, y usada especialmente para medir troncos y rollizos, de manen que un estéreo de un metro cúbico, de leña, contiene 0.7 m3 de madera en volumen efectivo. Coeficientes y equivalencias industriales: Los más comunes entre no nosotros son los siguientes. 1,000 pies cuadrados de madera (B.M. o pies-tablas), equivalen a 2,360 m3.
1 0 m3 de madera es igual a 423 O piés-tablas 1 0 m3 es igual a l0,764 piés cuadrados de área La pulgada española antigua tiene 23.2 mm y la madera apreciada en medidas españolas antiguas es aproximadamente 16% en menos que si se apreciara en medidas inglesas, o sea en piéstablas En la Montaña peruana, se estima que una hectárea de vegetación produce de 10,000 a 45,000 piés-tablas, Igualmente, se aprecia que un árbol maderero puede suministrar hasta 3,000 piéstablas El peso de la madera verde, en la Montaña a peruana, se estima a razón de 2 5 a 3.0 kg. por pié.tabla. En los campos peruanos de preparación del carbón de palo, se considera en 430 kg, el peso de un estéreo de 1.0 m3 de madera verde, trozada para la elaboración del carbón, Secaje de la madera: El secaje o desecación de la madera es la primera etapa en la preparación para el uso de este material de construcción. Consiste en la eliminación del agua de la savia, y en el depósito de las sustancias que contiene en solución, e los vasos de la maderas. La desecación es también el primer paso en los procedimientos de preservación de la madera y puede decirse que entre éstos es el más rudimentario y económico, pues al desaparecer el agua, la oxidación ge hace más lentamente y las sustancias de la savia se vuelven más impropias para la alimentación de los microorganismos destructores de la madera. El secaje se puede hacer de des maneras lento o natural, y acelerado o artificial. Secaje natural. Comienza desde el apeo del árbol, iniciándose entonces el secado bajo la corteza; la acción se intensifica después del descortezado, y prosigue aún más, después del aserrado. Para favorecer la acción natural la madera aserrada se apila en forma que el aire pasea circular libremente entre todas las piezas, y se coloca a una altura prudencial del suelo, protegiéndola además de la lluvia, Se recomienda alternar de tiempo en tiempo la posición relativa de las piezas retirar del depósito aquella que hayan
comenzado malograras. Las indicaciones que se dan en seguida son las usuales, que deberán tenerse presente para el apilado. a) Escoger para depósito un lugar alto y seco, preferentemente de suelo rocoso; b)Eliminar cualquier vegetación que crezca en el depósito y que dificulte la ventilación; c) Usar travesaños separadores bien secos y conservados en este estado, cuando no se encuentren en uso; d)Eliminar las bases de madera de la pila; e) Hacer la bases suficientemente separadas del suelo y abiertas entre ellas; f) Tratar con creosota toda la madera usada como separa dores, soportes, etc. g) Tratar la albura dala madera con bicarbonato de sodio a con productos químicos especiales, que se venden en e1 mercado para prevenir las manchas que son síntomas de putrición. El secaje natural dura de uno a tres años, de acuerdo con la clase de madera, y el uso que se daba hacer de ella. Se acostumbra facilitar el secaje natural, sumergiendo la madera en agua una o dos semanas, con lo que se consigue eliminar todas las sustancias solubles de la savia. Este sistema que es muy usado hace perder un poco de elasticidad a la madera, tornándola quebradiza, pero las tablas así tratadas son menos propensas a alabearse. Secaje artificial: Para acelerar el secado se emplean varios sistemas y dispositivos. Uno de ellos consiste en elevar la tempratura del depósito donde se encuentra aplicada la madera;: calentamiento que se produce haciendo circular vapor de agua por tuberías convenientemente dispuestas en el piso y paredes del depósito. En instalaciones más perfectas se activa la acción del calor por medio de extractores de los vapores húmeros desprendidos de la madera y también inyectando mecánicamente aire seco.
En algunas de estas instalaciones por medio de ventiladores se hace pasar aire seco sobre tubos que llevan en su interior vapor de agua, con lo que se calienta el aire, de unos 80° a 90º. Esta corriente de aire caliente actúa sobre la madera que va colocada en unas vagonetas móviles, las que reciben la Influencia calorífica paulatinamente, de menos caliente a más y después, también lentamente van retirando la madera del toco de calor máximo hasta la temperatura ambiente, Para la madera empleada en la fabricación de muebles, duelas de barriles y usos similares, se utilizan estufas. Estas maquinas representan el procedimiento más perfecto y también el más costoso permitiendo controlar con precisión el grado de humedad que se desea obtener en la madera. Por medio de estas esturas el tiempo de secado se puede reducir de meses a horas, pero la manipulación de ellas requiere la atención de personal adiestrado industrialmente. Destruccion de la madera: En esta parte del Curso nos referimos a las causas naturales que destruyen la madera. Los defectos y enfermedades mas comunes de los árboles y maderas y que influyen en su duración, pueden ser causados por la naturaleza del terreno en que se han desarrollado los árboles, por las alteraciones o cambios atmosféricos, por la acción de parásitos animales o vegetales, o también por causas accidentales, Maderas resquebrajadas o heladas. La contracción dilatación de las fibras debida a la sequía o a las heladas, puede ocasionar hendiduras o grietas que constituyen verdaderos planos de separación en la madera y que impiden obtener escuadrías gruesas o que predisponen al agrietamiento longitudinal de las piezas, o radial según la dirección de las fibras afectadas. Este defecto se puede presentar en las piezas de maderas secadas violenta y desigualmente, o en aquellas que reciben la acción de la humedad en desigual Nudos: Son los puntos en los cuales las ramas se han desprendido del tronco. Como las ramas han necesitado vivir, han desarrollado en el tronco, y mismo tiempo las fibras de éste han contorneado el nacimiento de la rama, formándose así el nudo. En la industria los ruidos se clasifican por el número que se presentan en relación a determinada área, por su diámetro, y por la circunstancia de estar perfectamente adheridos no a la madera del tronco. Según estas peculiaridades caracterizan a la madera en distintas clases comerciales.
Animalillos destructores. La carcoma o apolillado es producida por la acción del gusanillo corrientemente conocido con el nombre de polilla. Estos animalillos atacan principalmente las partes pulposas,o blandas de la madera. Su acción es más pronunciada en las maderas secas o viejas, y son pocas las clases que escapan esta destrucción, contándose entre las que resisten mejor las maderas amargas, como el cedro, u odoríficas como el alcanfor. El teredo es un pequeño molusco llamado también broma que ataca a la madera sumergida en el agua de mar. Hay algunos tan grandes que llegan a tener unos 12 mm. De diámetro y 1.20 a 1.50 m de largo. La lycoris fucata es una especie de pequeña polilla, con numerosas patas, pareciendo un ciempiés. Se arrastra en las rumas de madera atacadas por el teredo, se lo come y vive en sus agujeros. La limnora, es un pequeño crustáceo del tamaño de un grano de arroz. Ataca la madera sumergida en agua; y tiene la particularidad de que puede nadar, arrastrarse y saltar. Azumagación o pudrición.- La putrefacción de la madera ocasionada por la presencia de un micro-organismo. La parte leñosa de la madera se reduce a un tejido blando que despide un olor característico y desagradable, y un material pulverulento de aspecto semejante al tabaco en polvo, resultando la madera inservible. Moho.- Ocasionado por desarrollo de hongos que se extienden con mucha rapidez. Estos hongos prosperan a la luz del día y al aire libre; pero se propagan con mayor facilidad en los lugares húmedos y oscuros, favoreciéndolos una temperatura ambiente de 24º a 32°; se presentan, por consiguiente, cuando la madera está en contacto con terrenos mojados y calurosos. El hongo es, pues una planta, si la madera está bien seca no crece ni se propaga, y por lo tanto no se produce la pudrición, y si es saturada el hongo se “ahoga”. Por último, debe saberse que los hongos pueden inactivos en madera seca durante meses y para despertar y continuar su labor destructora tan pronto haya suficiente cantidad de agua. Métodos preservativos: Con el objeto de aumentar la duración de la madera y contrarrestar su envejecimiento y destrucción prematura, se le somete a distintos procedimientos; denominándose la madera que la recibido algún proceso de protección, madera tratada. A continuación se revisan algunos de los sistemas más usados; pero
conviene precisar que estos métodos de preservación tienen tres objetos principales. 1. Eliminar la savia y humedad, que contribuyen a la manutención y desarrollo de los gérmenes. 2. Obturar los poros para impedir la entrada o propagación de los gérmenes, y 3. Depositar en el cuerpo de la madera, o desarrollar en ella, sustancias antisépticas o tóxicas para los gérmenes, Debe menciona se también la 1rnnstancia de que todos los métodos de preservación actúan superficialmente, por lo que la madera debe estar cortada en las dimensiones en que va a ser usada al someterse al tratamiento, procurando en lo posible no aserrarla posteriormente. Cocción o tratamiento por vapor: Se dispone la madera en cajas que pueden ser de palastro o de tablas y se hace llegar a estas cajas agua caliente. Esta agua desaloja la savia y la disuelve parcialmente. La operación dura de 6 a 12 horas. No se practica para piezazs pequeñas. Después se expone la madera al aire para su desecación. En lugar de agua caliente se puede introducir en las cajas vapor de agua, siendo necesario entonces que aquella sean hermeticas. La temperatura del vapor es de 80 a 90º. La acción del vapor de agua es la misma que la del agua caliente. En muchos casos al terminar la vaporización se trata la madera con alquitrán de hulla introducida a las cajas de tratamiento en forma de vaporización. Carbonización superficial o tostado. Con el quemado se forma una capa de carbón imputrescible, de casi medio, de espesor, al mismo tiempo que se destruye los gérmenes de la región superficial, además en la madera se inicia un proceso de destilación en su masa con generación de productos antisépticos. Este procedimiento que es muy antiguo, se recomienda para contrarrestar los efectos de la humedad en las piezaas enterradas. La carbonización se puede realizar por medio de un soplete de gas de alumbrado, gas de agua, etc. Enduidos: Se llaman así los métodos que consisten en aplicar a la superficie de la madera algún líquido que tape sus poros, y que tenga además propiedades antisépticas, tales como el alquitrán de hulla y sus derivados, el alquilan de madera, y las pinturas a base de aceite de linaza o de lino.
Inmersión en baños antisépticos: a) Baño simplemente frío: Se emplean soluciones de sulfato de cobre; solución de cloruro de zinc en agua, al 1:600; solución de bicloruro de mercurio o sublimado corrosivo (muy venoso y altamente corrosivo para los metales), etc. La inmersión debe durar varios días. b) Inmersión en caliente: más efectivo que el anterior se emplean las mismas sustancias; pero se recomienda poner en las cubas de tratamiento, primeramente los antisépticos y después verter el agua caliente, para evitar el desprendimiento de gases casi siempre tóxicos. c) Métodos por enfriamiento: Se calientan primero las piezas de madera para expulsión de las sustancias líquidas vaporizables, sumergiéndose después en el baño antiséptico frío. De esta manera se obtiene la penetración fácil del baño en la masa de la madera. Inyección: A este tipo de procedimientos corresponden los más perfectos. Se aplica por medio de cilindro de impregnación, dentro de los cuales se coloca la madera y se extrae, por medio de transporte mecánico. Los métodos de inyección se pueden agrupar en dos clases, según que se realice con las fibras y células de la madera en su estado natural o como se les domina, llenas; y por inyección en las fibras y células vacías. a)
Inyección en las fibras llenas. Se procede en la forma siguiente 1º Se hace el vaccío dentro del receptáculo conteniendo la madera y se mantiene una presión de sólo ¼ a 1/5 de atmósfera, durante 10 a 30 minutos, con lo que se reduce el contenido de aire en las fibras y células. 2º Manteniendo este vacío se introduce en el receptáculo, el preservativo, y después se aumenta la presión. El preservativo se coloca a temperatura de 80 a 90º, y el aumento de presión se lleva a 8 a 12 atmósferas. 3º Se vuelve a hacer el vacío en el receptáculo, hasta que se saque el preservativo. Si el preservativo empleado es la creosota, el procedimiento toma el nombre de Bethell, si es el cloruro de zinc, se llama Burnett, y si es una mezcla de creosota y cloruro de zinc entonces se denomina Card..
b)
Inyección con las fibras vacías. En este caso hay dos formas de proceder, llamándose los métodos correspondientes, de Rueping y de Lowry, respectivamente. En el método de Rueping se procede de la manera siguiente: 1º Se comprende el aire en el cilindro de tratamiento y que contiene la madera, a una presión de 7 atmósferas. 2º Sin variar la presión, se introduce el preservativo a temperatura de 90º, y después se aumenta la presión hasta llegar a 13 a 14 atmósferas. 3º Después se quita la presión repentinamente, con lo que se consigue que las células de la madera se dilata. 4º Se hace el vacio para sacar la madera. El procedimiento Lowry es semejante al descrito, con la excepción de que se omite la presión inicial.
