Morteros de Cemento Portland.

Los morteros de cemento Portland se elaboran con arena, agua y cemento Portland. Los morteros se han empleado tradicionalmente para pegar tabiques y en todo tipo de aplanados en muros y techos, sin embargo existen muchas otras aplicaciones en la ingeniería civil que tienen que ver con la necesidad de colocar un material de textura lo suficientemente fina para poder penetrar en pequeños resquicios ya sea para sellar, resanar o nivelar con mucha mayor facilidad de lo que es posible de hacer con los concretos. Debido a que los morteros no llevan grava son más fáciles de manejar y se consume menos energía en su mezclado y colocación, ya sea manual o por medios mecánicos.

Como se ha mencionado, para hacer un mortero se requiere cemento, arena y agua, estos  ingredientes básicos se  manejan en  proporciones adecuadas según  las  necesidades de fluidez y resistencia. Los parámetros anteriores pueden ser evaluados mediante pruebas, de manera que es relativamente sencillo controlar la calidad del mortero. Sin embargo en muchos trabajos el control se deja al albañil, el albañil controla de una manera empírica la calidad de la mezcla, casi siempre atendiendo exclusivamente a la facilidad de colocación del mortero y sin ninguna prueba extra. Esto es un grave error, pues origina una gran variabilidad en el material. Además, contrario a la creencia de que el costo de los morteros es bajo, debe considerarse que en ellos se consume más cemento por unidad de volumen de lo que se puede consumir en muchos concretos de uso común, ya que por el simple hecho de emplearse exclusivamente arena como agregado, es necesario consumir altos volúmenes de pasta (cemento + agua) para rodear las partículas, esto debido a la gran superficie específica que ofrecen las arenas.

Los principios básicos de comportamiento de los morteros se derivan de la estructura que presenta este material, todo mortero está formado por un volumen de pasta, un volumen de
sólidos (arena), y un volumen de aire. La Figura 8.1 muestra dicha composición.

Figura 8.1. Volúmenes Integrantes de un Mortero de Cemento Portland.

Una vez elaborado el mortero, es posible determinar los porcentajes volumétricos que ocupan los diversos ingredientes, para esto se debe contar con los pesos de los ingredientes y sus respectivos pesos específicos relativos, según se detallará enseguida. Una vez elaborada la mezcla se debe medir el volumen que ocupa, de tal volumen se quita el volumen del aire, y el volumen restante se descompone en los que corresponderían al cemento, al agua y a la arena.

La cantidad más difícil de determinar en un mortero es el volumen de aire contenido, éste se puede obtener por medio de un indicador de aire. En el caso de los morteros se acostumbra a emplear un indicador de bolsillo, el autor recomienda el uso de un indicador de mayor capacidad que el usual. El indicador empleado por el autor tiene una capacidad de 40 centímetros cúbicos de mortero, a diferencia del usual que emplea menos de 10. La Figura 8.2 muestra el indicador de aire modificado y la secuencia de prueba para determinar el contenido de aire aproximado que contiene el mortero. La secuencia de la prueba consta de las siguientes etapas:

a) se llena la copa abierta con el mortero y se enrasa perfectamente (40 c.c.),

b) se coloca el tubo de vidrio sobre la copa sellando a presión, el tubo de vidrio termina en    una punta abierta,
c) se llena el tubo de vidrio con alcohol hasta la marca del cero,

d) se tapa con el dedo la punta del tubo y se agita el indicador vigorosamente, con el objeto   de liberar todo el aire de la mezcla,

Figura 8.2. Determinación del Contenido de Aire en el Mortero por Medio del Indicador Modificado de Bolsillo.

e) se lee en la escala la disminución de volumen en centímetros cúbicos, este volumen corresponde a la cantidad de aire de la mezcla, posteriormente se calcula el porcentaje de aire correspondiente con base en los 40 c.c. de la muestra original.

Una vez determinado el porcentaje de aire en el mortero, se puede calcular los demás volúmenes considerando la siguiente ecuación:

Cada  uno  de  los  ingredientes  mencionados  juega  un  papel  muy  importante  en  las propiedades del mortero, por ejemplo el aire ya sea atrapado o introducido (por medio de aditivos)  proporcionan  fluidez  a  la  mezcla  y  protección  contra  los  cambios  térmicos.  La proporción agua-cemento es vital para proporcionar resistencia, adhesividad y fluidez. La arena juega el papel de relleno estabilizante pues disminuye los problemas de contracción y cambios volumétricos, al mismo tiempo que proporciona una determinada textura a la superficie expuesta, sin la arena el material se convierte en una pasta de cemento, toda pasta es más cara que el mortero con la misma relación agua cemento.

