1. Curso: Materiales de construcción.
Tema : Cementos.
Docente: Ing. Yasmani T. Vitulas
Quille.

2.  Poma Chuquija, Jhon Albert.
 Humpiri Jilapa, Cesar.
 Quispe Cornejo, Roberth Paul.
 Mamani Morales, Fredy.
 Copari Hilasaca, Jaime Marco.
 Duarte Rodriguez, Miguel.

3. Cemento
1. Historia
2. Proceso de fabricación
3. Composición
4. Propiedades
5. Tipos
6. Aditivos
7. Ejercicios

4. El cemento se inventó hace aproximadamente 2000 años
por los romanos, de forma totalmente fortuita, como ha
ocurrido con otros inventos. Al hacer fuego en un
agujero recubierto de piedras, consiguieron deshidratar y
descarbonatar parcialmente las piedras calcáreas o el
yeso, convirtiéndolas en polvo que se depositó entre las
piedras.
En 1756, Smeaton descubrió que los mejores cementos se
obtenían al mezclar caliza con un 20-25% de materia
arcillosa. En 1845, Johnson fijó las proporciones de
materias primas a utilizar, así como la temperatura de
cocción, con lo que se asistió al inicio de la industria de
cemento Portland.

5.  Analizar e interpretar los aspectos y propiedades del
cemento.
 Analizar los distintos tipos de cemento para su
adecuado uso.
 Comprender la importancia y los beneficios que
presenta el cemento

6. Historia del cemento

7.  Prehistoria:
Se utilizaron bloques de
piedra de gran tamaño y
cuya estabilidad dependía
de su colocación.
 Egipto:
Se utilizan ladrillos adobe
colocados en forma
regular pegándolos con
una capa de arcilla del
Nilo.

8.  Grecia y Roma:
Se utiliza cal mezclada con
arena para hacer mortero en la
isla de Creta.
Los romanos adaptaron y
mejoraron esta técnica para
lograr construcciones de gran
durabilidad como son el
Coliseo Romano y Panteón
Roma
Los Griegos fueron los
primeros en percatarse de las
propiedades cementantes de
los depósitos volcánicos al ser
mezclados con cal y arena

9.  Siglos lX al Xl:
Se pierde el arte de calcinar para
obtener cal. Los morteros usados son
de mala calidad.
 Siglos XII al XIV:
Revive el arte de preparar mortero con
las técnicas usadas por los romanos.
 Siglos XIV al XVII:
El mortero producido es excelente y
empieza a utilizarse en un proceso
continuo.
 siglo XIX :las investigaciones del
ingeniero francés J. L. Vicat y el
constructor inglés J. Aspdin conducen
al descubrimiento de un cemento
mejorado al que se llamó "Cemento
Portland" porque se asemejaba a una
piedra gris muy oscura que se
encuentra en la Isla de Portland,
Inglaterra.

10.  Siglo XVIII:
Se erige el faro de Eddystone
en Inglaterra. Se reconoce el valor
de la arcilla sobre las propiedades
hidráulicas de la cal.
 1756:
John Smeaton, un ingeniero
inglés, encuentra las
proporciones para el cemento.
Aparecen los primeros concretos.
 1800 - 1850:
Este periodo fue caracterizado
por la aplicación de tres
materiales: el acero, el cristal y el
concreto que permitirían la
industrialización de la
producción, la prefabricación, el
rápido montaje y la pronta
recuperación de capital.

11.  1873:
Se construye el primer puente haciendo
uso de concreto.
 1876:
El Ing. Mazas aplica por primera vez el
cálculo de los elementos de concreto,
fundamentando las bases de las
resistencias de materiales.
 1877:
Se funda la primera asociación para fijar
especificaciones del Cemento Portland, en
Alemania para controlar la calidad del
producto.
 1900:
Las pruebas básicas del cemento son
estandarizadas.
 1903:
Se comienzan a introducir las
innovaciones del concreto armado a la
arquitectura e ingeniería

12. Proceso de fabricación del cemento

13.  De las canteras de piedra se extrae la
caliza y la arcilla

14.  Una vez que las piedras han sido extraídas se
transportan en camiones

15.  El material de las canteras es fragmentado y
triturado a un tamaño máximo de una y media
pulgadas.

16. Tipos de trituración:
•Triturador de mandíbulas

17. •Triturador giratórios, trituradores de cono

18. •Trituradores de cilindros

19. Trituradores por choque
Trituradores de martillo(de rotor sencillo o doble)

20.  Es la mezcla proporcional de arcilla, caliza o
cualquier otro material requerido

21.  Cada una de las materias primas es transportada
por separado a silos donde son dosificadas para la
producción de distintos tipos de cemento.