Tratamiento de los durmientes de ferrocarril: Se hace por inyección según los métodos de fibra llena, ya descritos. Por economía se emplean también mezclas de cloruro de zinc, tanino y cola, con lo que se consigue la obturación de los poros de la madera. Elaboración del “Carbón de palo” en el Perú. Lugares de producción y maderas empleadas: La producción del carbón de palo se realiza en muchos lugares del país; pero aquellos en que sobresale el producto por su ca1idad y cantidad son: Provincia Litoral de Tumbes, de Piura, Lambayeque, Ancash Ica y Arequipa. Las maderas aprovechadas son: En la Costa: Algarrobo Lucma Huarango Mangle Aliso Espino Pajarobobo Tara
En la Sierra:
Quinual Eucaliptus Sauce
Como tipos extremos podemos decir que el elaborado con algarrobo o lucma es duro y compacto, comparable con el europeo que se produce de haya, encina o carpas y el proveniente de es blando y deleznable. Método de elaboración: En zanjas y en montón. El primer procedimiento es aplicado a los árboles enteros, prácticamente in situ y es menos costoso; pero de un carbón de inferior calidad. Rendimiento: El peso de carbón obtenido representa del 15 al 25% del ‘peso de la madera empleada y su volumen del 50% al 75% del volumen
de ésta. Se estima que para producir una tonelada de carbón se requiere, por término medio, 12 m de madera. El rendimiento depende por supuesto’ de la especie de madera empleada y del modo y forma como se produzca el carbón. Una hectárea de monte tupido puede producir de 1,500 a 2,000 estéreos de madera, de 1.0 m3 cada uno, o sea de l25 a 166 toneladas de carbón. El poder calorífico de este carbón es de 7,000 a 7,600 calorías de Kg. Otros usos industriales de la madera. Entre los m importantes podemos decir, como ya se ha manifestado, que son la combustión destilación y gasificación. Combustión de la madera, Cuando se alimenta, un hogar con madera, se observan las tres etapas clásicas de la combustión: 1. Evaporación de una parte de la madera; 2. Destilación de los elementos volátiles; y 3. Combustión del carbón residual o coke En este proceso intervienen los siguientes factores: la cantidad de aire suministrado, que es el comburente; la temperatura; el tiempo que combustión; y la forma o diseño del hogar. Destilación de la madera. Es el método industrial por excelencia preparar carbón, pues permite utilizar al máximo los productos que forman la madera, y sería muy de desear que implantara en el país con la instalación de las plantas correspondientes, para por lo menos reducir el método actual de elaborar carbón de palo que es tan ruinoso para la economía nacional. El proceso fundamental para la destilación de la madera consta de: 1º Calentamiento de la madera hasta 350 a 450º, en retortas de acero, a las cuales generalmente se introduce la madera en carros sobre ruedas. 2° Paso de los vapores que se forman a través de un sistema de condensación, para separar el gas de combustible y otros sub productos crudos. 3º Tratado de los productos crudos para obtener disolventes, ácido acético, etc. En las retortas queda como residuo el carbón vegetal Parte del gas, producto de la destilación, se emplea como combustible para calentar las retortas.
Los productos crudos son carbón, gas combustible, alquitrán y una mezcla llamada ácido piroleñoso que contiene ácido acético, metano, acetona, acetato de metilo, etc. Gasificación de la madera. Es una aplicación de la destilación realizándose ésta principalmente, con el objeto de obtener gases combustibles aprovechables. Capítulo V - Maderas usadas en Ingeniería MADERAS DE EE. UU Normas comerciales Las más importantes, en cuanto a dimensiones, son las siguientes: Para longitudes comerciales se adoptan múltiplos de 2’ en largos de 10’ a 24’ .
Los gruesos o espesores son múltiplos de 1” en escuadrias grandes tales como las correspondientes a “timber”, “plank”, etc. En madera de corte en bruto o rústico (“rouge sawing”) se acepta una tolerancia hasta de ¼” por dimensión, es decir que una viga de 12” x 12”, puede ser hasta de 11-1/2” x 11-1/2”. Formulario de los árboles madereros: Los especies más comunes son las siguientes Estructuras Lumbre Ash, white Beech Biroh Chesnut Ciprés, Southern Ciprés Tidewater red Douglas Fir, COSAT Region Dpuglas Fir, Irland Epire Elm, Rook Elm, Soft Gum, black and red Hemlock, Eastern Hemlock, West Coast Hickery Larch Naple, Hard
Madera estructural Fresno blanco Haya Abedul Castaño Cipres del sur Ciprés rojo de los pantanos Pino Oregón del litoral pacífico Pino Oregón del canadá. Olmo de rocas Olmo suave Goma negra y roja Abeto del este Abeto de la Costa del oeste Nogal Pinabets, alerce
del
Pine, Norway Pine, Southern Longleaf Pine, Southern Shortleaf Poplar, Yellow Redwood Spruce, Eastern Tupelo Oak, Red and White
Arce duro Pino de Noruega Pino del sur de hojas largas Pino del Sur de hojas cortas Alamo Secuoya Pruche del Este Tupelo Roble, rojo y blanco
Coeficiente de resistencia a la rotura. En Kg/cm 2 Humedad: 15 ó 20% Roble blanco
Fresno blanco
840 910 Tensión ( ) 490 420 Compresión 140 130 ( ) 490 560 Compresión 56 50 () 280 350 Flexión 660 Esf. Cortante 765 ( ) Esf. Cortante () Peso kg/m3 MADERAS CHILENAS
Eucaliopto
Haya
Pino Oregon
Pino blanco
700 490 105 530 56 320 640
560 350 84 390 42 280 640
560 400 56 350 35 280 510
560 240 60 280 28 210 400
Las mas usadas en nuestro país son las que se indican a continuación pero conviene advertir que ninguna de ellas puede ser empleada con la universalidad con que se usa entre nosotros el Pino Oregón; es decir, pues, que el Roble Pellin, por ejemplo, no se puede emplear para puertas, muebles, etc.; el Laurel, no se debe usar en obras a la intemperie porque es muy débil para soportar la acción del agua, y así sucesivamente cada especie de madera deberá ser utilizada de acuerdo con sus características y comportamiento ya adelantado por la experiencia. Alamo.- (Populus piramidalis).- Madera blanca, muy, liviana, blanda, poca duración. Empleó andamios, formas para concreto, cajonería. Coigue,- (Nothafagus dombeyi), se escribe también Coihue, Madera rosada amarillenta, dura, difícil de secar y de trabajar, tejido Lino. Usos; Puertas, ventanas, pisos, techados, muebles. Laurel. (Laurelia aromática o Laurelia sempervirens) Madera verde amarillenta, manchada de pardo oscuro, liviana, fácil de trabajar, poco durable. Empleo: cajonería, objetos interiores de poca duración.
Lingue. (Persea lingue).- Madera pardo-rojizo o amarillenta, fibra aparente, pesada, dura,-rígida, Usos; decoración zócalos, escaleras, puertas, pisos. Luma (Myrtus luma): Madera gris-rojiza, muy pesada, elástica, compacta. Usos: Masas de ruedas, carrocería, mangos para herramientas. Pino araucaria, Araucaria, Piñon, Pehuén: (Araucaria araucana o Araucaria imbricata),- Madera blanca amarillenta, blanda, fácil de trabajar Usos; andamios y formas para concreto. Raulí,- (Notharagus procera).- Madera rosado Subido, veteada, fácil de secar y trabajar, tejido tino. Empleo: puertas y ventanas, pisos, techados, muebles. Roble Pellin. (Notharagus obliqua): Madera colorada, pesada, dura, difícil de secar, trabaja muy bien en agua. Usos: durmientes de ferrocarril, postes, puentes, malecones. Tepa, Huahuán, Laurela: (Laurelia serrata) Madera blanca, amarillenta, oscura, blanda, fácil de trabajar, se resquebraja con facilidad. Empleo: andamios, formas para concreto.
Coeficientes de resistencia a la rotura: Kg/cm2 Peso Flexión Compresión 3 kgs/m ( ) () Luma 1,200 650 500 200 Roble Pellin 1,068 590 263 74 Coigue 900 540 224 48 Lingue 850 490 220 70 Rauli 720 540 250 70 Laurel 700 350 220 90 Alamo 490 340 200 155
Tracc. 350 778 740 660 620 520 230
MADERAS ARGENTINAS Aunque las maderas argentinas no se emplean sino raramente en el país, sus características y demás datos técnicos, son muy útiles por corresponder a especies que se encuentran en gran mayoría también en el Perú. Se han publicado estudios técnicos muy completos sobre las maderas argentinas.
Pesos y usos: Quebracho colorado
1,300
Tanino, tintorería, construcción
Quebracho macho
kg/m3
civil, durmientes, postes, leña.
Quebracho negro 1,140 Curupay Blanco
1,200
Curupay Coloraro
Carpintería,
tonelería,
durmientes
Curupay negro
1,000
Guayacán blanco
1,200
Carpintería de taller tornería,
Guayacán negro
1,000
durmientes
Jacarandá
1,200
Muebles rayos de ruedas postes
Algarrobo Blanco
840
Construcción civil, ebanistería,
Algarrobo negro
puertas, tornería, durmientes,
Algarrobo pardo
770
leña
Caoba
940
Ebanistería, tenería.
Palo rosa
850
Tenería mueblería
Palo blanco
840
Cabos de herramientas, leña,
Molle colorado
construcción
rural,
Molle dulce
730
ferroviarios
Cedro macho
700
Obras navales, techos
Alerce
470
Obras navales, techos
coches
Coeficiente de resistencia a la rotura: kg/cm2 Tracc. Comprensión Esf. cortante ( ) ( ) () ( ) () Curupay negro Guayacán negro Jacaranda Quebrancho colorado Algarrobo negro Caoba Cedro macho Alerce MADERAS PERUANA
897 746 --658 375 368 333 250
741 956 893 755 482 513 354 501
378 544 516 355 310 --489 ---
179 163 --126 140 --114 ---
473 395 --424 275 --221 ---
Empleo característico de algunas maderas Durmientes ferrocarriles
de Algarrobo Catus Eucaliptos Guayacán Mangle Ulcumano
Cuartonería
Alcanfor Alfaro Mohena Nogal Pino rojo Roble peruano Cachimbo Hualtaco Palo de sangre
Pisos, parquetes
Densidad típicos: Muy pesado: Duraznillo 1,288 Mangle 1.000 1,200 Guayacan 1,085 Quina-quina 1,026 Huarango 1,025 Pesadas: Algarrobo Nogal oleado
Muebles
0.930 0.857
Pesadas:
Semi - Pesadas Nogal amarillo corriente Caoba blanca Molle Roble amarillo Alcanfor Cedro corriente Quishuar Aliso Sauco Sauce
(cont.)
Caoba oscura 0.856 0.400 á 0.125 Amarillo 0.336 0.400 Nogal amarillo Jaspeado 0.786 Duraznillo jaspeado 0.786 Ulcumano b1anco 0.730 Descripción de algunos árboles madereros.-
Ají-ají Aguano o caoba Amarillo Cedro Duraznillo Jacaranda Marfil Palo de rosa Palo de vaca Tornillo
0.670 0.650 0.633 0.621 0.590 0.547 0.540 0.520 0.510 0.500
Livianas: Palo cedro oleado
de
balsa
Alcanfor.- Madera de fibra corta entre-cruzada. Inatacable por insectos debido a alcanfor que contiene y cuyo olor se percibe claramente al aserrarlo. Hermoso aspecto al pulirla. Algarrobo.- Madera de color caoba oscura; muy dura; compacta; fibras, largas y entre cruzadas grano finos al aserrarla adquiere un cierto brillo. Se usa como madera de calentamiento, es decir, para leña y carb6n; su corteza es muy empleada en curtiembre, pues contiene más de 20% de sustancias tánicas. Existen las siguientes variedades: clara, oscura y blanca. Amarillo.- Árbol alto y muy derecho; de 14.00 á 15.00 m., y algunas veces hasta 20.00 m. diámetro de 0.50 á 0.80 m. hay dos variedades: el amarillo corriente y el amarillo de leche. Çatus.- Árbol derecho que llega hasta 20.00 m. de altura; diámetro hasta as 1.00 m. el color de su madera es blanco amarillento. Se rompe con fibra corta; se pica con mucha dificultad. Cedros.- Se conocen de varias clases: cedro virgen, blanco, calado, etc. Al cedro virgen se le llama también caoba hembra, y corresponde a la especie botánica Cedrela adorata. Suministra madera ligera, porosa, blanda, de co1or rojizo;de sabor amargo astringente y de olor aromático agradable. Fibras rectas, lisas y finas. Poco atacable por los insectos. E1 cedro blanco da una madera de éste color; con poros rojizos, ligera y atacable por la polilla. Se le prefiere en la construcción de canoas, en la montaña. El cedro calado suministra una madera dura, de fibras entre-cruzadas y quo se usa exclusivamente para postes. Duraznillo o palo de acero.- Madera muy dura; vidriosa; color rojo sanguíneo; bastante compacta y con fibras entre-cruzadas. Es madera incorruptible aún debajo de agua e inatacable por la polilla. Guarango.- Madera blanca amarillenta, con jaspes rojizos; vidriosa; compacta, de granos finos y fibras cortas; es inatacable por los insectos. Guayacán.- Madera durísima; muy nudosa; de grano fino y muy apretado; parte a astilla larga; color amarillo claro, con abundantes vetas verdes. Se deja pulir muy bien. El leño dura indefinidamente en todos los medios. Jacarandá.- Madera de color verdoso y muy bello jaspe, relativamente dura y quebradiza, compacta y densa.
