Estudio de Materiales II - Cales y Yesos

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ESTUDIO DE MATERIALES II - CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CALES y YESOS 
 
- APUNTES DE CATEDRA - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APUNTES DE CÁTEDRA - 2011 
LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES 
DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES Y OBRAS CIVILES 
FACEyT- UNT 
ESTUDIO DE MATERIALES II - CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL CALES y YESOS 
FACEYT - UNT 
 
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CALES 
 
Definición: 
La cal es un producto obtenido mediante la calcinación de rocas ricas en 
CaCO3 (Carbonato de calcio), que puede contener además MgCO3 (Carbonato 
de magnesio) y pequeñas cantidades de otras sustancia, designadas 
impurezas (arcillas, magnesia, hierro, azufre y materias orgánicas). 
El OCa (oxido de calcio) resultantes de la cocción de los carbonatos se 
llama cal viva, la que se hidrata con adición de agua, tomando el nombre de cal 
hidratada o apagada. 
 
 
 
Clasificación 
 
 
 Cales cálcicas cant. MgO < 7% 
S/Composición 
 Química Cales magnésicas cant. MgO > 7% 
 
 
 Aéreas (fraguado solamente al aire) 
S/Tipo de iv =0 a 0,1 
 Fraguado Hidráulicas (fraguan aún bajo el 
 agua) iv =0,16 a 0,50 
 
 En piedra 
 Cales vivas En polvo 
S/Hidratación 
 Cales hidratadas En polvo 
 o apagadas En pasta 
 
 
 
 
Cal Viva 
 
De acuerdo al contenido de CaO y MgO la cal viva se agrupa en grasa, 
magra y magnésica o dolomítica. 
 
En efecto, la roca ideal seria aquella compuesta enteramente de CaCO3 
(carbono de calcio), que a 900ºC de temperatura mas o menos se desprendiera 
CO2 (anhídrido carbónico), originando CaO (oxido de calcio) o cal viva, pero 
los carbonatos que existen en la naturaleza son de distintos grados de pureza. 
 
 
 
 
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CLASIFICACIÓN DE LAS CALES SEGÚN SU CONTENIDO DE CaO y MgO. 
 
Clases 
de cal. 
Cales grasas Cales Magras Calas Magnésicas 
Comp Min. (%) Max. 
(%) 
Med. 
(%) 
Min. (%) Max. (%) Med. 
(%) 
Min. (%) Max. (%) Med. (%) 
CaO 91.37 98.04 94.98 78.59 84.81 81.84 55.80 64.54 60.13 
SiO 0.33 2.20 0.81 0.66 9.00 3.12 0.14 1.59 0.87 
Fe2O3 0.08 0.43 0.23 0.17 0.59 0.41 0.19 0.39 0.29 
Al2O3 0.02 0.42 0.22 0.18 2.57 0.93 0.14 0.49 0.32 
MgO 0.17 4.55 1.39 1.03 16.83 9.26 31.61 40.62 36.12 
H2O .036 3.45 1.66 0.63 12.42 4.13 0.55 1.56 1.06 
CO2 0.20 1.84 0.83 0.24 1.94 0.18 .35 3.01 1.68 
 
 
 
Elaboración 
 
En el proceso de fabricación podemos distinguir las siguientes etapas. 
 
1) Extracción de la materia prima. 
2) Trabajos previos a la cocción. 
3) Cocción. 
 
La cocción o calcinación de la cal comprende tres fases: 
 
a) Evaporación del agua contenida a la piedra. 
b) Calentamiento de la caliza hasta la temperatura. 
requerida para la disociación química. 
c) Separación del dióxido de carbono. 
 
 Proceso 
 Endotérmico 
 
 CO3Ca CO2 + CaO 
 
 (Carbonato de Ca.) (Calor) (Anhídrido Carbónico) (Oxido de Calcio) 
 CAL VIVA 
 
 
 
La temperatura de disociación del carbonato de calcio puro a presión de 
una atmósfera es de 898º C y la de disociación del carbonato de magnesio es 
algo menor. 
En general no conviene alcanzar temperaturas muy superiores, por que 
las impurezas contenidas desarrollan su actividad originando daño a la calidad 
de la cal. 
Por otra parte, debe cuidarse la salida de CO2 (anhídrido carbónico), por 
que si ese gas no se elimina puede combinarse nuevamente con la cal y 
magnesia, originando nuevamente sus carbonatos. Este fenómeno se conoce 
como “Recarbonatación”. 
 
