El cemento más usado para la construcción en la actualidad es el cemento hidráulico. Este cemento, tiene la capacidad ser moldeable en estado plástico, fragua y gana resistencia a partir de reacciones químicas y es capaz de hacerlo incluso bajo el agua.
El cemento es un material que ha sido usado por diferentes civilizaciones a lo largo de la historia, en estructuras resistentes y durables y es indiscutible que hasta nuestros días sigue evolucionando. Algunas, de estas obras históricas incluso perduran hasta hoy. Un ejemplo es el Coliseo Romano, cuya construcción data del siglo I y que se puede observar en la Figura 1.
Figura 1. Coliseo Romano
Es común escuchar que hay diferentes tipos de cemento, como el cemento Pórtland, los cementos petroleros, cementos refractarios, cementos estructurales, cementos para mampostería, entre otros. También se habla de adiciones, cementantes suplementarias y puzolanas. Es muy importante entender esta terminología y conocer la normativa que regula los diferentes tipos de cemento y sus usos. Además, es prioritario que sí estén disponibles en la zona donde se hace la obra, para tomar la mejor decisión a la hora de hacer una especificación o pedido para un proyecto.
Los cementantes suplementarios son materiales inorgánicos que puede contribuir a las propiedades de una mezcla de cementantes. Esto ocurre porque participan de reacciones hidráulicas, puzolánicas o ambas.
Por su parte, las puzolanas son materiales silíceos o sílico-aluminatos que, por sí mismos, no tienen capacidad cementante. Pero que, con el agua y en presencia del hidróxido de calcio que suele ser aportado por el cemento hidráulico, pueden desarrollar propiedades cementantes.
Cuando se habla de tipos de cemento, debemos conocer que los cementos se especifican un método que es por prescripción, o por desempeño. En la especificación por prescripción se regula la composición química y la forma de obtener el producto. Es decir, se debe seguir una receta con la que se espera se pueda alcanzar el desempeño esperado. Por el contrario, en el diseño por desempeño no importa la composición química ni la forma de obtener el producto, es decir, no hay una receta. Lo importante en ese caso es garantizar que se cumpla el desempeño esperado, lo cual es verificado mediante la realización de ensayos de laboratorio.
Un ejemplo simple para entender estos conceptos es que todos tenemos una receta familiar deliciosa de nuestras abuelas. Estas recetas familiares se comparten de generación en generación. Uno de estas puede ser la “torta casera hecha por la abuelita”. Pero seguramente hemos encontrados que podemos seguir la receta al pie de la letra y no obtener el sabor, textura, conservación, olor y demás atributos que esperamos encontrar en la torta hecha por nuestra abuelita. De otro modo, si encontráramos la forma de medir estos atributos y garantizarlos, sin importar los ingredientes que usemos, temperatura, tiempo de cocción y demás pasos que se deben tener en una receta, podríamos obtener realmente el “desempeño” que esperamos para cumplir que sepa a la torta de nuestra abuelita. Es decir que, sin seguir la misma receta, un panadero profesional puede obtener la “torta casera hecha por la abuelita” usando sus propias técnicas, conocimientos y habilidades.
De forma equivalente, las normas de cementos prescriptivas se caracterizan por entregar especificaciones o recetas con las que se obtiene un producto con el que se “cree que se cumple con un desempeño”. De hecho, son las más conocidas y fáciles de aplicar: simplemente es seguir la receta. Como su desempeño no requiere ser verificado, la mayor responsabilidad de la especificación y el desempeño recae en el diseñador, que es la persona que indica el tipo de cemento que debe usarse. Pero como se vio, seguir la receta no garantiza el resultado, y por estas razones, en la actualidad, la mayoría de la normatividad está cambiando a desempeño verificado.
Así, el cemento Pórtland es un tipo de cemento hidráulico que se obtiene mediante la molienda de clínker y yeso, y que puede contener hasta un 5% de caliza y otras adiciones de proceso. Su receta química y física está bastante bien delimitada, por lo que no se puede llamar cemento Pórtland a un cemento que no cumpla con esos requisitos. Es decir, es un cemento que se obtiene cuando se cumplen especificaciones prescriptivas.