Mangle.- Madera de color amarillo-rojizo recién cortada y rojo violáceo oscuro, cuando está seca; es dura, tenaz y de difícil trabajo. Se raja al secarse; no se altera bajo agua o expuesta al aire; pero se altera si está sujeta alternativamente a la humedad y a la sequedad. Se usa en curtiembre. Nogal amarillo del Perené.- Madera color amarillo, dura y de fibras cortas; es incorruptible e inatacable por los insectos, Paco.- Árbol de 25.00 á 30.00 m. de altura y diámetro hasta de 1.20 m. Madera de color blanco; no se pica se rompe con fibras largas. Palo de Balsa.- Madera de tejido esponjoso, muy flojo, elástico y relativamente resistente; de color blanco. Se utiliza para la construcción de balsas y canoas, en la fabricación de aeroplanos. Es excelente para producir pulpa para papel. La corteza se emplea en la manufactura de sogas; y los pelos que envuelven a las semillas para relleno de colchones y en hacer sombreros. Palo de Rosa.- Madera rosada o rosa-amarillenta, con vetas longitudinales rojizas, amarillas o violadas; posee un olor a rosas bastante tenue, pero que se acentúa al rasurarla; al tacto es grasosa; tiene un sabor acre y amargo, lo que la hace inatacable por 1o insectos. Madera de grano fino y dura. se usa en tornería. Robles.- Existen varias clases. El roble amarillo es madera porosa, de color amarillo grisáceo; compacta e inatacable por los insectos. Se conocen además las siguientes clases: oscuro alistado, jaspeado, plomizo, azulino, etc. Todas proporcionan madera excelente para tornería. Ulcumano.- Altura hasta de 25.00 m.; diámetro excepcional hasta de 3,00 m., y corriente de 1.00 á 1.50 m. Existen dos clases, el blanco y el amarillo y ambas son susceptibles de picarse, pero el amarillo resiste más, siendo maderas durables. El amarillo se conserva bastante bien, igualmente, en terrenos húmedos. SE le llama también pino peruano. Algunas de las maderas usadas por los aborígenes peruanos.Algarrobo Aliso Copaibo Chachacomo Chonta Huayaco
Prosopis dulce Alnus acuminata Microcarpus copaifora Stereoxylum resinosum Bactris ciliata Guayacum officinale
Maguey Molle Pacae Queñua Quina-quina Quishuar
Agave americana Schinus molle Inga reyiculata Pollilepis racimosa Miroxilon peruyferum Budleya incana
MADERA TERCIADA La madera terciada (“ply Word”) es la que se usualmente se denomina entre nosotros triplay (“three plies”) y consiste en la superposición a fibra cruzada de chapas delgadas de igual o distinta madera, y de cuyo numero depende el espesor total. Se le llama también multi1aminar. Su uso esta muy generalizado, aplicándose en revestimientos interiores de habitaciones, buques, coches de ferrocarril, aviones, etc., y en la fabricación de puertas y muebles en general. Se esta usando también, en el día, como materia estructural. La principal ventaja de este material consiste en que corrige los defectos naturales que tiene la madera corriente; es de mayor peso para el mismo espesor; se elimina las rajaduras; y se contrarrestan la contracción o dilatación por los cambios de temperatura y el hinchamiento. Todo ello debido cruzamiento de las fibras de una chapa con las inmediatas que se adhieren a ella. En la industria se siguen varios métodos para fabricar las chapas originales, pero se los puede agrupar en tres sistemas. 1.- Aserrio.- Método reservado para la fabricación de paneles exteriores de fantasía; 2.- Tajado o rebanado.- Que se adapta especialmente a cierto tipo de madera, y se utiliza para obtener según el grano, dibujos especiales con fines decorativos; y 3.- por torno o rotación.- que es el más barato y produce hojas más largas. La mayor parte de la chapa que se corta en EE.UU. se obtiene por este método. Las trozas casi siempre requieren un ablandamiento inicial, mediante vapor o cocción en agua caliente. La duración de este tratamiento depende de la dureza de la madera y puede ser desde una a dos horas, hasta 60 horas para los tipos más duros.
Las trozas son cortadas en chapa continua por medio de una sierra especial; esas chapas pasan después a la guillotina que las secciona en la dimensión necesaria; después se conducen a estufas para ser secadas comp1etamente. Cuando están secas reciben el pegamento; y superponiéndolas en e1 numero adecuado, es prensado el conjunto por medio de prensas de tornillo o hidráulicas. El prensado se mantiene hasta que el pegamento se seca, lo que requiere unas ocho horas. Después la hoja recibe el lijado o pulido final. Como pegamentos se usan: productos a base de fenolformaldehido o melamina formaldehido, aplicados en prensa calentada a 150°. Productos a base de urea-formaldehida, así como fenólicos de baja temperatura que requieren solo calentamiento de 30 a 70°, Y por ultimo, caseina, a1midón, cola fríjol soya y algunos adhesivos a base de urea que se pueden aplicar, todos, a temperatura ambiente. La madera terciada se considera en el día un materia1 aprovechable como estructural, y en este caso se tiene en cuenta para la aplicación de los coeficientes de resistencia, la dirección de los esfuerzos con relación a la de las superficies de pegamento. Además se debe considerar si la madera terciada esta en bruto (“rouge”), ó si ha sido lijada (“sanded”). La madera terciada más usada en el país es la fabricada con Pino oregon. Se manufactura desde 3 pliegos hasta 7 pliegos, variando el espesor, respectivamente, desde 1/8” hasta 1-3/16”. Esta es la madera usada preferentemente con fines estructurales. Para revestimientos se emplean triplay de maderas suaves como el ocume, etc. MADERA ENCHAPADA El enchapado de madera consiste en el revestimiento de maderas ordinarias o baratas por otras de calidad más fina, que se aplican en 1aminas más delgadas, pudiendo decirse que en realidad el enchapado se hace por medio de una viruta gruesa. La madera enchapada se usa principa1mente en mueblería y para revestimiento de zócalos y paneles ornamentales. La fabricación de la viruta de enchape es muy parecida a la de 1a madera terciada; pero el enchape se hace en los talleres de ebanistería sin mayor dificultad. En el mercado sé pueden obtener las laminas de enchape de las varias clases de maderas finas y valiosas por su jaspe o fibras, por su facilidad en tomar brillo, por su color, etc,. Las hojas de enchape se transportan generalmente en rollos. III PARTE - M E T A L E S
Capítulo IX
-
Metales ferrrosos
FIERRO COCHINO Definición.Fierro cochino, arrabio, lingote o hierro de primera funsión, es el material que se obtiene de la extracción de minerales naturales de hierro. Los distintos nombres que recibe indican sus principales características, es decir que tiene muchas impurezas, Que sirve para la preparación subsiguiente de otros productos ferricos, y que se obtiene de una fundición primeriza de los minerales. Minerales de hierro.Metalurgia es el arte de extraer metales de los minerales respectivos y diversos métodos para trasformarlos después hasta darles la composición y la forma necesaria para su aprovechamiento industrial. Ahora bien, en la metalurgia del fierro, llamada también siderurgia, los minerales más empleados son: Hematina roja, (Fe 203).- Sexquióxido de hierro. Mineral de color oscuro que varia de negro a rojo-ladrillo. Contiene hasta 70% de hierro puro. Es muy abundante en la naturaleza y el más importante en la obtención de hierro. Hematita parda o limonita, (Fe2O3 – H20).- mezcla de hidrato y oxidó ferrico. Varia en color desde el pardo oscuro hasta el pardo amarillento. Como la formula química lo indica contiene agua combinada quimicamente, la cual puede llegar hasta un 14.5 %. Es una de las pocas sustancias amorfas que existen en el globo. Este mineral puede tener hasta el 60% de hierro puro; pero el más abundante solo alcanza a 40 ó 50%. Magnetita, (Fe304).- Oxido ferroso-ferrico.- Es el mineral más rico y también el más duro, presentándose en forma granular. Contiene hasta 72% de hierro puro. Con frecuencia se encuentra acompañado de óxido de titanio, coma impureza, que es muy difícil y costoso de eliminar por que en este caso el mineral resulta desmejorado. Siderita, siderosa o hierro espático, (Fe CO3).- Carbonato de hierro. Es mineral gris o de color pardo; contiene 48% de hierro. Este mineral expuesto a la intemperie se trasforma en limonita y también en hematina roja. Su nombre se deriva de la voz “sideros” que significa hierro, en griego. Clasificación de los minera1es.-
Desde un punto de vista que nos interesa, los minerales de fierro de acuerdo con su contenido de fósforo son clasificados en: Bessemer No Bessemer Fosforoso
Menos de 0,05 Más de
O.05 % de P á 0.18 % de P 0.18 % de P.
Según otras impurezas: Manganíferos Silicosos
5.00 más
de
á 10.00 % de Mn 18.00 % de Si O2
Tratamiento preliminar de los minerales de hierro.Los minera1es ricos no necesitan tratamiento antes de pasar a Los hornos, pero los demás requieren acciones preliminares previas a su fundición. Entre los tratamientos previos se encuentra la trituración de los minerales a trozos menudos; el lavado, para eliminar las tierras. Y fangos; y la calcinación o calentamiento a fin de hacer perder el agua ó anhídrido carbónico. Otras veces se oxidan las gangas; y cuando el mineral contiene azufre se le tuesta para eliminar esta impureza, pero solo se pueden emplear minerales que contengan azufre en pequeña cantidad. Fundición del hierro.La fundición de minerales de hierro o sea su transformación en arrabio se practica en hornos, en los cuales se obtiene el calor quemando combustible y también por medios eléctricos. A los primeros por sus dimensiones excepcionales se les llama altos hornos; y a los segundos, hornos eléctricos simplemente, y a la industria respectiva electro-siderurgia. Tanto en un sistema como en otro, lb que se persigue es reducir los óxidos por el H, o por el CO; y además conseguir la desfosforacion y desulfuración de los minerales. Son pues impurezas del hierro; el 0, P, S y As. Estas purezas, en mayor o menor grado, lo hacen quebradizo. Por el contrario, para mejorar sus cualidades se le añade exprofeso: C, Si, Mn, Ni, Cr, W, Mo , V y Co. Altos hornos.- Son enormes cavidades metálicas o de albañilería de 20.00 a 30.00 m. de altura, revestidas interiormente con ladrillos refractarios básicos. Presentar la forma de dos troncos de cono unidos
por sus bases. Por la parte inferior se impele una fuerte corriente de aire, por tubos especiales llamados taberas, que tiene por objeto facilitar la combustión. El horno se carga por la parte superior llamada tragante, con capas alternadas de combustible, mineral y materia fundente. Como combustible se emplea carbón de piedra, cok, carbón vegetal, etc.; y corno fundente principalmente minerales calcáreos en todas sus composiciones. Además del tragante, reciben nombre especial, la cuba o cuerpo del horno, el vientre que es su parte más ancha, y el crisol que es la sección inferior. En la parte inferior del horno presenta dos aberturas principales; una para la extracción de las escorias y cenizas, y la otra la del metal fundido. De tiempo en tiempo se punza la parte inferior de la carga y el metal fundido sale en forma de chorro, que se reparte fácilmente, como un liquido, en surcos paralelos abiertos en un campo de arena, situado al pié de los hornos, donde se enfría y toma la forma de lingotes de fundición. Ya se ha dicho que por las toberas se inyecta en el horno aire, el que por razones de economía y metalúrgicas, se calienta previamente, pero para esta inyeccion se aprovecha aire puro mezclado con los gases que se escapan del mismo horno, los cuales son combustibles. En el dibujo adjunto se da el proceso químico que sufre el mineral en su descenso, y que es precisamente el que motiva la gran altura del horno, las temperaturas desarrolladas en su interior, y algunos otros detalles del horno. En todas las plantas modernas de estos hornos, se utilizan los gases desprendidos de ellos no solo para calentar el aire que va a las toberas, como ya se ha dicho, sino que se les destila obteniéndose diversos productos como gas de alumbrado, amoniaco, etc. Según la clase de combustible empleado. Las escorias se aprovechan para la fabricación cementos pobres, y también como agregados gruesos para la preparación de concretos.
