1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO-PUNO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL.
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DOCENTE: Ing. Yasmani Vitulas Quille TRABAJO N° 01:
LA CAL Quispe Halanoca, Ruth Pamela Ramos Poma, Herberth Daniel Sucapuca Vargas, Joseph Roy Valero Huaman, Enrique Airton. PUNO-PERU 2017
2
CONTENIDO RESUMEN ...................................................................................................................................................... 4 1
OBJETIVOS OBJETIVO S ....................................... .................. ..................... .................................. .............. ........................................ ......................................... ..................... ........................... ................... ........ 5
2
GENERALIDADES GENERALID ADES ..................... .................................. .................... .................................. ....................................... ................................... ................................ ..................... ..... 6
3
4
2.1
Historia .................................... ................. ................................. ................................. ....................................... ........................................ ............................... ............................. .................. 6
2.2
Piedra caliza .................................... ................. .................................. .................................. ....................................... ...................................... .................. ...................... ................. ..... 7
2.3
Definición de la cal .................................... ................. .................................. .................................. ....................................... ................................ .............................. .................. 7
2.4
Propiedades Propiedad es físicas y químicas .................................. .................. .................................... ......................................... ..................... ................ ........... 8
PROCESO DE FABRICACIÓN FABRICAC IÓN DE LA CAL .................................... ................... ..................................... ....................................... ................................... ................ ...... 9 3.1
Extracción Extracci ón y trituración tritur ación ................................... ................... ..................................... ..................... ....................................... .................... ................................ .................. ..... 9
3.2
Calcinación y enfriamiento enfriami ento .................................... ................... ...................................... ..................... ...................................... ................... ................... ............ 9
3.3
Inspección y cribado ..................................... ................... .................................. .................................... ......................................... ..................... ..................... ........... .......... 10
3.4
Pulverización Pulveriz ación e hidratación hidratac ión ................................. ................. .................................... ........................................ ........................................ ............................... ............. 10
3.5
Envase y embarque embarqu e ..................................... .................. .................................. .................................. ........................................ ..................... ......................... ............ ............. 11
PROCESO DE APAGADO DE LA CAL ................................... .................... ................................... ....................................... ........................................ ..................... ...... 12 4.1
Apagado de la cal ...................................... ................... .................................. .................................. ....................................... ................................ ............................ ................ 12
4.2
Tipos de apagado de Cal ................................... .................. .................................... ....................................... ....................................... ................................ ................ ... 12
4.2.1
Apagado al aire ..................................... .................. ................................... .................................... ........................................ ................................ ...................... .......... 12
4.2.2
Apagado por aspersión aspersió n ................................... .................. ................................... ....................................... ..................... ............................. .................... ......... 12
4.2.3
Apagado por inmersión inmersió n................................... .................. ................................... ....................................... ..................... ............................. .................... ......... 13
4.2.4
Apagado por fusión ................................... ................ .................................. ................................... ....................................... ............................... .................... ........ 14
4.2.5
Apagado por autoclaves...................................................................................................... autoclaves...................................................................................................... 15
4.3 5
CLASIFICACIÓN DE LA CAL ..................................... .................. ................... ......................................... .................... ..................... ............................. .................... ................. ........ 18 5.1
6
Proceso de apagado y precauciones precaucion es en el proceso ..................................... ................. ....................................... ............................... ............ 16 Cal aérea ..................................... .................. .................................. ................................... ....................................... ........................................ ..................... ..................... .................. ... 18
5.1.1
Cal viva .................................... ................. ................................. .................................. ........................................ ........................................ ................................ .................. ...... 19
5.1.2
Cal hidratada hidrat ada o apagada ................................. ................ ................................... ....................................... ..................... ............................. .................... ......... 20
5.2
Cal grasa ................................... .................. ................................ .................................. ........................................ ..................... ............................... .................... ........................ ............. 21
5.3
