Universidad Peruana Unin Filial JuliacaEAP. Ingenieria Civil

INTRODUCCIONEn el presente informe se dar a conocer de manera detallada los ensayos realizados en el laboratorio como; el tiempo de fraguado, finura de la cal y resistencia a la compresin. Tambin, se dar a conocer los conceptos bsicos de la cal, teniendo en cuenta que las cales fueron, junto con el yeso, el primer aglomerante utilizado por el hombre en sus construcciones en forma de argamasa mezclada con arena. Esta argamasa ha sido el mortero utilizado en todas las construcciones, tanto para la unin de ptreos como en revestimientos, hasta finales del siglo XIX.Si bien en la actualidad han sido sustituidas por los cementos en sus aplicaciones constructivas, sus buenas propiedades en cuanto a plasticidad e impermeabilidad, as como su mayor compatibilidad qumica con los ptreos calizos, hacen que se vuelva a emplear en aquellas aplicaciones que no requieran altas resistencias mecnicas y en restauraciones.Cal: Trmino genrico que designa todas las formas fsicas en las que pueden aparecer el xido de calcio y el de magnesio, (CaO y MgO) y/o el hidrxido de calcio y/o el de magnesio, [Ca (OH)2 y Mg (OH)2).Cal de construccin: Cales utilizadas en la construccin de edificios y en ingeniera civil.En Espaa, prcticamente solo se fabrican cales areas.La fabricacin de las cales areas clcicas de calidad exige la utilizacin como materia prima de caliza con riqueza en carbonato clcico superior al 95% y un contenido de xido de magnesio inferior al 5%.Para la produccin de cales dolomticas de calidad se utilizan dolomas con riqueza en carbonatos clcico y magnsico superior al 95% y cuyo contenido en xido de magnesio sea superior al 5%.

2. OBGETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL El ensayo tiene por objetivo determinar el tiempo de fraguado de la cal y determinar el porcentaje de finura de la cal, esto para el diseo de mezcla. 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Conocer ms acerca de la cal sus propiedades, tipos, resistencia, usos, etc. Determinar los tiempos de fraguados inicial y final de la cal. Aprender a usar las normas, como gua experimental para laboratorios de materiales de construccin.

3. MARCO TEORICO3.1. HISTORIA.La cal es uno de los materiales de construccin ms antiguos ya que la ms remota utilizacin de la cal de que se tiene noticia cierta es de unos 4.000 aos antes de Jesucristo en el revestimiento de las pirmides de Egipto. Posteriormente se tienen noticias de su uso en el Palacio de Rusos en Creta, hacia el ao 1.500 a.J. como enlucido de base para unas pinturas murales. Tambin se sabe que en la Muralla de la China se emple ampliamente el mortero de cal. Conoci el pueblo romano con ms perfeccin el proceso de fabricacin de la cal y seleccionaba las materias primas con gran cuidado. A Roma, llegaba caliza de Etruria para fabricar cal. Tambin estudiaron, aunque rudimentariamente, las propiedades de la cal despus de cocida.VITRUBIO estableci especificaciones para el uso de la cal en morteros, en enlucidos y en carreteras. Se supone que, respetando estas especificaciones, se construy la Va Apia, cuyo pavimento de 90 cm de espesor, contiene cal en tres de sus cuatro capas. Pero seguramente la mayor contribucin de los romanos a la tecnologa de la cal fue la adicin a la cal viva de cenizas volcnicas ricas en slice, con lo cual se obtena un material que fraguaba bajo el agua a diferencia de la cal viva sin ninguna adicin, que no fraguaba ms que al aire. Durante siglos se ha considerado como caliza impura, no adecuada para la fabricacin de la cal, la que contena arcilla. Pero a mediados del siglo XVIII, se observ, en Inglaterra, que algunas calles, fabricadas con estas calizas con arcilla, producan unos morteros ms resistentes que los fabricados con cales puras. Adems, se comprob que dichos morteros fraguaban bajo el agua, cosa que no ocurra con los morteros de cal propiamente dicha. Fue VICAT, en la segunda dcada del siglo XIX, quien defini la teora de la hidraulicidad, afirmando que, cuando la caliza contiene una cierta proporcin de arcilla ntimamente mezclada, da lugar, por coccin, a una cal hidrulica. Incluso lleg a fabricar una cal hidrulica artificial mezclando la arcilla y la caliza y cociendo despus dicha mezcla. A partir de este momento, ya puede hablarse de cales areas y cales hidrulicas. Por modificaciones y mejoras sucesivas del experimento de VICAT, se lleg al cemento portland. Este destron a la cal hidrulica, adquiriendo rpidamente la hegemona que hoy tiene en el campo de los conglomerantes.