Hornos eléctricos de fundición.- En los últimos años a comenzado a emplearse la electricidad para generar calor en loa hornos de fundición, pero con esta energía se usa siempre carbón, el que actúa principalmente como reductor; también se usan los fundentes. La proporción de carbón necesario es menor, estimándose que llega a ser un tercio de la que requieren los altos hornos. La fundición del metal se obtiene por el calor desarrollado por un arco voltaico que salta entre electrodos de carbón. La electro-metalurgia del hierro es relativamente moderna y todavía son poco numerosas las instalaciones existentes; pero se asegura que se han obtenido buenos resultados con ellas. Planta de Chimbote.- En el puerto de Chimbote se ha instalado una planta industrial de hierro, donde se funde el mineral proveniente de los yacimientos de Marcona, que se encuentran a poca distancia de la bahía de San Nicolás, en el departamento de Ica. Se usa el carbón explotado por la Corporación del Santa, y como fundente, calcareos muy abundantes en la zona de Ancash. El mineral de hierro es una hematita muy dura y densa, más o menos impregnada de magnetita y fierro oligisto. Se considera que para una producción diaria de 300 tn. de fierro cochino se, requieren 1,000 tn, de antracita. En cuanto a la planta de acero, está equipada con dos hornos eléctricos de fierro cochino, dos hornos eléctricos de acero, y tres plantas de rodamiento. Las instalaciones de rodamiento incluyen un sistema de unidades para producir planchones y barras gruesas, un sistema para producir varillas y otro para producir planchas de acero. Esta planta comenzó a producir sus materiales a principios del año 1958 con sus tres secciones; fierro cochino, acero y laminaciones. Clases de hierro cochino.Son diversos los sistemas de clasificar los hierros cochinos, que se encuentran en el mercado. Uno de ellos consiste en hacerlo según el combustible empleado, Otro, según la composici6n química, teniendo en cuenta el contenido de Si, P, etc., correspondiendo a esta clasificación los hierros cochinos “spliegeleisen” ó hierros especulares, ferro-manganeso, etc. Por último, otra clasificación se hace teniendo en cuenta el color, la dureza y el carácter de fractura, etc.
La clasificación más importante es aquella que tiene en cuenta el empleó posterior del hierro cochino, que no es en realidad sino materia prima para la obtención de hierros y aceros, y así se dice: hierro cochino para hierro colado, para acero Bessemer, etc., diferenciándose unos de otros, principalmente por la composición química. HIERRO COLADO Definición.Hierro colado, hierro fundido o fundición, es aquel que contiene tanto carbón, o su equivalente, que no es maleable prácticamente a ninguna temperatura. También se le define diciendo que es el que contiene de 2 á 4% de carbón, variando este porcentaje según la proporción de Si, P.S Mn. Fabricación.El hierro colado se obtiene refundiendo hierro cochino, o sea sometiendo al arrabio a una nueva fundición, Esta operación se practica en hornos que pueden ser de dos c1ases de cubilote y de reverbero. Los hornos de cubilote están formados por un cilindro revestido interiormente por ladrillos refractarios, dentro del cual se carga el hierro cochino, el combustible y un fundente. Con frecuencia se adicionan a la carga trozos de fierro fundido o desperdicios de este material. Como combustible se usa de preferencia el cok y muchas veces mezclas de cok y antracita Como fundente se emplean piedras calcáreas. El funcionamiento de estos hornos es muy similar al de los altos hornos, Así el cubilote o cúpula, tiene en su parte inferior toberas para inyección de aire carburante, y compuertas para la extracción del metal fundido y salida de las cenizas y escorias. Muchos de estos hornos son de producción
continua, pues la carga se realiza por la boca superior ó Sea la opuesta. a la descarga y limpia del horno. Los hornos de cubilote se diferencian de los altos hornos en que la desoxidación ó reducción del metal es menor en aquellos que en estos; por consiguiente en los hornos de cubilote el consumo de combustible es menor igualmente, a presión a que se inyecta el aire es mas baja en los hornos de cubilote; y por ultimo, los humos y gases de la combustión no se aprovechan. Los hornos de reverbero se componen de un hogar que tiene a uno de sus lados la caja de fuego y al opuesto la chimenea, El hogar es de forma achatada y en él se coloca el metal por fundir; en este hogar reverberan o reflejan las llamas, y de allí el nombre que recibe el horno. Las llamas o fuego que se producen en las parrillas pasan por el hogar y son atraídas por la chimenea por donde se escapan al exterior los humos y gases. Clases de fierro fundido.Según que la fundición tenga o no carbono en estado de grafito recibe el nombre de fundición gris y fundición blanca. Fundición gris.- La mayor parte del contenido de carbono es separado después de la solidificación, en forma de grafito a consecuencia de la acción del silicio, Es posible influir en la separación del grafito elevando la temperatura de colada, La superficie de la fractura de esta clase de fundición es de color gris. La fundición gris se prepara en hornos de cubilote, y sirve para piezas de maquinaria. Fundición blanca.En esta fundición casi todo el contenido de carbono esté combinado en forma de Fe3C a consecuencia de un gran contenido de manganeso. El material es más duro y más quebradizo que en la fundición gris. El color de la superficie de fractura es blanco. La fundición blanca se prepara, de preferencia en hornos de reverbero; se emplea como preparación para obtener después acero y para fabricar piezas duras.
Colado del hierro.Con el nombre de colar se denomina a la acción de verter el metal fundido, en un molde para darle forma especial. No se emplea el término moldear, por que esta última operación se puede hacer también por medios mecanices, llamándose entonces laminar, estirar, etc. El colado del metal, se puede hacer en moldes de arena, en lingoteras, y por inyección. Para el fierro colado, el sistema de moldes de arena es el usado universalmente; los otros sistemas se emplean en el colado de otros metales. Modelos.- Se llama modelo al símil o réplica de la pieza que se va a fabricar. Los modelos se hacen de madera de la forma que deberá tener la pieza fundida; pero como el metal al enfriarse se contrae, las dimensiones de los modelos son ligeramente mayores que las definitivas, para tener en cuenta esta contracción. Moldes.Los modelos se colocan en cajas llenas de la “arena” que va a formar el molde. Para la arena se prefiere aquella que tiene un 90 á 95 % de sílice, siendo refractarias por esta razón; pero debe poseer un poco de alúmina y magnesia para que tenga plasticidad; se le agrega además un pequeño porcentaje de óxido de fierro y algo de cal. Generalmente lo moldes se componen de dos tapas, en cada una de las cuales se ha colocado el modelo y pisoneado cuidadosamente la arena. Extraídos los modelos y colocada una tapa sobre otra dejan entre ellas, en hueco la forma de la pieza por fundir. Las Lingoteras son moldes metálicos. Con el objeto de evitar el enfriamiento muy rápido del metal colocado al entrar en contacto con las paredes de la lingotera, esta se calienta ligeramente antes de recibir la colada. El metal así manufacturado recibe el nombre de fundición endurecida. Colocado.- El metal fundido en el horno es recogido en crisoles con los cuales se vierte en los moldes. Los moldes presentan tres clases de agujeros o aberturas; unas por donde se vierte el metal fundido; otras para dejar escapar los gases y humo que siempre origina la colada, y otras de rebose o indicadores de que el molde ha sido llenado por el metal. Enfriado el molde se retira la pieza fundida y se pule para limpiarle las rebarbas. El pulido se hace por medio de un chorro de
arena; introduciendo la pieza en una solución de acido sulfúrico; ó haciéndola rotar dentro de un tambor metálico en el que se han colocado piezas de acero duro. El producto de la fundación debe presentar una distribución uniforme y fina de su contenido de grafito y están libres de agujeros, poros, pajas, grietas y dobleces. Uso del fierro fundido.De acuerdo con los caracteres que hemos indicado, de ser frágil y no maleable, se usa el fierro colado en aquellas piezas estructurales o de maquinaria, que no trabajan a la flexión, ó que resisten esfuerzos debeles de este carácter. Se emplea por ser mas barato que otras clases de hierro ó aceros, como consecuencia de que su preparación es la mas simple y economica en siduurgia: por otro lado, resiste mejor que otros hierros y aceros la acción del fuego directo y humos, así como la de los ácidos. Los principales usos del fierro colado son en fumistería (hogares y chimeneas): fabricación de tubos; piezas de maquinaria de mediana resistencia, como bases y soportes, o de alta resistencia como cilindros de locomotoras a vapor, motores a vapor, a gas, motores de presión; cilindros para laminar, etc. Composición química.La siguiente es la de la fundición por corriente empleada en construcción. C Si Mn P S
3.3 á 2.0 0.4 0.6 menos de
3.6 % 2.5 0.7 1.2 0.12 %
Fundición resistente a los ácidos: Si 12.0 á 14.0 % Fundición resistente al fuego: Cr hasta 30 % (adición eventual) Resistencia mecánica de la fundición.Los siguientes son los coeficientes usuales: Kg./mm2. Tracción Dureza
Flexión
Fundición corriente para maquinaria 140 - 160 Fundición especial 200 Fundición de primera categoría 220
12
24
20
40
180 -
26
46
200 –
Los coeficientes anteriores de tracción y flexión representan esfuerzos a la rotura; los de dureza, según ensayo de Brinnell, es decir de imprenta de bola de acero. La resistencia del fierro fundido a la compresión es notablemente alta, estimándose en unas 4 veces de la tracción. Se considera que la fundición blanca es uno de los metales de mayor resistencia a la compresión. FUNDICION MALEABLE Fundición maleable, es aquella, que como su nombre lo indica es flexible, dúctil y puede laminarse. En la industria siderúrgica se da en general el epíteto de dulce, a aquel metal que es más blando que otro, o que es dúctil y maleable, por esta razón a esta clase de fundición se le llama también fundición dulce. Se prepara fundiendo un lingote de característica pobre en Si y Mn, colocándolo en moldes de arena, obteniéndose a causa de la débil proporción de Si una fundición blanca. Los objetos fundidos se descarburan recociéndolos, envolviéndolos previamente en una masa oxidante, generalmente formada por mineral de hierro. Esta clase de fundición no se emplea en estructuras; pero en cambio es muy usada en artículos de forma complicada y que necesitan tener mayor resistencia que si fueran de fundición gris, pues tiene todas las cualidades de este material, siendo como se ha dicho más resistente. La fundición maleable se usa en la manufactura de piezas de maquinarias, accesorios especiales de tubería, cajas de grasa en el material rodante, herrajes para carpintería, etc. HIERRO FORJABLE Fundiciones.El hierro forjable se llama también hierro dulce y hierro pudelado.
Por estos diversos nombres se pueden apreciar sus características; forjables, e decir capaz de ser trabajado a la fragua o forja; dulce o sea dúctil y maleable; y por último, la voz pudelar se deriva de una palabra inglesa que significa remover o agitar, refiriéndose con esto a una etapa muy importante en la preparación de esta clase de hierro como se vera más adelante. El hierro dulce, es pues un metal dúctil, típico, Contiene aproximadamente 99% de hierro puro, con so1o 0.1% de carbono. Conviene además que el fósforo no exceda de 0.25 % y que el azufre no llegue al 0,05%, Un exceso de fósforo produce un metal agrio en frío, es decir, quebradizo; y el azufre le comunica. La misma propiedad cuando el hierro se calienta al rojo. Otra característica importante del hierro dulce es que su estructura es fibrosa y contiene comúnmente fibras de escoria que nunca son totalmente eliminadas por el trabajo mecánico. Preparación.El hierro dulce se obtiene fundiendo los lingotes en hornos de reverbero, de diseño apropiado, que reciben el nombre de hornos de pudelar, en los cuales en el hogar, que se llama Laboratorio, se pone el hierro cochino en contacto con materiales oxidantes, generalmente minerales de oxido férrico y removiendo o pudelando la carga con barras de hierro, se logra oxidar las impurezas al mismo tiempo que el metal se va volviendo pastoso. El metal fundido se retira del horno de pudelar en forma de bolas, lobos, o zamarras, que después por medio del martillado o laminado son limpiadas y e1iminadas de casi todas las trazas de escoria que pudieran contener. Con este material, que se clasifica según el aspecto de la fractura, añadiendo a veces chatarra, nobre que se da a los desperdicios de hierro dulce, se forman paquetes que se llevan nuevamente a los hornos para ser después laminados. En estos últimos hornos se obtiene una especie de soldadura de todas las partes del hierro, y por tal razón a estos últimos hornos se les llama hornos de soldar. El hierro resultante de las operaciones descritas se llama hierro dulce de paquete, y cuando se manufactura en forma de barras de sección cuadrada, a éstas se les denomina tochos. Tocho es pues un fierro cuadrado que se vende en el mercado para trabajos de forja.
