Trabajo Final Puzolana

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER INGENIERA CIVIL

NDICE GENERAL.

OBJETIVOS. 1.- QU ES LA PUZOLANA? 2.- BREVE RESEA HISTRICA. 3.- PRINCIPALES TIPOS DE PUZOLANAS. 3.1- PUZOLANAS NATURALES 3.1- PUZOLANAS ARTIFICIALES 4.- PROPIEDADES DE LA PUZOLANA. 5- COMPOSICIN QUMICA. 6.- DEPSITOS DE LA PUZOLANA EN EL MUNDO. 7.- PRINCIPALES USOS Y APLICACIONES. 7.1.- USO COMO ADITIVO AL CEMENTO 7.2.- OTROS USO DE LA PUZOLANA NATURAL 8.- NORMATIVIDAD CONCLUSIONES. 11.- BIBLIOGRAFA.

TECNOLOGA DE LOS MATERIALES


OBJETIVOS: Enriquecer nuestros conocimientos acorde a la exigencia de nuestra carrera. Con el presente informe queremos ampliar nuestro conocimiento sobre la puzolana, beneficios y ventajas que presenta en el mbito de la construccin. Informarnos sobre las normas tcnicas que rigen u obedecen los productos que tiene como uno de sus componentes a la puzolana y ala reaccin entre ambos. Conocer las ventajas del cemento puzolanico (CPP) sobre la mayora de los cementos convencionales.



LA PUZOLANA

1.- QU ES LA PUZOLANA? La ASTM, define la puzolana como: material silceo o sillico-aluminoso, que en si mismo puede poseer un pequeo o nulo valor cementante, pero finamente dividido y en presencia de humedad reacciona qumicamente con hidrxido de calcio a temperatura normal formando compuestos con propiedades cementicias. El trmino se aplica popularmente a las reas de frenado para salidas de pista durante competiciones automovilsticas, principalmente de frmula 1, pues originalmente eran de puzolana, si bien hoy da se emplean otros materiales como grava calibrada de distinto origen. 2.- BREVE RESEA HISTRICA Recibe su nombre de la poblacin de Pozzuoli, en las faldas del Vesubio, donde ya en tiempos romanos era explotada para la fabricacin de cemento puzolnico. Despus el trmino fue extendindose a todos aquellos materiales que por sus propiedades similares a la Puzolana de origen natural pueden tener usos sustitutivos. De hecho hoy una de sus acepciones ms comunes es la de la grava que frena los escapes de las curvas en competiciones automovilsticas. La civilizacin romana fue la que descubri todo el potencial que estos materiales podan ofrecer. De esta forma uno de los mejores exponentes que podemos encontrar es el Panten de Roma. Construido en el ao 123, fue durante 1.500 aos la mayor cpula construida, y con sus 43,3 metros de dimetro aun mantiene records, como el de ser la mayor construccin de hormign no armado que existe en el mundo. Para su construccin se mezcl cal, puzolana y agua; aadiendo en las partes inferiores ladrillos rotos a modo de los actuales ridos, aligerando el peso en las capas superiores usando materiales ms ligeros como piedra pmez y puzolana no triturada. Su explotacin y uso, principalmente en la construccin, data de la era romana el Panten de Roma construido en el ao 123 mezclando cal, puzolana y agua y aligerando el peso en las capas superiores al usar piedra pmez y puzolana no triturada, fue durante 1.500 aos la mayor cpula construida, y con



sus 43,3 metros de dimetro aun mantiene records como ser la mayor construccin de hormign no armado que existe en el mundo.

