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CEMENTO

HISTORIA DEL CEMENTO

La obra de hormign ms antigua de la cual se tiene evidencia cierta est fechada alrededor de los aos 5600 A.C. y fue descubier ta durante excavaciones en las riberas del ro Danubio en Lepenski Vir (Yugoslavia). Fu empleada para hacer pisos de chozas en un pueblo de la edad de piedra. Luego parece haber desaparecido la tcnica durante un largo perodo de tiempo. No obstante, existen autores que sostienen que algunas obras, especialmente las pirmides de Egipto y de ellas la de Giza (2500

A.C), emplearon en su construccin concreto. Incluso algunos autores sostienen que en el antiguo Egipto manejaban la tecnologa del hormign geopolimrico.

La ms antigua referencia grfica que se tiene sobre trabajos de hormign proviene de un mural en Tebas (Egipto) que data del ao 1950 A.C. aproximadamente y muestra varias etapas en la manufactura y usos de mortero y hormign. Por varios aos el concreto fue usado como material de relleno en muros de piedra y solamente ms tarde fue empleado como material estructural.

El arte de hacer hormign pas de Egipto al Mediterrneo occidental y alrededor del ao 500 A.C. fu usado por los antiguos griegos. Ellos tambin usaron compuestos basados en la cal para recubrir muros o ladrillos no cocidos, llegando a mencionarse que los palacios de Creso y Atala fueron construidos de esta forma. Previo al concreto como tal se empleo el llamado seudo- hormign que consista en una piedra fracturada en forma tosca y unida mediante un material de cal y arena.

La civilizacin romana probablemente copi la idea de la manufactura del hormign de los griegos. Se han encontrado hormigones romanos fechados

con anterioridad al ao 300 A.C. Durante el siglo II A.C. explotaron una cantera de material con apariencia de arena rosada, en un lugar cercano a la poblacin de Puzzoli. Encontraron con agradable sorpresa que esta arena, mezclada con cal, proporcionaba un material de mucha mayor resistencia que los previamente producidos por ellos. De hecho, el material empleado no era una simple arena sino una ceniza volcnica que contiene slice y almina que se combinaban qumicamente con la cal resultando en lo que luego se conociera como un cemento puzolnico. Est material fu empleado en gran escala en la construccin del teatro de Pompeya en el ao 75 A.C.

Existen referencias de que los romanos intentaron reforzar algunas de las estructuras que construyeron con barras y lminas de bronce, si bien los resultados no fueron satisfactorios, entre otros aspectos porque el bronce tiene un coeficiente de dilatacin por temperatura mayor que el del concreto, con lo cual se causaban agrietamientos y descascaramientos de los elementos as reforzados. A raz de esto, disearon sus construcciones para soportar cargas de compresin, resultando estructuras con muros excesivamente gruesos, algunos de ms 8 metros de espesor. A su vez, esto los llev a intentar desarrollar un tipo de concreto aligerado. Los primeros ensayos fueron hechos dejando jarras de barro dentro de los muros y arcos, siguiendo luego con el uso como agregado, de roca volcnica triturada.

Con est tcnica de hormign aligerado fueron construidos algunos arcos del coliseo romano y tambin el domo del Panten; el cual es una de las estructuras antiguas ms interesantes y fu la de mayor luz (dimetro 50 m) durante mucho tiempo, atestiguando como el hormign, adems de su capacidad estructural para resistir compresiones, posee una buena durabilidad.

En el ao 122 D.C. el emperador Adriano, con el nimo de reorganizar el sistema de defensas en la zona norte del imperio, orden construir el muro que lleva su nombre, que se constituy en el ms grande proyecto romano de construccin. De ms de 3 metros de altura y ms de 120 km de longitud, su ncleo fue construido con concreto de apreciable resistencia. El sistema contaba, aparte del muro, con una serie de 16 cuarteles para alojar entre 500 y 800 hombres cada uno, 80 pequeos fuertes conocidos como castillos de milla y 158 torres.

Un tipo de mortero denominado cemento de maltha roscea fu empleado en la construccin del famoso Pont Du Gard, y consista en una mezcla de cal, grasa de cerdo y jugo de higos sin madurar. El puente se ha constituido en muestra de la calidad de la ingeniera y la arquitectura romana de la poca, y es notable por su belleza, antigedad y tamao. Llevaba por gravedad agua de los manantiales prximos a la aldea de Ucetia hasta una ladera de Nemausus (hoy Nimes), con una pendiente mnima (0.34 m/km) durante los 50 km de recorrido. Fue construido probablemente en el ao 19 A.C. por Marco Agripa. Tiene una longitud de 275 m y una altura de 49 m, la cual se logr superponiendo tres hileras de arcos, con dimensiones respectivas de 21.9 m de altura y 6.4 de ancho la inferior, 19.5 m de altura y 4,6 m de ancho la intermedia y la superior, que soporta el canal de mortero, de 7,4 m de altura y 3 m de ancho. Mientras en el resto del acueducto la conduccin va enterrada, con piso de cemento, paredes de mampostera revocadas y techo con bveda de media caa, en los tramos descubiertos. El puente, era generalmente un rectngulo, cuyo techo se cubra, con grandes placas horizontales. Tambin es notable que modernos estudios han concluido que las dimensiones de la construccin dando un factor de seguridad de 2 para los esfuerzos de tensin (los ms desfavorables para mampostera de las pilas) generados por los vientos ms intensos de 150 km/hora presentes en la zona.Con la cada del imperio romano declin el uso del hormign y muchos de los conocimientos adquiridos con su construccin y uso desaparecieron completamente. La tcnica comenz a ser recobrada en Inglaterra y se tienen evidencias que hacia el ao 700 D.C. se construyeron en Saxon artificios mezcladores de hormign en forma de recipientes superficiales en la roca, de dimetro 2 y 3 m, encontrndose que empleaban en la fabricacin del concreto y el mortero una caliza del sector como agregado y una cal quemada como cementante. Los Normandos emplearon hormign como material llenante en muros que luego eran recubiertos con piedra. De esta tcnica da f la abada de Reading en la regin de Berkshire, donde el recubrimiento de piedra cay totalmente, dejando al descubierto un esqueleto en hormign.