Cuando se trata de una barra de hierro dulce, chato, apropiado para el laminado, entonces se llama Lupia. Transformación mecánica del hierro forjable.Laminado.Se puede practicar en caliente o en frío. La operación consiste en pasar las lupias a través de Juegos de rodillos que paulatinamente van dando el perfil requerido. Por laminado en caliente se fabrican rieles, durmientes, hierros de ángulo, viguetas, chapas de palastro, etc. El laminado en frío se usa principalmente para la fabricación de flejes o cintas de metal, etc. Estirado.- Esta operación se practica también en caliente o en frío. En caliente se usa para fabricar tubos llamados también soldados; y en frío para la mano factura de alambres de diámetro inferior de 5mm. También como en el caso del laminado la manufactura consiste en hacer pasar el metal, en bruto, a través de unos rodillos que lo estiran longitudinalmente. Las maquinas para fabricar alambres por este sistema se llaman hileras, y consisten en una plancha de acero duro con agujeros decrecientes por los cuales va pasando el hilo, saliendo cada vez más delgado. Forjado.- Es también otro de los sistemas empleados para producir las piezas de hierro. El forjado se puede hacer en caliente, y entonces se usa el martillo o la presa. También se moldea en caliente con estampas, que no son sino matrices que se golpean a mano. En el forjado a frío se debe considerar el punzonado o agujereado con punzón, a presión; el estampado o moldeado a presión y por último el embutido de chapas. Perfiles comerciales, Por medio de las operaciones reseñadas en el párrafo anterior se manufacturan los siguientes perfiles principales: (a) (b) (c) (d) (e)
Hierro de ángulo de alas iguales, Hierro de ángulo de alas desiguales. Hierros o viguetas doble T, Hierro en canal o U. Hierro en T sencilla,
(f) (g) construcciones (h) (i) (j) (k)
Viga H, o T de ala ancha, Viga con nervio, llamada también bao, usada en navales, Hierro Zorés, Viga en Z. Angular con nervio, usado en coches de ferrocarril, Hierro Zorés.
También se usa el hierro dulce para la fabricación de: Clavos Garfios,
,
pernos, tuercas,
cadenas, alambres, etc.
Estructura del hierro dulce y su resistencia,La estructura del hierro forjado, observada en la fractura, aparece fibrosa o lamelar, lo cual es el resultado de la laminación y del forjado del material en bruto; pero el mismo metal, examinado al microscopio, resulta compuesto de granos cristalinos. La resistencia del hierro dulce a los esfuerzos esta influenciada por la dirección de las fibras, pudiéndose decir que esta dirección influye tanto como en la madera, Así, a la tensión, la resistencia en dirección normal a la de las fibras es de 60 a 90% de la resistencia en sentido longitudinal, sucediendo lo mismo en los esfuerzos de compresión, esfuerzo cortante, etc. Un coeficiente usual de resistencia a la tracción, para el hierro forjado es de 33 a 40 kg/mm2, a la rotura, en dirección del laminado; y de 28 a 35 kg/mm2, para los esfuerzos en sentido perpendicular. Soldado del hierro dulce.Una de las propiedades más importantes que posee el Hierro forjado, es la de soldarse a sí mismo, cuando las piezas por unir son calentadas a alta temperatura, pero sin que se llegue a la fusión. La soldadura es efectuada golpeando a mano la unión, con martillos o combas, o por medio de martillo-pilón, y también por prensa. Esta soldadura es posible, en primer lugar, por la ausencia de impurezas, y después por la propiedad que posee el fierro forjado de permanecer en estado maleable con grandes cambios de temperatura, es decir que no se endurece tan rápidamente como baja la temperatura o se enfría la unión. En todos los trabajos de forja se aprovecha esta facilidad del hierro dulce para soldarse, y también, se utiliza en la fabricación de
algunos productos industriales como en la de los tubos que se llaman estirados o soldados por ejemplo, ya mencionados. El hierro dulce se suelda a una temperatura de 1300º, la temperatura a la cual se funde es de l.500º. ACERO Definición.Acero es aquel fierro que es maleable a determinada temperatura, y que posee suficientemente proporción de carbono para endurecerse fuertemente cuando sufre un enfriamiento rápido. La proporción de C en los aceros varía de 0.10 a l,5%. Clasifioación.Los aceros se clasifican, principalmente, desde tres puntos de vista: A.- Por el método de manufactura o proceso metalúrgico: 1º.- Por carburación del hierro forjado: a) Apero al crisol. b) Acero de cementación. 2°.- Por descarburación del hierro cochino: a) Acero Bessemer. b) Acero Martín-Siemens. c) Acero Eléctrico. d) Acero duplex, triplex, etc. B.- Por el empleo del acero: Acero de remaches. Acoro estructural. Acero para ejes. Acero para cables, etc. C.- Por la composición química del acero: 1º.- Según el porcentaje de C: a) Acero suave 0,10 a b) Acero medio 0.20 a c) Acero duro 0,40 d) Acero muy duro 0,70
0.20 0.40 a a
% % 0.70 % 1.50 %.
2º.- Por las aleaciones especiales: a) Acero al níquel. b) Acero al manganeso, etc. Manufactura del acero.Fabricación al crisol.- En un crisol de ladrillos refractarios se coloca hierro forjado y algo de carbón vegetal y minerales de manganeso y se somete esta carga a una fuerte temperatura, capaz de fundir el hierro, por dos o tres horas. Cuando el crisol deja de desprender abundantes gases y cesa la ebullición del metal fundido se da por terminada la operación. El metal liquido se echa en moldes para formar los lingotes. Este método es costoso, y por tal razón solo se le emplea para obtener acero de alta calidad necesario para fabricar herramientas, cuchillería, resortes, etc. Fabricación por cementación.El fundamento de este método como el del anterior, consiste en hacer absorber carbono al hierro dulce para transformarlo en acero. Se realiza colocando el fierro forjado y carbón de palo en un convertidor, que es un recipiente de ladrillos refractarios. Se enciende la carga y se eleva la temperatura a 700°, durando la operación de 7 a 12 días. Después se deja enfriar lentamente el hierro que se ha transformado en acero. El método es costoso, lento y actualmente poco usado. Acero Bessemer,El principio de la fabricación del acero por este método está basado en la oxidación del C y otras impurezas que pudiera contener el hierro cochino. Para el efecto se hace pasar un chorro de aire frío a través de la masa fundida de arrabio; operación que se practica en un convertidor. El convertidor es, pues, cargado con el arrabio fundido producido por el alto horno, o por otros tipos de hornos que lo entreguen en ese estado. Se fabrica acero ácido y acero básico. El convertidor que tiene la forma de barril o balde, está defendido en su interior por ladrillos refractarios, y Suspendido de un eje, puede bascular para ser cargado o descargado. Para obtener acero Bessemer, se inyecta simplemente aire por el fondo del convertidor,
cargado con el arrabio fundido. Después de unos minutos de realizada la inyección las impurezas se eliminan por oxidación; se oxida también el Si y el Mn, originándose escorias que son retiradas, Después se agrega un elemento recarburizador, una cierta cantidad de fierromanganeso, por ejemplo. Cuando se desea obtener acero básico Bessemer, se le agrega al metal fundido una pequeña cantidad de calcáreo fundente. Con el empleo del convertidor, en la siderurgia, se inició también la construcción de grandes edificios o rascacielos del tipo de “osamenta metálica” en los cuales, como se sabe, los muros de la edificación cargan piso a piso, sobre la estructura de acero. Acero Martin-Siemens.Esta clase de acero se llama también de hogar abierto, denominación que se usa mucho expresarla en inglés: “open hearth”. Para preparar te tipo de acero se inyecta masa fundida de arrabio una mezcla gaseosa carburante. La acción del gas se realiza en un horno muy similar al de reverbero, construido de ladrillos refractarios. Como gas carburante se emplea una mezcla de N, CO, e H, que generalmente se obtiene forzando una corriente de aire través de una capa de carbón de piedra bituminoso, encendida. Pero en casi todas las instalaciones el gas proveniente de la fundición es obligado a pasar por una serie de compartimentos de ladrillo refractario, en donde se mezcla con aire para bajarle la temperatura y se enriquece, con nuevo gas carburante, llegando después a los hornos y siguiendo el ciclo que resulta así constante. Las cámaras de ladrillo, para mezclar el gas que sale del horno con el aire y con nuevo gas, se encuentran casi siempre debajo del laboratorio del horno de reverbero. Cuando se desea obtener acero Martín-Siemens ácido, se carga simplemente el laboratorio del horno con el arrabio y se le somete a la acción del gas inflamado. A las 3 ó 6 horas, la sílice, manganeso y
una buena parte del carbón se habrán oxidado y son expedidas del metal. Para preparar el acero Martín-Siemens básico, se agrega al arrabio un poco de hierro y un fundente calcáreo. Proceso eléctrico.Su fundamento químico es el mismo que el del método de hogar abierto, pero en este caso se reemplaza el gas carburante por la electricidad. La corriente eléctrica suministra, pues, el calor necesario para realizar la oxidación, no requiriéndose oxigeno adicional.
Se considera que el procedimiento eléctrico es muy eficiente para eliminar del acero el S y el C pero no tanto para hacer desaparecer el P. Los hornos eléctricos de fusión pueden ser tres tipos: de inducción, de resistencia, y de arco. En los primeros, el baño de metal va en una calidad anular, formando el circuito secundario de una especie de transformador, por cuyo circuito primario circula la corriente que se utiliza. El calentamiento debido a la corriente indicada mantiene el baño en fusión. En los hornos de resistencia propiamente dicha la corriente pasa de un polo a otro a través de una resistencia que envuelve el horno y suele estar separada del baño por una pared refractaria. Por ultimo en los arcos,
este salta entre dos electrodos que se introducen en el horno si se emplea corriente continua o monofásica, y entre tres o entre dos y la solera si emplea corriente trifásica, aunque es usual transformar está en monofásica. También puede saltar el arco entre un solo electrodo y las paredes del horno, que es el caso representado en el croquis. Una vez fundido, el metal, se cierra ‘el circuito a través del baño liquido, de modo que, en realidad, la fusión se mantiene por el calor debido a la resistencia del baño. Se acepta que el horno eléctrico proporciona un acero de tipo de carbón tan alto como el obtenido por el método de crisol; recomendándose especialmente para aceros de aleación , siendo entonces más económico que le método de crisol. De otro lado se estima que es más costoso cuando se trata de obtener aceros medios o bajos, que con los sistemas Bessemer o de hogar abierto.
Proceso Duplex,-Consiste en realizar la fundición, primero en un convertidor Bessemer ácido, y después pasar el acero en gestación a una horno de hogar abierto, básico. En este Último se agrega un elemento de recarburizador. Las principales ventajas de este sistema están en que se puede beneficiar un arrabio, con más alto porcentaje de fósforo, y que es menor el tiempo necesario para la fundición total. También se emplea el proceso duplex combinando una refinación preliminar del acero en un convertidor Bessemer o en un horno Martín Siemens, y terminándolo en un horno eléctrico. Proceso Triplex.-Con este nombre se denomina en la industria siderurgicas la preparación del acero en tres etapas que pueden ser, por ejemplo; primero en un convertidor Bessemer, seguir después con un horno de hogar abierto, y por último terminar con el horno eléctrico. Tratamiento térmico del acero.Para que el acero pueda ser usado en las múltiples aplicaciones que tiene en la industria se hace necesario someter a los lingotes, provenientes de los hornos de fundición, a tratamientos posteriores en los cuales se intensifican o caracterizan las propiedades que se desean aprovechar. Los tratamientos posteriores del acero, por el calor, más importantes son: el temple, el revenido, la cementación, y el recocido.
Temple.Es la operación por la cual mediante un enfriamiento brusco o muy rápido el acero calentado previamente, se eleva su resistencia, volviéndolo duro ó quebradizo, desarrollándose tensiones en su interior. El temple se realiza como se ha dicho calentando la pieza de acero a temperatura conveniente, y sumergiéndola después, violentamente, en un líquido. La temperatura de calentamiento más apropiada depende de la proporción de carbono y demás componentes especiales que tiene el acero. Así, para el que posee l.0 % de C la temperatura más ventajosa es alrededor de 750 º. Como líquido se usa en primer lugar, agua corriente; pero entonces se mejora el temple con el revenido, como se vera más adelante. Revenido.- En el calentamiento del acero templado, a fin de reducir su fragilidad y elevar al mismo tiempo su resistencia. Para el revenido se calienta el acero a temperatura que oscila entre 100 y 700º; realizando este calentamiento por contacto con una plancha, de hierro o por un procedimiento similar. Cuando se templa acero al agua se hace necesario someterlo al revenido; pero si para el templado se emplea aceite, sebo, plomo fundido o corriente de aire, entonces se obtiene el mismo resultado sin que sea necesario recurrir al revenido. Materiales de Construcción: Cementación: Consiste en calentar la pieza de acero envolviéndola previamente en una sustancia capaz de ceder carbono. Este proceso se efectúa de preferencia en aceros al carbono dulce y aceros al níquel o cromo. níquel. Como materia que cede carbono carbono se emplea el aserrín de cuero y prusiato. Por la cementación se carbura la superficie de la pieza que adquiere gran dureza y puede templarse, mientras que el interior conserva su elasticidad primitiva. Recocido: Es la operación de calentar las piezas de acero para destruir las tensiones desarrolladas por el temple. Se diferencia de éste en que el enfriamiento se hace lentamente. Tratamiento mecánico del acero:
Para el aprovechamiento del acero en la industria, se le puede someter al mismo tratamiento mecánico que se ha descrito para el hierro dulce, es decir, laminado, estirado y forjado. También como en el caso del hierro dulce, dada una de estas manipulaciones se puede realizar en frío o en caliente.