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Hornos de cocción 
 
Existen distintos tipos de hornos para cocer la cal: hornos verticales de 
cuba, hornos anulares de Hoffman, hornos rotatorios, etc. Pueden ser 
continuos o intermitentes. 
El combustible empleado también es muy diverso: leña, carbón mineral, 
gas, etc. 
El rendimiento térmico depende del material, tipo de horno y muchos otros 
factores. Entre los hornos de mayor rendimiento térmico se pueden citar el 
horno Hoffman, el Dietzsch, etc. Que consumen alrededor de 130 kg de hulla, 
(8000 k cal por kg), para producir 1000 kg de cal. 
En los hornos intermitentes aéreos, que se usan en nuestro medio, el 
rendimiento es bajo, 100 kg de leña (4000 kcal por kg) por cada 100 kg de cal. 
 
 
 
 
 
 
 Horno de campaña Horno vertical de cuba 
 
 
 
Hidratación o apagado 
 
La cal viva destinada para la ejecución de morteros a usarse en 
albañilería, debe ser mezclada previamente con agua formando una pasta. 
Esta operación se llama hidratación o “apagado” de la cal. 
La hidratación de la cal viva consiste en la adición de suficiente agua para 
la formación de hidróxido de calcio, operación que se expresa mediante la 
siguiente fórmula. 
 
 
 
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 
 CaO + H2O Ca (OH)2 
 
 (óxido de calcio) (agua) (desprende calor) (hidróxido de calcio) 
 CAL HIDRATADA 
 
 
La formación de cal hidratada está acompañada de por un desarrollo 
considerable de calor y una expansión de 2,5 a 3 veces su volumen primitivo. 
Las cales magnésicas expanden menos y desarrollan menos calor que las 
grasas. 
La hidratación de las cales está acompañada del peligro de “quemarse”, 
debido al gran aumento de temperatura que se genera. 
La cal quemada parece ser químicamente inerte que no es apta para 
morteros. 
El quemado se evita asegurando el íntimo contacto entre cada partícula 
de cal con agua. Son necesarios un gran cuidado y un continuo mezclado 
El apagado de cales magras, magnésicas y muy magnésicas no presenta 
el peligro del quemado. Por el contrario, puede ocurrir con estas cales que el 
apagado no sea logrado totalmente. 
La cal puede clasificarse según el tiempo de apagado en: apagado lento 
(mayor o igual a 30 min.), apagado medio (de 5 a 30 min.) y apagado rápido 
(menor de 54 min.) 
Cuando se trate de una cal de apagado rápido, la misma debe añadirse al 
agua, y no el agua a la cal. Habrá que tener la suficiente agua para agregarla 
en el momento oportuno. Una cuidadosa vigilancia es indispensable, pues a la 
menor evaporación debe adicionarse agua a la mezcla. 
Para cales de hidratación media se añadirá el agua suficiente para semi 
inundarlas. Si hubiera indicios de evaporación, habrá que agregarle mas agua. 
En el caso de cales de apagado lento, basta con añadir agua en cantidad 
suficiente como para humedecerla enteramente y esperar hasta que la reacción 
comience. Pueden agregarse pequeñas cantidades de agua cuidando de no 
enfriar la masa, hasta obtener un completo apagado. 
 
Propiedades fundamentales 
 
Plasticidad:El término es usado para definir la cualidad de un mortero 
para extenderse y colocarse con facilidad al ser usado. Si dicho mortero se 
extiende fácil y suavemente, se dice que es plástico. En cambio si al alisarlo 
con una llana resulta quebradizo o friable, es decir poco trabajable, no es 
plástico. 
Las cales magnésicas producen morteros mas trabajables; Las cales 
grasas originan morteros friables. 
Para preparar un mortero se lo hace con cal y arena. La adición de arena 
puede disminuir y evitar la contracción que acompaña al fraguado y 
endurecimiento de la cal. 
Un mortero se elabora con 2 a 4 partes de arena por una parte de cal (en 
polvo o en pasta). Es muy importante establecer en cada caso la proporción de 
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arena. En efecto, si se emplea poca arena, se genera una elevada contracción 
con los perjuicios que esto ocasiona al elemento que se está construyendo. Si 
se emplea arena en exceso, resulta un mortero magro, de poca trabajabilidad y 
resistencia. 
 