3.2. NATURALEZA DE LAS CALES.Se llama cal a todo producto, sea cual fuere su composicin y aspecto fsico, que proceda de la calcinacin de piedras calizas. Despus del proceso de calcinacin hay que proceder a la extincin o apagado del producto anhidro, con lo cual se obtiene un material hidratado en forma pulverulenta o pastosa, segn la cantidad de agua aadida. Con una calcinacin hasta unos 900 - 1.000 C, se verifica la reaccin:CO3Ca + calor = CO2 (Se elimina) + CaOEs decir, se descompone el carbonato clcico en xido de calcio y en anhdrido carbnico, desprendindose ste con los productos de la combustin.Posteriormente se procede al apagado con agua del producto anhidro as obtenido, dando lugar a un material hidratado o cal apagada, en una reaccin rpida, violenta y muy exotrmica:CaO + H O Ca OH +CalorEsta cal, amasada con agua que facilita la reaccin, sufre un proceso de recarbonatacin al absorber el CO2 de la atmsfera, siempre que el ambiente sea seco y permita la evaporacin, obtenindose el carbonato clcico original:Ca OH +CO CO Ca + H O (Se evapora)Al colocarse en obra en forma de pastas, aprovechando la plasticidad que le da el agua, se puede utilizar en fbricas o recubrimientos superficiales.Cuando la piedra caliza de la que se parte contiene como impurezas slice o almina y se calcina a temperatura de unos 1200C, se disocia el carbonato dando xido de calcio y anhdrico carbnico, reaccionando, entonces, el xido de calcio con los componentes arcillosos de la piedra.Se forma as una cal hidrulica, denominacin que proviene de fraguar en ambiente hmedo e, incluso, bajo el agua. Las propiedades hidrulicas del material obtenido son atribuidas a los silicatos, aluminatos y ferritos formados.Como consecuencia de las variaciones de composicin de la roca de partida pueden obtenerse una serie de cales, que varan desde las cales muy puras; altamente clcicas, hasta las altamente hidrulicas, con contenidos de xido de calcio de un 50% y an menos.La constitucin de las cales hidrulicas, que son un intermedio entre las cales areas y los cementos, ha sido poco estudiada. Algunos autores consideran este tipo de cal como una mezcla de cal area y cemento; pero no es muy seguro que los compuestos presentes en la cal hidrulica sean los mismos que se encuentran en el cemento, ya que las cocciones de ambos materiales se hacen en condiciones diferentes, como por ejemplo menor temperatura.En nuestro pas, las cales hidrulicas se emplean poco. Tal vez sea debido a que las calidades de la cal hidrulica y del cemento no estn en la misma proporcin que sus precios.Algunos autores norteamericanos asegurara que en aquel pas, pueden obtenerse hormigones de la misma resistencia utilizando 150 kg/m3 de cemento que empleado 100 kg de cemento y 50 kg de cal hidrulica por metro cbico de hormign.Esto, a primera vista, parece irrealizable, puesto que las resistencias de la cal hidrulica son menores que las del cemento. Pero es que la resistencia de un hormign no depende slo de la resistencia del conglomerante, pues la compacidad juega tambin un papel importante, y al aadir cal hidrulica a un cemento el hormign resultar ms plstico y rellenar los huecos con ms facilidad, con lo que resultar un hormign muy compacto.3.3. NOMENCLATURA.Existen dos tipos fundamentales de cales: la cal area ( < 5.3% en arcillas. Altamente clcicas > 90% en cal ) la cal hidrulica ( > 5,3 % en arcillas. Altamente hidrulicas < 50 % en cal )La primera est producida a partir de calizas ms o menos puras, de las que, mediante la operacin de coccin, se obtiene la cal viva, la cual est compuesta, fundamentalmente, por xido de calcio. Cuando se presenta en forma de terrones, como es lo frecuente, recibe el nombre de cal en terrones.A aadir agua a la cal viva se obtiene la cal apagada, compuesta principalmente por hidrxido de calcio.Cuando el agua aadida ha sido la indispensable para formar el hidrxido se obtiene un producto pulverulento, el cual recibe el nombre de cal en polvo. Si despus de formada la cal en polvo se ha seguido aadiendo agua, se obtiene la cal en pasta.Cuando la cal area, tiene como mximo, un 5 % de xido magnsico, se llama cal grasa (Es plstica) Si contienen ms de un 5 % de xido de magnesio, toma el nombre de cal dolomtica, cal gris, cal rida o cal magra (Muy rida y no traban por lo que no se usa en construccin).Puede definirse la cal hidrulica como el material pulverulento e hidratado obtenido al calcinar calizas que contienen slice y almina, a temperatura casi de fusin, para que se forme el xido de calcio libre necesario para permitir su hidratacin y, al mismo tiempo, deje cierta cantidad de silicatos de calcio deshidratados que dan al material sus propiedades hidrulicas.Estas cales se denominan de bajo contenido en magnesia o de alto contenido en magnesia, segn que su contenido en este xido sea menor o mayor del 5 por ciento.3.4. FABRICACIN DE LA CAL.a. Materias primas.La materia prima para la fabricacin de la cal es la piedra caliza, la cual, cuando es pura, est constituida enteramente por carbonato clcico. En este caso consta de 56 partes, en peso, de CaO y de 44 de CO2. As, pues, de la calcinacin de esta roca pura se obtendr un 56 % en peso de cal. Este tanto por ciento no suele alcanzarse, porque es raro encontrar calizas qumicamente puras. En general contienen impurezas que, cuando son de tipo arcilloso, la hacen adecuada para la fabricacin de cal hidrulica.Si la arcilla est presente en menos de un 15%, la roca recibe el nombre de caliza margosa. Se llama marga cuando el contenido de arcilla es del 15% al 30% y marga arcillosa si sobrepasa esta proporcin y hasta un 75 %. Es frecuente que parte de la cal contenida en una caliza est sustituida por magnesia (MgO).Desde el punto de vista de su formacin, las calizas pueden tener un origen qumico o mecnico. Las primeras se producen por evaporacin del agua o por descomposicin del bicarbonato clcico. Las formadas por va mecnica se producen por sedimentacin del carbonato clcico.