Por otro lado, las normas por desempeño son las “menos conocidas”. El diseñador especifica qué comportamiento desea, sin importar la composición o proceso productivo empleado por el fabricante o constructor. En este tipo de normas, como no se indica la receta, la responsabilidad está en ellos, quienes debe garantizar el desempeño. Por esto es usual que se requiera hacer más ensayos de laboratorio para verificarlo.
¿Cuáles son los tipos de cemento por desempeño y qué normas los regulan?
Existen alrededor de veinte tipos de cemento por desempeño:
El cemento hidráulico gris y blanco por desempeño.
Los cementos hidráulicos por desempeño se regulan por la norma NTC 121, la cual es una adopción modificada de la norma ASTM C1157. Allí se regulan las especificaciones técnicas, y corresponden con los cementos que generalmente están disponibles en Colombia. Estos tipos de cemento se designan usando las letras de su característica principal.
Tipo UG: uso general.
Tipo ART: altas resistencias tempranas.
Tipo MRS: moderada resistencia a sulfatos.
Tipo MCH: moderado calor de hidratación.
Tipo BCH: bajo calor de hidratación.
Tipo ARS: alta resistencia a los sulfatos.
En otros casos de uso se permite agregar un incorporador de aire, y este cemento se identifica porque se coloca una letra A. Por ejemplo, un tipo ART (A). Así, según la norma colombiana se tendría una combinación de doce tipos de cemento. En esta norma también se permite otra opción denominada BRA que son las siglas de baja reacción álcalis sílice, que en teoría se usa cuando hay agregados reactivos, un tipo de afectación a la durabilidad del concreto. Pero recientemente las actualizaciones internacionales de la norma de cemento están retirando esta opción, pues con los requisitos que allí se establecen no se garantiza un correcto desempeño ante este tipo de ataques.
Cualquiera de los tipos de cemento especificados en la NTC 121 pueden considerarse como cementos blancos si cumplen con el requisito de color (L), el cual se da en un sistema de coordenadas que se llama CIELAB. En ese caso, L representa la luminosidad (qué tan claro u oscuro es el material que se está midiendo). Pero para nuestro conteo de tipos, consideraremos el cemento blanco como un solo tipo. De hecho, en Colombia existe la particularidad que se regulan por medio de una norma que es diferente, la NTC 1362.
Los cementos para mampostería y mortero
Los cementos para mampostería (NTC 4050) se dividen a su vez en tres tipos de cemento: M, N y S, que se escogen de acuerdo con tipo de mortero de pega de mampostería que se vaya a preparar. La característica principal que deben tener este tipo de cementos es la capacidad de retención de agua, tal como se puede ver en la serie de artículos de Cementos Alión sobre los morteros. En Colombia, para construir mampostería estructural se deben usar en combinación con cemento Pórtland, según lo establecido en la NSR-10 cuando se usa el método de dosificación por receta de proporciones. Y también se pueden usar solos o en combinación con otros cementos cuando se hace el diseño de la mezcla de mortero por desempeño verificado.
También existen los cementos para mortero (ASTM C1329) que no están disponibles aun en Colombia, y se dividen igualmente en tres tipos, a saber, el M, N y S. Estos cementos son similares al cemento de mampostería, pero tienen un requisito adicional de proporcionar un cierto nivel mínimo de resistencia a la flexión con el fin de poder garantizar la adherencia del mortero a las unidades de mampostería.
Cemento para inyecciones
Los cementos para inyecciones pueden ser usados para disminuir el paso de agua entre las grietas de las rocas o los suelos, aumentar la resistencia de los suelos, preparar lechadas fluidas, entre varios tipos de aplicaciones. Para este tipo de aplicación puede usarse cementos tipo ART y UG. Pero también existe otro tipo de cemento usado para esta aplicación que es el microcemento, el cual se usa para disminuir aún más el paso de agua entre las grietas de las rocas. Su característica más relevante es la facilidad y efectividad en la inyección que se hace a alta presión. El microcemento no está incluido en la normatividad colombiana de edificación.