Capacidad de arena: Expresa el número de partes de arena que debe 
añadirse a una parte de cal para que un mortero resulte plástico y trabajable. 
Según las aplicaciones un mortero se prepara con 2 a 4 partes de arena 
por parte de cal. 
La experiencia demuestra que la cal grasa tiene mayor capacidad de 
arena. 
 
Rendimiento: El volumen de pasta de una definida consistencia que una 
dada cantidad de cal viva puede producir una vez apagada, se denomina 
rendimiento de la cal. 
Las cales grasas tienen mayor rendimiento que las magnésicas. 
Comúnmente entre 400 y 500 kg de cal viva producen 1 m3 de pasta, o 
sea que su rendimiento será de 2,5 litros a 2 litros por kg de cal viva. 
 
Dureza: La dureza de un mortero de cal está dada por la resistencia que 
presenta al impacto y desgaste o abrasión, teniendo gran importancia para 
usos en revoques. 
Ensayos comparativos demuestran que las cales magnésicas producen 
morteros mas duros. 
 
Tiempo de fraguado: El fraguado de la cal es un proceso físico – químico 
que consiste esencialmente en la evaporación del exceso de agua, seguido por 
la combinación gradual del hidróxido de calcio con dióxido de carbono seco, 
originando carbonato de calcio primitivo. 
 
 Ca (OH)2 + CO2 CO3Ca + H2O 
 
La cal es por naturaleza de fraguado lento. Las cales magnésicas tienen 
fraguado mas lento. Puede aceptarse que el fraguado termina a los 6 meses. 
En ambientes secos y cargados de CO2 el fraguado se acelera. 
 
Contracción: En cuanto a la contracción durante el fraguado, es 
ligeramente compensada por la expansión desarrollada por la absorción de 
CO2 . 
La forma de evitar variaciones de volúmenes es la adición de arena. 
En general las cales magnésicas se contraen menos que las grasas. 
 
Resistencia a tracción y compresión: Las propiedades físicas de los 
morteros de cal varían con la composición química de los mismos, la cantidad y 
características de la arena, la cantidad de agua y las condiciones de fraguado. 
Se puede decir que las calles magnésicas dan morteros mas resistentes que 
los cales grasas. 
 
 
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CAL HIDRÁULICA 
 
Es la cal parcialmente hidratada en polvo que además de solidificarse y 
fraguar en el aire, lo hace debajo del agua. 
Índice hidráulico: Es la relación en peso entre la sílice, más la alúmina, 
más el hierro a la cal más la magnesia. 
 
 SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 
 iv = ---------------------------------- 
 CaO + MgO 
 
Vicat hizo una clasificación de los productos hidráulicos teniendo en 
cuenta dicho índice y el tiempo de fraguado. 
 
Cal iV Tiempo de fraguado en 
agua 
Aérea 0.00 – 0.10 Solo al aire 
Débilmente hidráulica 0.10 – 0.16 16 a 30 días 
Medianamente hidráulica 0.16 – 0.31 10 a 15 días 
Hidráulica normal 0.31 – 0.42 5 a 9 días 
Eminentemente hidráulica 0.42 – 0.50 2 a 4 días 
Cemento lento 0.50 – 0.65 1 a 12 horas 
Cemento rápido 0.65 – 1.20 5 a 15 min. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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YESOS 
 
Reseña histórica 
 
El yeso ha sido conocido y utilizado desde la más remota antigüedad, 
principalmente en los países secos. 
Las primeras noticias de empleo corresponden a Egipto, en las pirámides 
en el año 2800 antes de Cristo y en otros monumentos funerarios. 
Los árabes hicieron de él gran uso en la fabricación de los decorados. 
A pesar de su larga historia ha tenido poca fortuna en cuanto a su 
fabricación, que fue rudimentaria y poco económica, por lo que su utilización se 
vio limitada. 
A partir de la primera guerra mundial la industria yesera experimentó un 
considerable desarrollo, perfeccionando los métodos de fabricación. 
 
