Propiedades Físicas y Mecánicas del Yeso

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA “Norte de la universidad Peruana”

Fundada el 13 de feberero de 1963

Facultad de ingenierÍa Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

También, se emplea para la elaboración de materiales prefabricados. El yeso, como producto industrial, es sulfato de calcio hemihidrato (CaSO 4·½H2O), también llamado vulgarmente "yeso cocido". Se comercializa molido, en forma de polvo. Una variedad de yeso, denominada denominada alabastro, se utiliza profusamente, por su facilidad de tallado, para elaborar pequeñas vasijas, estatuillas y otros utensilios.

Muestra de yeso molido.

1. HISTORIA DE LA UTILIZACIÓN DEL YESO El yeso es uno de los más antiguos materiales empleado en construcción. En el período Neolítico, con Neolítico, con el dominio del fuego, comenzó a elaborarse yeso calcinando aljez, y a utilizarlo para unir las piezas de mampostería, de mampostería, sellar sellar las juntas de los muros y para revestir los paramentos de las viviendas, sustituyendo al mortero de barro. b arro. En el Antiguo el Antiguo Egipto, durante Egipto, durante el tercer milenio a. C., se empleó yeso para sellar las juntas de los bloques de la Gran la Gran Pirámide de Giza, y en multitud de tumbas como revestimiento y soporte de bajorrelieves de bajorrelieves pintados. pintados. El palacio palacio de Cnosos de Cnosos contiene revestimientos y suelos elaborados con yeso.

TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN




También, se emplea para la elaboración de materiales prefabricados. El yeso, como producto industrial, es sulfato de calcio hemihidrato (CaSO 4·½H2O), también llamado vulgarmente "yeso cocido". Se comercializa molido, en forma de polvo. Una variedad de yeso, denominada denominada alabastro, se utiliza profusamente, por su facilidad de tallado, para elaborar pequeñas vasijas, estatuillas y otros utensilios.

Muestra de yeso molido.

1. HISTORIA DE LA UTILIZACIÓN DEL YESO El yeso es uno de los más antiguos materiales empleado en construcción. En el período Neolítico, con Neolítico, con el dominio del fuego, comenzó a elaborarse yeso calcinando aljez, y a utilizarlo para unir las piezas de mampostería, de mampostería, sellar sellar las juntas de los muros y para revestir los paramentos de las viviendas, sustituyendo al mortero de barro. b arro. En el Antiguo el Antiguo Egipto, durante Egipto, durante el tercer milenio a. C., se empleó yeso para sellar las juntas de los bloques de la Gran la Gran Pirámide de Giza, y en multitud de tumbas como revestimiento y soporte de bajorrelieves de bajorrelieves pintados. pintados. El palacio palacio de Cnosos de Cnosos contiene revestimientos y suelos elaborados con yeso.





El escritor griego Teofrasto, griego Teofrasto, en en su tratado sobre la piedra, describe el yeso ( gipsos), sus yacimientos y los modos de empleo como enlucido y para ornamentación. También escribieron sobre las aplicaciones del yeso Catón y Columela. Plinio Columela. Plinio el Viejo describió su uso con gran detalle. Vitruvio, detalle. Vitruvio, arquitecto arquitecto y tratadista romano, en sus Diez libros sobre arquitectura, describe el yeso ( gypsum), aunque los romanos emplearon normalmente morteros de cal y cementos naturales. Los Sasánidas utilizaron profusamente el yeso en albañilería. Los Omeyas dejaron muestras de su empleo en sus alcázares sirios, como revestimiento e incluso en arcos prefabricados. La cultura musulmana difundió en España el empleo del yeso, ampliamente adoptada en el valle del Ebro y sur de Aragón, dejando hermosas muestras de su empleo decorativo en el arte de las zonas de Aragón, Toledo, Granada y Sevilla. Durante la Edad Media, Media, principalmente en la región de París, París, se empleó el yeso en revestimientos, forjados y tabiques. En el Renacimiento para decoración. Durante el periodo Barroco periodo Barroco fue muy utilizado el estuco de yeso ornamental y la técnica del staff , muy empleada en el Rococó. el Rococó.