¿Y los cementos por prescripción?
Los cementos por prescripción, además de tener requisitos de receta para la composición química, pueden tener también especificadas características físicas y requisitos opcionales. A continuación, se mencionarán algunos de los tipos de cemento prescriptivos.
El cemento Pórtland
Esta norma se refiere a los ampliamente conocidos cementos Pórtland. A diferencia de los cementos por desempeño, estos tipos de cemento se identifican con números romanos y cada uno está asociado a un tipo de uso particular. Algunos de estos son:
Tipo I: cuando no se requieren propiedades especiales.
Tipo II: moderada resistencia a los sulfatos.
Tipo II(MH): moderado calor de hidratación.
Tipo III: altas resistencias tempranas.
Tipo IV: bajo calor de hidratación.
Tipo V: alta resistencia a los sulfatos.
A este tipo de cementos también puede agregarse la letra A para identificar cuando en la fábrica se les añaden productos que incorporan aire, con excepción de los tipos IV y V. Con esto, tenemos diez tipos de cemento Pórtland. También en este tipo de cementos se pueden cumplir simultáneamente varias propiedades, lo que da origen a otros tipos de cementos. Por ejemplo, se puede tener un tipo II/III. Cabe resaltar de que a pesar de que estos tipos de cemento están incluidos en la normatividad colombiana de edificación, ya no tienen una norma NTC vigente. Por esto cuando se desea especificar alguno de ellos, se debe verificar previamente su disponibilidad.
Cementos obtenidos mediante mezclas
Los cementos obtenidos mediante mezclas (ASTM C595) son el resultado combinar un cemento Pórtland con uno o varios cementantes suplementarios o puzolanas. Se designan con la letra l más otra que identifica el tipo de adición que ha sido mezclada, en inglés. Así se tienen los siguientes tipos:
Tipo IS: cemento Pórtland y escoria de alto horno.
Tipo IP: cemento Pórtland y puzolana.
Tipo IT: cemento Pórtland más otros dos cementantes complementarios.
Tipo IL: cemento Pórtland y caliza.
En este tipo de cementos también se identifica un número entre paréntesis que indica el tipo de adición que fue utilizada para el mezclado. Por ejemplo, un IP (20) tiene un veinte por ciento de adición de puzolana. También, puede usarse la opción de incorporación de aire para lo cual se coloca la letra A. Al igual que otros cementos ya explicados, tambien se adicionan las letras (MH) para moderado calor de hidratación, (MS) para moderada resistencia a los sulfatos, (LH) para bajo calor de hidratación. Con estas especificaciones, se podrían tener 4*5 combinaciones, es decir 20 tipos de cemento. También podríamos tener muchas otras combinaciones de tipos de cementos, pues puede haber, por ejemplo, un IL (20) MS MH A), es decir, un cemento obtenido mediante mezclas de cemento Pórtland, caliza al 20% y que tiene moderada resistencia a sulfatos, moderado calor de hidratación e inclusión de aire. Es importante mencionar que cada una de estas mezclas con propiedades especiales deben evaluarse previamente por desempeño verificado usando pruebas de laboratorio.
El cemento expansivo
El cemento hidráulico expansivo (NTC 4758) se usa principalmente para la formulación de concretos que tienen contracción compensada. Este cemento se compone por silicatos, aluminatos y sulfatos de calcio que cuando se mezclan con el agua sufren una expansión durante el proceso de hidratación. Esta expansión compensa la retracción que tendría un concreto hecho con cemento hidráulico normal. Para su uso en concreto estructural y de acuerdo con su composición química, puede ser tipo K, que está compuesto por aluminosilicato de calcio y cal libre. O tipo M cuya composición es basada en aluminato de calcio y sulfato de calcio. Y finalmente, el tipo S compuesto principalmente de C3A y sulfato de calcio. Y por otra parte hay cementos que son formulados para que tengan altísima expansión, los cuales son usados para realizar demoliciones no explosivas.