Cal hidráulica hidrául ica ...................................... ................... .................................. ................................... ....................................... .................................. ............................... .................... .... 22
5.3.1
Cal medianamente medianam ente hidráulica hidráuli ca ................................ ................. .................................... ..................... ....................................... .................... ................... . 22
5.3.2
Cal excesivamente excesiva mente hidráulica hidráulic a................................... ................. ..................................... ....................................... ..................................... ................. ... 23
APLICACIONES APLICACIO NES Y USOS DE LA CAL ...................... ................................... ............... ......................................... ..................... ................ ......... 23
3 6.1
Ámbito de la construcción construc ción .................................. .................. .................................... ........................................ ........................................ ............................... ............. 24
6.1.1
Morteros Morter os o Mezclas de albañilería albañiler ía ................................... ................... ................................... ........................................ ..................... .......... 24
6.1.2
Estuco ...................................... ................... ................................. .................................. ......................................... ..................... ............................... ................... .................. ...... 25
6.1.3
Concreto ..................................... .................. .................................. .................................. ....................................... ........................................ .................... ............... 26
6.1.4
Pintura ..................................... .................. ................................. .................................. ........................................ ........................................ ................................ .................. ...... 27
6.1.5
Impermeabilización Impermeab ilización ................................... ................ .................................. ................................... ......................................... ..................... .................. .......... ........ 28
6.1.6
Estabilización Estabiliz ación de Suelos ................................. ................. ................................... ........................................ ..................... ............................. .................... ......... 29
6.1.7
Mezclas Asfálticas Asfált icas ................................... ................ .................................... ..................................... ......................................... ..................... .................. .......... ........ 30
6.2
Aplicaciones Aplicacione s en la industria industr ia ................................. .................. .................................. ....................................... ........................................ ............................... ............. 30
6.2.1
Sector Siderúrgico Siderúrg ico ...................................... ................... ..................................... ..................................... ....................................... ................................. ................ ... 30
6.2.2
Sector Metalúrgico Metalúrg ico y Minero ................................... .................. .................................... ....................................... ...................................... .................. .. 31
6.2.3
Industria Industr ia del Vidrio .................................... .................. .................. ....................................... ................... ....................................... ............................... ................ .... 31
6.3 6.3.1 6.4
Aplicación en el Medio Ambiente .................................... ................... ..................................... ....................................... .................................. .................... ..... 32 Tratamiento Tratamie nto de Aguas ................................... ................. .................................... ...................................... ....................................... ............................... .............. 32 Aplicación en la Agricultura Agricu ltura ................................. ................ .................................... ....................................... ........................................ ............................... ............. 32
7
LA CAL EN LA ZONA DE PUNO ................................... ................. ..................................... ....................................... ......................................... ..................... .............. ........... ... 33
8
CONCLUSIONES CONCLUSION ES ........................................ .................... .................................. ................................. ........................................ ..................... ................. .................... ................ .... 34
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................. 35 WEBGRAFÍA ................................................................................................................................................. 37 ANEXOS ....................................................................................................................................................... 38
4 RESUMEN Este trabajo se refiere a la cal, en donde se trata de distintos aspectos acerca de la misma considerando algunos aspectos que se deban de desarrollar más ya que tiene una mayor importancia a medida que se desarrolle el tema. El informe está dividido en cinco partes: Parte 1: en esta parte planteamos los objetivos que queremos dar con este trabajo. Parte 2: en esta parte damos a conocer la historia, de la misma manera se da a entender la definición, una breve explicación acerca de la piedra caliza y finalmente las propiedades básicas de la cal. Parte 3: se explica el procedimiento de fabricación de la cal pasando por sus distintas etapas necesarias. Parte 4: esta parte contiene el proceso de apagado de la cal, teniendo un concepto breve acerca de esta, también considerandos los tipos de apagado de la cal. Parte 5: aquí explicamos la clasificación de la cal dando a conocer algunas de sus diferencias unas a otras a medida que el tema se desarrolle. Parte 6: esta parte contiene los usos y aplicaciones de la cal ya sea en el ámbito de la construcción, aplicaciones en la industria y las aplicaciones en el medio ambiente. Parte 7: esta parte da a conocer sobre La empresa Cal & Cemento Sur S.A. que produce Cal Viva y Cal Hidratada con un alto nivel de eficiencia. Parte 8: se refiere a las conclusiones que se llegó tras el desarrollo de este trabajo.
5 1
OBJETIVOS
Dar a conocer la historia y las propiedades físicas y químicas de la cal. Dar a conocer el procedimiento y las medidas de protección necesarias para la obtención de la cal. Clasificar los distintos tipos de cal, describir y enumerar sus sub clasificaciones referidos a la construcción civil. Reconocer los diferentes usos y aplicaciones de la cal en distintos ámbitos profesionales, así como ámbitos domésticos.