El hormign fue ampliamente usado durante esa poca. La catedral de Salisbury tiene una cimentacin en hormign que an permanece en buen estado y la torre blanca de la famosa torre de Londres tambin emple ese material en su construccin. La casa Moretn en Cheshire, construida entre 1559 y 1580 tiene un piso superior hecho en un material que combina la cal, arena y ceniza de madera y que fue empleado en los cuartos que tenan chimeneas con el fin de evitar los riesgos de incendio de los pisos de madera.

Durante la edad media y el renacimiento fue muy poco empleado el material, a juzgar por las evidencias existentes. Existen algunas de que fue empleado en 1753 por George Semple en la cimentacin del puente Essex en Dublin.

En el ao de 1756 un ingeniero de Leeds fue comisionado para que construyera por tercera vez un faro en el acantilado de Edystone, situado a 14 millas al SW de Plymouth en Inglaterra. Los dos primeros haban sido cons- truidos en madera, siendo destruidos la primera vez por un incendio y la segunda por un vendaval. El encargado, John Smeaton, determin que la nica manera de garantizar la solidez de la construccin deba ser empleando piedra, pero se enfrentaba al problema de hallar con qu material unir esas piedras para formar una construccin monoltica, con el inconveniente adicional que la parte inferior de ella estaba expuesta permanentemente a la accin de las olas y vientos con alto contenido de finas gotas de agua de mar.

Decidi est ilustre ingeniero investigar las propiedades de diferentes clases de morteros. La lectura de su obra Construccin y descripcin de la ereccin del faro de Edystone resulta interesante y muy adecuado ejemplo sobre las cualidades que deben distinguir a un ingeniero en cuanto a la rigurosidad en la realizacin de las pruebas y lo importante de una correcta re- daccin de las experiencias.

All menciona: Sobre este tema, me hallaba yo ya informado de que dos medidas de cal muerta o apagada, en polvo seco, mezcladas con una medida de Tarras holands, ambas bien batidas hasta obtener la consistencia de una pasta, empleando la menor cantidad de agua posible, constitua el preparado corriente, que se empleaba generalmente para la construccin de las mejores obras hidrulicas, tanto en piedra como en ladrillo; el cual una vez fraguado, se endurece despus, sin secarse nunca del todo; ms an, ste se endurece con el tiempo, incluso debajo del agua. Este era, por tanto, el tipo de cemento que pareca adecuado para nuestro uso; y lo que me quedaba todava por averiguar, era, cules eran los mejores materiales, y el mejor modo de tratar- los y utilizarlos. En aquel tiempo ignoraba yo, si existira alguna diferencia en la firmeza del mortero, por el hecho de obtener la cal de distintas clases de piedra caliza, siempre que la dosificacin de los ingredientes fuese la conveniente. Los Albailes aseguraban corrientemente, que cuanto ms dura o resistente fuera la piedra Caliza, tanto ms fuerte sera la cal; ahora bien, lo que no se deca es si esta mxima se refera principalmente a la composicin habitual de cal y arena para las construcciones corrientes (que eran las que ellos conocan sobre todo) o si vala tambin para el Mortero de Tarras. Tambin estaban los Albailes de acuerdo en que, el mortero, si se mezclaba con agua salada, nunca se endurecera hasta el mismo grado que lo hara el mismo tipo de mezcla con agua dulce. Hace tambin una interesante consideracin sobre la diferencia de resistencias obtenidas mezclando con agua dulce o agua de mar, problema de gran significacin, puesto que en el sitio de la obra no contaba con la primera. Al respecto afirma:

Cual es la diferencia en cuanto a la resistencia del mortero cuando est se prepara con agua dulce, o con agua de mar al sumergir el preparado en la misma agua?

Se prepararon bolas con las mismas distintas dosificaciones que antes; un par con agua salada y el otro par con agua dulce, repitindose esto varias veces; el resultado fue, que por lo que respecta a lo que sucedi

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inmediatamente, o en el plazo de unos pocos das, no haba diferencias aparentes; pero de las bolas que se conservaron enteras, despus de permanecer bajo el agua durante dos, o tres meses, las preparadas con agua salada, de haber alguna diferencia, parecan tener la preferencia. De se dedujo que no necesitbamos cargar con nuestra agua dulce hasta Edystone para hacer el mortero: y en consecuencia todos los ensayos posteriores, mientras no se diga otra cosa, fueron realizados con agua salada.

El faro fue entonces construido con rocas unidas con este cemento, en una operacin que tard 6 semanas, entrando en servicio en Octubre de 1759. En el ao de 1876 una parte de la estructura se debilit y el faro fue reemplazado por uno ms grande. A peticin de los habitantes de Plymouth, el antiguo faro fue desmontado hasta la cimentacin y vuelto a erigir como monumento en esa poblacin, conservndose an. La cimentacin del faro an permanece, desafiando el mar, despus de ms de 200 aos de construida.

Uno de los ejemplares de la obra escrita por Smeaton fue conocido por un mampostero de Leeds, llamado Joseph Apsdin, sobre el cual parece que ejerci una profunda impresin.

Hacia finales del siglo XVIII existi gran inters en el desarrollo de nuevos tipos de cemento, que en esencia eran variantes del desarrollado por Smeaton. Es nombrado el cemento romano desarrollado por accidente por el vicario James Parker, quien trajo de la playa de la isla de Sheppey unas rocas y casualmente coloc algunas en el fuego, calcinndolas y logrando un cemento que fue patentado en 1796.

En el mismo perodo Apsdin trabajaba sobre un nuevo tipo de cemento, influido por los trabajos de Edgar Dabbs que en 1811 haba obtenido una patente para hacer cemento empleando arcilla, polvo de los caminos y cal. Estos trabajos culminaron en la obtencin de una patente, el 21 de Octubre de 1824 para fabricar el primer cemento Portland, as llamado porque la coloracin del mismo recordaba al inventor el color grisceo de las rocas de Portland. Solamente nombraba en la patente los ingredientes bsicos, sin entrar en detalle de fabricacin.

