UNIVERSIDAD PERUANA ³LOS ANDES´ FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
TALLER DE MATERIALES DE CONSTRUCCION TRADICIONALES
º LA PIEDRA POMEZ EN LA CONSTRUCCION
Profesor: Arqº Edgar A. Huamán Gamarra
USO DE LA PIEDRA POMEZ EN LA CONSTRUCCION Puede funcionar como agregado
ligero en la elaboración de bloques de concreto, disminuyendo el peso del prefabricado en un 30% cambiando el agregado de piedra de canto rodado o triturado por piedra pómez.
También puede ser usado para fachadas, Limpieza de superficies delicadas en construcción civil y monumental tales como estucos, esgrafiados, bajorrelieves, y de form formaa gene genera ral,l, toda todass aquel quella lass superficies en las que sea deseab deseable le una aplica aplicación ción suave, suave, etc.
USO DE LA PIEDRA POMEZ EN LA CONSTRUCCION Puede funcionar como agregado
ligero en la elaboración de bloques de concreto, disminuyendo el peso del prefabricado en un 30% cambiando el agregado de piedra de canto rodado o triturado por piedra pómez.
También puede ser usado para fachadas, Limpieza de superficies delicadas en construcción civil y monumental tales como estucos, esgrafiados, bajorrelieves, y de form formaa gene genera ral,l, toda todass aquel quella lass superficies en las que sea deseab deseable le una aplica aplicación ción suave, suave, etc.
GENERALIDADES
La piedra pómez es un tufo volcánico conocido desde la antigüedad y utilizado para diversos fines según su calidad, la más dura se emplea como abrasivo para pulir y otras calidades se usan para hacer filtros. Es un material muy poroso y por lo tanto es un excelente aislante térmico que permitiría mejorar las condiciones de habitabilidad si se la emplea en la construcción de viviendas. El uso de la piedra pómez como agregado para concretos ligeros para la fabrica fabricación ción de bloq bloques, ues, es muy cotizado cotizado en en otros países, países, como Alemania, Italia, Grecia, Chile, Argentina, Centro América, etc., en las zonas donde abunda este material volcánico.
PIEDRA POMEZ
Es una lava vítreo celular producto de erupciones volcánicas, se la conoce también como ceniza volcánica o tufo volcánico. En su estado natural se presenta suelta y sin consolidar y en algunos casos cementaba formando depósitos superficiales o estratos, que han sido cubiertos posteriormente como resultado de fenómenos geológicos. Lo más común es encontrarla en grandes mantos acumulados en zonas relativamente planas y cubiertas por una capa de material eólico depositado en largos períodos de tiempo, por lo cual no se aprecia en las canteras a simple vista y es necesario ejecutar excavaciones o cortes en el terreno.
CARACTERISTICAS
La piedra pómez químicamente es un silicato volcánico de aluminio. Su estructura está compuesta por partículas vítreas con un alto contenido de sílice superior al 50%, y por una gran cantidad de poros diminutos que le proporcionan un bajo peso unitario, a pesar de tener una gravedad específica alta entre 2.3 a 2.5. Su peso unitario varía de 350 Kg/ m3 hasta 800 Kg/ m3.y puede flotar en el agua. Su textura es rugosa y su forma puede ser angular o redondeada. El tamaño de los granos al estado natural varía desde muy fino, semejante a la arena, hasta diámetros de una pulgada o más.
Nombre de la roca, mineral o piedra
P iedra pómez (pumita o pumicita)
T ipo básico Grupo Sistema cristalino / E structura
Piedra volcánica Ígneas Posee formas variadas, predominando las alargadas y angulosas. Granulometrías
C omposición química
Compuesto de trióxido de sílice y trióxido de aluminio, entre otros componentes: 71% de SiO2, 12.8% de Al2O3, 1.75% de Fe2O3, 1.36% de CaO, 3.23% de Na 2O, 3.83% de K 2, 3.88% de H2O.
Formación y origen
Son piroclásticos porosos, que se constituyen de vidrio en forma de espuma y que se forman durante un enfriamiento muy rápido de un magma ascendiente de alta viscosidad. Estos son muy característicos de las vulcanitas claras y ácidas, como por ejemplo de la riolita, y por ello son de color blanco grisáceo hasta amarillento, raramente de color café o gris. El término "piedra pómez" incluye todos las rocas piroclásticas porosas.
Dureza
5 / 6 Mohs. Aunque de dureza media, debido a su alta friabilidad el poder abrasivo es muy bajo, produciendo un efecto muy suave sobre la superficie
T extura
Porosa, esponjosa o espumosa. Escoriácea, con muchos huecos y cavidades.