6 2
GENERALIDADES
2.1
Historia
Según Hornbostel, 2002, la cal es uno de los más antiguos materiales de construcción fabricados y conocidos por el hombre y la usaron todas las antiguas civilizaciones como mortero y aplanado. Los egipcios usaban aplanados de cal desde 2600 a.C. Los griegos la usaban mucho como mortero y aplanado, y los romanos crearon una mezcla de pasta de cal y ceniza volcánica que fue el primer cemento verdadero. Los chinos usaron la cal en la construcción de la Gran Muralla, y los aztecas y los incas la usaron en la América precolombina. Los grandes murales y frescos de Miguel Ángel, Rafael y otros artistas del Renacimiento fueron realizados con pasta de cal. En Estados Unidos, en las antiguas misiones españolas se uso estuco de cal, y en 1662, los colonizadores de Rhode Island produjeron cal (viva). Hacia 1900, se inventó el proceso de hidratación de óxido en planta bajo estricto control químico y desde entonces se obtienen las cales hidratadas comerciales actuales. Ver Cuadro 1, en Anexos.
Figura 1. Fuente. https://engciv.wordpress.com/2013/02/03/cal-na-construcao-civil-calhidratada/
7 2.2
Piedra caliza
Compuesta principalmente por carbonato de calcio (CaCO3). Es una roca sedimentaria, que está compuesta por conchas calcáreas, las cuales habitan los lagos y los mares. Estos depósitos de conchas calcáreas, en conjunto con arenas, arcillas, óxido de hierro y otros detritos forman las diversas clases de piedra caliza. Los óxidos de hierro de las calizas ferruginosas producen colores rojizos y amarillentos; en las calizas carbonosas o bituminosas, los materiales orgánicos como la turba, dan un color de gris oscuro a negro. Las calizas arcillosas contienen arcilla, y las pedernalinas contienen sílice. (Hornbostel, Piedra caliza, 2002, pág. 696).
2.3
Definición de la cal
Es el resultado de calcinar la piedra caliza por debajo de la temperatura de descomposición del óxido de calcio. En ese caso se denomina cal viva (óxido de calcio) y se apaga sometiéndola al tratamiento de agua, y esta última se le llama cal apagada (hidróxido de calcio). Según (Foccal, 2017) la cal se obtiene de la roca sedimentaria caliza; la cual es un carbonato de calcio, que al ser calcinado a una temperatura elevada, se convierte en un óxido de calcio que es lo que comúnmente se conoce como cal viva y ésta al contacto con el agua, se hidrata formando el polvo blanco conocido como hidróxido de calcio o cal hidratada. Éste es el producto que se comercializa envasado y que se utiliza en construcción primordialmente, sin ser esta aplicación excluyente de las demás en la industria alimenticia y farmacéutica entre otras.
8 2.4
Propiedades físicas y químicas
La cal es un material cementante de origen natural que ofrece grandes beneficios, tiene múltiples propiedades entre las que podemos destacar la afinidad con el agua y agregados pétreos, la dureza, el color brillante, la estabilidad y el alto pH; por mencionar algunas. Por su excelente desempeño en tareas de albañilería como las mamposterías, repellados, enlucidos, pinturas, impermeabilizantes y demás; la cal ha sido utilizada en la construcción desde tiempos remotos y en diversas latitudes. (Foccal, 2017) “La cal, también llamada cal viva, es óxido de calcio (CaO), una sustancia blanca o blanco grisácea, finamente cristalina que algunas veces tiene un tinte amarillo o café debido a las impurezas de hierro. La cal reacciona fuertemente con el agua, para formar el hidróxido de calcio Ca(OH)2, conocido como cal apagada.” (Hornbostel, Cal, 2002, pág. 232) La cal, es un producto de origen natural que ofrece grandes beneficios a un costo razonable. Tabla 1 Propiedades físicas de la cal (cal viva).
Gravedad específica
• 3.37
Punto de fusión
• 2580°C; 4676°F
Punto de ebullición
• 2867.78°C; 5162°F
Densidad
• 3300 kg/m3; 3,3 g/cm3
Fuente: Elaboración propia, datos obtenidos de: Hornbostel, Cal, 2002.
9 3
PROCESO DE FABRICACIÓN DE LA CAL
Cinco etapas que intervienen en la fabricación de la cal: Extracción de la Materia Prima, Trituración, Calcinación, Hidratación y Envase.
3.1
Extracción y trituración
Se retira material vegetal, procediendo a perforar según el plan de minado diseñado, cargando después los explosivos para el tumbe, se carga el material ya fragmentado y se trasporta al sistema triturador. En el triturador los fragmentos de roca se reducen de tamaño tamizándolos, ya homogéneos, se transportan mediante bandas hacia los hornos.