Soldadura del hierro o del acero: 1. Soldadura eléctrica: a. Método de Thompsom: El procedimiento está basado en la resistencia que ofrece un circuito. Consiste en apretar fuertemente las dos superficies que se van a soldar y hacer pasar una corriente de gran intensidad y poca tensión, hasta conseguir una temperatura suficiente para la soldadura; entonces se interrumpe la corriente y se mantiene la compresión de las superficies reblandecidas el tiempo que sea necesario. b. Soldadura por arco eléctrico: Consiste en conectar uno de los polos del dinámico a las chapas por soldar, y el otro a un electrodo de carbón, que se mueva lentamente y a corta distancia sobre la línea que marca la soldadura por realizar; se hace saltar así un arco eléctrico que va fundiendo el metal y rellenándose la unión por si sola. 2. Soldadura aluminio-térmica: se ha empleado para soldar los rieles de los tranvías en Lima. Para realizar esta unión, las dos plazas que se van a soldar se colocan dentro de un crisol; en el caso de los rieles, las dos cabezas por unir se cubren por dos piezas que se pegan a los rieles, como aclisas, y que dejan una oquedad para formar el crisol. En este crisol se envuelve la junta con una mezcla ferrosa-férrica y aluminio en polvo; esta mezcla se inflama con una cinta de magnesio. Se produce una reacción exotérmica y una reducción suficiente para fundir el hierro y la alúmina. Este sistema se llama entre nosotros thermit y termita en otros países. El soldador de este tipo produce una temperatura de 3,000°. 3. Soldadura autógena: Consiste en caldear la junta por medio de un soplete hasta obtener la soldadura por fusión de los bordes de las piezas por unir. En el caso de chapas delgadas basta la acción del soplete; pero cuando se trata de chapas o hierros gruesos se hace necesario agregar metal que se proporciona por medio de una varilla que se va fundiendo a medida que progrese la soldadura.
Los sopletes de soldadura autógena se utiliza también para cortar hierro o acero, cualquiera que sea el espesor o dureza de las piezas. Para ello se comienza por calentar la línea de corte con la mezcla usual y después se cierra la admisión de H ó acetileno según los casos, y se proyecta un chorro de 0 puro que produce una fusión instantánea del metal. En este tipo de soldadura se emplea dos clases principales de sopletes; pero en ambos lo que se persigue es obtener una llama fuertemente reductora, lo que se consigue con un exceso de hidrógeno, o de acetileno respectivamente. a)
Soplete oxhídrico: Se usa una mezcla de oxígeno y de hidrógeno. Origina una temperatura de 2,000 a 2,500°.
b) Soplete oxi-acetilénico: El soplete actúa con una mezcla de oxígeno y acetileno (C 2H2). El acetileno se prepara en un gasógeno, es decir, un horno de cuba, en el que se hace actuar agua sobre carburo de calcio (C2Ca). Produce 3,000° de temperatura. 4. Soldadura con gas de agua: Se usa especialmente para la unión de chapas gruesas. Este gas se mezcla con aire atmosférico en la proporción de dos volúmenes de gas por cinco de aire, y se aplica a las piezas por soldar con un mechero o por medio de soplete. El gas de agua se prepara en un gasógeno, en el cual se hace pasar una corriente de vapor de agua a través de una capa de carbón de piedra incandescente. Las reacciones que originan el gas de agua son: C + H 2O H2 + CO ) C + (2H 2O) 2H2 + CO2 ) gas de agua OXIDACIÓN DE HIERROS Y ACEROS: DEFINICIÓN Y GENERALIDADES: El herrumbre u orín es el hidrato férrico en que se transforman, lentamente, los hierros y aceros por la acción combinada del agua y del aire. Estos elementos necesitan actuar conjuntamente, pues, ni el agua sola ni el aire seco forman orina. La acción de oxidación se acelera por la presencia de ácidos diluidos, por las disoluciones salinas, y por último por corrientes eléctricas. El mortero fresco del cal corroe con rapidez el hierro; pero la oxidación, generalmente, no pasa de la superficie. En cambio el mortero de cemento impide la oxidación. El yeso es también favorable al desarrollo de la oxidación. En el agua de mar, el elemento activo de la oxidación es el cloruro magnésico.
Se han desarrollado varias teorías para explicar el proceso de la oxidación, siendo las más conocidas las tres siguientes: La teoría de la acción del bióxido de carbono o anhídrido carbónico, supone que el CO 2 actúa sobre el fierro para formar carbonatos Fe0 CO3 (Siderita), los cuales por la acción del oxígeno se transforman en Fe0 y CO2, este último regenerado produce la prosecución del ciclo. La teoría de la humedad se basa en que el agua, en presencia del óxido origina Fe0 (óxido ferroso) y H2O 2 (agua oxigenada). La teoría electrolítica, que hoy es la más aceptada, supone que la corrosión es causada por corrientes eléctricas momentáneas, producidas en los puntos donde el metal no es homogéneo; así como también que se produce electrólisis en las pequeñísimas cavidades superficiales del metal en las cuales se puede depositar la humedad que actúa como un electrolito. No todos los hierros y aceros se oxidan con la misma facilidad así el hierro dulce lo hace mucho más fácilmente que la fundición. El acero se oxida más rápidamente a medida que contiene mayor cantidad de impurezas o que aumenta la porosidad de su textura. Método de preservación: Son numerosísimos los procedimientos empleados para defender el hierro de la oxidación. Todos ellos, como es muy explicable, se b asan en la obtención de una capa de materiales, resistentes a la acción del aire y agua, que cubra la superficie oxidable. En todos los sistemas es indispensable que la superficie metálica que va a recibir la capa protectora se encuentra completa y rigurosamente limpia, y en muchos procedimientos, además, bien seca. La capa protectora puede obtenerse: 1) transformado la textura superficial del hierro; 2) transformándola en una aleación, o como se dice corrientemente “metalizando el fierro”; y 3) por la aplicación física de una capa de sustancias más o menos durables. 1) Estos procedimientos consisten en evitar que la oxidación se propaguen al interior de la pieza, convirtiendo para el efecto la superficie en una finísima película de oxido ferroso-ferríco. Para esto se emplea la acción del vapor recalentando; del gas pobre; de grasas y aceites quemados sobre las piezas de hierro, etc.
2) La aleación o metalización de la superficie de hierro puede hacerse mecánica o eléctricamente. En muchos sistemas se sumergen las piezas de fierro en un baño galvánico; en metal fundido; y otras veces se aplica a brocha en forma de una pintura metálica, en la que el metal esá reducido a polvo y puesto en suspensión en un líquido. Así se aplica el zincado o galvanizado, el estañado, el emplomado, encobrado, niquelado, cromado, etc. 3) En este rubro se incluyen: a. Los esmaltados, empleados para las piezas de fundición y que consisten en la aplicación de un fundente, formado casi siempre por un silicato y óxido de estaño aplicado en caliente. b. Engrasados y aceitados, usándose con frecuencia grasa con grafito. c. Alquitranados y asfaltados, aplicados en caliente. d. Resinas, caucho y celuloide. e. Pinturas: las más comunes son las pinturas al óleo, es decir a base de aceite de linaza. Lo usual es aplicarla en dos manos; la primera está constituida por un barniz de aceite de linaza muy fluido y secante, mezclado con un color que cubra bien, como grafito, ocre, minio de plomo (Pb3O 4), que es bastante resistente al agua. La segunda mano, o definitiva, se da con aceite de linaza mezclado con albayalde, grafito y polvo de zinc. En el mercado existen multitud de pinturas que tiene como base los ingredientes señalados, y las cuales se venden bajo el epígrafe de anti-corrosivas. Propiedades mecánicas del acero: Las propiedades físicas y mecánicas del acero dependen principalmente de su composición química, del método de su manufactura, del tratamiento calorífico, y por último del trabajo mecánico. Influencia de la composición química: Los elementos que influyen sobre las propiedades del acero son el C, Si, S, P, Mn. En el acero existen otros elementos pero ellos no ejercen influencia apreciable en la práctica, esto tratándose de los aceros al C, por que en los aceros aleados, se acentúan algunas de sus características como se verá al tratar de los aceros al Ni, Mn, V, Cr, etc. el C es el elemento que más influye en las propiedades físicas del acero. Ya se ha dicho que de
acuerdo con la proporción de C los aceros y sus cualidades son las siguientes: Acero
Proporción de C.
Características
Blando Medio Duro Muy duro
0.10 á 0.20 0.20 0.40 0.40 0.70 0.70 1.20
No templable. Fácil de soldar. Difícil de templar. Soldable. Templable. Difícil de soldar Temple fácil. No soldable
La influencia del C sobre las resistencias se expresan por las siguientes ecuaciones: Punto de fatiga: Resistencia de tensión a la rotura: Acero ácido hog. Ab. Acero básico hog. Ab.
21+ (35x%C) kg/mm2. 52+ (76x%C) kg/mm2. 32+ (63x%C) kg/mm2.
La influencia del fósforo y manganeso se expresan por las siguientes relaciones, relativas a los esfuerzos de tensión a la rotura en kg/mm2. Acero ácido de hogar abierto: 28 + (48x%C) + (70x%P) + (56x%CMn) Acero básico de hogar abierto: 27 + (47 x%C) + (70x%P) + (6x%Mn) + (28x%CMn) El Si en proporción mayor a 0.25% que es la usual, incrementa la dureza, el punto de fatiga y la resistencia de rotura a la tensión. El S debe estar en proporción menor de 0.06% para los buenos aceros; mayor proporción influye desfavorablemente en los aceros calientes por que los hace quebradizos; en aceros fríos esta proporción mayor no ejerce influencia apreciable. El P en pequeña proporción aumenta ligeramente la resistencia del acero; pero es un elemento dañino porque lo hace muy quebradizo e incapaz de resistir golpes o choques; un buen acero rara vez contiene más de 0.70%. El Mn en pequeñas cantidades incrementa ligeramente la resistencia; pero en cambio aumenta la dureza y maleabilidad en fuerte proporción. Los efectos del Mn sobre el acero son proporcionables a la cantidad de C que éste contiene. Un acero que tiene más de 6% de Mn se llama ya acero aleado al Mn. Efecto del trabajo mecánico sobre el acero: el trabajo en caliente del acero aumenta la densidad y la resistencia, así como la solidaridad entre sus fibras.
En frío solo se pueden trabajar los aceros blandos o medios. Los efectos de éste trabajo son disminuir la ductibilidad, incrementar el carácter quebradizo, pero el límite elástico se aumenta considerablemente aspa como la resistencia de rotura a la tensión. Resistencia a la tensión: el límite elástico a la tensión es de 50 a 60% de la resistencia a la rotura y varia entre 18 y 24 kg/mm2, de acuerdo con la clase de acero. El punto de fatiga, a la tensión, es usualmente 2 á 4 kg/mm2. Más que el límite elástico. La resistencia de rotura a la tensión variada de 32 a más de 140 kg/mm2, según la clase de acero. El módulo de elasticidad a la tensión es de 20, 000 a 21, 000 kg/mm2, y es prácticamente constante para todad clase de aceros. Resistencia a la compresión: El límite elástico y el módulo de elasticidad, a la comprensión son prácticamente los mismos que a la tensión. El módulo de elasticidad para el esfuerzo cortante es alrededor de 8,500 kg/mm2, para todas las clases de acero. Dureza del acero: Como dureza del acero se pueden considerar varios conceptos, como por ejemplo, la propiedad que tiene una cuchilla para conservar su filo de corte, después de haber sido usada, las resistencia de las ruedas y rieles de un F.C. al desgaste por la rodadura de las unas sobre los otros, la resistencia al desgaste por frotamiento, resistencia a la acción del mellado, etc., y de resistencias. Solo mencionaremos dos de los más usados; el de la impronta de bola de acero o de Brinell, y el del taladro de Bauer. El método de Brinell ya ha sido citado al tratar del fierro colocado. En cuanto al taladro de Bauer es una herramienta de ese tipo que trabaja a una velocidad constante y a una presión fija; la resistencia se aprecia por la profundidad del agujero en un número dado de revoluciones; a medida que el acero es más blando, mayor será la profundidad taladrada. Coeficientes de trabajo en el acero estructural: El coeficiente de trabajo que se debe adoptar depende de la clase de acero, en primer lugar, y después de las características de la sobre carga. Por su puesto, estos coeficientes nunca excederán el límite elástico del acero por el contrario lo usual es tomar como coeficiente de trabajo la mitad de aquel límite. Tratándose de cargas estáticas el coeficiente de trabajo que se ha dicho puede ser la mitad del valor del límite elástico, se incrementa en
un 33% para esa clase de cargas, cuando además de ser estáticas son continuas. Deberá ser disminuido en un 30 a 40% para cargas repetidas o esfuerzos alternados, y disminuido, también, en un 50%, para impactos, choques o cargas repentinas. Como orientación se dan algunos coeficientes de trabajo en kg/mm2. Según el carácter de la sobrecarga. Esfuerzo
Material
Tensión
Acero medio, laminado
Comprensión Flexión
Acero medio, laminado Vigas laminadas
Esf. Cortant.