Figura N 01: Diagrama de proceso de fabricacin de la cal.3.5. CARACTERSTICAS DE LA CAL.La cal es un material con propiedades qumicas muy especficas que varan en funcin de varios estados fsicos que puede alcanzar al ser manipulada. Su origen est en las piedras calizas que son piedras de origen sedimentario que estn compuestas mayoritariamente por carbonato de calcio (CaCo3).Este proceso de acumulacin puede darse de varias maneras: De manera mecnica por la acumulacin de residuos de otras rocas que se han erosionado y depositado en capas sucesivas que sea por la gravedad o por un material aglomerante forman la roca. Por ejemplo las areniscas, pizarras, arcillas. De manera Qumica por la precipitacin en las aguas de ros o mares de sales disueltas a partir de rocas primitivas. Es en este grupo donde se encuentran las piedras calizas y dolomticas, que son las que se usan para la fabricacin de la cal. Tambin existen las rocas sedimentarias formadas por restos de seres vivos, lo que les da un origen orgnico.3.6. TIPOS DE CAL.a. Cales Areas.Se le denomina as a las cales que endurecen mediante carbonatacin al exponerse al are. Proviene de la calcinacin de las piedras calizas de elevada pureza. Estas cales contienen ms del 95 % de CaO, es decir que no contengan ms de un 5% de materiales arcillosos. Dada la untuosidad que dan las pastas producidas con cal de estas caractersticas al mezclarse con agua, se les ha dado el nombre de cales grasas.La cal magra o rida, proviene de calizas magnesianas (dolomitas) y pueden contener hasta un 50 % de MgO pero slo un 10 % de xido es suficiente para lograr una cal rida. De acuerdo al origen de las calizas pueden tambin contener arcilla hasta en un 5 %. Se caracteriza por producir una pasta menos untuosa que las anteriores.b. Cales hidrulicas.Se les denominan as a las cales que endurecen tanto en contacto con el aire, como en el agua. Su origen est en piedras calizas que contienen de un 5 a un 22 % de arcilla; llegan a contener mezclas de margas y arcilla ricas en slice, aluminio y hierro. En el apagado de la cal hidrulica se hidrata la cal libre y no los silicatos o aluminatos de calcio. Si se produce la hidratacin de estos compuestos el material resultante no tendr propiedades hidrulicas y en ese caso se llamaran cales ahogadas.De hecho se trata de una caracterstica similar a la denominada puzolana, una roca rica en slice almina y xido de hierro, que al agregarse a la cal area le daba la capacidad de fraguar en medio acuoso. Este tipo de cal dan mayores resistencias mecnicas en menor tiempo.c. Lechada y agua de calEl hidrxido de calcio es poco soluble en agua, disminuyendo la solubilidad al aumentar la temperatura. La disolucin se llama agua de cal. Una suspensin de hidrxido en agua se llama lechada de cal, que se usa a veces para blanquear. El hidrxido de calcio es la ms barata de todas las bases. Lechada de cal.-hidrxido de calcio, en suspensin, quedando el hidrxido al 74% en agua. Agua de cal.-esta solucin contiene poco hidrxido de calcio y bicarbonato de calciopo que las cales areas.3.7. FRAGUADO.El fraguado de la cal se debe a un proceso de secado, que se produce por absorcin del dixido de carbonato del aire para formar carbonato de calcio. Es decir, el ciclo de la cal se cierra al convertirse el hidrxido de calcio en carbonato de calcio al recuperar el CO2; recupera su calidad ptrea, aunque, hay que sealar con una resistencia diferente (normalmente menor) a la que tena en su estado natural.