En la provincia de Ciudad Real, fue utilizada en la construccin de las murallas de la ciudad medieval de Alarcos mezclndola con cal, razn del color que poseen, y que recuerdan ms a un moderno bunker de hormign que a una muralla medieval. 3.- PRINCIPALES TIPOS DE PUZOLANAS 3.1.- Puzolanas naturales 3.1.1.- Rocas volcnicas: en las que el constituyente amorfo es vidrio producido por enfriamiento brusco de la lava. Por ejemplo las cenizas volcnicas, la piedra pmez, las tobas, la escoria y obsidiana. 3.1.2.- Rocas o suelos: en las que el constituyente silceo contiene palo, ya sea por la precipitacin de la slice de una solucin o de los residuos de organismos de lo cual son ejemplos las tierras de diatomeas, o las arcillas calcinadas por va natural a partir de calor o de un flujo de lava. 3.2.- Puzolanas artificiales 3.2.1 Cenizas volantes: las cenizas que se producen en la combustin de carbn mineral (lignito), fundamentalmente en las plantas trmicas de generacin de electricidad. Comparando los procesos de produccin de ceniza de combustible pulverizado (PFA), ms conocida como ceniza volante, y de cemento portland, ordinario (OPC), queda claro porque razn la PFA puede emplearse como sustituto parcial de ste ltimo. El carbn de piedra finamente molido es inyectado a gran velocidad con un chorro de aire caliente (aproximadamente. 1500C) en un horno en las estaciones de generacin de electricidad. El contenido carbnico se quema instantneamente, y la materia restante (que comprende slice, almina y oxido de hierro) se funde en suspensin, formando finas partculas esfricas por el rpido enfriamiento mientras son llevados por los gases de combustin.



En la produccin de OPC, la piedra caliza y la arcilla, finamente molidas y mezcladas, son alimentadas en un horno giratorio inclinado, en el cual se forma clinker a 1400C. El clinker enfriado se muele finamente y se mezcla con yeso para producir OPC. Dependiendo del tipo de carbn de piedra, la PFA contiene diversas proporciones de cal, la pfa de poca cal es puzolnica y la PFA con mucha cal tiene propiedades cementosas en si misma Igual que en otras puzolanas, la cal liberada por la hidratacin del OPC se combina con la PFA para actuar como un material cementoso. Las partculas esfricas, huecas, vidriosas de pfa tienen la misma finura que el OPC, por lo que no es necesaria una mayor molida. La adicin de pfa genera un concreto fresco ms trabajable (probablemente debido al efecto de cojinete de bolas de las partculas esfricas) y homogneo (dispersando el cemento y distribuyendo uniformemente el agua). Otras ventajas de emplear la PFA son: Con el incremento del tiempo, se desarrollan mayores resistencias que el concreto sin PFA . La PFA no influye negativamente el comportamiento estructural de las piezas de concreto. Comparada con el concreto de OPC, el concreto de PFA es ms liviano, menos permeable (debido a su compactacin ms densa) y con un mejor acabado.



3.2.2 Arcillas activadas o calcinadas artificialmente: por ejemplo residuos de la quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado sometidas a temperaturas superiores a los 800 C. Cuando los suelos arcillosos son horneados, las molculas de agua se liberan, formando un material cuasi-amorfo reactivo con la cal. Esto tambin es cierto para los esquistos y suelos laterticos y bauxticos. Tal hecho fue descubierto en la antigedad y las primeras puzolanas artificiales fueron hechas de piezas de alfarera molidas, una tecnologa tradicional que an es ampliamente practicada en el subcontinente de la India, Indonesia y Egipto, empleando ladrillos poco cocidos o defectuoso. (En India se le llama surkhi, en Indonesia semen merah y en Egipto homra). Alternativamente, tal como se inform en un proyecto de la India, los suelos que contienen muy poca arcilla y demasiada arena para fabricar ladrillos, se cortan y se extraen en bloques formando pozos circulares. Luego los bloques son regresados a los pozos, junto con capas alternas de lea. El residuo obtenido al quemarlo es muy desmenusable y no necesita pulverizacin. Este se empleo como mortero para mampostera slo aadindolo en la pasta de cal y mezclndolo, sin arena ni cemento (Bibl. 05.10). Una tcnica similar procede de Java, Indonesia, en donde los bloques de arcilla son quemados en un horno tradicional, desintegrados, cribados y empleados con cal y arena y a veces tambin con cemento (Bibl. 05.11). La calidad de estos mtodos tradicionales son muy variables, pero se han desarrollado mejores mtodos de calcinacin para producir puzolanas de mayor calidad y uniformidad. La ilustracin muestra un horno de eje vertical (despus de Thatte y Patel) desarrollado en la India. La alimentacin consta de una mezcla de terrones de arcilla de 50 a 100 mm de tamao y residuos de carbn de piedra (48% de ceniza, 31% de carbn estable, y 20% de voltiles). La calcinacin se realiza ha 700C durante tres horas, siendo la temperatura regulada por