Pernos y pasadores
Sobrecarga kg/mm2. Vari. 11
Unif. 15
Altern. 7
Imp. 6
11
15
7
6
11 6
15 8
7 4
6 3
Aceros de aleación: Aceros de aleación, aceros compuestos, aceros especialidades o aleaciones de acero, son los diversos nombres que se le dan a aquellos aceros a los cuales se les ha agregado un metal con el objeto de comunicarles ciertas propiedades notables, que se acentúan ya sea reconociéndolos, o ya sea templándolos. Las principales aleaciones de la cero son: níquel, manganeso, vanadio, cromo, silicio, aluminio, tungsteno, molibdeno, cobalto y cobre. A los otros aceros que no contienen los elementos enunciados se les llama, como ya se ha dicho varias veces, aceros A1 C. Aceros al níquel: Una adición de níquel al acero de carbón en una proporción aproximada de 3.5%, aumenta su límite elástico de una manera apreciable; también se incrementa la resistencia a la oxidación y la resistencia eléctrica. El acero al níquel tiene una permeabilidad magnética superior a la del hierro dulce. Estos aceros se emplean en la fabricación de cañones, corazas, acero estructural, remaches, rieles, ejes para ruedas, ejes para transmisión, etc. El metal conocido con el nombre de Invar, es un acero con una proporción aproximada de 36% de níquel, que posee muy débil coeficiente de dilatación y por esta circunstancia es empleada en alambres, cintas, reglas, etc., usada en topografía y Geodesia; y en la construcción de maquinaria e instrumentos científicos.
Aceros al manganeso: Contiene de 6.0 á 20.0% de Mn y menos de 1.5% de C. los aceros de esta aleación son fuertes, compactos, maleables y con alta resistencia al desgaste. Se emplean en F.C. en la fabricación de rieles, sapos, desvíos, ejes y llantas de ruedas; y para piezas de chancadoras de piedras, molinos, etc. Acero al vanadio: tiene una proporción de 0.1 á 0.6% de vanadio. El V le da el acero un mayor límite de elasticidad y una mayor resistencia, sin disminuir su ductibilidad; por esta razón se usa esta clase de aleación cuando se desea compacidad y resistencia a los choques. Se le emplea en resortes, ejes de transmisión, ejes de ruedas, y piezas de cambio de velocidades rodamientos en ferrocarriles y automotores. Acero al cromo: Contiene de 1.5 á 2.0% de Cr, y 0.8 á 2.0% de C. El cromo le da al acero una resistencia excepcional a la oxidación, por lo que se le usa en cuchillería. Actualmente se emplea poco el acero al cromo en estructuras. Aceros a la silicie, al aluminio: los aceros de estas aleaciones tienen las mismas propiedades que los aceros al níquel. Se usan en piezas de maquinaria eléctrica y en taladros. Aceros al tungsteno, cobalto y molibdeno: el W el Co se emplean en proporción de 3.0 á 5.0%; el Mo, de 0.30 á 3.0%. las propiedades de resistencia a la tensión aumentan en estos aceros, así como el límite elástico; pero son de ductibilidad baja, aunque de gran dureza. Se usan en herramientas para cortar, tales como sierras, brocas, etc. Los aceros al W son los más duros de los empleados en la industria. Aceros al cobre: contiene de 1.0 a 4.0% de Cu. Estos aceros tienen la misma resistencia que los aleados al níquel; pero resultan más quebradizos y menos dúctiles. El Cu le da al acero mayor resistencia eléctrica. CHAPAS Las chapas son piezas laminadas obtenidas de platinas o tochos de aceros extra-dulce, hierro dulce o de acero fundido. En el comercio y en la industria se usan las siguientes principales denominaciones: Chapa fina; aquella que tiene menos de 5mm, ede espersor.
Chapa gruesa; la que es de espesor mayor de 5mm. Chapa negra; la chapa, sea fina o gruesa, que no han recibido otro tratamiento que el laminado, como si se dijera “chapa bruto”. Chapas perforadas, aquellas que tienen más agujeros circulares, cuadrados, hexagonales, ovalados o triangulares; también las que presentan rendijas estrechas y alargadas. Se usan, principalmente, para cribas o zarandas. Hojalata, es la chapa que en lenguaje familiar se llama lata; chapa negra resvestida de una película de estaño.
es la
Chapa galvanizada, emplomada, encobrada, niquelada, son chapas negras que han recibido por una cara, o por las dos, una película de Zn, Pb, Cu ó Ni. Esta aplicación tiene por objeto principal hacerlas inoxidables. El enchapado o colocación de la película puede ejecutarse por vía térmica o por vía galvánica. Chapas onduladas: se fabrican de chapas emplomadas o galvanizadas. Se usan dos diseños principales; de onda baja o de aceros parabólicos y de arcos circulares. Las primeras se emplean para coberturas y persianas, y las últimas para pisos o cubiertas que van a soportar cargas. Las chapas onduladas, de preferencia las galvanizadas y onda baja, se llaman entre nosotros calaminas. Chapas estriadas.- Son aquellas que presentan un relieve en una de sus caras, formando por especie de tirillas, que se cruzan en cocada. Calibre de las chapas.Las chapas se especifican en el mercado de dos maneras: 1° por su espesor efectivo, expresado en mm, pulg., etc., y 2° por un número convencional que da el calibre o grueso (calibre en inglés es “gauge”). En el segundo sistema, las chapas se llaman7/0, 6/0, 0, 1, 6, etc., y también 000000.00 etc. No existe en el día un sistema o código universal, o que sea generalmente aceptado; cada país, y aún cada industria dentro de un mismo país tiene su calibre propio, por lo que cada vez que se habla del calibre de una chapa debe especificarse el sistema a que se refiere: “Calibre Standard Británico, para chapas”, “U.S.A.” Estándar para chapas”, “Calibre decimal”, etc. METAL DESPLEGADO Metal desplegado, a más comúnmente “expanded metal”, entre nosotros, o ranuras alargadas; una chapa de acero y haberla estirado; ambas operaciones hechas a máquinas. Las chapas de metal desplegado presentan, pues, el aspecto de mallas en cocada. Se conocen en el mercado por un número dado por el
fabricante, y que se refiere al grosor o calibre de los filetes metálicos que forman la malla y a la dimensiones de las cocadas. Se fabrican chapas de expanded metal de diversos pesos, los cuales varían entre 1.5 kg/m2 a 10.0kg/m2. Este material tiene múltiples aplicaciones, entre las cuales las más importantes son construcción de tabiquea, armadura de revestimientos de albañilería o enchapados, y como refuerzo metálico en obras ligeras de cemento armado: losas, conductos, etc. Además del peso por unidad de área, los fabricantes proporcionan el área de acero, en sección transversal; este dato se utiliza cuando se calcula el metal desplegado como refuerzo en estructuras de concreto. Un coeficiente usual para el acero del metal desplegado, es el de 11 a 12 kg/mm2. como coeficiente de trabajo a la tensión. ALAMBRES Y CABLES Nomenclatura y clasificación.En lenguaje usual se reserva la palabra alambre, para el hilo metálico que forma una sola unida; y cable, el que está constituido por varias unidades o conjuntos de alambres; también se designa con el nombre de cable, a todo aquel elemento de este género, que a soportar esfuerzos adicionales de tensión. Algunas veces, los cables metálicos de corta longitud y destinados a maniobras, reciben el nombre de cabos. Los alambres se clasifican: Por su composición metálica; alambres de fierro negro, de fierro galvanizado, etc. Por procedimientos especiales de fabricación: estirado en frío, laminado en frío, recocido, templado, quemado, etc. Por su sección transversal: redondo, semi-circular, ovalado, cuadrado, en estrella, etc. Por su aspecto exterior o presentación: barnizado, aceitado, de púas, de hilos torcidos, plano torcido, arrollado en espiral, etc. Por sus usos: alambre para cercas, para clavos, para resortes, para electricidad, para telégrafos y teléfonos.
Los alambres se venden en el mercado en rollos y en carretes cotizan por longitud y más comúnmente por unidad de peso.
y se
En cuanto al calibre (“gauge”) de alambres, o dimensión de la sección transversal, se aplica lo que se ha dicho para las chapas, es decir, que son diversos los sistemas de calibrar o numerar los alambres, debiendo especificarse en qué sistema se está tratando cada vez que se hacen operaciones comerciales. Cables metálicos.Está n formados como ya se ha dicho, por varios alambres. Los alambres se manufacturan retorcidos o trenzados en disposición de hélice formando los torones, los que a su vez son torcidos constituyendo el cable mismo. El espacio o núcleo que dejan los torones, en el eje, y en ocasiones los alambres de cada torón, son rellenados con cáñamo o yute y materiales similares. También este espacio puede estar ocupado por un alma de alambres. Los torones pueden ser circulares o achatados. El objeto de esta disposición es obtener un cable de gran flexibilidad que ofrezca al mismo tiempo, por su sección transversal útil de acero, resistencia apreciable. En ocasiones los torones van forrados con un material hilado llamado filástica alquitranada; otras veces este forro está constituido por una cinta de acero arrollada. Por último, para cables-carriles o andariveles, se usan cables que se llaman arrollados en encaje, en los cuales el alambre de sección circular que forma el alma del cable está rodeado por un par de vueltas de alambre de sección cuadrada, arrolladas de manera que el cable presenta una superficie exterior prácticamente lisa. También para cable-riel se usa el tipo llamado de alambre ajustado en el cual todo el cable está formado por capas sucesivas de alambre, cada una de ellas constituida por alambres de sección cuadrada, completamente adheridos unos a otros.