Densidad
Sus poros cerrados le confieren una baja densidad, por lo que el comportamiento al impacto es muy ligero. 0,7 (0,4 a 0,9) g/cm 3
Color
Brillo Propiedades
Usos
lanco grisáceo, ceniza, amarillento. Piedras pómez frescas son de brillo sedoso. El origen volcánico le dio ciertas características a la piedra pómez: una multitud de poros y células cerradas dan por resultado una porosidad con una solidez de grano al mismo tiempo. Si porosidad le permite absorber y retener el agua, además de hacerla ligera y otorgarle condiciones particulares, especialmente para el filtrado de productos de elaboración industrial. La piedra pómez es tan suave que puede ser tallada, torneada y grabada con gran facilidad. Su color blanco le da una gran vistosidad, siendo también útil para la decoración. Debido a su ligereza puede flotar sobre las aguas a causa del aire contenido en sus cavidades. Aparte de eso la piedra pómez es resistente al frío, al fuego y a la intemperie y libre de sales solubles en agua. Las partículas de esta roca volcánica, poseen variadas formas predominando las alargadas y las angulosas. Sus poros cerrados le confieren una baja densidad, por lo que el comportamiento al impacto es muy ligero. Aunque es de dureza media, debido a su alta friabilidad el poder abrasivo es muy bajo, produciendo un efecto muy suave sobre la superficie trabajada. B
Tiene múltiples usos: como filtrante en la industria, como aereador de suelos en la agricultura, y en la elaboración de polvos abrasivos para cosmetología, odontología y distintos procesos químicos. Limpieza de superficies delicadas en construcción civil y monumental tales como estucos, esgrafiados, bajorrelieves, y de forma general, todas aquellas superficies en las que sea deseable una aplicación suave. Aplicable también a superficies metálicas para matizado muy leve. La pumicita para horticultura se emplea en cultivos diversos, invernaderos, campos de golf, jardinería de paisaje, etc. La pumicita es un gran complemento para el suelo. Provee porosidad para la aereación y al mismo tiempo retiene el agua en el área, permitiendo a las plantas permanecer verdes y saludables por periodos más prolongados entre lluvias o riegos. La piedra pómez es la materia prima ideal para el material de un buen muro, porque es porosa, ligera, dura (relativo a la solidez del grano) y no inflamable
TIPOS
V ARIEDADES
Las variedades de la piedra pómez dependen básicamente de su lugar de procedencia, así tenemos:
De la Z ona de Uchumayo (Arequipa), su color es blanco y
De la Z ona de Vítor (Arequipa), su color es pardo oscuro y
predominan las partículas finas.
predominan las partículas finas conteniendo una apreciable cantidad de partículas grandes. Además presenta un alto contenido de material fino, como arcilla, lo cual hace aumentar considerablemente su peso unitario.
F ORMA DE EXPLOTACIÓN
La explotación de la piedra pómez en las canteras se hace a cielo abierto. Como los estratos se encuentran bastante superficiales se elimina la capa que los cubre, formada principalmente por arenas, gravas o ceniza volcánica; se efectúan cortes en el terreno y se extrae el material lateralmente. La extracción puede hacerse utilizando herramientas sencillas como picos para el removido y lampas para amontonar el material y el cargío. Si la extracción es a gran escala se utiliza equipo mecánico como cargadores frontales que extraen el material y lo depositan directamente en camiones o volquetes.
TRANSPORTE DEL MATERIAL
Se utilizan camiones de baranda o volquetes con tolva rebatible, teniendo en cuenta que el peso específico de la piedra pómez es bajo. Si se emplean camiones de baranda, debe colocarse elementos de cierre sobre el enrejado de la baranda para impedir que la piedra pómez escape, dado el pequeño tamaño de sus elementos. Si el transporte es utilizado volquetes, se aumenta la capacidad de la tolva mediante la colocación de suples, previamente al cargado del material.
PUZOLANA
Es un material silíceo, natural o artificial, que no poseyendo propiedades aglomerantes por sí mismo, al ser combinado con cemento o cal en presencia de agua origina compuestos de pequeña solubilidad y de propiedades cementantes. La puzolana natural es procedente de rocas de origen eruptivo volcánico en las que el componente amorfo es un vidrio producido por fusión; presenta además fragmentos de pómez, escoria y pequeños cristales de sustancias variadas. Se encuentra principalmente en Arequipa en las zonas de Zamacola y Uchumayo. Es de color variado, así tenemos: amarillenta, gris claro, gris oscuro, roja, violeta, rosada.
PROPIEDADES FÍ SICAS:
Granulometría: Material en estado natural tamizado por la malla Nº 30
Peso Unitario : 975.5 Kg/ m3.