Ca (OH)2 + CO2 = CaCO3Hidrxido de calcio + dixido de carbono = Carbonato de calcio

Figura N 02: Diagrama del ciclo de la cal.

3.8. USOS DE LA CAL.El principal uso para el que se destinaba la cal era el de la construccin ya que era la base para la elaboracin de estucos y morteros. El estuco es un acabado que se le aplicaba a diversos elementos arquitectnicos como pisos, muros y techos. El mortero es la cal mezclada con arena o tierra utilizada como aglutinante en las construcciones de piedra.La nixtamalizacin es un proceso de precoccin alcalina del maz que permite que se desprendan los almidones y protenas del grano seco para obtener la masa. Despus de la coccin, el nixtamal se lava para eliminar el exceso de cal y se muele para obtener la masa. Los productos elaborados con esta masa eran y lo siguen siendo en la actualidad, una fuente de protenas, caloras y calcio (Bello, 2002: 319-320).

4. MATERIALES UTILIZADOSa. Cal.La cal es un elemento custico, muy blanco en estado puro, que proviene de la calcinacin de la piedra caliza. La cal comn es el xido de calcio de frmula CaO, tambin conocido como cal viva. Es un material muy utilizado en construccin y en otras actividades humanas. Como producto comercial, normalmente contiene tambin xido de magnesio, xido de silicio y pequeas cantidades de xidos de aluminio y hierro. Figura N 03: presentacin de la cal.

b. Agua.Sustancia lquida sin olor, color ni sabor que se encuentra en la naturaleza en estado ms o menos puro formando ros, lagos y mares, ocupa las tres cuartas partes del planeta Tierra y forma parte de los seres vivos; est constituida por hidrgeno y oxgeno ( H2 O ). Figura N 04: Presentacin del agua en su estado lquido.