Del último tipo indicado son los cables llamados cerrados, en los cuales la compacidad de la sección transversal se obtiene usando cables de sección especial, que ensamblan unos en otros. Pliegos de especificaciones.Los pliegos de especificaciones técnicas, o condiciones que deben satisfacer los cables, son diversos de acuerdo con la clase de cable que se considera y su empleo. Cuando se trata de cables destinados, a izar, arrastrar o transportar cargas, los fabricantes proporcionan siempre la resistencia de tensión a la rotura de cada tipo de cable. En el caso de que se trate de cargas simplemente, el coeficiente usual de trabajo es de 1/5 de la carga de rotura; pero este coeficiente baja a 1/7 y aún a 1/10 cuando se trata de cables de pozos de minas y ascensores destinados a personas. En cambio el coeficiente de 1/5 puede aumentar algo cuando se trata de cables fijos o vientos. En el caso de calcular teóricamente la resistencia de un cable teniendo en cuenta su sección útil, debe considerarse que el cable pierde algo de su resistencia por efecto del procedimiento de trenzado. Las cifras siguientes son las resistencias a la tensión por fracturas, usuales, exigidas para las clases de cables, típicas que se indican: Cables de hierro 50 kg/mm2
Cables Cables Cables Cables Cables Cables
par atracción de acero de acero fundido de acero fundido extrafuerte de acero arado de puentes arados, extrafuertes
110 120 135 150 155 160
kg/mm2 kg/mm2 kg/mm2 kg/mm2 kg/mm2 kg/mm2
Ensayo de alambre galvanizado.- Como ejemplo de otro tipo de pliego técnico se da a continuación el ensayo que debe soportar el alambre galvanizado usado para cercos en los ferrocarriles, según comercial, de I.185 de densidad y a la temperatura de 16 a 22°. CAPÍTULO X – METALES NO FERROSOS COBRE El cobre se presenta en la naturaleza en estado nativo y en forma de minerales, principalmente como óxido y sulfuros; de estos últimos, que son los más importantes en la metalurgia, uno de los más empleados es el sulfuro de cobre y fierro (CuFeS2), llamado vulgarmente calcopirita o pirita de cobre. Uno de los establecimientos industriales más importantes del Perú, en los que se hace la metalurgia del cobre, es la llamada “Fundición de La Oroya”. En esa planta el tratamiento se da a los minerales es el conocido con la denominación de “fundición por mata y conversión en cobre” que sustancialmente consiste en las siguientes operaciones: un tostado, para separar partes del azufre y otros elementos volátiles; una fundición del mineral tostado, para concentrar todo el Cu, Ag y Au, de los minerales en un producto llamado mata, que es un sulfuro complejo de Cu y Fe; y, tercero una insuflación de aire a través de la mata fundida para quemar todo el S. y oxidar el Fe, dejando como residuo el Cu, metálico, que es la operación que se llama conversión. El Cu es tenaz, dúctil y maleable; muy buen conductor del calor y de la electricidad. Su densidad es de 8.6 para piezas fundidas y de 8.9 para laminadas. El aire seco no lo altera; pero si el húmedo. Se estima que la mitad del cobre producido en el mundo es usado en la industria eléctrica, un cuarto de la producción en latón y bronce, y lo restante, como hojas de cobre puro; aleaciones, etc. Además de su amplio uso en electricidad, como se acaba de ver, se emplea en la industria del calor, para tubos, serpentines,
calderos, etc. Y para forro de las piezas de madera que van a estar sumergidas en agua. Planchas de cobre.- Los espesores empleados: Revestimientos Canalones En placas de apoyo (transmisión de cargas)
1.00 a --
1.25 mm. 0.75
El coeficiente usual de trabajo, a la tracción y comprensión es de 14kg/mm2, y el esfuerzo cortante, de 6kg/mm2. PLOMO Se presenta en minerales, casi siempre sulfuros mezclado con plata o antimonio siendo el más importante la galena (PbS). El plomo metálico se obtiene tostando los minerales, primero y fundiéndolos después. El plomo es muy blando, plástico y falto de elasticidad, maleable. Acabado de cortar tiene brillo; pero fácilmente se empaña. Densidad 11.3. Después de que sobre la superficie del plomo metálico se ha formado una película de óxido, la oxidación se detiene y no penetra en la masa. El plomo se usa en aleaciones, trabajos de gasfitería, (soldadura, cañerías, tubos, etc.), pinturas y placas llamadas corrientemente de asiento destinadas a transmitir uniformemente cargas. El plomo tiene la ventaja, en construcción, de que cuando se halla cargado por encima de su coeficiente de resistencia a la compresión, se aplasta automáticamente, es decir, el material fluye y toma una superficie de carga en relación con la fatiga experimentada. Plomo endurecido.- Se llama así una aleación de plomo y antimonio, estando este último en proporción de 5 a 10%. La influencia. Del antimonio en la resistencia de la aleación se puede apreciar en las cifras siguientes: Coeficiente de resistencia a la rotura: kg/mm2
Plomo ordinario Plomo endurecido
Tensión
Comprensión
Esf. Cortante
1.50 3.00
1.25 a 3.00 -- 5.00
0.75 1.20
Como coeficiente de trabajo se toma generalmente 1/5 de los coeficientes de rotura. Tubos.- Se emplean casi exclusivamente en instalaciones domiciliarias de agua y desagüe. Los de diámetro hasta de 1” y para agua se llaman cañerías; los de diámetro mayor, pero rara vez superiores a 3” se denominan tubos, y se emplean en desagües. Las cañerías se venden en el mercado al peso. Para un mismo diámetro interior se manufacturan de varios tipos, denominados en el mercado por su peso por unidad lineal, así por ejemplo, se fabrica cañería de 1/2", de 3, 4, 5, 5.5 y 6 lb/yarda. A continuación se da un cuadro con especificaciones usadas en Lima, para cañerías de plomo: Diámetro interior Pesos:
Pulg. Kg/m. lb/yd.
1/2" 1.85 1.25
5/8” 3.75 2.50
3/4" 4.45 3.00
1” 5.20 3.50
Espesor:
Mm Pulg.
4 0.169
5 0.169
5.5 0.201
3.50 0.207.
Presión de trabajo:
Kg/cm2 1b/pulg 2
0.5 135
9.0 125
7.5 105
7.0 95
ZINC Este metal se presenta en la naturaleza en minerales de los cuales los más importantes son: la blenda o sulfuro de zinc (ZnS), la calamina o carbonato de zinc (ZnCO3), y el silicato de zinc (Zn2SO 4). Como una derivación y aplicación de las obras del Santa, que actualmente se llevan a cabo, se planea la instalación de una refinería electrólítica en Chimbote destinada al tratamiento de los minerales y productos concentrados de zinc, provenientes de las minas y fundiciones nacionales.
Se estudia la posibilidad de tratar los concentrados de las Compañías Mineras de Atacocha, San Antonio de Esquivel y de Cercapuquio, y minerales de Carahuacra y de Santander. El proceso metalúrgico proyectado consiste principalmente en las siguientes operaciones: tostado de los minerales, molido, disolución en ácido sulfúrico y tratamiento electrolítico. El zinc se precipita en los cátodos de los elementos eléctricos del tratamiento, el cual retirado y fundido, y después moldeado proporciona zinc prácticamente puro. Como producto secundario de este proceso se obtendrá ácido sulfúrico, el cual se ha previsto aprovecharlo en la preparación de abonos agrícolas. La Cerro de Pasco Cooper Coporation, posee ya una refinería destinada al tratamiento de sus propios concentrados. El Zinc es duro, quebradizo y maleable; su fractura es de apariencia cristalina. Su densidad es de 6.9 en piezas fundidas y 6.1 en laminadas. El principal uso del zinc está en al galvanizado; también se le emplea para aleaciones; y en chapas para recipientes de líquidos, etc. Calamina.- Como ya se ha dicho, la calamina es una chapa corrugada u ondulada, de fierro galvanizado. En el mercado se vende por números; las calaminas más usadas entre nosotros tienen las siguientes características: Calamina N° 24 25 26
Dimensiones de plancha 6’ x 2’ x 1/40” 6’ x 2’ x 1/54” 6’ x 2’ x 1/64”
1ra Peso del atado de 6 planchas 45 kg. 38 33
ESTAÑO El principal mineral de estaño es la casiterita u óxido, (Sn02 ). Para su metalurgia, el mineral se concentra primeramente y después, refinándose luego el metal. El estaño es maleable, poco tenaz y poco dúctil. Su densidad es de 7.3. El estaño se usa en el estaño, para la fabricación de válvulas de seguridad en las calderas, gasfitería, artículos de cocina, etc.
Hoja de lata.- La hoja de lata u hojalata, es como ya se ha dicho una chapa de fierro dulce o fierro negro revestida por una película de estaño. Se fabrican chapas de espesores que varían entre 0.24 y 0.65mm. se venden en cajas que contienen, por ejemplo, de 112 a 225 chapas, cada uno de 35 x 50 cm. Y con un peso neto, por caja de 25 a 70 kg. ALUMINIO Es muy dúctil; se encuentra en la naturaleza en muchas combinaciones. Las dos más importantes son la bauxita, que es un hidrato alumínico mezclado con óxido férrico y de la que se ha hecho mención al tratar de la preparación del cemento aluminoso ó fundido; y la criolita, mezcla de fluoruro de sodio y de aluminio. El método principal para extraer el aluminio de sus minerales, es la electrólisis, la cual se efectúa, principalmente sobre la criolita fundida. El aluminio está prácticamente libre de la corrosión. Su densidad es de 2.55 para piezas fundidas; y 2.75 para las laminadas. Su conductibilidad eléctrica varía entre 1/2 / 2/3 de las del cobre, etc. El aluminio presenta está prácticamente libre de la corrosión. Su densidad es de 2.55 para piezas fundidas; y 2.75 para las laminadas. Su conductibilidad eléctrica varía entre ½ y 2/3 de las del cobre, etc. El aluminio presenta una resistencia a la rotura por tracción relativamente baja; de 8 a 10 kg/mm2. cuando se trata de piezas laminadas o alambres estirados. ALEACIONES Generalidades: una aceleración es el ligamento, previa fusión, de dos ó más metales, adquiriendo la aleación propiedades intermedias entre las de sus componentes, pero a veces otras nuevas. Latones:
Son aleaciones compuestas de cobre y zinc. El latón es más duro que el cobre, muy dúctil y maleable. La dureza y resistencia aumentan con la proporción de zinc, hasta cierto límite en que éstas propiedades comienzan a decrecer. Su densidad es, en promedio, de 8.95. Latones blancos, son los de baja ley de cobre, pues no contienen sino 20 a 50% de este metal. Cuando el latón debe ser torneado o estirado se le agrega de 1 a 2% de estaño.
La adición del plomo al latón lo hace más blando, pero en cambio la aleación pierde parte de su resistencia y ductibilidad, no se emplea más de 3% de plomo, por que la aleación que tiene mayor cantidad de este último metal tiende a desagregarse. El aluminio agregado al latón hasta el 5% incrementa su dureza y resistencia; pero le hace perder ductibilidad. Esta aleación se usa en trabajos de fundición, forja, chapas, etc.; es de propiedades anticorrosivos acentuadas. El bronce de manganeso, es un producto muy usado en la industria y en cuya composición, al final, desaparece el manganeso; contiene 59% de cobre; 40% de zinc, y el resto formado por aluminio y plomo. Se emplea para la fundición de piezas de dibujos complicados. Tiene resistencia excepcional a la oxidación. Metal Muntz, es un latón con 40% de zinc aproximadamente. Se emplea para hélices de buques. Es maleable y se dobla en vez de romperse. Metal Delta, es un latón al que se le ha agregado hierro. Se forja bien y es muy resistente. Coeficiente de resistencia a la rotura por tracción: Para los latones cuya composición se indica:
Latón forjable Latón para chapas Latón de tornillos Latón naval Bronce de mang.(fdo). Bronce de mang.(laminado)
Cu% 60 63 58 62 60 60
Zn% 40 37 40 36 38 38
Pb% --2 1 ---
Sn% ---1 ---
Fe% ----2 2
Mn ----Traz. --
Kg/mm2 35 30 40 30 50 60
Bronces: Son las aleaciones de cobre y estaño, predominando el cobre son muy duras, densas y más fusibles que el cobre. La adición del plomo aumenta la fragilidad y reduce la resistencia y punto de fusión; la del zinc disminuye la dureza resistencia. Los antiguos peruanos conocieron la circunstancia de que el estaño endurece el cobre, y así prepararon verdaderos bronces con los que fabricaron herramientas, cuchillo y objetos de adorno.
Bronce de estaño y zinc: Llamado bronce ordinario, es aquel con el cual se fabrican las piezas que deben ser de este material, en toda clase de maquinaria. Bronce fosforoso: se prepara añadiendo u pequeño porcentaje de fósforo (0.05 a 1.0%) al metal fundido. Proporción de cobre y estaño; 90 y 10%, respectivamente. Se usa en cojinetes, cajas de grasa, ruedas dentadas, tubos sin soldadura, hilos de teléfonos, etc. Bronce de campanas: contiene 20 a 25% de estaño. Bronce de cañones: 10% de estaño. Usado antiguamente para la fabricación de “bocas de fuego” y en el día para válvulas y grifos de vapor. Bronce de estatuas: Contiene cantidades adicionales, pequeñas de zinc y plomo. Se caracteriza por la formación, en las superficies expuestas a la intemperie de la pátina, que es una película de color azul, verde, ó verde parduzco, constituida por un carbonato de cobre, de desarrollo muy lento y que le da gran valor a las estatuas antiguas. Bronce de medallas: Tiene 20% de estaño. Bronce de aluminio: con 10% de aluminio y algunas veces algo de otros metales como níquel, hierro, etc, se le emplea en la industria para la fabricación de objetos que tienen aspecto de oro, pero de mucha mayor resistencia; las plumas estilográficas antiguas eran fabricadas de este material. Resistencias típicas de algunas: coeficientes de tracción a la rotura. Bronce Bronce Bronce Bronce Bronce Bronce Bronce Bronce
fosforoso fosforoso de cañones de estaño y zinc de estaño y zinc de aluminio de aluminio de aluminio
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Fundido Laminado Laminado Fundido Laminado Fundido Laminado Isc. Frío
20 45 25 40 55 40 45 60
kg/mm2. kg/mm2. kg/mm2. kg/mm2. kg/mm2. kg/mm2. kg/mm2. kg/mm2.
Aleaciones de aluminio: Son muchas las que se usan en la industria, fabricándose aleaciones a base de aluminio con Cu, Zn, Mn, Ni, Etc. Solos o mezclados. Se les llama aleaciones ligeras. Citaremos el duraluminio, que es una aleación con Cu, y pequeña proporción de Mn, y que da un metal de mayor resistencia que sus componentes (0.95 AL 0.45 Cu + 0.05 Mn).