Aparentemente, el inventor no vislumbr todas las potencialidades de su descubrimiento y solo se empleaba para producir ladrillo con apariencia de las rocas Portland. La primera fabrica de cemento se instal en Wakefield y funcion entre 1826 y 1828, siendo luego demolida para dar paso a una va frrea. De esa poca se conserva un edificio, la fbrica de armas de Wakefield, muy cerca a la antigua fbrica de cemento, cuya fachada esta confeccionada con cemento Portland. Tambin fue empleado en la reparacin del techo del tnel del metro de Londres que atraviesa el Tmesis entre Whitechapel y Newcross. Curiosamente una construccin de la poca emple cemento Portland por accidente: un barco fue cargado con barriles conteniendo cemento, los cuales fueron saqueados por los habitantes de Sheerness, en la isla de Sheppey, convencidos de que contenan whisky, encontrndose con la sorpresa de que contenan cemento que ya haba endurecido, decidiendo entonces emplearlo en la construccin de un edificio pblico el barco en la playa (1848), el cual an permanece.

El hijo menor de Joseph Apsdin, William intent promocionar el uso del hormign en la construccin de casas y emprendi en 1850 la construccin de una gran mansin, la Portland Hall, la cual tuvo que abandonar a la mitad de su construccin por problemas econmicos. Una parte del muro de cimiento se conserva y es famosa porque se constituy en la primera construccin que empleo prefabricados de hormign a escala comercial. Luego se traslad, en 1860, a Alemania donde fund una fabrica de cemento, muriendo all 4 aos despus.

El proceso de produccin de cemento fu mejorado por Isaac Johnson. El elev la temperatura a la cual se calcinaba el material y es tenido como el padre del moderno cemento Portland.

La que puede ser reputada como la primera construccin que emple en gran escala el hormign fu la casa construida por John Bazley White en Swanscombe, en Kent, en 1835. All se emple en muros, tejas, marcos de ventanas, trabajos de decoracin e incluso en gnomos de adorno en el jardn delantero. Lo nico que no est construido en ese material es el entrepiso, puesto que an no se conoca la tcnica del hormign reforzado.

La primera referencia que se tiene de la idea de un hormign reforzado viene del ao 1830 donde es mencionada en una publicacin titulada Enciclopedia de la Arquitectura de casas de campo, granjas y aldeas, la cual sugiere emplear una malla de barras de hierro embebidas en hormign, para conformar un techo. Luego, en el ao de 1848 despert gran inters el primer bote del mundo en hormign reforzado, construido por el abogado francs Jean Louis Lambot, empleando una malla de barras de hierro y hormign con agregado muy pequeo recubrindola. Esta obra fu exhibida con xito en la exposicin de Pars de 1855.

Posteriormente (1849) el ingeniero francs Joseph Monier construy algunas materas en hormign reforzado. Pero la persona a la que histricamente se le ha dado el mrito de haber desarrollado el hormign reforzado es al constructor Willian Wilkinson, de Newcastle, Inglaterra.

En su patente, obtenida en 1854, hablaba del mejoramiento en la construccin de habitaciones a prueba de fuego, bodegas, otras edificaciones y partes de las mismas. Afirmaba all que un cierto nmero de tiras o aros de hierro embebidas en el hormign a distancias del orden de 60 cm y que podan variar dependiendo de la resistencia deseada en el piso. El sistema estaba diseado para ser usado en techos y resulta interesante ver que los dibujos que acompaan a las especificaciones muestran las cuerdas metlicas siguiendo las lneas de tensin, es decir en la parte superior en los soportes y en la parte inferior en el centro de la luz de la viga. Escribi una comunicacin, publicada el 5 de Enero de 1884 titulada El Constructor donde describe los experimentos realizados antes de solicitar la patente.

Durante finales de la dcada de 1860 y comienzos de 1870 se us amplia- mente del hormign, pero resulta interesante observar que no se acogieron las ideas de Wilkinson y la mayora del material no era reforzado. En el ao de 1869 el Hotel Waverley Castle, en Escocia fu construido en hormign sin reforzar y fue calificado en su poca como una de las construcciones ms grandes en hormign, la cual an permanece en buenas condiciones.

En el ao de 1870 fue terminado de construir el puente de Hamerfield (Suffolk), en Inglaterra, tena una luz de 16.5 m y consista en un entramado de acero embebido dentro del hormign y dur en servicio cerca de 100 aos.

En 1811, Dabbs obtuvo una patente para producir cemento empleando arcilla y polvo de los caminos. Posteriormente el 21 de octubre de 1824 Joseph Aspdin un constructor de Leeds (Inglaterra), calcin en un horno una mezcla de tres partes de piedra caliza por una de arcilla, la cual moli y pulverizo y consigui la patente para producir el primer cemento Prtland, as llamado porque el color del mismo le recordaba al inventor el color grisceo de las rocas de Prtland. La patente solo nombraba los ingredientes bsicos sin entrar en detalles de fabricacin. A Aspdin se le conoce como el inventor del cemento Prtland aunque su mtodo de fabricacin fue conservado con mucho secreto y su patente esta en forma confusa y oscura, solo se empleaba para producir ladrillo, con apariencia de las rocas de Prtland. La primera fbrica de cemento se instalo en Wakefield y funciono entre 1826 y 1828 siendo luego demolida para dar paso a una va frrea. De esa poca se conserva un edificio, la fabrica de armas de Wakefield, muy cerca de la antigua fabrica de cemento cuya fachada esta confeccionada en cemento Prtland.

La primera construccin en la cual se emple en gran escala el concreto, fue la casa construida por Mr. White en Swanscombe, Kent en 1835. All se empleo en muros, tejas, marcos de ventanas, trabajos de decoracin e incluso en gnomos de adorno en el jardn delantero. Lo nico que no est construido en ese material es el entrepiso puesto que aun no se conoca la tcnica del concreto reforzado. Curiosamente una construccin de la poca empleo cemento Prtland por accidente: un barco fue cargado con barriles conteniendo cemento, los cuales fueron saqueados por los habitantes de Sheppper, creyendo que contenan Whisky, y se encontraron con cemento que ya haba endurecido, por lo que decidieron emplearlo en la construccin de un edificio publico: el "barco en la playa" en 1848, el cual aun permanece.

El proceso de produccin de cemento fue mejorado por Isaac Johnson en 1845 cuando logro con xito fabricar este producto quemando una mezcla de caliza y arcilla hasta la formacin del Clinker, el cual fue pulverizado obteniendo un compuesto fuertemente cementante. Johnson encontr que la temperatura de calcinacin deba elevarse al mximo que pudiera lograrse con mtodos de ese tiempo y describi sus experimentos mas explcitamente que Aspdin.