2. ELABORACIÓN DEL YESO A. Estado natural En estado natural el aljez , piedra de yeso o yeso crudo, contiene 79,07% de sulfato de calcio anhidro y 20,93% de agua y es considerado una roca sedimentaria, incolora o blanca en estado puro, sin embargo, generalmente generalmente presenta impurezas que le confieren variadas coloraciones, entre las que encontramos la arcilla, óxido de hierro, sílice, caliza, etc. En la naturaleza se encuentra la anhidrita o karstenita, sulfato cálcico, CaSO 4, presentando una estructura compacta y sacaroidea, que absorbe rápidamente el agua, ocasionando un incremento en su volumen hasta de 30% o 50%, siendo el peso específico 2,9 y su dureza es de 2 en la escala la escala de Mohs. También se puede encontrar en estado natural la basanita, sulfato basanita, sulfato cálcico semihidrato, CaSO4·½H2O, aunque raramente, por ser más inestable.





B. Proceso El yeso natural, o sulfato cálcico bihidrato CaSO 4·2H2O, está compuesto por sulfato de calcio con dos moléculas de agua de hidratación. Si se aumenta la temperatura hasta lograr el desprendimiento total de agua, fuertemente combinada, se obtienen durante el proceso diferentes yesos empleados en construcción, los que de acuerdo con las temperaturas crecientes de deshidratación pueden ser:         

Temperatura ordinaria: piedra de yeso, o sulfato de calcio bihidrato: CaSO 4· 2H2O. 107 ºC: formación de sulfato de calcio hemihidrato: CaSO 4·½H2O. 107 - 200 ºC: desecación del hemihidrato, con fraguado más rápido que el anterior: yeso comercial para estuco. 200 - 300 ºC: yeso con ligero residuo de agua, de fraguado lentísimo y de gran resistencia. 300 - 400 ºC: yeso de fraguado aparentemente rápido, pero de muy baja resistencia 500 - 700 ºC: yeso Anhidro o extra cocido, de fraguado lentísimo o nulo: yeso muerto. 750 - 800 ºC: empieza a formarse el yeso hidráulico. 800 - 1000 ºC: yeso hidráulico normal, o de pavimento. 1000 - 1400 ºC: yeso hidráulico con mayor proporción de cal libre y fraguado más rápido.

3. USOS         

Es utilizado profusamente en construcción como pasta para guarnecidos, enlucidos y revoques; como pasta de agarre y de juntas. También es utilizado para obtener estucados y en la preparación de superficies de soporte para la pintura artística al fresco. Prefabricado, como paneles de yeso (Dry Wall o Sheet rock) para tabiques, y escayolados para techos. Se usa como aislante térmico, pues el yeso es mal conductor del calor y la electricidad. Para confeccionar moldes de dentaduras, en Odontología. Para usos quirúrgicos en forma de férula para inmovilizar un hueso y facilitar la regeneración ósea en una fractura. En los moldes utilizados para preparación y reproducción de esculturas. En la elaboración de tizas para escritura. En la fabricación de cemento.





4. YESO NATURAL TRITURADO Para mejorar las tierras agrícolas, pues su composición química, rica en azufre y calcio, hace del yeso un elemento de gran valor como fertilizante de los suelos, aunque en este caso se emplea el mineral pulverizado y sin fraguar para que sus componentes se puedan dispersar en el terreno. Asimismo, una de las aplicaciones más recientes del yeso es la "remediación ambiental" en suelos, esto es, la eliminación de elementos contaminantes de los mismos, especialmente metales pesados. De la misma forma, el polvo de yeso crudo se emplea en los procesos de producción del cemento Portland, donde actúa como elemento retardador del fraguado. Es utilizado para obtener ácido sulfúrico. También se usa como material fundente en la industria.

5. TIPOS DE YESO EN CONSTRUCCIÓN Los yesos de construcción se pueden clasificar en:

A. Yesos artesanales, tradicionales o multifases   

El yeso negro es el producto que contiene más impurezas, de grano grueso, color gris, y con el que se da una primera capa de enlucido. El yeso blanco con pocas impurezas, de grano fino, color blanco, que se usa principalmente para el enlucido más exterior, de acabado. El yeso rojo, muy apreciado en restauración, que presenta ese color rojizo debido a las impurezas de otros minerales.