Sanidad de los Agregados.

Se entiende por sanidad de los agregados a la capacidad que tienen éstos para resistir el deterioro y la desintegración por intemperismo. Los efectos del intemperismo se traducen en cambios volumétricos como la expansión y la contracción que poco a poco van minando la resistencia de los agregados hasta que los desintegran. El intemperismo está asociado a los efectos del frío y el calor, el humedecimiento y el secado y las heladas o el congelamiento-deshielo. La norma ASTM C-88 establece un procedimiento para detectar la sanidad de los agregados, la prueba consiste en someter a un determinado peso de agregados a ciclos sucesivos de inmersión en una solución de sulfato de sodio o de magnesio por aproximadamente 18 horas combinadas con aproximadamente 6 horas de secado en horno. En cada uno de los ciclos la muestra se enfría, se criba y se calcula el porcentaje de pérdida de peso. La prueba se considera como una prueba acelerada de intemperismo, en la que artificialmente se provoca que las soluciones salinas generen cristales en las porosidades de los agregados, causando el efecto expansor que termina por desintegrar rápidamente a los agregados que no son resistentes.

Resistencia Mecánica de los Agregados.

Existen aplicaciones en la construcción donde se requiere que los agregados posean una buena resistencia para evitar el desgaste, la degradación o el deterioro causado por la abrasión. La forma de desgaste depende de la aplicación. Por ejemplo. Se puede producir desgaste entre las partículas durante el período de construcción de las bases para carreteras, pues los agregados deben soportar el peso del equipo de construcción. Durante la producción de materiales como el concreto hidráulico o el concreto asfáltico la acción de un mezclado intenso puede llegar a fraccionar o degradar las partículas. Durante la vida útil de estructuras como los pavimentos de asfalto o de concreto, la acción del tráfico puede desgastar y deteriorar las superficies si el agregado no es lo suficientemente resistente, algo similar ocurre con los pisos y las banquetas. Otro tipo de construcciones como los vertederos de presas o los canales de irrigación donde se emplea el concreto hidráulico requieren de agregados resistentes a la abrasión, aquí el agente abrasivo es el agua misma junto con todo tipo de partículas sólidas que pudiera transportar.

Para evaluar la resistencia de los agregados se han inventado una gran cantidad de pruebas, una de las pruebas de mayor uso y no por eso la más representativa de lo que sucede en la realidad es la prueba de Los Angeles, ASTM C-131. La prueba consiste en poner dentro de un barril metálico el agregado (grava) por probar junto con unas bolas de acero, las cuales al hacer girar el barril se levantan y caen golpeando los agregados, consecuentemente al degradarse los agregados se genera material fino. En la prueba se determina el porcentaje del material original que después de la prueba pase la malla No. 12, este porcentaje se interpreta como el porcentaje de desgaste. Entre más alto sea el porcentaje de desgaste mayor será la susceptibilidad del agregado para degradarse o romperse. En carreteras por ejemplo, no se acepta que el agregado grueso presente un desgaste mayor del 40 % para ser usado en la elaboración de carpetas asfálticas.

La Absorción de los Agregados.

La absorción de los agregados se obtiene generalmente después de haber sometido al material  a  una saturación  durante  24  horas,  cuando  ésta  termina  se  procede  a  secar superficialmente el material, y por diferencias de masa se logra obtener el porcentaje de absorción con relación a la masa seca del material. La formula para el cálculo de la absorción es la siguiente:

La cantidad de agua absorbida estima la porosidad de las partículas de agregado. Conocer la cantidad de agua que puede ser alojada por el agregado siempre resulta de mucha utilidad, en ocasiones se emplea como un valor que se especifica para aprobar o rechazar el agregado en una cierta  aplicación. Por  ejemplo,  cuando el  agregado puede influir en  el  comportamiento del concreto para soportar heladas, se especifica un agregado con baja absorción (no mayor al 5 %), por el peligro de deterioro en el material debido al congelamiento del agua absorbida en el agregado. La fórmula de cálculo para la absorción de gravas es igualmente aplicable para las arenas.

Peso Volumétrico

Normalmente el  peso volumétrico de los agregados se calcula en condiciones secas cuando se sigue alguna norma al respecto, tal norma generalmente especifica la manera en que debe llenarse un determinado recipiente con el agregado, el recipiente tiene un volumen adecuado para  el  tamaño  máximo  de  las  partículas,  y  el  llenado  por  lo  regular  se  hace  en  capas, consolidando cada capa con un varillado (varilla con punta de bala). El peso volumétrico se puede visualizar con la Figura 7.3, donde esquemáticamente se muestra que en el volumen del recipiente quedan contenidas las partículas de agregado, los poros o vacíos de las propias partículas y los espacios entre las partículas.