Tomando como base los experimentos de Johnson, la fabricacin de cemento Prtland se inicio en varias plantas, no solo en Inglaterra sino en toda Europa. La cantidad producida fue muy pequea. nicamente hasta el ao de 1900 aproximadamente empez el crecimiento notable de la industria de cemento, debido a dos factores: en primer lugar, los experimentos realizados por los qumicos franceses Vicat y Chatelier y por el alemn Michaelis, con los cuales se logro producir cementos con calidad uniforme, que pudiera ser usado en la industria de la construccin. En segundo lugar, dos invenciones mecnicas muy importantes se hicieron al principio del siglo: los hornos rotatorios para la calcinacin y el molino tubular para la molienda. Con estas dos mquinas pudo producirse el cemento Prtland en cantidades comerciales. A partir de ese momento, se desarrolla el rpido crecimiento de esta industria, que hoy produce un material de construccin imprescindible, dentro del actual sistema de vida.El cemento en Colombia.

Hasta la construccin de la primera hidroelctrica de la empresa de Energa de Bogot, todo el cemento empleado era importado. Ante la necesidad de contar con ese importante material, los hermanos Samper Brush establecieron la primera fbrica de cementos, en cercanas de la estacin de la Sabana, la cual inicio produccin en 1910, conmemorando el centenario de proclamacin de la Independencia, con un horno vertical que produca del orden de 40 toneladas en cada operacin. Con el fin de emplear el cemento que no reuna las requisitos de calidad exigida para estructuras, se organiz una fabrica de baldosines.

Hacia el ao 1927 cemento Samper decidi iniciar la construccin de una nueva fbrica, en el sector de Siberia, en el municipio de la Calera, trabajos que debieron ser suspendidos en 1930 debido a la recesin econmica mundial, siendo reiniciados en 1933, empleando maquinaria y tcnicas alemanas. El primer horno instalado, marca Polysius inicia la produccin de clinker el 1 de Abril de 1934. Especial atencin merece el hecho de que el transporte de la caliza se realizaba mediante un cable areo, sistema muy eficiente, cuyas primeras torres, por facilidad de consecucin de material, fueron hechos en madera. La construccin fue realizada por el ingeniero Antonio Morales. Posteriormente los torres fueron cambiadas a estructuras metlicas.

En el ao 1930 inicia operacin en el sector de la la naveta, municipio de Apulo (Rafael Reyes) la fbrica de cementos Diamante. Posteriormente la hicieron las compaas : Cementos Argos (Medelln) en 1936, Cementos del Valle en 1941, Cementos Diamante (Bucaramanga) y Cementos Nare (Magdalena Medio) en 1943, Cementos Caribe (Barranquilla) en 1949, Cementos el Cairo y Cementos Hrcules en 1950. La primera fbrica de cemento blanco, Cementos Blanco de Colombia, entrara a operar en 1955, fusionndose ms tarde (1984) con cementos Nare. Luego aparecieron Cementos del Norte en 1964, Cementos Paz del Ro, que incorporaron el uso de escorias de alto horno en1981, Cementos Samper en Santa Rosa (Cundinamarca) en 1982, y Cementos Ro Claro en 1987.

Dado que la mayora de las plantas son relativamente antiguas, en la produccin prima el proceso por va hmeda (a pesar de su mayor consumo energtico) y solo hasta 1950 se empez la utilizacin del proceso por va seca en la planta de Cementos Hrcules, y luego en Cementos Nare, Paz del Ro, Samper (Santa Rosa) y Ro Claro. Se estima que del orden de un tercio de la produccin del pas se hace mediante va seca. El combustible ms utilizado es el carbn. El gas natural tambin se emplea con frecuencia, especialmente en la costa Atlntica y la produccin de cemento blanco, donde es problemtico el empleo de carbn. Tambin es notorio el grado de automatizacin de las plantas de produccin y el empleo, gracias a la nueva y severa legislacin ambiental, de elementos de recoleccin de polvos que disminuyen la contaminacin ambiental.

La primera construccin en hormign en la ciudad de Bogot fue el kiosco Samper (parque de la independencia) y luego la terraza Pasteur (cra 7, cll 24), hoy demolida y tambin el sistema de compuertas de La Ramada sobre el ro Bogot en cercanas a Fontibn. Los primeros prefabricados de hormign (baldosines y tubos de drenaje), fueron producidas en el ao 1916, dentro de la misma fbrica por un departamento que luego se convertira en la Compaa Manufacturas de Cemento. A comienzos del siglo XX la familia Moore introdujo los tubos de drenaje en gres vitrificado y las uniones entre ellos pasaron a ser de argamasa de cal a mortero de cemento, con un empaque de yute entre espigo y campana.

PROCESO DE FABRICACION DEL CEMENTO

En general, el cemento Prtland se fabrica a partir de materiales minerales calcreos tales como la caliza y materiales arcillosos con alto contenido de almina y slice. Frecuentemente es necesario adicionar otros productos, como xidos de hierro, para mejorar la composicin qumica de las materias primas principales.

Figura 1. Horno Rotatorio.Debido a que la cantidad de caliza es generalmente cuatro veces mayor que la de arcilla, el primer paso a seguir, para seleccionar la localizacin de una fbrica de cemento, es estudiar los depsitos de caliza y luego proceder a encontrar la fuente de arcillas cercanas. Existen diferentes tipos de calizas que varan en apariencia y dureza, pero prcticamente todas pueden utilizares en la manufactura de cemento. El nico caso en que no pueden ser empleadas, es cuando tiene cantidades grandes de magnesio, pues si el cemento contiene ms del lmite permitido, se presentarn cambios volumtricos en la pasta de cemento endurecida, que ocasionarn fisuramiento y desmejoramiento de las propiedades mecnicas.