B. Yesos industriales o de horno mecánico Yeso de construcción (bifase). Grueso y fino Escayola, que es un yeso de más calidad y grano más fino, con pureza mayor del 90%. C. Yesos con aditivos  

Yeso controlado de construcción. Grueso, fino Yesos finos especiales Yeso controlado aligerado Yeso de alta dureza superficial Yeso de proyección mecánica Yeso aligerado de proyección mecánica Yesos cola y adhesivos.





6. COMPOSICIÓN DEL YESO Se conoce mediante el análisis de laboratorio, vienen expresados en óxidos, anhídridos y agua de la siguiente manera:

Nombre del compuesto Agua Combinada Oxido de Calcio Bióxido de Silicio y Residuo Insoluble Óxido de Aluminio y Fierro Óxido de Magnesio Anhídrido Sulfúrico Anhídrido Carbónico

Total

Fórmula Química

Notación (%)

     

h c p

   

q m s r

∑  %





ENSAYO N.° 01: MOLTURACIÓN O FINURA 1. Definición: 

Se define como el análisis granulométrico del yeso, después de la etapa de pulverización a que ha sido sometido durante su fabricación. Se dice que mientras el grado de finura sea mayor tendrá mayor poder aglomerante y más resistente a las cargas expuestas. Lo hallaremos con la siguiente fórmula:

%    ∗ 100% 2. Utilidad: 

Permite utilizar los tamices No. 16, No. 60 y la malla No. 100, en las cuales deben retenerse la cantidad menor o igual al 10% y 20 % respectivamente.

3. Materiales: 

Yeso de Ferretería




Facultad de ingenierÍa Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil 

Balanza de precisión (0.1 gr).



Tamices No. 16, No. 60 y No. 100.





4. Procedimiento: 



Tomamos una muestra de 100 gr. de yeso.

Pasaremos la muestra por la malla No. 16, para anotar la cantidad de muestra que quedó retenida en esta, luego la muestra que pasó por la malla No. 16 pasará por la malla No. 60, y tal como lo hicimos al inicio anotaremos el peso que se quedó retenido en la malla No. 60, después haremos lo mismo con la malla No. 100 para anotar el peso retenido en esta malla, finalmente registramos el peso de lo que quedó al pasar por la malla No. 100.





5. Resultados: 

Peso retenido en la malla No. 16: 0 gr.









Peso retenido en la cazoleta: 69 gr.

Aplicando la fórmula calculamos los porcentajes retenidos: % Retenido en la malla No. 16

0 ∗100% %  100

% Retenido en la malla No. 60

%  0% 9 ∗100% %   100

% Retenido en la malla No. 100

%   9% 20 ∗100% %  100

% Retenido en la cazoleta

%  20% 69 ∗100% %  100 %   69%

6. Interpretación. El yeso en estudio es del tipo YESO BLANCO por estar bajo las condiciones de finura de este.





ENSAYO N.º 02: DENSIDAD DE MASA 1. Definición: - La densidad de masa es el peso que tiene el yeso al ocupar un recipiente de volumen unitario en estado suelto; es decir, si descontar los vacíos entre sus granos o partículas. 2. Fundamentación: -

Permite calcularse mediante la siguiente formula:

muestra yeso − peso recipente vacio D  Peso recipiente +Volumen de muestra Donde:

D: densidad de masa Volumen de muestra  volumen de recipiente 3. Equipo y Materiales: -

1 Tara. Balanza de precisión (0.1gr). Yeso.

4. Procedimiento:  



Primeramente, se busca un recipiente de volumen conocido. En seguida se toma la muestra de yeso dejando caer desde una altura de 20 a 30 cm. Sin mover el recipiente, no sin antes haber pesado el recipiente vacío. Por último, enrazar el yeso con el recipiente.