termopares y controlada por un ventilador de aire y el ingreso de la alimentacin. La capacidad es de 10 toneladas por da. La National Buildings Organization, Nueva Delhi, desarrollo el proceso de lecho licuado, por la arcilla alimentada es calcinada en pocos minutos, obteniendo as grandes rendimientos en un proceso continuo (Bibl. 08.07).

3.2.3 Escorias de fundicin: principalmente de la fundicin de aleaciones ferrosas en altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas para lograr que adquieran una estructura amorfa. La escoria de alto horno es un material fundido que se asienta sobre el lingote de arrabio en la parte inferior del horno. Esta es producida por los diversos componentes en el horno cuando se llega a los 1400 a 1600C. Un enfriamiento lento de la escoria genera un material cristalino, empleado con rido Un rpido enfriamiento con aire o agua bajo presin forma pelotillas vidriosas (escoria expendida > 4 mm., adecuado con rido ligero) y grnulos menores de 4 mm., que poseen propiedades hidrulicas cuando se muelen finamente. La escoria triturada se mezcla con OPC para producir cemento portland, de alto horno (PBFC), en el que el contenido de escoria puede llegar al 80%. Sin embargo, ya que el PBFC es ms lento para reaccionar que el OPC, la reactividad se reduce a mayor porcentaje de escoria.TECNOLOGA DE LOS MATERIALES


Aunque la resistencia temprana de los concretos de PBFC generalmente es menor que de los concretos de OPC, es probable que la resistencia final sea mayor. La ms lenta reactividad del PBFC genera menos calor y puede ser ventajoso en donde el agrietamiento trmico es un problema. Adems de hacer ms trabajable el concreto fresco, el PBFC tiene gran resistencia al ataque qumico y su capacidad de proteger el refuerzo de acero la hace adecuada para emplear en concretos reforzados y pretensado.

3.2.4 Cenizas de residuos agrcolas: la ceniza de cascarilla de arroz, ceniza del bagazo y la paja de la caa de azcar. Cuando son quemados convenientemente, se obtiene un residuo mineral rico en slice y almina, cuya estructura depende de la temperatura de combustin. La combustin de los residuos agrcolas elimina la materia orgnica y, en la mayora de los casos, produce una ceniza rica en slice. De los residuos agrcolas comunes, las cascaras de arroz producen la ceniza de mayor cantidad (tambin llamado horno Paddy) - alrededor del 20% del peso - que tambin tiene el mayor contenido de slice - alrededor del 93% del peso. Es su gran contenido de slice lo que le da a la ceniza sus propiedades puzolnicas.



Sin embargo, slo la slice amorfa (no cristalino) posee estas propiedades, es por esta razn que la temperatura y duracin de la combustin son importantes en la produccin de la ceniza de cscara de arroz (RHA). La slice amorfa se obtiene quemando la ceniza a una temperatura menor de 700C. Una combustin sin control de las cascaras de arroz, ejem. cuando son usadas como combustible o quemada en un montn, generalmente a temperaturas mayores de 800C, genera la cristalizacin de la slice, que es menos reactiva. El incinerador que se ilustra, desarrollado primero por el Pakistan Council of Scientific and Industrial Research (PCSIR) y mejorado por el Cement Research Institute de la India (CRI), es fabricado con ladrillos con muchas aberturas para permitir un buen flujo de aire a la masa de cscara de arroz. La superficie interior es cubierta con una malla de alambre fino calibre 16. Las cascaras son introducidas por la parte superior y la ceniza se retira por la puerta de descarga inferior. Un pirmetro regula la temperatura, que puede ser controlada tapando o abriendo los orificios, manteniendo una temperatura de aproximadamente. 650C por 23 horas. La ceniza reactiva es de gris ocurra a blanca, dependiendo del carbn residual en ella, que no tiene efecto negativo si es menor de 10%. Para mejorar su reactividad, la ceniza es pulverizada en un molino de bolas por aproximadamente una hora, o ms si contiene slice cristalina. La ceniza puede reemplazar hasta 30% del cemento de un mortero o concreto. Alternativamente, puede ser mezclada con 30 a 50% de cal hidratada para ser empleada como cemento en morteros, enlucidos y concreto en masa.