Las materias primas se deben moler finamente, mezclar minuciosamente en una cierta proporcin y calcinar en un horno rotatorio a una temperatura de 1400 C, all el material se sintetiza y se funde parcialmente, formando el clnker. Este se enfra y se tritura hasta obtener un polvo fino el cul es mezclado con yeso para obtener como producto final el Cemento Prtland Hidrulico. En algunos casos, adems de yeso se suman otros materiales con caractersticas especiales, formando as los cementos adicionados de uso muy comn en la construccin.Etapas del proceso de fabricacin del cemento.a. Explotacin de materia prima: El procedimiento de explotacin se hace de acuerdo a las normas y parmetros convencionales. Dependiendo de la dureza de los materiales se usan explosivos y trituracin posterior, en otros casos el simple arrastre es suficiente. Una vez extrados los materiales de las canteras, se lleva a un proceso de trituracinprimaria para obtener tamaos mximos de 1. Los materiales que no requieren de esta trituracin se llevan a un lugar de almacenamiento.

b. Dosificacin, molienda y homogeneizacin: Este paso se puede efectuar con materiales suspendidos en agua, o con los materiales secos o con distintos grados de humedad; entre estos tenemos los siguientes procesos:

- Proceso Hmedo: Las materias primas se llevan a los molinos (molinos de Crudos), donde son mojados y se obtiene una lechada, la cul se lleva a silos de almacenamientos (silos de crudo), donde una vez conocidas sus caractersticas qumicas se dosifican en proporciones definidas y se envan a un silo de normalizacin. En este lugar se hacen las correcciones necesarias para obtener la pasta de la calidad deseada. Una vez normalizada, se transporta a un tanque circular denominado "Balsa ", donde se almacena y se mantiene la homogeneidad.- Proceso seco: Las materias primas se trituran, se dosifican en proporciones definidas y son llevadas al molino de crudo donde se secan y reducen su tamao a pequeas partculas, obtenindose un material denominado harina, el cul se lleva a los silos de homogeneizacin, y all por medio de aire a presin se obtiene la mezcla de los materiales.

La utilizacin del procedimiento hmedo o seco depende de factores fsicos y econmicos. Durante muchos aos los procesos hmedos fueron la prctica mas empleada a nivel mundial debido a que el mezclado y homogenizacin se realiza con mayor facilidad en una pasta. Sin embargo, los equipos disponibles hoy en da permiten obtener una buena homogenizacin de la harina. La ventaja del proceso seco es que por no tener agua que evaporar, requiere menor energa para calentar el material en el proceso de clinkerizacin.c. Clinkerizacin: Una vez obtenidas la pasta en el proceso por va hmeda y la harina en el proceso por va seca se someten a un tratamiento trmico en grandes hornos rotatorios.

El horno es un cilindro de acero de gran tamao recubierto de material refractario para conservar mejor el calor. El dimetro generalmente es mayor de 4 m, y las longitudes oscilan entre 60 y 150 m. Se construyen con una ligera inclinacin para que el material fluya lentamente. En la zona de salida del material (parte inferior) se colocan los quemadores que producen la llama para calentar el horno, stos trabajan con diferentes tipos de combustible (acpm, gasolina, gas y carbn pulverizado).

d. Enfriamiento: El material transformado en clnker (que sale del horno en forma de bolas, las cuales tienen una dimensin que va de 3 a 30 mm y con una temperatura entre 1200 y 1300C), debe ser enfriado rpidamente a 70 C para garantizar que el cemento fabricado despus de fraguado, no presente cambio de volumen. Los diferentes tipos de enfriadores que existen en el mercado tienen en comn hacer pasar corrientes de aire fro a travs del clnker.

e. Molienda del clnker, adiciones y yeso: Durante este proceso, se transforma el clnker en polvo y se agregan las adiciones (por ejemplo puzolanas y escoria de alto horno), luego se introduce el yeso y as se hace el cemento propiamente dicho. Los yesos, indispensables para controlar el endurecimiento del cemento una vez entre en contacto con el agua, porque cuando su cantidad es muy baja el endurecimiento puede ocurrir de manera instantnea.

f. Empaque y distribucin: El cemento resultante del molino se transporta en forma mecnica y neumtica a silos de almacenamiento y posteriormente se empaca en bultos. Tambin se puede descargar en carros cisternas para su distribucin o granel. La operacin del empacado se hace en maquinas especiales que llenan los sacos. Los pesos convencionales en Colombia son: Bultos de 50 Kg y de 42,5Kg.

g. Almacenamiento del cemento: El tiempo durante el cual puede ser almacenado antes de utilizarse, depende principalmente del lugar y de las condiciones del clima. El cemento almacenado a granel en silo en buenas condiciones puede durar en buen estado alrededor de 3 meses, sin embargo el cemento en sacos de papel triple puede perder el 20% de la resistencia al cabo de 4 o 6 semanas.

El cemento en sacos puede daarse por el aire hmedo, as como tambin por la exposicin directa con el agua, debido a un almacenamiento prolongado o en condiciones hmedas en donde se puede presentar el fraguado por aire. Este ocurre cuando el vapor presente en el aire se va filtrando lentamente a travs del papel y es absorbido por el cemento causando una reaccin parcial.

Como regla general el cemento grueso que no puede pulverizarse fcilmente entre los dedos no debe utilizarse para concreto estructural. De cualquier manera el cemento fraguado por aire que se considere utilizable habr perdido algo de resistencia y deber incrementarse del 10 al 20 % la cantidad del cemento de la mezcla para compensar esta perdida. El almacenamiento de cemento a granel es preferible al del empacado en sacos, por ser el primero mas barato y permitir que l mas viejo se gaste primero, adems no requiere personal para descargar y evita tanto el desperdicio por rotura de sacos como el fraguado por aire.

COMPOSICIN DEL CEMENTO:

Dado que las materias primas para la fabricacin del cemento son bsicamente cal, slice, alumina y oxido de hierro, el clinker Prtland esta formado bsicamente por silicatos, aluminatos y ferroaluminatos.

Se establece una composicin potencial del cemento, dado que estos compuestos no se encuentran realmente aislados, basada en formulas desarrolladas por el qumico francs Bogue y que se fundamentan en el contenido de xidos del cemento. Es muy importante anotar que las formulas fuero desarrolladas para cemento Prtland hidrulico sin ningn tipo de adiciones distintas al yeso que actuara como un regulador del fraguado, por lo cual no son aplicables a cementos con algn tipo de adicin.

Composicin qumica del cemento.