5. Resultados.   

Datos obtenidos: Peso del recipiente vacío: 94 gr. Volumen del recipiente: (  x D2 x h)/4 : 1852.99cm3 Donde: - D = diámetro = 19.2 cm. - h = altura = 6.4 cm.



peso del recipiente + muestra=1810 gr

− 94 D  1810 1852.99 D  0.93 gr 6. Interpretación: 



Se concluye que la densidad de masa está dentro del rango establecido entre 850 a 950. El yeso estudiado es de procedencia de Huaraz-Ancash.





ENSAYO N.º 03: PESO ESPECIFICO 1. Definición: -

Se define como la relación del peso del yeso (partículas sólidas) referido al vacío, al peso de un volumen igual de agua destilada libre de gas tomados a una temperatura determinada.

2. Fundamentación: -

Permite calcularse mediante la siguiente formula.

P 

A A+B−C peso especifico alcohol

Donde:   



A = Peso de la muestra de Yeso ( 100 gr) B = Peso de Fiola llena de alcohol hasta 500 cm 3 C = Peso de Fiola con muestra de yeso ( 100 gr) y completado con alcohol hasta 500 cm 3 = Volumen del alcohol. Peso específico del alcohol.

3. Equipo y Materiales: -

Balanza de precisión.




Facultad de ingenierÍa Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil -

Yeso.

-

Fiola.





Alcohol.

4. Procedimiento: -

Se pesa 100 gr de muestra de yeso, se toma una Fiola de 500 cm3 y se lo llena con alcohol (Peso Específico determinado) luego se pesa.





Se pesa la Fiola más el agua.

-

Se toma la Fiola vacía y se lo agrega los 100 gr. De muestra de yeso,





Luego se añade alcohol hasta cubrir toda la muestra de yeso y en esta forma se lo conecta a la fiola a la bomba de vacío (15´) para la eliminación de vacíos seguidamente y a continuación se pesa todo en conjunto.





-

Se pesa nuevamente el peso de la fiola más el alcohol incluido el yeso.





5. Resultados. -

Datos obtenidos: 



PESO ESPECÍFICO DEL ALCOHOL:

ENSAYOS

DATOS

Peso del fiola (gr)

151.6

P. fiola +alcohol (gr)

595

Vol. del alcohol (cm3)

500

P. e. Alcohol(gr/cm3)

0.887

PESO ESPECÍFICO DEL YESO: ENSAYOS

DATOS

Peso de Fiola (gr)

151

P.fiola+alcohol (gr)

552

Peso de yeso (gr)

100

P.fiola+alcohol+yeso(gr)

620

Vol. de yeso (cm 3)

36.08

P. e. Yeso (gr/cm3)

2.77

6. Interpretación: -

Se concluye que el yeso en estudio es del tipo Huaraz, ya que el P. e. que muestran los resultados en el laboratorio se aproxima más al P. e. establecido por las normas técnicas.





ENSAYO N.° 07: RESISTENCIA A LA FLEXOTRACCIÓN 1. Definición: Consiste en poner una probeta de forma prismática con medidas estándar (4x4x16 cm), en forma horizontal sostenida por dos apoyos, a la cual se le aplica una carga Puntual (P) en el centro de la cara superior.

=   Donde: P= Carga Puntual. H= Luz entre apoyos (altura). a= Ancho de la muestra. b= Altura de la muestra.

2. Fundamento: Se determina la carga necesaria para romper una probeta prismática de yeso y evaluar la resistencia a la flexotracción.

3. Materiales: 

6 probetas de yeso de 4x4x16 cm





Máquina universal de compresión

4. Procedimiento: -

Para determinar esta propiedad se elaboran 6 probetas de dimensiones estándar iguales a 4x4x16 cm. Las probetas fueron dispuestas en la Máquina Universal, situadas entre dos apoyos que se distanciaban entre sí una longitud de 10 cm.

-

Se les aplicó luego una carga Puntual, la cual aumentaba progresivamente hasta el momento en que se produjera la ruptura de la misma.

-

Se fueron registrando, para cada una de las probetas, el tiempo de duración, las intensidades de la carga y sus deformaciones correspondientes, cada 5 kg hasta el punto de ruptura. Las fallas, para cada muestra, se fueron también registrando.