Los cementos petroleros (API SPEC 10)
Los cementos petroleros son cementos hidráulicos diseñados con tiempos de fraguado prolongados que permitan desplazarlos por largas extensiones de tuberías. Y son muy resistentes a altas temperaturas y presiones, pues son situaciones que se suelen encontrar en un pozo petrolero. (Matallana, 2019). Estos cementos se designan con letras que van desde la clase A hasta la clase H. Todos son cementos Pórtland, y con excepción de la clase A, todos tienen moderada o alta resistencia a los sulfatos. Su resistencia, fluidez, permeabilidad y otras propiedades deben ser medidas a diferentes temperaturas. Los cementos clase D y E se usan para altas temperaturas, que sean inferiores a 127°C. Y los de clase F, se usan para temperaturas más altas, de hasta 160°C. Las clases más comunes son las G y H. No existe una normativa colombiana para este tipo de cementos.
El cemento aluminato de calcio
Este tipo de cemento se caracteriza por tener altas resistencias iniciales y elevada resistencia a agentes químicos, en especial a los ácidos. Puede usarse para la preparación de concretos para prefabricados no estructurales acelerados, con exposición severa a ambientes ácidos, y para elaborar morteros especializados. Cabe resaltar que este cemento no está incluido en la normatividad colombiana para edificación y es regulado por la norma española UNE-EN 14647.
Otros tipos de cementos y cementantes
Hasta este punto, hemos identificado ya al menos 72 tipos diferentes de cemento. Pero el cemento es un material que continúa en evolución, existen otras tecnologías que se están desarrollando en la actualidad.
El cemento por activación alcalina
El también conocido geopolímero, nombre dado por J. Davidovits. Es un cemento que se obtiene mediante la activación de arcillas calcinadas, cenizas, puzolanas o sus mezclas. Esto le permite, formar algunos de los compuestos de hidratación presentes en el cemento hidráulico, sin necesidad de incluir cemento hidráulico en su formulación. Pero también hay unos que se hacen mezclando estos compuestos con cemento hidráulico, en cuyo caso se conocen como cementos híbridos.
Estos cementos no están incluidos en la normatividad colombiana de construcción de las edificaciones y por tanto no podrían usarse sin autorización previa. Esta es una tecnología que aún está en desarrollo, la cual se cree permitirá beneficios relacionados con la sostenibilidad.
Cementos de partículas finas
Son cementos hidráulicos diseñados con partículas ultrafinas, generalmente puzolanas. Su principal característica es que permiten preparar concretos de ultra baja permeabilidad o altísimas resistencias, también llamados cementos de alto desempeño. Se pueden usar en edificaciones e infraestructura, siempre y cuando cumplan las especificaciones del proyecto y que estén verificadas por desempeño. Se obtienen con el uso de cementos hidráulicos mezclados con metacaolín o humo de sílice.
Cenizas volantes y puzolanas naturales, calcinadas o crudas
No se puede hablar de tipos de cemento sin hablar de los cementantes suplementarios, que como ya vimos, pueden contribuir a las propiedades de mezclas cementantes o estar incluidos en los obtenidos mediante mezclas. En Colombia, estos productos deben cumplir las normas para este tipo de materiales, las cuales también ayudan a su clasificación:
Las puzolanas y cenizas volantes se encuentran en la norma NTC 3493, donde se clasifican de la siguiente forma:
Clase N: puzolanas naturales o calcinadas.
Clase F: cenizas volantes.
Clase C: cenizas volantes con altos contenidos de calcio.
¿Cómo puedo escoger el cemento para mi proyecto?
La primera clave es tratar de especificar y usar los cementos que estén disponibles en la zona o país donde se ejecutará el proyecto. En Colombia, lo más común es encontrar cementos hidráulicos por desempeño, según la NTC 121.
Por otro lado, en la Tabla 1, podrás encontrar un resumen con algunos tipos de obra y los tipos de cementos que podrías usar.
Con todo lo anterior, ya sabes cómo seleccionar el cemento más adecuado para tu proyecto, de acuerdo con la disponibilidad en el mercado colombiano y las aplicaciones para las que pueden usarse según sus características.
Autora
Laura Carolina Lopera Agudelo,
Ingeniera de Materiales
Líder de Soporte Técnico de Alión
Febrero de 2021