22.  Se realiza por medio de un molino vertical de acero mediante
la presión que ejercen rodillos cónicos al rodar sobre una
mesa giratoria. Se utilizan también molinos horizontales en
cuyo interior hay bolas de acero que pulverizan el material

23.  Se realiza en los silos equipados para lograr una
mezcla homogénea de material

24.  Parte medular del proceso donde se utilizan grandes
hornos rotatorios, en cuyo interior a 1400° la harina
se transforma en clinker que son pequeños módulos
gris de 3 a 4 cm.

25.  El clinker es molido a través de bolas de acero de
diferentes tamaños a su paso por las dos cámaras del
molino agregando yeso para alargar el tiempo de
fraguado del cemento

26.  El cemento es enviado a los silos de almacenamiento; de los
que se extrae por sistemas neumáticos o mecánicos, siendo
transportado a donde será envasado en sacos de papel o
surtido directamente a granel en ambos casos se puede
despachar en camiones tolvas de ferrocarril o barcos

27. Composición del cemento

28. En la caliza, el CO3Ca puede expresarse como tal, o como CO2 (P.F.) y CaO.
Sea CO3Ca = A%
Peso molecular del CaO = 56
Peso molecular del CO2 = 44
Peso molecular del CO3Ca = 100
Podemos escribir:
100 (CO3Ca)………………56 (CaO)
A (CO3Ca)……………….X (CaO)
x= %CaO= A*56/100 = 0.56A
100 (CO3Ca)……………..44 (CO2)
A (CO3Ca)………….…..Y (CO2)
Y= %CO2 (P.F.) =0.44A
Para hallar la P.F.T. habría que sumar a este CO2 el H2O y la P.F. que nos diese el
análisis de la caliza.

29. Si tuviésemos CO3Mg = se operaria igual.
Sea CO3Mg = B.
Peso molecular MgO = 24+16=40
Peso molecular CO2 = 44
Peso molecular CO3Mg = 84
Por tanto:
84………………… 40
B.………………….X
x= % de MgO = B*44/84 =0.52B
Este CO2 también se sumaría a los componentes de la P.F.

30. C = CaO SC3 = SiO2 . 3CaO
A = Al2O3 SC2 = SiO2 . 2 CaO
S = SiO2 AC3 = Al2O3 . 3 CaO
F = Fe2O3 AC = Al2O3 . 3 CaO
T = TiO2 ASC2 = Al2O3 . SiO2 2 CaO
M = MgO FC2 = Fe2O3 . 2 CaO
K = K2O AFC4 = Fe2O3 . 4 CaO. Al2O3
N = Na2O
H = H2O

31. Alc = Alcalis
C.P. = cemento portland
C.A. = cemento aluminoso
PAH = cemento portland de alto horno
SF = cemento siderúrgico sobre sulfatado
P.F. = perdida al fuego
S.D. = sin dosificar

32. Silicato tricalcico = SC3
Silicato bicalcico = SC2
Aluminato tricalcico = AC3
Aluminato-ferrito-tetra cálcico = AFC4
Además pueden existir: FC2, AC2, AC, A3C5, A5C3, etc.

33. Las resistencias mecánicas son debidas a la suma de SC3 y
SC2, siendo el primero el que da las resistencias a corto
plazo, y el segundo al cabo del tiempo.
El módulo de elasticidad está directamente relacionado con
las resistencias mecánicas, y por tanto depende de igual
grado que estas del SC3 y SC2.
El AC3 acelera el endurecimiento en las primeras horas. El
AC3 y AFC4, y principalmente este último, actúan como
verdaderos fundentes, bajando la temperatura necesaria
dentro del horno para cocción.