Dado que las materias primas para la fabricacin del cemento son bsicamente cal, slice, alumina y xido de hierro, el clinker Portland estar formado bsica- mente por silicatos, aluminatos y ferroaluminatos. Se emplea una notacin qumica abreviada, as:

Se establece una composicin potencial del cemento, dado que estos compuestos no se encuentran realmente aislados, basada en frmulas desarrolladas por el qumico francs R.H. Bogue, y que se fundamentan en el contenido de xidos del cemento. Es muy importante anotar que las frmulas de Bogue fueron desarrollados para cemento Portland sin ningn tipo de adiciones distintas al yeso que actuara como regulador del fraguado, por lo cual no son aplicables a cementos con algn tipo de adicin, cementos que actualmente son los de produccin corriente. En la siguiente Tabla se muestra la composicin potencial para diferentes tipos de cemento Portland, como tambin un anlisis caracterstico de xidos en un cemento tpico:

% del

compuestoTipo de Cemento

IIIIIIIVV

C3S4840622538

C2S2735135037

C3A125954

C4AF8138129

TABLA Composicin para cementos tipo portland

Caractersticas de cada uno de los compuestos:

Cada uno de los componentes existentes en el cemento posee una serie de caractersticas propias, que a su vez le imprimirn un determinado comporta- miento al cemento, dependiendo de la proporcin en la cual estn presentes. En la practica resulta en una situacin de compromiso, dependiendo de la caracterstica que se desee potenciar. Las caractersticas principales de cada uno de los compuestos son:

Silicato triclcico (C3S)

Es el compuesto con mayor actividad del clinker. Es el responsable de las resistencias iniciales elevadas,pero tambin es elevado su calor de hidratacin. Aparece en elevada proporcin en cemento de endurecimiento rpido y de altas resistencias iniciales.

Silicato biclcico (C2S)Es el compuesto responsable de las resistencias a largo plazo, pero tambin es bajo su calor de hidratacin. Es lento su endurecimiento y tiene un mejor compor- tamiento frente al ataque qumico que el Silicato triclcico, por lo cual apare- ce en mayor proporcin en los cementos de buen comportamiento frente a sulfatos.

Aluminato triclcico (C3A)Presenta una elevada velocidad de fraguado, un calor de hidratacin muy gran- de y gobierna, junto con el C3S las resistencias a corto plazo. Tiene buen compor- tamiento frente al agua de mar, pero muy pobre frente a los sulfatos. La razn de aadir un regulador de fraguado (yeso) al clinker es para moderar la velocidad de reaccin de este compuesto; el mecanismo de este proceso es:

3CaO.Al2O3 + 12H2O + Ca(OH)2 = 3CaO.Al2O3.Ca(OH)2.12H2O

(Aluminatoagua(hidrxido(Aluminato tetraclcico

triclcico)de calcio)hidratado)

Simultneamente el yeso reacciona con el C A, as

3CaO.Al O

+ 10H O + C SO4.2H2O = 3CaO.Al O .CaSO .12H O

2 3 2 4

2 3 4 2

(Aluminatoaguayeso(sulfoaluminato de calcio)

triclcico)(Ettringita)

El sulfoaluminato de calcio rodea al C3A, retardando la reaccin. Esta continua lentamente, rompiendo el recubrimiento. La reaccin tiene lugar alternadamente, cerrando y abriendo la capa, hasta cuando es alcanzado el estado 4.

Ferroaluminato tetraclcico. (C AF)

Su presencia en el cemento se debe a la necesidad que existe en su proceso de produccin, de utilizar fundentes que contengan hierro. Prcticamente no aporta nada a las resistencias mecnicas, presentando un bajo calor de hidratacin y alta velocidad de fraguado. Tiene un buen comportamiento frente a los agentes agresivos y su color oscuro puede resultar indeseable para ciertos cementos.

Las propiedades ingenieriles del hormign relacionadas con la resistencia, endurecimiento y estabilidad dimensional dependen principalmente de los silicatos biclcicos y triclcicos. Al reaccionar ellos con el agua forman dos compuestos hidrxido de calcio y silicato de calcio hidratado, frecuentemente llamados gel de Tobermorita. En un cemento totalmente hidra tado la proporcin de gel de Tobermorita es del 50% en peso y la de hidrxido de calcio alrededor del 25% en peso. Sobre esta parte de hidrxido de calcio ser sobre la cual actuar la adicin (puzolanas, escorias, etc) fijndola y mejorando entonces sus resistencia mecnicas y su durabilidad. El gel tiene una estructura coherente y muy finamente dividida. Esta gran superficie espe- cifica (3000.000 cm/gr) de la Tobermorita es la que le suministra las fuerzas de atraccin superficial que ocasionan la gran adherencia de las partculas. El proceso qumico desarrollado es as:2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 (silicatoaguagel de tobermonita hidrxido triclcico

de calcio)

2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 (silicatoaguagel de tobermorita hidrxido biclcico

de calcio)Composicin por xidos:

Una manera de expresar la composicin qumica del cemento es mediante lo que se denomina anlisis por xidos o descripcin del contenido de xidos presentes. Se muestran tres comparaciones citadas por diversos autores. Como se nota, el xido preponderante es el de calcio (del orden de las 2/3 partes) de carcter bsico y el responsable de imprimirle un alto Ph al cemento y consecuentemente al hormign, estando presente en menor proporcin la slice, alumina y hierro, de carcter cido. Las otras sustancias estn presentes en pequeas proporciones y son indeseables, es decir sera preferible que su presencia fuera nula.

Estos xidos le imprimen ciertas caractersticas al cemento. Dentro de las ms importantes se pueden citar:

Oxido de Magnesio (MgO):Durante el proceso de fabricacin del cemento el enfriamiento del clinker debe ser relativamente rpido, para que el magnesio presente quede en estado vtreo (cristales en desorden), pues en caso contrario queda cristalino (cristales ordenados) lo que se denomina periclasa. En este estado es nociva la presencia del magnesio pues su hidratacin para pasar a hidrxido de magnesio [Mg(OH)2] es lenta y es un proceso de carcter expansivo.

Trixido de azufre (SO ):Su presencia se debe a la adicin del regulador de fraguado (yeso) durante la molienda, si bien puede provenir del combustible usado en el horno. Si el contenido es elevado se puede producir el fenmeno del falso fraguado, que consiste en un endurecimiento sbito del material, debido a la hidratacin total del yeso semihidratado. Este fenmeno es reversible si se ejerce una accin mecnica (remezclado) y que la distingue del fraguado instantneo, proceso en la cual la accin mecnica no surte ningn efecto.

lcalis (Na O+K O):

22

Su presencia proviene generalmente de las materias primas empleadas en la fabricacin del cemento y es indeseable puesto que puede reaccionar con ciertos agregados (rocas conteniendo slice realmente reactiva o ciertos tipos de carbonatos), presentando fenmenos expansivos a largo plazo, en lo que se denomina reactividad lcali-agregado.