5. EQUIPOS Y HERRAMIENTASa. Prensa CBR:Esta prensa de funcionamiento mecnico y accionamiento manual se utiliza para la penetracin del pistn en la muestra compactada en un molde CBR. La carga se aplica a travs de un gato mecnico con dos relaciones de avance/fuerza que permite lograr una velocidad para el ensayo de 1,25mm/min.Construida en bastidor de dos columnas con una resistencia de hasta 5000 kg. Se entrega con su correspondiente vstago superior para ajustar el aro dinamomtricob. Balanza:Se utilizan patrones de masa cuyo grado de exactitud depende de la precisin del instrumento.c. Lavador:Se us para pesar las cal tanto para el tamizado con como tambin se utiliz para hacer la mezcla en ella y determinar el tiempo de fraguado.d. Tara:

e. Moldes de tubo (PVC SAL): En estos moldes se hecho la mezcla de cal y agua para luego hacer las observaciones del tiempo de fraguado de la cal.f. Vidrio:Este se us como base para echar en los moldes la mecha de cal y agua.g. Tamices:Los tamices fueron usados para determinar la finura de la cal.

6. PROCEDIMIENTO RECOMENDADO Ensayo del tiempo de fraguado inicial y final de la cal. Primero se pes la cal, y se trabaj con un peso de 535gr en un lavador previamente despreciado su peso Luego pesamos el agua con un peso de 500ml Cortamos y lijamos 10 moldes de PVC de h= 4cm y D=2 Luego en un lavador echamos la cal. Luego echamos agua en el lavador con cal e iniciamos el control del tiempo. Luego empezamos a mezclar la cal con el agua por un tiempo de 9 minutos Luego se coloc en la base de vidrio los moldes previamente cortados Luego se coloc en los moldes la mezcla hasta una rasante del molde Luego se tap con plstico los moldes Pasado los 4 horas desde el inicio de la mezcla se describi como se encontraban las muestras Luego pasada cada 4 horas se describi una muestra cada 4 horas esto hasta terminar las muestras. Luego se somete a presin para determinar el tiempo de fraguado final.

Ensayo de la finura de la cal

Primero se pes 50gr de cal. Luego buscamos los tamices 16, 60, 100 y # 200. Luego se hecho la cal en los tamices ya mencionados anteriormente. En seguida se pes la cal retenido en cada tamiz. Tambin se pes la cal que pas el tamiz # 200. Se hizo el mismo procedimiento 2 veces ms porque se hizo en total 3 ensayos. se tom los datos para su posterior determinacin del porcentaje de finura de la cal.

DETERMINACIN DE PROPIEDADES DE CAL:

DETERMINACIN DE GRADO DE FINURA DE LA CAL:a. INTRODUCCIN: Una de las formas de conocer el tipo de una cal, es de acuerdo a su Grado de Finura o molturacin. Siendo una cal de menor calidad cuando el grafo de finura es mayor. b. OBJETIVOS: Determinar el grado de finura o molturacin de la cal. Experimentar y conocer tcnicas experimentales y de control de error. Comparar resultados con otros equipos. Realizar el anlisis de los resultados obtenidos. c. FUNDAMENTO TERICO: La Norma Tcnica correspondiente dice que el porcentaje retenido en la malla No 20 no debe ser mayo de 15 %. d. EQUIPOS, PROBETAS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR: EQUIPOS: Balanza, capacidad 8 Kg. Tamiz No 20. Termmetro ambiental. Horno de 50 Lt. Temperatura 100 5 oC. HERRAMIENTAS: Hoja de reporte. Balde de la capacidad de 4L. Bandeja plstica o metlica. Cmara fotogrfica. MATERIALES: 01 Kg de cal. e. PROCEDIMIENTO Y ACTIVIDADES: Muestrear 1 Kg de cal. Este parmetro fsico de determina de la siguiente manera: Se toma el peso de la muestra de cal aproximadamente 1000 gr, luego se mezcla con agua utilizando la malla No 20. La masa se la somete a un chorro de agua de un grifo durante unos minutos hasta que se clarifique. La cantidad de muestra que queda retenido en la malla No 20 se la seca en el horno durante 24 horas y se obtiene su peso seco. f. RESULTADOS OBTENIDOS: Peso inicial: 1000 gr. Peso final seco retenido despus de lavar en la malla No 20: 97 gr y su porcentaje retenido: 9.7%. g. ANLISIS: Luego de haber realizado la prctica obtuvimos el porcentaje retenido en la malla numero 20 el cual fue 9.7%, de acuerdo a la tcnica correspondiente dice que l % retenido de dicha malla no debe ser mayor al 15% por lo tanto el tipo de cal que hemos utilizado en la prctica est dentro de la norma tcnica y puede ser utilizada normalmente.