Peso Específico : 1.97 2 gr/ cm3.
DISEÑO DE LA MEZCLA
El objetivo es conseguir una mezcla económicas pero que posea una resistencia adecuada. En una primera etapa del estudio se definieron las mezclas Tipo A y Tipo B con una proporción cemento piedra pómez de 1:5 y 1:8; esta última es una mezcla de menor resistencia pero más económica. Se utilizó cemento Pórtland Tipo I.
DISEÑO DE LA MEZCLA
Con estas mezclas se fabricaron bloques empleando una máquina vibro- compactadora y se sometieron a los ensayos correspondientes. En la segunda etapa del estudio se volvió a emplear la mezcla Tipo A pero para la fabricación manual de bloques. En esta segunda etapa se determinan otras dos mezclas, Tipo C y tipo D, empleando puzolana en reemplazo de un porcentaje de cemento, obteniéndose un concreto más económico. El porcentaje apropiado de reemplazo varía entre el 10 y 40% en peso habiéndose utilizado la puzolana tamizada por la malla Nº 30. debe tenerse en cuenta que los concretos con puzolana experimentan un retardo en la fragua.
CUADRO Nº 1 IPO DE BLOQUES
BLOQU
A A' B C D
O
PROCESO DE FABR CACION
A máquina
DOSIFICACIÓN
1:5 cemento - piedra pómez + cal
Manual A máquina Manual A máquina
1:8 cemento - piedra pómez + cal 1:1/6:6 cemento - puzolana - piedra pómez 1: 1/2:8 cemento - puzolana - piedra pómez
TIPOS DE BLOQUES
Con las distintas mezclas obtenidas se fabrican varios tipos de bloques que tienen como elemento común el empleo de la piedra pómez como agregado de la mezcla. La unidad de albañilería que se fabrica consiste en bloques huecos de dimensiones similares al bloque Tipo PREVI : 14 x 19 x39 cm. Las diferencias dadas en la dosificación de las mezclas incidirán en la resistencia de los bloques, la cual se ve afectada también por la adición de otros materiales a la mezcla, como la cal y la puzolana. (Cuadro 1)
BLOQUES DE PIEDRA PÓMEZ.
PROCESO DE F ABRIC ACION.
La piedra pómez se utiliza en su estado natural pero debe tamizarse por la malla de ½ para retirar las partículas mayores que no son admitidas por las aberturas de los moldes de la bloquetera. Este agregado se tiene que saturar antes de ser mezclado con el cemento para evitar que absorba el agua de la mezcla, dada su gran avidez de agua. Si la piedra pómez no se satura el agua arrastra el cemento introduciéndolo en los poros del agregado grueso aumentando su peso y disminuyendo la resistencia del bloque; por otra parte se forman partículas estrelladas alrededor de los gruesos del árido sin ninguna cohesión entre ellos al ser tomada el agua por la piedra pómez, y no queda la necesaria para el fraguado del cemento.
BLOQUES DE PIEDRA PÓMEZ.
PROCESO DE F ABRIC ACION.
Los bloques moldeados manualmente utilizan unos moldes metálicos con mecanismo de expulsión y se llenan en tres tandas, chuceando y compactando en cada llenado; se desmoldan bajo sombra. El curado de los bloques se debe iniciar a las 3 horas de desmoldarse, rociándolos con agua con una regadera a una altura de 10 cm aproximadamente; esta operación se repite cada seis horas. A las 24 horas de desmoldados se llevan los bloques a un poza de agua para el curado por inmersión durante siete días. Transcurrido ese tiempo los bloques se retiran y se apilan para su secado final. Es preferible utilizar los bloques después de 28 días de fabricados. El rendimiento dependerá del tipo de mezcla empleada en la fabricación y también del proceso de fabricación manual o a máquina (Cuadro 2)
BLOQUES DE PIEDRA PÓMEZ.
ENSAYOS Se realizaron ensayos de variación de dimensiones, absorción, succión y compresión axial con los diferentes tipos de bloques para determinar sus características.
En los resultados obtenidos se puede apreciar que para un mismo tiempo de mezcla los bloques fabricados o máquina presentan mejores resultados que los fabricados manualmente, debido al proceso de vibrado o vibrocompactado que permite una mayor compacidad de la mezcla.
BLOQUES DE PIEDRA PÓMEZ
ENSAYO VARIACION DE DIMENSIONES.
Para la determinación de las características dimensionales de los bloques de concreto fabricados con piedra pómez, se tomó como referencia la NTP 339.005; se tomaron 4 medidas para cada una de las dimensiones principales de cada bloque promediando luego dichas medidas (Cuadro 3). Estos resultados están dentro de la tolerancia de la unidad de albañilería y cumplen la Norma.