3.2
Calcinación y enfriamiento
La cal se produce por cocción de las rocas calizas o dolomitas introduciéndolas a un horno industrial a una temperatura aproximada de 900-1000°C; las rocas pierden bióxido de carbono produciéndose el óxido de calcio. Debido al tamaño y forma homogénea de los fragmentos, la cocción ocurre de la periferia hasta el centro quedando perfectamente calcinada la roca. Posteriormente se somete a un proceso de enfriamiento para que la cal pueda ser manejada y los gases calientes regresen al horno como aire secundario.
10 3.3
Inspección y cribado
El proceso siguiente es la inspección cuidadosa de la muestra calcinada para evitar que queden piezas sin calcinar. Es la separación de elementos de cal viva de diferentes tamaños por medio de barreras con orificios que permiten el paso a los más pequeños y retienen a los mayores.
3.4
Pulverización e hidratación
En este proceso se procede a moler y pulverizar la cal viva la cual después será enviada a hidratar. Posteriormente el óxido cálcico (CaO) puede ser combinado con agua (H2O) en un proceso industrial controlando la hidratación dando lugar a la cal hidrata o apagada (Ca(OH)2) y calor. CaO (Óxido cálcico) + H2O (Agua) Ca (OH)2 (Cal hidratada) + Q (Calor) (Quiminet, s.f.)
11 3.5
Envase y embarque
Una vez obtenida la cal es envasada e introducida en sacos y posteriormente llevada hasta un medio de transporte.
Figura 2. Fabricación de la cal Fuente. https://es.scribd.com/document/242470128/semana-5-la-cal-2013-pdf
12 4
PROCESO DE APAGADO DE LA CAL
4.1
Apagado de la cal
Calcinada la piedra caliza antes que la humedad de la atmosfera haya empezado a obrar sobre ella, se debe apagar . Para convertir la cal viva en apagada o muerta, es preciso ponerla en contacto con el agua. Al absorber esta hemos dicho que se desprenden vapores y calor, produciendo un silbido, resquebrajando la cal y convirtiéndose en polvo fino, aumentando considerablemente de volumen. (Elmore, 2014, pág. 73)
4.2
Tipos de apagado de Cal
4.2.1 Apagado al aire
Consiste en extender los terrones de cal viva sobre una superficie plana resguardada de la lluvia, exponiéndola a la acción del vapor de agua de la atmósfera para que la absorba. Esta transformación requiere unos tres meses y tiene el inconveniente de que absorbe también el anhídrido carbónico, carbonatándose también el anhídrido carbónico con lo cual no da buenos resultados. (Rincondelvago.com, s.f.)
4.2.2 Apagado por aspersión
La cal viva se pone en capas de poco espesor, se riega con agua y se reduce a polvo por sí misma. Si se quiere almacenar, es recomendable cubrir con arena hasta el momento de uso.
13
Figura 3 Apagado por aspersión en balsa de madera Fuente: http://gicited.upc.edu
4.2.3 Apagado por inmersión
Éste método consiste en colocar la cal en un saco o cesto e introducirla durante algunos minutos en el agua: se saca de esta cuando pierde la fuerza absorbente, que se conoce porque cesa en pequeño ruido que produce durante la absorción evitando siempre que empiece la fusión pastosa. Fuera del agua se apila inmediatamente para concentrar en calor y ayudar la acción del apagado.
14 Este proceso aumenta bastante el volumen, pero tiene el gravísimo inconveniente de ser muy gravoso, por cuanto se necesita un jornal de operario para realizar este procedimiento.
Figura 4. Proceso por inmersión breve Fuente. http://gicited.upc.edu
Figura 5. Proceso por inmersión breve Fuente. http://gicited.upc.edu
4.2.4 Apagado por fusión
Este procedimiento consiste en añadir agua a la cal viva en un estanque o excavación en el terreno. También se utiliza este sistema cuando se apaga la cal en obra en el momento de la utilización. Entonces, el recipiente de apagado es un hoyo practicado en el montón de arena preparado para
15 hacer el mortero correspondiente. Por este sistema se obtiene la cal apagada en pasta. Es preciso cuidar mucho la cantidad de agua añadida, puesto que lo mismo añadir poca agua que demasiada tiene inconvenientes. El fenómeno llamado de cocción, es el que se produce por una adición insuficiente de agua, o más probablemente, por un batido inadecuado, de forma que algunas partes de la cal han recibido poca agua, produciéndose una elevación de temperatura grande. La inundación es debida a una excesiva cantidad de agua que retarda la hidratación por mantener la temperatura demasiado baja. Por ambos fenómenos se producen perturbaciones debidas a una hidratación parcial no expansiva. (Unovi.es, s.f.)