DETERMINACIN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIN DE LA CAL:a. INTRODUCCIN: La resistencia al esfuerzo de compresin es una caracterstica de la calidad de los materiales. b. OBJETIVOS: Determinar la resistencia a la compresin de la cal. Experimentar y conocer tcnicas experimentales y de control de error. Comparar resultados con otros quipos. Realizar el anlisis de los resultados obtenidos. c. EQUIPOS, PROBETAS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR: EQUIPOS: Balanza, capacidad 8 Kg. Prensa hidrulica 500 Tn.f. Cronmetro. Termmetro ambiental. HERRAMIENTAS: 01 hoja de reporte. 01 cmara fotogrfica. 01 regla metlica para enrasar. MATERIALES: 02 Kg de cal. 06 moldes de 4cmx4cmx8cm o 06 especmenes de 4cm de dimetro y 8cm de altura. d. PROCEDIMIENTO Y ACTIVIDADES: Pesar una muestra de 2000 gr de cal. Colocar la cal sobre la bandeja. Agregar 1000 ml de agua hasta obtener una mezcla uniforme. La cantidad de agua variar de acuerdo al grupo, en nuestro caso nos toc 1000 ml. Colocar la mezcla en los recipientes prismticos y enrazar. Determinar la relacin A/Y utilizado en la mezcla, en peso. Dejar fraguar por un tiempo de 7 das. Desencofrar y determinar el rea resistencia. Revisar que las caras estn paralelas, caso contrario uniformizarlas. Colocar papel entre las caras de la probeta y de la mquina. Llevar a la prensa hidrulica y determinar la resistencia de cada uno de los especmenes de cal. Dnde: c: Esfuerzo de compresin. Ar: rea resistente. e. RESULTADOS OBTENIDOS:

MUESTRAS H (cm) D (cm) R (cm) rea (cm2) Carga mxima (Kg) Esfuerzo por compresin (kg/cm2)

m1 8.2 5.1 2.55 20.43 300

m2 8.5 5.1 2.55 20.43 230

CONCLUSIONES Mediante este trabajo llegamos a la conclusin que el yeso tiene mayor resistencia a la compresin en comparacin con la cal. Hemos llegado a determinar el peso especfico del yeso con mucha precisin y exactitud ya que este tambin es un indicador de calidad de yeso. A mayor grado de finura mejor enlucido. RECOMENDACIONES Para realizar una construccin siempre debemos saber qu cantidad de agua vamos a aadir al yeso y que mejor forma de hacerlo con el ensayo de relacin agua/yeso, de la misma manera la relacin para agua/cal. Para obtener datos correctos y que den buen resultado a nuestro trabajo debemos realizar cada procedimiento con sumo cuidado y con orden leyendo bien la gua. Los instrumentos de laboratorio son equipos que merecen ser utilizados con cuidado y con responsabilidad, por ello durante el trabajo en laboratorio tenemos que tener en cuenta el orden, paciencia, y la limpieza. Si queremos trabajar con materiales de seguridad y de buena calidad siempre hay que someterlos a un anlisis.

ANEXOS

TECNOLOGIA DE MATERIALES

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