Resistencia en Morteros de Cemento Portland.

La  resistencia  de  los  morteros  se  desarrolla  principalmente  por  la  hidratación  del cemento, la estructura que se logra, integrada por los granos de arena rodeados por la pasta de cemento  endurece poco a  poco  convirtiéndose  con  el  tiempo  en  una  piedra  artificial.  Los investigadores  han  llegado  a correlacionar  de  manera  exhaustiva  la  resistencia  del  mortero (kg./cm2) con la relación por peso entre el agua y el cemento, esta relación se denota por a/c. La Figura 8.5 muestra esquemáticamente la correlación entre la relación a/c y la resistencia del mortero. La figura indica que a medida que la relación a/c disminuye la resistencia aumenta y por el contrario a medida que la relación a/c aumenta la resistencia disminuye.

Figura 8.5. Correlación entre la Relación a/c y la Resistencia del Mortero. 

La resistencia de los morteros de cemento Portland se evalúa por medio de ensayes de compresión,  se  emplean  cubos  de  mortero  de  5x5x5  cm  aproximadamente  elaborados  de acuerdo a la norma ASTM C-109, la norma mexicana similar es la NMX C-061. Las resistencias se checan a 1, 3, 7, 14 y 28 días, según se requiera dependiendo del tipo de cemento que se use.
La resistencia de los morteros se correlaciona también con otras propiedades en estado endurecido como son: la densidad, la permeabilidad, la contracción por secado, el módulo de elasticidad, la capacidad a flexión, expresada por medio del módulo de ruptura resultado de ensayar vigas de mortero apoyadas libremente y con carga al centro del claro, y la adherencia. De entre estas pruebas resulta especialmente ilustrativa para el caso de mamposterías de tabique la prueba para evaluar la capacidad de adherencia de los morteros, la norma que cubre este ensaye es la ASTM C-1072 la cual indica como probar la resistencia a la adherencia de los tabiques pegados con mortero, para esto se emplea una llave especial con la que se aplica un momento sobre el tabique superior de un muro de prueba construido para el caso, según se puede apreciar en la Figura 8.6.

Figura 8.6. Prueba de Adherencia por Medio del Momento de Llave.

La prueba debe instrumentarse para detectar el momento necesario para lograr desprender el tabique de arriba. La ventaja de la prueba anterior es que además de permitir evaluar la capacidad de adherencia del mortero, también se puede usar como una medida de control de calidad en la construcción de muros de mampostería de tabique.

Fluidez en Morteros de Cemento Portland.

La trabajabilidad de una mezcla de mortero tiene que ver con: la facilidad con que el albañil puede manejar la mezcla sin que se produzcan problemas de segregación, el tiempo en que la mezcla se puede trabajar sin que frague o se seque, la facilidad de colocación y la capacidad que posee la mezcla para retener el agua aun estando en contacto con superficies absorbentes como los tabiques u otros elementos constructivos. Como se puede uno imaginar, resulta muy difícil calificar la trabajabilidad de una mezcla con una simple prueba, sin embargo se ha logrado evaluar de manera indirecta la trabajabilidad de una mezcla por medio de la prueba de fluidez, aunque en realidad la prueba de fluidez se relaciona más concretamente con lo aguado de la mezcla. La prueba de fluidez se realiza en una mesa de fluidez como la mostrada en la Figura 8.3.

Figura 8.3. Prueba de Fluidez en Morteros de Cemento Portland.

En esta prueba se obtiene el porcentaje que aumenta el diámetro original de la base de un cono truncado formado previamente con un molde al centro de la mesa de fluidez, la medición del diámetro final se hace después de que la mesa ha sido sometida a una serie de caídas por medio
de una hélice truncada que la levanta y la deja caer súbitamente ( b ), la norma ASTM C-230 presenta algunos principios aplicables al control de la fluidez en los morteros.

Otra prueba que se ha empleado para medir la fluidez del mortero tanto en campo como en laboratorio es la prueba del cono de fluidez, esta prueba implementada por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos de Norteamérica permite evaluar aquellas mezclas que se desean hacer penetrar en cavidades, y para las cuales la prueba de revenimiento empleada en concretos y otras pruebas no funcionan. El cono, semejante al mostrado en la Figura 8.4 se monta en una base firme, se tapa la salida del cono, se llena con el mortero hasta el nivel especificado para el volumen a ensayar, posteriormente se destapa el cono y se toma el tiempo que tarda el mortero en fluir hacia abajo por gravedad. Al comparar la consistencia de diversas mezclas por investigar, la prueba del cono de fluidez debe arrojar tiempos iguales para poder calificarlas con un mismo grado de consistencia.

Debe  tomarse  en  cuenta  que  al  hablar  de  consistencia  de  los  morteros  no  se  debe restringir la aplicación al caso de los morteros empleados en pegar tabiques, sino que es posible enfrentar una gran variedad de aplicaciones que requerirán en muchas ocasiones de nuevos métodos para evaluar la consistencia de las mezclas de la manera más adecuada, todo en función de la problemática en cuestión.

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.