4.2.5 Apagado por autoclaves
Una autoclave es un recipiente de presión metálico de paredes gruesas con un cierre hermético que permite trabajar a alta presión para realizar una reacción industrial, una cocción o una esterilización con vapor de agua. La acción conjunta de la temperatura y el vapor produce la coagulación de las proteínas de los microorganismos, entre ellas las esenciales para la vida y la reproducción de éstos, hecho que lleva a su destrucción. (Wikipedia, 2017)
16
Figura 6 Autoclave de laboratorio Fuente. https://es.wikipedia.org/wiki/Autoclave
Este procedimiento, consiste en introducir la cal viva en terrones en unas grandes autoclaves, inyectando vapor de agua a presión, durante un tiempo que varía con su capacidad, permitiendo el apagado incluso de las calizas dolomíticas en poco tiempo. Se puede apreciar que por este procedimiento se obtiene una cal mucho más plástica que la que se apaga a la presión atmosférica, lo que permite obtener enlucidos más fáciles de extender con llama. (Rincondelvago.com, s.f.)
4.3
Proceso de apagado y precauciones en el proceso
Se trata primer lugar en hacer una óptima hidratación de la cal viva y en segundo lugar hacer una adecuada conservación de la pasta resultante.
17 Al hidratar la cal viva se produce una reacción química que alcanza grandes temperaturas (unos 90ºC) y que resulta muy cáustica. Por ello es muy importante tomar medidas de seguridad para evitar todo tipo de accidentes. Se debe de utilizar especialmente guantes y gafas protectoras, pero es mejor protegerse todo el cuerpo y usar mascarilla. Es conveniente tener cerca agua para lavarse en caso de salpicadura. La cal viva se presenta generalmente en polvo, grano o piedra. Cuanto mayor es el grosor más precauciones han de tomarse ya que es más fácil que se produzcan salpicaduras. La adecuada hidratación es aquella que controla que el hervor no sea excesivo, lo que haría que se quedaran partes sin reaccionar, ni insuficiente, lo que haría que la reacción química no fuera adecuada. Una vez se ha producido la reacción química se ha de dejar reposar unos minutos hasta que pierde la temperatura y ya se puede pasar a otro recipiente. Se ha de hacer en un espacio exterior y preferiblemente en un recipiente lo más abierto posible con el fin de que las emanaciones no se concentren demasiado. Un recipiente adecuado sería una pastera o un agujero en el suelo. Un recipiente poco adecuado sería un bidón. En cualquier caso, la hidratación ha de hacerse en un recipiente metálico ya que si fuera de plástico, a no ser especial, se derretiría por las altas temperaturas alcanzadas. La adecuada conservación mantiene siempre agua por encima de la pasta lo que impide que tenga contacto con el aire que es lo que la haría fraguar.
18 El recipiente es mejor que sea de plástico ya que la cal corroe los metales. La cal aérea se puede empezar a utilizar en obra a las 24h. Cuanto más tiempo repose la cal será mejor, pudiéndose dejar durante años. Para acabados finos es conveniente que sea de 3 a 6 meses como mínimo. (CasaEco, 2011)
Figura 7 Calcinación y apagado de cal Fuente. http://anfacal.org
5
CLASIFICACIÓN DE LA CAL 5.1
Cal aérea
Se denominan así porque endurecen al aire mediante su reacción con el anhídrido carbónico del mismo u otra fuente de CO2 (dióxido de carbono). (Saavedra Vera, 2013, pág. 4) Cales que se componen principalmente de óxido e hidróxido de calcio y magnesio, los cuales endurecen lentamente al aire por la acción del CO2 de la atmosfera. No presentan
19 propiedades hidráulicas, es decir, no endurecen con el agua y se obtienen a partir de rocas calizas con contenidos en carbonatos superiores al 95%. (Villarino Otero, 2010, págs. 20-21) Cal aérea tipo I: se emplea en revocos, blanqueos y morteros en general. Cal aérea tipo II: se emplea en trabajos toscos, en morteros para sentar fábricas y para fabricar de ladrillos-calcáreos. Tabla 2. Tipos de cales aéreas
CaO + MgO (mínimo)
CO2 (mínimo)
TIPO I
90%
5%
TIPO II
90%
5%
5.1.1 Cal viva
Se llama cal viva a la piedra caliza totalmente pura calcinada (hidróxido de calcio). La cal grasa, que al mezclarse con un tercio de peso de agua se transforma en cal en polvo o cal terrón, lo que en definitiva es transformarse en cal viva. Por lo tanto, a la cal viva se le llama también cal en terrón y cal en polvo, y con ello se verifican idénticas operaciones que en el producto logrado con la cal grasa para realizar su apagado. (CEAC, 1987, pág. 30) Es el resultado de la calcinación del carbonato de calcio CaCO3 a más de 1000°C ya que este se descompone dando dióxido de carbono y oxido de calcio o cal viva. (Saavedra Vera, 2013, pág. 3)