34. SC3 = 120 cal/gr
SC2 = 62 cal/gr
AC3 = 207 cal/gr
AFC4 = 100 cal/gr
Es la única propiedad de los cementos que puede considerarse
aditiva.
La resistencia a los sulfatos y al hielo-deshielo depende del AC3.
A mayor cantidad de ac3, menor resistencia a ambos.
Para poder precisar en los ejercicios que valor de cada
constituyente puede considerarse bajo y cual alto, damos a
continuación los siguientes límites:

35. La suma de SC3 y SC2 oscila entre 60 y 80%. Por tanto,
podemos considerar normal un 35% de sc2 y un 35% de sc3.
AC3 menor de 3% es un cemento P.A.S. (resistente a sulfatos).
AC3 entre 5 y 7% resiste débilmente a los sulfatos.
AC3 puede variar de 2 a 14%.
AFC4 suele tener porcentajes comprendidos alrededor de 10%.
Deducción de las fórmulas de bogue
Bogue supone que la composición potencial es:
SC3 AC3
SC2 AFC4

36. Porcentaje:
S = s
A = a
F = f
C = c
M = m
SO3 = s1
Sin dosificar = d
Total = 100
Cal libre = k
El porcentaje de cal libre siempre está incluido en el c% de cao
que da el análisis. Dicho de otra forma k se incluye en la suma:
s+a+s+f+c+m+s1+d = 100

37. Comenzaremos, pues, restando k de c. queda, por tanto, una
cantidad de cal para el yeso y los componentes de Clinker:
C-k
Veamos ahora el CaO del yeso; para ello:
(SO3)(CaO) = (SO4Ca)
Peso molecular del SO3 = 80
Peso molecular del CaO = 56
Peso molecular del SO4Ca = 136
80 gr de so3 combinan con 56 de CaO
s1………….……………………..........x
x=% CaO del yeso = 56/80*s1 =0.7 s1

38. 80 gr de SO3 combinan formando 136 de yeso
s1…………………………………y
Y = % de SO4Ca = 1.7 s1 (igual se podría referir el yeso a
dihidratado).
Buscamos un oxido o anhídrido de la composición centesimal
que aparezca solo una vez en la composición potencial: el F.
(AFC4) = (A) (F) (C4)
Peso molecular de A = 102
Peso molecular de F = 160
Peso molecular de 4 C = 4*56= 224
Peso molecular de AFC4 = 486
Podemos escribir:
160….…………..486
f………………X X= %AFC4* 486/160 *f = 3.04 f

39. El A existe solo en AFC4 y AC3, por tanto:
160…………………..102
f………..………….. X X= 0.64*f =% de A del AFC4
Análogamente:
100…………..………224
f…………………......X X=1.4f = % de C del AFC4
De A, para el AC3, disponemos de:
a - 0.64f
Peso molecular de 3 C = 3*56 =168
Peso molecular de AC3 = 270

40. (A) (C3) = (AC3)
Por tanto:
102 gr de A se combinan en 270 gr de AC3
(a–0.64f)…………………………..X
X= % de AC3 = 2.65a – 1.7f
Hallamos la C del AC3:
102……………………..168
(a-0.64f)…………………..X
X= % de C del AC3 = 1.65a – 1.06f

41. Queda solo hallar los porcentajes de SC3 y de SC2.
Disponemos de S% = S gr de S, y
c – k – 0.7 s1 – 1.65a - 0.34 f de C.
Peso molecular del C2 = 2*56 = 112
Peso molecular del S = 60
Peso molecular del SC2 = 172
Peso molecular del C3 = 3*56 = 168
Peso molecular del SC3 = 228
Sea X = % de SC2 e Y = porcentaje de SC3
(SC2) = (S) (C2) (SC3) = (S) (C3)

42. Podemos escribir las dos ecuaciones siguientes:
%SC2 + %SC3 = S + C ( disponible )
% S del SC2 + % de S del SC3 = S
Es decir:
X + Y = S + c – k + 0.7 s1 - 1 .65 a - 0.34 f
60/172*X + 60/228*Y = S
Resolviendo el sistema (1) y (2) obtenemos:
Y = % de SC3 = 4.07 c – 7.6 S – 1.4 f – 6.7 a
X = % de SC2 = -3.05 c + 8.66 S + 1.05 f + 5.02 a

43. Propiedades

44.  Se llama calor de hidratación al
calor que se desprende durante la
reacción que se produce entre el
agua y el cemento al estar en
contacto.
 el contacto se puede llevar a cabo
aún si el agua está en forma de
vapor.
 hasta el momento en que se le
mezcle con el agua. El calor de
hidratación que se produce en un
cemento normal es del orden de
85 a 100 cal/g.