Naturaleza del yeso 
 
Se conocen tres formas principales del sistema sulfato cálcico – agua, que 
son: 
 
SO4Ca + 2 H O (dihidratado) 
SO4Ca + ½ H O (hemihidratado) 
SO4Ca (anhidrita) 
 
La roca, llamada piedra de yeso o algez se encuentra frecuentemente a 
la naturaleza y está formada por sulfato cálcico dihidratado 
Esta roca es la materia prima para la fabricación de yeso, que se obtiene 
por la deshidratación parcial. Sometida a temperaturas no mayores a 170ºC 
pierde 1½ molécula de agua, formando sulfato cálcico hemihidratado. 
Este yeso cocido y pulverizado, amasado con agua se rehidrata, 
formando de nuevo el dihidrato. 
Al amasar el yeso con agua, se obtiene una pasta plástica, que endurece 
rápidamente, proceso este que se llama fraguado. 
A temperaturas mas elevadas el dihidrato pierde toda el agua, formando 
la anhidrita soluble que es muy inestable y que pasa fácilmente a hemihidrato 
al absorber agua de la atmósfera. 
Si se eleva mas la temperatura se forma la anhidrita insoluble que es 
estable y no fragua si no se le agregan acelerantes o catalizadores. 
A temperaturas mayores, se forman yesos hidráulicos que requieren para 
su uso otros tratamientos. 
Se pueden clasificar los sucesivos estados del yeso, según temperaturas 
crecientes de deshidratación, de la manera siguiente: 
 
1º Temperatura ambiente: SO4Ca + 2 H2O Bihidrato o algez 
2º 128 – 180º C Formación de 2 SO4Ca + H2O Semihidrato 
3º 180 – 300º C ,, SO4Ca .  - Anhidrita soluble 
4º 300 – 600º C ,, SO4Ca .  - Anhidrita insoluble 
5º 900 – 1000º C ,, SO4Ca .  - yeso hidráulico 
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6º 1450º C Temperatura de fusión del yeso. 
 
Fabricación 
 
Como el yeso es un material barato, todas las operaciones de fabricación 
también deben ser baratas. 
Extracción de la piedra de yeso: Se hace por procedimientos corrientes, a 
cielo abierto o en galerías, según la disposición de la cantera, y como no es 
una roca dura, se emplean barrenos de pólvora negra o de mina, procurando 
que se fragmente con el objeto de reducir lo más posible la trituración. 
Trituración: Se emplean trituradoras de mandíbula, molinos de martillo, 
molinos de cono, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trituradora de mandíbula Molino de martillo Molino de cono 
 
 
Deshidratación o cocción 
 
La cocción se realiza por diversos procedimientos, desde hornos rústicos 
o rudimentarios hasta sistemas muy controlados, de tipo continuo o 
discontinuo. 
 
Rudimentarios 
Fijos De Cuba 
En contacto colmena 
con gases de 
Combustión. 
(cocciónseca) Rotatorios 
 
Hornos 
 De panadero 
Sin contacto Fijos Autoclaves 
con gases de Calderas 
combustión 
(cocción saturada) Rotatorios 
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Hornos de cocción 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Horno rudimentario 
 
 
 
 
 
 
 
 Caldera 
 
 
 
 
 
Autoclave 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Horno rotativo de contacto indirecto Horno rotativo de contacto directo 
 
 
 
 
 
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Molienda final: Una vez concluida la cocción se le practica una molienda 
hasta llevarlo a la finura adecuada para su utilización. Para ello se usan 
molinos de martillo, molinos giratorios o molinos desintegradores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 MOLINOS GIRATORIOS MOLINOS DESINTEGRADORES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bibliografía: “Estudio de materiales” F. Arredondo 
“Materiales de construcción” F.Orus 
 
 
 
Elaboración del Apunte: Ing. Luis E. Leiva 
Revisión: Ing. Silvia B. Palazzi