4.- PROPIEDADES DE LA PUZOLANA Las propiedades de las puzolanas dependen de la composicin qumica y la estructura interna. Se prefiere puzolanas con composicin qumica tal que la presencia de los tres principales xidos (SiO2, Al2O3, Fe2O3) sea mayor del 70%. Se trata que la puzolana tenga una estructura amorfa. En el caso de las puzolanas obtenidas como desechos de la agricultura (cenizas de la caa de azcar y el arroz), la forma ms viable de mejorar sus propiedades es realizar una quema controlada en incineradores rsticos, donde se controla la temperatura de combustin, y el tiempo de residencia del material. Si la temperatura de combustin est en el rango entre 400-760 C, hay garanta de que la slice se forma en fases amorfas, de mucha reactividad. Para temperaturas superiores comienzan a formarse fases cristalinas de slice, poco reactivas a temperatura ambiente. Ph: 7 Punto de Fusin: 800-900C Punto de Inflamabilidad: No inflamable Aspecto fsico: Slido Forma: Granulado o en Rocas Colores: Rojizo-Rosado o Negro Olor: Inodora Solubilidad en agua: Insoluble



5.- COMPOSICIN QUMICA Las puzolanas son materiales silceos o alumino-silceos, compuestas principalmente por Aluminosilicatos (Dixido de Silicio, SiO2 + xido de Aluminio, Al2O3): que alcanzan entre un 76% y 82%, segn el tipo de puzolana. Tambin contienen Oxido Frrico (Fe2O3), Oxido de Calcio (CaO) y xido de Potasio (K2O), los que, en conjunto con los dos elementos anteriores, (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + CaO + K2O) componen entre un 85% y 95% de la masa total de la puzolana. El restante 5% a 15% de la puzolana esta compuesta por otros diversos tipos de Oxido, como el de Magnesio (MgO), de Sodio (Na2O), de Potasio (K2O), de Titanio (TiO2), de Fsforo (P2O5) y de Manganeso (Mn2O3).

6.- DEPSITOS DE PUZOLANA EN EL MUNDO En Chile, especficamente en la regin metropolitana, lo que es actualmente las comunas de Lampa y Pudahuel estn situadas sobre un gran manto puzolnico que se extiende hasta la costa misma con interrupciones breves. Algunas empresas explotan este manto para obtener materia prima para diversos usos, en especial para la industria del abrasivo. El origen de este material en un comienzo se atribuy a la presencia de los volcanes Tupungato y San Jos, pero dada la extensin y distribucin del material se ha atribuido actualmente al extinto volcn Diamante ubicado en la frontera con Argentina a la misma latitud que Santiago. 7.- PRINCIPALES USOS Y APLICACIONES La piedra volcnica conocida como puzolana es ideal para una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo: 7.1.- USO COMO ADITIVO AL CEMENTO Hoy da, existen mltiples usos que pueden darse a la Puzolana, si bien de entre todos ellos destaca la fabricacin de cemento Prtland Puzolnico. Las ventajas que ofrece el cemento puzolnico sobre el resto se detallan a continuacin: Mayor defensa frente a los sulfatos y cloruros. Mayor resistencia frente al agua de mar.TECNOLOGA DE LOS MATERIALES


Aumento de la impermeabilidad ante la reduccin de grietas en el fraguado. Reduccin del calor de Hidratacin. Incremento en la resistencia a la compresin. Incrementa la resistencia del acero a la corrosin. Aumenta la resistencia a la Abrasin. Aumento en la durabilidad del cemento. Disminuye la necesidad de agua.