-

El valor más representativo del ensayo es obtenido hallando primero el promedio aritmético de todos los datos a flexo tracción obtenidos, si hubiese datos que se encuentran fuera de ±15% del promedio, serán desechados, para luego obtener nuevamente el promedio aritmético con los datos restantes.





5. Resultados del ensayo: PROBETA 01 Carga P (Kg) 60 a (cm) 4.13 b (cm) 3.95 2 R f (Kg/cm ) 13.97 PROBETA 02 Carga P (Kg) 58 a (cm) 4.12 b (cm) 4.22 2 R f (Kg/cm ) 11.86 PROBETA 03 Carga P (Kg) 55 a (cm) 4.05 b (cm) 3.99 2 R f (Kg/cm ) 12.80 PROBETA 04 Carga P (Kg) 72 a (cm) 3.97 b (cm) 4.10 2 R f (Kg/cm ) 16.18 PROBETA Carga P (Kg) a (cm) b (cm) R f (Kg/cm2)

05 48 4.20 4.19 9.76

PROBETA 06 Carga P (Kg) 50 a (cm) 4.18 b (cm) 3.98 2 R f (Kg/cm ) 11.33





6. Comprobación: 

Calculamos el promedio de las resistencias: R fpromedio (Kg/cm2)=12.65



Calculo de los valores límites: R finferior (Kg/cm2)=10.75 R fsuperior (Kg/cm2)=14.55



Valores que se encuentran dentro de este rango: PROBETA 1 2 3 4 5 6



RESISTENCIA (Kg/cm2) 13.97 11.86 12.80 16.18 9.76 11.33

COMPROBACION SI SI SI NO NO SI

Calculamos el promedio final: R fpromediofinal (Kg/cm2)=12.49

7. Interpretación: Como los resultados que no cumplen son dos, entonces aceptamos el ensayo.





ENSAYO N.° 05: RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN 1.

Definición: -

La Resistencia a Compresión es una PROPIEDAD MECÁNICA DEL YESO, se define como la razón entre la carga que produce la ruptura y el área de la sección transversal de la muestra.

-

Consiste en aplicar sobre un espécimen cilíndrico de dimensiones estándar (aprox. 2pulg de diámetro x 4pulg de altura), situada en forma vertical, una carga puntual cuya intensidad aumenta progresivamente hasta el momento en que se produce la ruptura.

2. Fundamentación: -

Permite calcularse mediante la siguiente formula.

Resistencia  PA Donde:   

P = Carga Puntual. Rc = Resistencia a compresión. A = Área del espécimen de Yeso.





3. Equipo y Materiales: -

Balanza de precisión (1g).

-

Yeso.





-

Maquina Universal de Compresión.

-

Agua.





6 Moldes Cilíndricos (tubos PVC de 2 pulg).

4. Procedimiento: -

Se emplearon 06 tubos de dimensiones aproximadas de 2pulg de diámetro x 4pulg de altura para fabricar los especímenes.

-

Las muestras se someten a compresión bajo una carga que aumenta secuencialmente hasta la ruptura.





-

En cada uno de los ensayos se registra la carga máxima o última que hizo fracturar el espécimen. Los datos obtenidos son los siguientes:

PROBETA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CARGA(Kg) 346 240 332 328 382 150 290 376 338 368 250 320

En conclusión, solo se utilizaron 5 probetas de las 6 que se pusieron a prueba.





5. Resultados: 

Cálculo del área:

DIAMETRO: 2PULG=5.08CM

   .      ∗   . 

-

Realizamos el cálculo de la resistencia usando la fórmula:

Resistencia  PA

-

PROBETA

CARGA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

346 240 332 328 382 150 290 376 338 368 250 320

RESISTENCIA (Kg/cm2) 17.08 11.85 16.39 16.19 18.85 7.40 14.31 18.56 16.68 18.16 12.34 15.79

El valor más representativo del ensayo es obtenido hallando primero el promedio aritmético de todos los datos a compresión obtenidos, si hubiese datos que se encuentran fuera de ±15 % del promedio, serán desechados, para luego obtener nuevamente el promedio aritmético con las restantes.