Cal libre (CaO):

Si el contenido de cal libre en el cemento es alto (del orden del 2% o ms) una parte de ella se hidrata durante el endurecimiento del mismo, a edades tardas, produciendo fenmenos expansivos.

Prdida al fuego (PF):

Esta determinacin, que consiste el evaluar la prdida de peso de una determi- nada cantidad de cemento (1 gr) al ser sometida a una temperatura de 95 50C, es un ndice de la presencia de adiciones de naturaleza caliza. Residuo insoluble (RI):

Este ensayo consiste en determinar el peso del residuo que queda despus de someter la muestra de cemento a la accin del cido clorhdrico, es un ndice de la presencia de adiciones de naturaleza inerte, las cuales no aportan poder conglomerante al cemento

DENSIDAD DEL CEMENTO - NTC 221

La densidad del cemento es la relacin entre la masa de una cantidad dada y el volumen desalojado por esa masa. En los cementos colombianos tiene una variacin entre 2.90 a 3.15 g/cm3. En realidad, la densidad del cemento no indica de una forma directa la calidad del cemento, sino que a partir de ella se pueden deducir otras caractersticas importantes en el cemento Prtland hidrulico. El ensayo de la densidad es un factor indispensable para el diseo y control de calidad de las mezclas de concreto.EQUIPO Balanza

Embudo

Frasco Le Chatelier

Termmetro

PROCEDIMIENTO

Se llena el frasco de Le Chatelier con Kerosn libre de agua o tetracloruro de carbono hasta un punto intermedio situado entre 0 y 1 ml tratando de asegurar que el frasco interiormente quede totalmente seco. Se coloca en un bao de Mara durante 20 minutos o hasta que la temperatura y la lectura inicial sean constantes. El objetivo del bao de Mara es tomar una lectura inicial (Lo) con una constante de temperatura. El frasco Le Chatelier se debe colocar dentro de agua a una temperatura constante, con el objeto que la temperatura del lquido interior del frasco no vare ms de 0,1 grado Celsius.

Luego de tomar la lectura inicial del frasco, que debe variar entre 0 y 1 ml se agrega el cemento con una cantidad aproximada de 64 g ( 0,5 g con un peso exacto y teniendo cuidado de no derramarlo ni untar las paredes del frasco con el objeto de observar el volumen que desaloja cada grano de cemento. Se coloca el tapn del frasco y este se hace girar lentamente sobre la base describiendo crculos concntricos hasta que ya no salgan burbujas de aire, luego se coloca en bao de Mara con una temperatura similar a la temperatura de la lectura inicial para obtener la lectura final (Lf).DATOS Y CALCULOS

La diferencia entre lecturas final e inicial representa el volumen del lquido desplazado por el volumen del cemento usado, de la tal manera que la densidad es el cociente del peso sobre el volumen desalojado.

Volumen desalojado = Lf-Lo.Densidad del cemento = masa de cemento usado / volumen desalojado.Nota: El ensayo debe repetirse hasta que los resultados no difieran ms de 1%.

FINURA METODO BLAINE - NTC 33

El ensayo del Blaine nos determina la superficie especfica del cemento y consiste en la permeabilidad al aire a partir de un conjunto de partculas de cemento midiendo el tiempo necesario para que la cantidad de aire pueda atravesar una muestra de cemento y densidad conocida.

EQUIPO Permeabilmetro Blaine Con todos sus accesorios (cmara y disco perforado). Liquido Manomtrico. Papel filtro. Cronometro. Formatos de clculos. Placa de vidrio.DETERMINACIN DE LA SUPERFICIE ESPECFICA

Se debe utilizar una muestra a temperatura ambiente que tenga la misma masa que la muestra empleada en la muestra patrn de la calibracin y que adems tenga una porosidad comprendida entre 0,495 y 0,535.

Luego de hallar la densidad del cemento, se procede a hallar la finura. Se coloca el disco perforado en la cmara de permeabilidad sobre la cual se coloca un papel filtro y se deposita la cantidad de cemento patrn calculado anteriormente con una aproximacin de 0,001 g.Se debe golpear suavemente la pared exterior de la cmara con el objeto de nivelar la superficie del cemento. Posteriormente se coloca otro papel filtro y se presiona con el embolo dndole un cuarto de vuelta. A continuacin, la cmara de permeabilidad se coloca sobre el tubo manomtrico de tal forma que se obtenga un cierre hermtico usando vaselina o grasa. Se abre la llave de paso del brazo lateral, se aspira por el brazo suavemente para retirar el aire que haya en l, hasta que le nivel del liquido manomtrico alcance la marca superior, momento en el cual se cierra la llave de paso.

Mediante un cronometro se determina el tiempo en segundos en que la parte inferior del menisco del liquido manomtrico baje de la desde la segunda marca hasta la tercera marca del equipo. Se debe reportar la temperatura con que se efecto el ensayo.

DATOS Y CALCULOS

La superficie especfica se calcula utilizando las siguientes formulas.

Cuando la porosidad de la muestra de ensayo y del patrn son las mismas y la diferencia de temperatura entre dichas muestras es menor que 3C.

S = Sp*T/Tp

Cuando la porosidad de la muestra de ensayo y del patrn son las mismas y la diferencia d temperatura entre dichas muestras es mayor que 3C.S = Sp*Np*T/Tp*N

Cuando la porosidad de la muestra de ensayo y del patrn es distinta y la diferencia de temperatura entre dichas muestras es menor que 3C.S = Sp(1-ep)*e3T/(1-e)*e3*Tp

Cuando la porosidad de la muestra de ensayo y del patrn es distinta y la diferencia de temperatura entre dichas muestras es mayor de 3C.S = Sp*(1-ep)*e3*T*Np/ (1-e)*e3p*Tp*n

Donde:S = Superficie especifica del patrn de la muestra de ensayo.Sp = Superficie de la muestra patrn.T= Tiempo determinado para la muestra de ensayo.Tp = Tiempo determinado para la muestra patrn.N = Viscosidad del aire a la temperatura a que se verifica la determinacin sobre la muestra de ensayo.Np = Viscosidad del aire a la temperatura a que se efecta la calibracin.

e = Porosidad de la capa de la muestra de ensayo.ep = Porosidad de la capa de la muestra patrn.El ensayo se debe repetir cuando el valor de la superficie especfica es menor de 2800 cm/g.