La base de todas estas mejoras es el denominado Efecto Puzolnico en el Cemento. Los Aluminosilicatos presentes en la puzolana, reaccionan con el Hidrxido de Calcio liberado en la hidratacin del cemento Prtland. Esto se realiza en una reaccin lenta (que disminuye el calor), consume el Hidrxido de Calcio (lo que mejora su resistencia frente a ambientes cidos), y al realizarse la reaccin rellenan los espacios resultantes de la reaccin de hidratacin del cemento (lo que aumenta la impermeabilidad y la resistencia mecnica). La reaccin qumica del fraguado del cemento es como sigue: C3S + H = CX-S-H + (3-x) CH Donde: C = CaO; S = SiO2; H = H2O Siendo el Gel C-S-H el responsable de las propiedades mecnicas del cemento. Podemos observar que se produce un tercer producto, abreviado CH en la frmula, que no es sino el Ca (OH)2, con poco valor cementante, y que es responsable de la reaccin con los sulfatos que degradan la calidad del mismo. Para hacer frente a este problema, es por lo que se aade la Puzolana. sta, se compone de Aluminosilicatos que reaccionan con el componente CH de la forma siguiente: aS + bCH + zH = CbSaH(a+b) Donde: S = Aluminosilicatos de la Puzolana (Composicin tipo SiO2 (75%) + Al2O3 (10%) y otros). CH = Ca (OH)2; H = H2O Tal como se ha dicho hasta ahora, existen otros materiales que tienen actividad puzolnica en mayor o menor medida. Entre ellas se encuentran las escorias de fundiciones de acero, la microslica o humo de slice que se generaTECNOLOGA DE LOS MATERIALES


como producto secundario en la fundicin de aleaciones de ferrosilicatos, metacaolines procedentes del tratamiento trmico del caoln, y las cenizas volantes procedentes de la combustin del carbn en plantas trmicas. No obstante, estos sustitutos de la puzolana no presentan la misma superficie de reaccin que las de origen natural, debido a que la puzolana de origen volcnico presenta una mayor cantidad de poros originados por los gases de la erupcin, no presentando hoy por hoy unas propiedades igual de ptimas.

7.2- OTROS USOS DE LA PUZOLANA NATURAL

La Puzolana de origen natural no solo se emplea por sus propiedades como aditivo al cemento, sino como ornamento sustitutivo del csped en parques y jardines. Adems de los ya sealados como aditivo para el cemento, existen otras aplicaciones de inters para este material calibrado. Paisajismo: Su bajo peso en relacin con el tamao y su aspecto rstico y extico ofrecen una solucin funcional y estticamente innovadora en la jardinera creativa. Las rocas de lava representan la ltima tendencia entre los diseadores y escultores de cascada, y son utilizadas como esculturas de arte natural. Adicionalmente, la puzolana es un sustituto eficaz del csped en zona con carencia de agua de riego y sustituto de otros materiales como la perlita, leca, etc. Drenaje natural: Por su calidad porosa, la puzolana es un drenaje natural para jardines e instalaciones deportivas al aire libre como los campos de ftbol e instalaciones deportivas. Acuario: Tanto la piedra volcnica como las rocas volcnicas son ideales y seguras para los acuarios, con Ph neutro no distorsionan las propiedades naturales del agua ni afectan la salud de los peces, a la vez que, gracias a sus grietas y hendiduras, se convierten en atractivos naturales de los acuarios y peceras, dotando de un lugar de exploracin para los peces y proporcionando zonas de inters y de refugio.



Medio de Cultivo: La puzolana es un sustrato inerte, aireante y de alto drenaje, ideal para cultivos hidropnicos y bonsai. Concreto de baja densidad: como ya se ha sealado en el caso del Panten de Roma y debido a su alta resistencia y su peso relativo bajo la constituyen en una opcin muy adecuada para la elaboracin de este tipo de compuestos. Uso deportivo (Tenis, golf): En sus diversos colores acenta la belleza natural de los campos de golf y su calidad arenosa la hace ideal para el revestimiento de canchas de tenis. Filtro natural: Debido a su alta porosidad la convierte en un filtro natural sumamente efectivo para lquidos. Absorbente: (en el caso del agua del 20 al 30 % del peso de rido seco) y preparacin de tierras volcnicas olorosas.