45.  La finura del cemento depende
del tiempo de molido del Clinker,
la finura del cemento se mide en
metros cuadrados por Kg, como
se ha mencionado, en un
cemento normal la superficie
específica puede estar alrededor
de 200 m2/kg.
 Una finura alta favorece la
hidratación rápida del cemento y
al mismo tiempo favorece
también una generación rápida
de calor.

46.  La densidad relativa del
cemento varía entre 3.10 y 3.15
(un volumen de cemento pesa
3.15 veces más que un volumen
igual de agua), esto hace del
cemento el ingrediente más
pesado de los empleados en la
elaboración del concreto o de
otros productos derivados del
cemento.

47.  El endurecimiento del cemento
se inicia una vez que se inicia el
fraguado del cemento, la
ganancia en resistencia (medida
del endurecimiento) es
progresiva según avanza el grado
de hidratación del cemento.

48.  El endurecimiento o ganancia de resistencia del
cemento hidratado se puede verificar con diversas
técnicas, entre ellas tenemos las siguientes:
Medición del calor generado.
Determinación de la cantidad de cal liberada [Ca
(OH)2].
Determinación de la cantidad de cemento no
hidratado (análisis cuantitativo de rayos X.
Determinación de la cantidad de agua combinada
químicamente.
Verificación del aumento de densidad.
Pruebas directas de resistencia.

49.  La sanidad del cemento consiste en verificar
que no se producirán expansiones o
contracciones dañinas en el cemento
endurecido, ya que éstas provocarían la
destrucción del concreto.
 . La no-sanidad del cemento se atribuye a la
presencia de magnesia o de cal libre en
cantidades excesivas.

50.  una prueba acelerada, que
consiste en someter barras de
pasta de cemento a un curado
en autoclave, en este aparato
se mantiene vapor de agua a
presión, con lo que se acelera la
hidratación y la generación de
productos sólidos, si las barras
muestran expansiones mayores
al0.8% se dice que el cemento
no pasa la prueba de sanidad.

51. Tipos de cemento

53.  es destinado a obras de concreto en general, obras para
las cuales no se desea una protección especial, o las
condiciones de trabajo de la obra no involucran
condiciones climáticas severas ni el contacto con
sustancias perjudiciales como los sulfatos. como
consecuencia, genera también la mayor cantidad de
calor de hidratación

54.  Este tipo de cemento presenta una moderada
resistencia a los sulfatos asi como un moderado
calor de hidratacion ,. El cemento tipo II se
emplea en estructuras moderadamente masivas
,es destinado a obras de concreto en general y
obras expuestas a la acción moderada de sulfatos
o donde se requiera moderado calor de
hidratación, cuando así sea
especificado.(Puentes, tuberías de concreto)

55.  Presenta altas resistencia
inicial, como cuando se
necesita que la estructura de
concreto reciba carga lo antes
posible o cuando es necesario
desencofrar a los pocos días
del vaciado. Esto se debe por
el cemento obtenido durante
la molienda es más fino.

56.  Presenta un bajo bajo calor de
hidratación ,se logra limitando
los compuestos que más
influyen en la formación de c
alor por hidratacion(C3A y C3S
)
 El desarrollo de resistencias de
este tipo de cemento es muy
lento en comparación con los
otros tipos de cemento. Los usos
y aplicaciones del cemento tipo
IV están dirigidos a obras con
estructuras de tipo masivo.

57.  Usado donde se requiera una
elevada resistencia a la acción
concentrada de los sulfatos
(canales, alcantarillas, etc.).
 La resistencia al sulfato se l
ogra minimizando el
contenido de C3A (≤5%), pues
este compuesto es el más
susceptible al ataque por
sulfatos.