20 El carbonato de calcio CaCO3 se descompone, dando anhídrido carbónico CO2, que es gaseoso y se desprende junto con los humos de combustible y oxido de calcio CaO, denominándose al CaO cal viva, cuando se presenta en terrones, la cal viva es un producto inestable, por tener una gran avidez para el agua. (Villarino Otero, 2010, pág. 24)
Figura 8 Proceso químico de la cal viva
5.1.2
Cal hidratada o apagada
Es el nombre comercial de hidróxido de calcio, que se forma al agregarse agua al oxido de calcio o cal viva para que una vez apagada (hidratada) pueda utilizarse. Los albañiles, cuando vierten el agua sobre cal viva, dicen que la apagan. Cal apagada es el nombre vulgar de hidróxido de calcio.
21 El apagado exotérmico; es decir, que en este proceso se desprende gran cantidad de calor que evapora parte del agua utilizada. La cal apagada tiene un volumen de tres veces mayor que el de la cal viva. (Saavedra, 2013, pág. 3) La cal hidratada en pasta tiene la propiedad de endurecerse lentamente en el aire, enlazando los cuerpos sólidos, por lo cual se emplea como aglomerante. Este endurecimiento recibe el nombre de fraguado, y es debido primeramente a una desecación por evaporación del agua con la que se formó la pasta, y después a una re carbonatación por absorción de anhídrido carbónico del aire, formándose carbonato de calcio y agua, reconstituyendo la caliza de que se partió. (Villarino Otero, 2010, pág. 24) Tabla 3 Proceso químico de la cal hidratada CaO + H2O
5.2
Ca(OH)2 + calor
→
Cal grasa
El origen de la cal grasa está en la piedra caliza casi pura (1 al 2 % de arcilla) calcinada. Con un tercio de su peso de agua experimenta un gran aumento de volumen y de temperatura y la pasta formada se endurece al aire tomando los nombres comerciales de “cal en polvo”, “cal en terrón” (hidróxido de calcio). El calor que se produce en esta operación es tal, que parte del agua que se vierte se transforma en vapor. (CEAC, 1987, pág. 28)
22 Son llamadas así debido a que la acción cementante se logra por carbonatación de la cal mediante el CO2 (dióxido de carbono) atmosférico. Las cales grasas fabricadas con piedras caliza de gran pureza contienen un 95% o más de óxido de calcio. (Saavedra Vera, 2013, pág. 4)
5.3
Cal hidráulica
Son llamadas así porque fraguan y endurecen con el agua. Contienen entre 10 a 20 %de arcillas y en ellas el efecto cementante se logra tanto por medio de la carbonatación de la cal, como el proceso de hidratación de los silicatos y aluminatos formados por reacción a bajas temperaturas entre la caliza y la arcilla presente. (Saavedra Vera, 2013, pág. 4) Las cales hidráulicas, después de amasadas con agua, se endurecen en el agua, siendo esta última propiedad las que las caracteriza. (Villarino Otero, 2010, pág. 22) Las propiedades de estas cales se deben, a que, en la cocción del calcáreo, se establece una combinación química entre la cal y la sílice, a la que esta mezclada, sea que esta última este en el estado libre, sea que se encuentren en el estado de arcilla. (Elmore, 2014, pág. 63)
5.3.1 Cal medianamente hidráulica
Es la que, apagada y sumergida, fragua de los 15 a 20 días, se dice que es una argamasa fragua; cuando principia su endurecimiento. Esta cal después de fraguar, continúa endureciéndose por un año, como la cal hidráulica, pero se diferencia de esta, en que fraguan en tiempos diferentes: la cal hidráulica fragua a los 6 u 8 días y la medianamente hidráulica a los 15 o 20. (Elmore, 2014, pág. 63)
23 5.3.2
Cal excesivamente hidráulica
Aumenta muy poco de volumen al apagarse, se endurece o fragua de 2 a 4 días de sumergida, siendo compacta y dura al mes; y a los seis meses salta por la acción del martillo, presentando una fractura escamosa. Para apreciar la bondad de la cal, a simple vista, se ve si es ligera y blanca, si roseada con agua fermentada se deshace, convirtiéndose en polvo fino; siendo de advertir que la tardía pero blanca, también, es de aceptación y buen uso en la albañilería. (Elmore, 2014, págs. 63-64)
6
APLICACIONES Y USOS DE LA CAL
Figura 9 aplicaciones de la cal a nivel mundial Fuente. Asociación Nacional de fabricantes de cales y derivados de España, 2011
24 6.1
Ámbito de la construcción
Desde la antigüedad hasta la actualidad el hombre ha estado utilizando la cal en la construcción de obras arquitectónicas que se resaltan por la resistencia al deterioro con el paso del tiempo. ya que la calidad del es un factor importante para asegurar trabajos de gran durabilidad, resistencia y economía.