Aislante Trmico: Utilizada en la construccin debido a su capacidad como barrera al paso del calor. (0,21 Kcal / Hm2 C) Jardinera: En numerosas rotondas, jardines. Sustituto eficaz del csped en zona con carencia de agua de riego. Arqueologa: Como protector de restos arqueolgicos de baja densidad para conservacin. Abrasivo: Utilizada como ingrediente en detergentes abrasivos.



8.- NORMATIVIDAD DE LA PUZOLANA Aqu mostraremos algunas normas sobre productos puzolanicos:

NTP 334.055:2009

CEMENTOS. Mtodo de ensayo para determinar el ndice de actividad puzolnica por el mtodo de la cal 3a. ed. CEMENTOS. Adiciones minerales del concreto : puzolana natural cruda o calcinada y ceniza. Especificaciones. CEMENTOS. Adiciones minerales del cemento y concreto. Puzolana natural cruda o calcinada y ceniza volante. Mtodo de ensayo. CALES. Cal hidratada para su uso con puzolanas. Requisitos

R. 34-2009/CNB-INDECOPI (2010-02-20)

NTP 334.104:2001

R. 132-2001-INDECOPI-CRT (2001-12-03)

NTP 334.127:2002

R. 130-2002-INDECOPI-CRT (2002-12-15)

NTP 334.144:2004

R. 101-2004-CRT-INDECOPI (2004-10-21)

NTP 334.150:2004

CALES. Puzolanas y ceniza volante para su uso con cal. Requisitos y mtodos de ensayo CEMENTOS. Mtodo de ensayo para determinar el ndice de actividad puzolnica utilizando cemento portland. 4a ed.

R. 123-2004-CRT-INDECOPI (2004-12-02)

NTP 334.066:2008

R. 42-2009/INDECOPI-CNB (2009-01-11)



9.- CONCLUSIONES: Gracias al informe hemos conocido ampliado nuestro conocimiento sobre la puzolana, su surgimiento, clasificacin, propiedades y caractersticas, etc. Adems de algunas normas tcnicas de la puzolana como material de construccin. La puzolana cumplen con todos los requisitos establecidos por la Norma; adems se puede recomendar como ideal para la construccin de zapatas, pisos, columnas ,etc. El mejor para obras expuestas a ambientes qumicamente agresivos. De los resultados de la puzolana podemos concluir que se trata de un material de construccin de diferentes aplicaciones , no solo componente del cemento puzolanico (CPP) sino tambin como abrasivos, aisladores, decoradores , etc.



BIBLIOGRAFA: Libros: Ciencia e Ingeniera De Los Materiales de Askeland. Tecnologa del concreto y mortero de Diego Snchez De Guzmn. Tecnologa del Concreto - Enrique Pasquet Carbajal- C.N.I.P. Tecnologa del concreto - Flavio Abanto Castillo. Paginas web: Diario el peruano. Biblioteca virtual de INDECOPI. http://www.puzolana.com.ar/ http://www.romanconcrete.com/ http://www.romanconcrete.com/Article2Pantheon.pdf http://www.romanconcrete.com/Article1Secrets.pdf http://tarraconensis.com/alarcos/alarcos.htmlC3 http://www.fomento.es/NR/rdonlyres/F7B77A94-DBFB-4689-A8F83279E06C5/25898/A0173001755.pdf http://www.naturalpozzolan.com/benefits.html http://www.etsimo.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion10.CEMENTOS.MaterialesAdicion.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Concrete http://en.wikipedia.org/wiki/Portland_cement http://es.wikipedia.org/wiki/Puzolana http://www.cinvestav.mx/Portals/0/Publicaciones%20y%20Noticias/Revistas/Avance% 20y%20perspectiva/marabr02/2%20ESCALANTE.pdf http://www.cujae.edu.cu/centros/cecat/html/eventos/Ecomateriales2001/HTML/Trab ajos/c1t30.htm http://tinyurl.com/2vfs4l


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