59.  Son cementos de baja resistencia utilizados
exclusivamente en albañilería. El tipo M tiene la
resistencia más alta, alcanzando20MPa. Una
característica de este tipo de cemento es su mayor
plasticidad. Este tipo se usa también para revoque;
asimismo, suele contener una piedra caliza
finamente molida junto con el clinker y un
plastificante incluso de aire.

61.  es un material hidráulico latente , es decir , que posee
propiedades hidráulicas cuando se activa de manera
adecuada . la escoria granulada de horno alto debe
estar constituida por almenos 2/3 en masa de la suma
de CaO, MgO y SiO2 . el resto contiene Al2O3 junto
con peque;as cantidades de otros oxidos

62.  Las puzolanas naturales son
normalmente materiales de
origen volcánico o rocas
sedimentarias con
composición química
adecuada .
 de composición silicea o
silicoaluminicas

63.  las puzolanas naturales calcinadas son materiales de
origen volcánico. Arcillas , esquitos o rocas
sedimentarias activadas por traamiento térmico.
 Otras puzolanas artificiales son las escorias de la
metalurgia del cobre , cinc y plomo y de las
ferroaleaciones .

64.  La ceniza volante calcarea es un polvo fino que tiene
propiedades hidráulicas y/o puzolanicas.
 Consta esencialmente de oxido de calcio reactivo
(CaO). dioxido de silicio reactivo (SiO2) y oxido de
aluminio (AI2O3).

65.  El esquisto calcinado, particularmente el bituminoso,
se produce en un horno especial a temperaturas de
aproximadamente 800 °C.

66.  El humo de sílice se origina por la reducción de cuarzo
de elevada pureza con carbón en hornos de arco
eléctrico utilizados para la producción de silicio y
aleaciones de ferrosilicio. Consiste en partículas
esféricas muy finas que contienen al menos el 85% en
masa dioxido de silicio amorfo

67. Aditivos

68.  Los aditivos del concreto son
productos capaces de
disolverse en agua, que se
adicionan durante el
mezclado en porcentajes no
mayores del 5%de la masa de
cemento, con el propósito de
producir una modificación en
el comportamiento de
concreto en su estado fresco
y/o en condiciones de trabajo.

69.  Los antecedentes más
remotos de los aditivos
químicos se encuentran
en los concretos
romanos, a los cuales se
incorporaban sangre y
clara de huevo.

70.  La fabricación del cemento
portland alrededor de 1850 y
el desarrollo del concreto
armado, llevó a regular el
fraguado con el cloruro de
calcio, patentado en 1885. Al
inicio del siglo se efectuaron
sin éxito comercial estudios
sobre diferentes aditivos.

71.  Los aditivos son utilizados principalmente para mejorar
una o varias de las siguientes características del concreto:
Aumentar la fluidez, sin modificar el contenido del
agua.
Retardar o acelerar el tiempo de fraguado inicial.
Acelerar el desarrollo de la Resistencia en la primera
edad.
Modificar la velocidad de producción de calor de
hidratación.
Reduce la exudación y sangrado.
 Incrementar la Resistencia en condiciones severas.
Reducir la permeabilidad a los líquidos.
 Incrementar la adherencia del concreto Viejo y Nuevo.
Mejorar la adherencia del concreto con el refuerzo.

72.  Los aditivos son considerados en la norma de acuerdo a la
siguiente clasificación:
 Plastificante, redactor de agua; que mejora la
consistencia del concreto y reduce la cantidad de agua de
mezclado requerida para producir concreto de
consistencia determinada.
Retardador; que alarga el tiempo de fraguado del
concreto.
Acelerador; que acorta el tiempo de fraguado y el
desarrollo de la Resistencia inicial del concreto.
 Plastificante y retardador; que reduce la cantidad de agua
de mezclado requerida para producir un concreto de una
consistencia dada y retardar el fraguado.

73.  Plastificante y acelerador; que reduce la cantidad de
agua de mezclado requerida para producir un
concreto de una consistencia dada y acelera su
fraguado y el desarrollo de su Resistencia.
 Incorporadores de aire; aumenta la Resistencia del
concreto a la acción de las heladas por que
introducen burbujas diminutas en la mezcla de
cemento endurecida. Estas burbujas actúan como
amortiguadores para los esfuerzos inducidos por la
congelación y descongelación.
 Adhesivos; que mejoran la adherencia con el
refuerzo.
 Impermeabilizantes e inhibidores de corrosión.