6.1.1 Morteros o Mezclas de albañilería
Originalmente, en la elaboración de morteros y enlucidos, la cal era el ingrediente principal, que poco a poco empezó a sustituirse por cemento debido principalmente al desarrollo de resistencia mostrado por éste último. Sin embargo, con el paso del tiempo, las mezclas de cal-cemento demostraron ser más eficientes, al presentar tanto propiedades de resistencia, como de plasticidad. Los beneficios al usar mezclas de cal y cal-cemento pueden dividirse en dos categorías; en estado fresco y en estado endurecido. (Saavedra Vera, 2013, pág. 13) En estado fresco.
Al usar con cal y cal-cemento se tendrá una excelente trabajabilidad, muy buena retención de agua.
Muy buena retención de agua, lo que los hace particularmente adecuados para su uso con unidades de absorción.
El tiempo de fraguado y el de las mezclas terciadas puede controlarse dosificando la cantidad y el tipo de cemento.
25 En estado endurecido.
La incorporación de cal mejora la adhesión y reduce la permeabilidad, incrementa la resistencia de la mezcla en cuanto al ataque de sulfatos, también se favorece al auto-sellado de las gritas.
Figura 10 Cal como componente de mortero Fuente. http://rosangelica097.blogspot.pe/2015/11/capitulo-9-morteros.html
6.1.2 Estuco
El estuco como mezcla de cal hidratada más agregado fino es considerado una pasta de revestimiento continuo que resulta adecuado para dar acabados finos y textura lisa en muros. La pureza de la cal hidratada en este tipo de acabado artesanal representa un factor importante para la obtención de excelentes resultados en apariencia y durabilidad.
Figura 11 Mural maya construido en piedra caliza y estuco (retocado con cal fina) Fuente: http://archivo.mdzol.com/2009/03/10/nota/109812-Descubren-el-friso-m%C3%A1s-antiguo-dela-cultura-maya/
26 6.1.3 Concreto
Al tener la cal hidratada partículas más finas que las del cemento, rellena los huecos dejados por este material. De esta forma se eliminan las eflorescencias y el concreto siendo más compacto está protegido contra las variaciones de temperatura, evitándose así los agrietamientos. La cantidad de cal hidratada que puede sustituir al cemento sin bajar la resistencia del concreto, varía entre el 5 y el 15% del peso considerado. En el concreto armado es doblemente recomendado el uso de cal hidratada, pues es probable que el excesivo varillaje o vibración tenga el efecto de desviar la posición exacta del acero estructural. Retarda su fraguado inicial, debido a que la cal hidratada que se distribuye en el concreto tiene un gran poder de absorción de agua, lo mantiene húmedo aún en climas cálidos o secos, proporcionando de esta forma el agua que el cemento requiere para su completa hidratación. Como el concreto obtiene su mayor resistencia cuando puede obtener el agua suficiente para su fraguado, la cal hidratada contribuye al proporcionar de forma indirecta el agua necesaria; por eso se dice que la cal tiene el efecto de curar internamente al concreto. Le da homogeneidad absoluta y resistencia uniforme, por su gran plasticidad la cal hidratada tiene el efecto de propiciar la mezcla íntima de los materiales, evitando la segregación de los mismos y permitiendo el transporte de dichas revolturas a largas distancias. Hace a los colados perfectos, con superficies considerablemente más lisas y de colores más claros. Protege al acero estructural, al neutralizar la acción de los ácidos que lo corroen. Lo impermeabiliza, dada la composición mineral de la cal hidratada, se reduce considerablemente
27 la porosidad de la superficie del concreto, siendo más impermeable de una manera permanente. Un concreto impermeable tiene también la propiedad de no producir eflorescencias. (Foccal, 2013)
Figura 12 Cal como componente del concreto Fuente: http://rosangelica097.blogspot.pe/2015/11/capitulo-9-morteros.html
6.1.4 Pintura
La pintura de cal hidratada es un líquido blanco y espeso que puede ser pigmentado; es utilizado en algunas regiones del país para cubrir superficies, protegiéndolas y decorándolas a un bajo costo. (Saavedra Vera, 2013) La pintura de cal permite que los muros transpiren y que el aire del interior de los edificios se renueve, asimismo; impide la formación de bolsas de humedad. Las propiedades desinfectantes y esterilizantes de la cal son conocidas desde la antigüedad. El elevado pH de la cal ataca la acidez de los organismos vivos, de ahí su acción microbicida y antiparasitaria. Estas cualidades higiénicas y sanitarias han sido decisivas para que el uso de la pintura de cal se mantenga hasta nuestros días. (Foccal, 2013).