 Figura 7.3. Elementos que Intervienen en un Peso Volumétrico.

Relaciones Volumétricas y Gravimétricas

En cualquier tipo de construcción donde se manejen agregados es de suma importancia conocer sus relaciones volumétricas y gravimétricas, generalmente los agregados se manejan por volumen o por peso, e invariablemente se presenta la necesidad de convertir cantidades entre estas dos unidades. Frecuentemente se emplea el peso volumétrico de los agregados (peso por unidad de volumen) para convertir de peso a volumen o viceversa, en este caso el valor que nos representa esta relación se calcula con base en un muestreo del material, en este proceso es de suma importancia considerar las condiciones de humedad en las que se encuentra el agregado.

No es válido emplear el peso volumétrico de un agregado calculado con ciertas condiciones de humedad para estimar cantidades del mismo material en condiciones de campo completamente diferentes. Algo semejante ocurre con el peso específico relativo de los agregados, en este caso el parámetro es muy importante cuando hay que considerar las relaciones peso-volumen pero de las  partículas  en  forma  individual.  Los  agregados  pueden  tener  diferentes  condiciones  de humedad que habría que considerar con cuidado, la Figura 7.2 ilustra esos grados de humedad
según se apreciarían aislando una partícula en forma esquemática.

Figura 7.2. Grados de Humedad Posibles en una Partícula de Agregado.

Forma de las Partículas que Integran los Agregados.

La forma de las partículas se refiere a la forma que presentan las partículas que integran los  agregados (arena  o  grava),  esta  forma  se  puede  distinguir observando con  cuidado  las partículas, para este propósito se acostumbra usar un lente de mano con aumento 10X (diez veces mayor que). Comparativamente, la forma de las partículas puede caer dentro de las siguientes categorías: redondeada, subredondeada, subangular, angular y alargada o plana. Cada una de las formas mencionadas se explican por sí mismas, encontrándose una posible relación entre las formas que la roca adopta al descomponerse en el agregado y su respectivo proceso de formación. Así  por  ejemplo  la  forma  redondeada y  subredondeada generalmente se  relacionan con  un desgaste de las caras del agregado debido a la abrasión que sufren las partículas durante el arrastre causado ya sea por el viento, por el río o por el agua de lluvia (gravas y arenas naturales). Por otro lado cuando se trata de un agregado natural, la forma subangular indica un desgaste

ligero relacionado con un arrastre corto, en tanto que la forma angular en el caso de un agregado natural indica que el material prácticamente no ha tenido arrastre y las partículas se encuentran muy cerca de la roca madre. Cuando el agregado es resultado de un proceso de trituración, la forma de las partículas es invariablemente angular. La forma alargada o plana que pueden tomar las partículas se relaciona estrechamente con el tipo de roca, de tal manera que este tipo de forma es casi exclusivo de las estructuras laminares (se parten en forma de lajas) dadas en rocas que pueden ser tanto ígneas, sedimentarias como metamórficas. La forma alargada de los agregados es por lo regular despreciada para muchos trabajos. En concretos hidráulicos se considera que la presencia de un porcentaje de partículas alargadas en exceso de 10-15% es mala.

La forma de las partículas puede ser relevante para algunos trabajos e irrelevante para otros (decoración), los trabajos que por lo general son afectados por la forma de la partícula tienen que ver con el objetivo de lograr una alta resistencia o una alta densidad en el producto final, lo cual sólo puede lograrse al combinar los agregados con la forma y la granulometría adecuadas. Como ejemplo considérese la siguiente situación práctica en la construcción de una base hidráulica para un pavimento. Se ha encontrado que el uso de partículas redondeadas como material de base facilitan grandemente su acomodo y generalmente proporcionan altas densidades con poca energía de compactación, en contraste con los agregados triturados que requieren más energía  de  compactación  porque  la  angularidad  de  los  agregados  opone  mayor  resistencia friccionante, sin embargo cuando este tipo de agregados se han compactado bien proporcionan una gran estabilidad y capacidad de soporte a las bases. Por otro lado, tanto en el caso del concreto hidráulico como en el del concreto asfáltico se prefieren agregados producto de la trituración, porque la adhesión del material cementante con este tipo de agregados es mejor y esto se traduce en una mejor resistencia del concreto.