ENSAYO DE ABSORCIÓN
Se realizó de acuerdo a la Norma NTP 331.018 se considera absorción de agua de un bloque al peso de agua que contiene (luego de realizado el ensayo ) expresado en porcentaje del peso seco (Cuadro 4).
ENSAYO DE SUCCIÓN
Se realizó según la Norma NTP 331.018. Se entiende por succión el peso en gramos del agua absorbida por el bloque cuando se sumerge parte de él en agua, durante un minuto (Cuadro 5)
ENSAYO DE COMPRESIÓN AXIAL
Se realizó de acuerdo a la NTP 339.007, este ensayo de compresión del bloque es el índice de calidad de resistencia más común (Cuadro 6). Los resultados obtenidos nos indican que la resistencia a la compresión de los bloques se encuentra dentro del rango de la resistencia normal de bloques de concreto de 20 a 50 Kg/ cm2 y aproximándose a bloques de concreto tipo intermedio con 35 Kg/ cm2.
CUADRO Nº 2 RENDIMIENTO DE LA BOLSA DE CEMENTO SEGÚN EL TIPO DE BLOQUE
BLOQUE TIPO
PROCESO DE FABRICACION
DOSIFICACIÓN (En volumen)
NUMERO DE BLOQUES POR BOLSA DE CEMENTO
A
Manual
1:5 cemento - piedra pómez + cal
20
A'
A máquina
1:8 cemento - piedra pómez + cal
30
B
Manual
1:1/6:6 cemento - puzolana - piedra pómez 22
C
A máquina
1:1/2:8 cemento - puzolana - piedra pómez 30
CUADRO Nº 3 ENSAYO DE GEOMETRIA CON BLOQUES DE PIEDRA POMEZ
BLOQUE TIPO A (A máquina) A' (Manual)
DOSIFICACIÓN
RESULTADOS OBTENIDOS Longitud = 39 cm Ancho = 14 cm Altura = 19 cm 39.22
14.24
19.18
38.96
13.87
19.17
1:5 cemento - piedra pómez + cal
B (A máquina)
1:8 cemento - piedra pómez + cal
39.24
14.15
19.29
C (Manual)
1:1/6:6 cemento - puzolana - piedra pómez
38.92
14.01
19.23
D (A máquina)
1:1/2:8 cemento - puzolana - piedra pómez
39.20
14.21
19.44
ESTUDIO DEL MORTERO
El mortero es el elemento que permite la unión de las unidades de albañilería que en conjunto alcanzan una resistencia determinada. Esta mezcla debe ser trabajable y duradera, debe dar buena adherencia y no debe sufrir cambios volumétricos. El mortero de asentado debe extenderse bien sobre el área de contacto entre bloques a fin de lograr una buena adherencia. Se intentó utilizar piedra pómez en lugar de arena para la fabricación de la mezcla del mortero, pero sólo se consiguieron resistencias muy bajas, bastantes inferiores a las que se consiguen utilizando arena. Es por esta razón que sólo se han determinado morteros con arena.
ESTUDIO DEL MORTERO
ENSAYO DE COMPRESION DEL MORTERO Se realiza a los 14 y a los 28 días para determinar la resistencia de los morteros con puzolana. Los resultados obtenidos nos arrojan una resistencia de los morteros suficiente para acompañar a los bloques Tipo C y Tipo D que son bloques con menor resistencia a la compresión axial (Cuadro 9).
CUADRO Nº 5 ENSAYO DE SUCCIÓN CON BLOQUES DE PIEDRA POMEZ
BLOQUE TIPO
DOSIFICACIÓN
A ( A máquina)
SUCCION (gr / cm2) S
DESVIACION ESTANDAR D.E.
COEFICIENTE
21.00
7.10
33.00
31.21
9.44
30.25
1:5 cemento - piedra pómez + cal A' (manual) C (manual)
1:1/6:6 cemento - puzolana - piedra pómez
29.90
9.25
30.90
D (A máquina)
1:1/2:8 cemento - puzolana - piedra pómez
25.95
3.61
13.90
ESTUDIO DE LA ALBAÑILERÍ A
Bloques para Techo
Se fabricaron bloques Tipo E para techo, empleando moldes metálicos y una maquina vibro compactadora Rosa Cometa. Las dimensiones de los bloques son: 15 x 30 x 25 cm. Como los bloques para techo no pueden ser considerados como elementos resistentes en el cálculo del aligerado, se determinó una mezcla más económica con una dosificación en volumen de 1:10 cemento piedra pómez.