MTODO PARA HALLAR LA CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO HIDRAULICO

NTC 110

La consistencia normal se define como la cantidad de agua que se le agrega al cemento donde se proporciona una determinada fluidez, esta propiedad aumenta al incrementarse el contenido de agua. Existe una determinada fluidez para lo cual debe agregarse cierta cantidad de agua. Esto lo que se le llama consistencia normal.EQUIPO

Balanza

Aparato de Vicat

Mezcladora

Recipientes

Probetas

Cuarto de cementos

Esptulas

El aparato de Vicat consiste en un soporte que sostiene un vstago mvil que pesa 300 g, uno de sus extremos de sondeo tiene 10 mm de dimetro y una longitud de 50 mm. El vstago es reversible y se puede sostener en la posicin deseada por medio de un tornillo y cuenta con un ndice ajustable que se mueve sobre una escala graduada en mm.

El aparato de Vicat debe cumplir con los requisitos exigidos en la NTC 110:

Tabla 1. Requisitos del aparato de Vicat.

PESO DE LA SONDA300 g

DIAMETRO DE LA SONDA10 mm

DIAMETRO DE LA AGUJA1 mm

DIAMETRO INTERIOR DE LA BASE MAYOR DEL MOLDE70 mm

DIAMETRO INTERIOR DE LA BASE MENOR DEL MOLDE60 mm

ALTURA DEL MOLDE40 mm

Condiciones Ambientales

La temperatura ambiente del cuarto de cemento, as como las herramientas y materiales deben mantenerse a una temperatura de 20 a 27 grados Celsius, el agua de trabajo a una temperatura de 23 ( 2 grados celcius y la humedad del cuarto no debe ser menor de 50 %.

PROCEDIMIENTO

La consistencia es la propiedad que indica el grado de fluidez o la dificultad con que la pasta puede ser manejada. Los cementos colombianos oscilan mas o menos entre una consistencia de 23 a 33 %, porcentaje de agua que se halla en el aparato de Vicat cuando penetre 10 ( 1 mm.

PREPARACIN DE LA PASTA

Se pesan 650 g de cemento previamente tamizado por la malla de 850 micras, se utiliza una consistencia entre 23 y 33% hasta que la pasta de una penetracin de 10 ( 1 mm. En el momento que se halle la penetracin, se halla la consistencia de la siguiente forma:

R = A/C

Donde el cemento es constante, 650 g, y R varia entre 23 y 33 %, se despeja el agua y as se sabe si el agua fue suficiente para darle la manejabilidad necesaria a la pasta.

La mezcla de la pasta se debe realizar con el procedimiento descrito en la NTC 112 (Mezcla mecnicas de pasta de cemento hidrulico) de la siguiente forma:

Se coloca la paleta de la mezcladora en la posicin de trabajo.

Se vierte la cantidad total de agua de amasado en el recipiente.

Se agrega el cemento y se deja reposar por 30 s.

Se mezcla durante 30 s a velocidad lenta (140 ( 5 r.p.m.).

Se detiene la mezcladora durante 15 s y rpidamente se raspa con una esptula en las paredes del recipiente.

Se mezcla la pasta a velocidad rpida 280 r.p.m. durante 60 s.

LLENADO DEL MOLDE

Despus de haber terminado los tiempos de mezclado la pasta de cemento se moldea con las manos dndole una forma esfrica, y la lanzamos de mano a mano seis veces, con una distancia entre ellas de 150 mm. Posteriormente, se coloca la muestra por la base mayor del molde quitando el exceso de la pasta con un solo movimiento de la palma de la mano; se coloca el vidrio en la base mayor del recipiente y se voltea el conjunto de la pasta y el molde. Finalmente, se corta y se enrasa la pasta sin comprimir el conjunto y esta listo para hallar la consistencia.

DETERMINACIN DE LA CONSISTENCIA

La pasta y el molde se llevan al aparato de Vicat, se centra bajo el vstago y se hace descender el mismo hasta que el extremo de la sonda haga contacto con la superficie de la pasta del cemento hidrulico, se fija esta posicin por medio del tornillo y se lee la posicin del tornillo de la escala que debe ser cero. Despus de terminar los tiempos de mezclado, se suelta el vstago durante 30 s sin someterlo a ninguna vibracin ni presin. Se considera que la pasta tiene consistencia cuando la sonda penetre 10 mm ( 1 mm en 30 s. Si no se obtiene la consistencia en el primer ensayo se debe repetir la operacin variando la cantidad de agua de amasado hasta obtener la penetracin nombrada.

INTERPRETACIN DE RESULTADOS

La cantidad de agua de agua de mezclado requerida para obtener una pasta de consistencia normal de be expresarse como un % en peso de cemento seco con una aproximacin 0.5 %.

TIEMPOS DE FRAGUADO

Estrictamente los tiempos de fraguado no tienen relacin exacta con algn fenmeno fisco determinable dentro de la masa de pasta tratan mas bien de determinar una rigidez (comienzo de enlaces entre granos de cemento y perdida de viscosidad de la masa) y el comienzo de una resistencia (inicio de la rigidez y adquisicin de valores de resistencia mecnica) es importante aclarar que los tiempos de fraguado inicial y final en pasta no tienen una relacin directa, no siendo por tanto estrictamente correlacionables, con los tiempos de fraguado en el concreto, ya que en este ultimo intervienen una serie de factores adicionales, especialmente la presencia de agregados y un medio ambiente diferente.En el caso colombiano la determinacin de los tiempos de fraguado se realiza mediante la aguja de vicat y esta regido por la norma NTC 118 mtodo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidrulico mediante el aparato de vicat. Bsicamente consiste en hacer una pasta de cemento con relacin A/C determinada en el ensayo de consistencia normal y someterla despus de 30 minutos a la accin de la aguja de 1 mm de dimetro del aparato de vicat, en el caso de fraguado inicial hasta obtener una penetracin de 25 mm. para el tiempo de fraguado final hasta obtener se emplea la misma aguja pero en este caso la aguja solo debe dejar una huella sobre la pasta. Dado que no es factible determinar con exactitud los tiempos de fraguado inicial y final, se hace una grafica de profundidad de penetracin Vs tiempo y all por interpolacin se obtiene los tiempos de fraguado.3

3

4

3