74.  Los aditivos por lo general afectan varias propiedades
del concreto, tanto en su estado fresco como en su
estado endurecido. Puede ocurrir que mientras una
mejore favorablemente, otras cambien en forma
adversa.
 Es conveniente evaluar, previamente el empleo de
aditivos, la posibilidad de obtener el comportamiento
requerido del concreto por modificaciones en el
proporciona miento de la mezcla o la selección de los
materiales mas apropiados.

75. Ejercicios

76. Deducir, conocida la composición centesimal, los porcentajes
de los constituyentes mineralógicos de un cemento,
suponiendo que estos sean fc2, sc3 y afc4.
Solución:
Sea la composición centesimal:
Porcentaje:
S = s
A = a
F = f
C = c
M = m
SO3 = s1
S.D. = d
100
Cal libre = L

77. C= 56, S = 60, F = 160, A = 102, SO3 = 80, AFC4 = 486, SC3 =
228, SC2 =172.
Peso molecular del FC2 = 272.
Cal combinada con so3 formando so4ca:
80………….56
s1…………. X X= CaO del SO4Ca = 56/80*s1 =0.7*s1
k = cal disponible para SC3, SC2, AFC4 y FC2 = c – L – 0.7*s1
El óxido o anhídrido de la composición centesimal, que aparece una
sola vez en los constituyentes mineralógicos, es ahora el a, que
aparece solamente en el AFC4.
102…………486
a…………. x X = % de AFC 4 = 486/102 * a = 4.75 a

78. El F esta solamente en el FC2 y en el AFC4; por tanto, porcentaje
de F del AFC4.
102………………..160
a…………………. x
X = % de F del AFC4 = 160/102 * a
% F del FC2 = f – 160/102 * a
Por tanto:
160………………...272
(f – 160/102 *a)…….……..x
X = % de FC2 = (f – 160/102 *a) * 272/160 =1.7f – 2.67a
Debemos considerar ahora conjuntamente el SC3 y el SC2.
Sea: x = % de SC2
y = % de SC3

79. Escribimos las dos ecuaciones siguientes:
% de S = % de s del SC2 + % de s del SC3
% de C disp. = % de C del SC2 + % de C del SC3 + % de C del
FC2 + % de C del AFC4
Es decir: S = 60/172 * X + 60/228 * Y
k= 2*56/172 * X + 3*56/228 Y + 2*56/272 (1.7f – 2.67 a) +
4*56/486 * 4.75 a
Resolviendo el sistema (1) y (2) obtenemos:
X = % SC2 =8.5 S - 3.04 k + 5.07 f – 1.43 a
Y = % SC3 = 7.5 S + 4.04 k – 6.77 f – 1.9 a

80. 2. El análisis de un Clinker de cemento portland es el siguiente:
Porcentaje:
S = 20.9
A = 5.8
F = 2.7
C = 59.2
M = 1.4
P.F. = 4.7
R.I. = 1.4
S.D. = 1.8
Interpretar este análisis.

81. Solución:
Como nos dicen que es portland, aplicamos directamente las fórmulas de Bogue:
%AFC4 = 3.04 * 2.7 = 8.2
%C3A = 2.65 * 5.8 – 1.7 * 2.7 = 10.8
%AC3 = 4.07 * 59.2 – 7.6 * 20.9 – 1.4 * 2.7 – 6.7*5.8 = 39.2
% SC2 = -3.05*59.2 + 8.66*20.9 + 1.05*2.7 +5.02*5.8 = 30.3
Se trata de un portland de resistencias mecánicas algo más elevadas de lo normal a
corto plazo, aunque normales a largo plazo. igual podemos decir del módulo de
elasticidad. no resistirá a los sulfatos ni al hielo- deshielo.
Las cantidades de SO3, m, R.I. cumplen las especificaciones del pliego de
condiciones vigente, no así la P.F., que sobrepasan en 0.7 % lo permitido.

82.  El cemento es un material de gran uso en la industria
moderna
 El uso de aditivos facilita el uso del cemento
 Existe una amplia variedad de cementos con distintos
propósitos, por lo que es necesario tener un
conocimiento básico de todos ellos