Calculamos el promedio de las resistencias: R cpromedio (Kg/cm2)=15.30



Calculo de los valores límites: R cinferior (Kg/cm2)=11.47 R csuperior (Kg/cm2)=17.59



Valores que se encuentran dentro de este rango: PROBETA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12



RESISTENCIA (Kg/cm2) 17.08 11.85 16.39 16.19 18.85 7.40 14.31 18.56 16.68 18.16 12.34 15.79

COMPROBACION SI SI SI SI NO NO SI NO SI NO SI SI

Calculo del promedio de las resistencias: R cpromediofinal (Kg/cm2)=15.08

7. Interpretación: Como los resultados que no cumplen son cuatro, entonces aceptamos el ensayo.





ENSAYO N.° 06: RELACIÓN AGUA – YESO 1. Definición: -

Se define como el cociente en peso de la cantidad de agua necesaria para el amasado de una porción de yeso, entre el peso de dicha porción y es importante porque permite usar siempre en el amasado, la cantidad de agua adecuada para lograr un buen fraguado y endurecimiento.

2. Fundamentación: - Se realiza con la siguiente fórmula:

ó    −−  Dónde: -

A: Peso del recipiente vacío. B: Peso del recipiente + Agua C: Peso del recipiente + Agua + Muestra

3. Materiales: - Balanza de precisión:





Yeso de ferretería:

-

Recipiente:





4. Procedimiento: - Pesar el recipiente vacío en la balanza.

-

Pesar el recipiente con agua.

-

Espolvorear el yeso hasta que el agua desaparezca y pesar el recipiente + agua + muestra.





5. Resultados: A: Peso del recipiente vacío = 604 gr. B: Peso del recipiente + agua = 734 gr. C: Peso del recipiente +agua + muestra = 854 gr. Y Aplicando la fórmula obtenemos:

− 604 ó   734 854−604 ó   13 25 ó   0.52 6. Interpretación: Con este resultado del yeso en estudio podemos afirmar, una vez, que se trata de un yeso trujillano, ya que su relación agua / yeso concuerda con las normas técnicas establecidas por la U.N.E.





ENSAYO N.° 07: FRAGUADO DEL YESO 1. Definición: -

Se define como el proceso por el cual una masa húmeda, en principio moldeable, se torna rígida y llega a ser impenetrable.

2. Fundamentación Teórica: -

Teniendo como referencia las características técnicas de los yesos según Normas Españolas (U.N.E.), tenemos el siguiente cuadro:

CARACTERISTICA

TIPO DE YESO

FRAGUADO

ESCAYOLA YESO BLANCO YESO NEGRO Rápido Lento Rápido Lento 04 – 15 02 – 05 05 – 15 02 - 05 05 - 15 < 30 < 15 < 30 < 30 < 30

Principio (min) Final (min)

3. Procedimiento: 





Después de obtener la relación agua/yeso óptimo y poniendo en marcha el cronómetro desde el tiempo en que se espolvoreó el yeso, se elaboró una galleta de yeso de dimensiones de 9 cm de diámetro x 1.5 cm de espesor aproximadamente. Con una cuchilla se practicaron cortes superficiales al yeso, hasta que éste deje de cerrarse, registrando el tiempo donde ocurre el inicio de fraguado. Seguidamente se presiona con el dedo a la galleta hasta que deje de escurrir agua por el borde del mismo, en este instante debe registrarse la segunda lectura que significará el final del fraguado.





4. Resultados: GALLETA Tiempo inicial de fragua Tiempo final de fragua Tiempo inicial de fragua Tiempo final de fragua

01

02

03

04

05

06

3’ 4’’

3’

3’ 2’’

3’

3’ 3’’

3’ 2’’

11’

12’

12’ 6’’

12’

11’’

12’

54’’

30’’

25’’

56’’

5’’

3’ 2’’ 12’ 9’’

5. Interpretación: Con los resultados obtenidos podemos afirmar que el yeso en estudio es del tipo Yeso Negro Rápido, ya que dichos resultados concuerdan con los estudios técnicos de la U.N.E.


Propiedades Físicas y Mecánicas del Yeso

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