28
Figura 13 Pintura de cal ecológica Fuente: http://antihumedades.es/blog/8-motivos-porque-debes-utilizar-pinturas-a-la-cal-en-las-paredes/
6.1.5 Impermeabilización
El impermeabilizante con cal hidratada es un tratamiento que desde la época prehispánica fue utilizado para evitar o disminuir la filtración de agua en las edificaciones, tiene una apariencia cristalina que se impregna en las superficies expuestas, penetrando en los poros, formando una capa protectora de larga duración. (Saavedra Vera, 2013, págs. 15-16)
Figura 14 Efecto en el agua después de la impermeabilización con cal Fuente: https://www.taringa.net/posts/ebooks-tutoriales/19243537/Como-impermeabilizar-tu-casa-concal-pasa-Lince-ecologico.html
29 6.1.6 Estabilización de Suelos
Una de las aplicaciones más ampliamente estudiadas y difundidas es la de estabilizar suelos arcillosos con cal, lo que se hace en realidad es una reacción química que involucra los elementos componentes de las arcillas, sílice y aluminio que en contacto con el calcio de la cal forman un sistema puzolánico el cual forma compuestos que fraguan y son insensibles al contenido de humedad, de tal manera que los terrenos inestables a la humedad comúnmente conocidos como áreas lodosas son perfectamente susceptibles de estabilizarse con cal y convertirse en superficies estables y servir de bases para estructuras trátese de carreteras, estacionamientos, cimentaciones para vivienda, edificios públicos, naves industriales o centros comerciales. También gracias a que su acción es permanente y puede ser utilizada sin problemas en condiciones de inmersión permanente (hidráulicas o bajo agua) se utiliza para estabilizar canales de conducción de agua, para formar películas impermeables y evitar las perdidas por filtración en el fondo de presas, lagunas, jagüeyes y otros reservorios de agua, así mismo se utiliza exitosamente como base para rellenos sanitarios evitando la filtración de lixiviados que puedan contaminar mantos freáticos y como base en las lagunas de recuperación de las minas extractoras de metales. (ANFACAL, 2007)
Figura 15 Estabilización de suelos con cal Fuente: http://anfacal.org
30 6.1.7 Mezclas Asfálticas
El uso de la cal hidratada en pequeñas cantidades atribuye propiedades para contrarrestar los deterioros prematuros y hacer a los pavimentos más durables, permite alcanzar altos niveles del módulo elástico debido a su efecto de mineral de relleno e incrementa la viscosidad del asfalto.
6.2
Aplicaciones en la industria
6.2.1 Sector Siderúrgico
La cal se utiliza primordialmente de tres modos: cal viva, dolomía calcinada y dolomía sintetizada; la cal viva es añadida en los hornos eléctricos y convertidores como fundente y convierte en escoria las impurezas que perjudican la calidad del metal. (Movillo Quesada, 2012, pág. 39)
Figura 16 Cal como materia prima para la fabricación de acero Fuente: https://image.slidesharecdn.com/siderurgicahuachipato-120815014854-phpapp01/95/siderurgicahuachipato-13-728.jpg?cb=1344995424
31 6.2.2 Sector Metalúrgico y Minero
La cal se utiliza en la formación de las pilas de lixiviación para darle consistencia granular al material y para elevar el pH. (ANFACAL, 2007)
Figura 17 Regulación del pH en el proceso metalúrgico Fuente: tesis de la universidad de Cantabria
6.2.3 Industria del Vidrio
Los fabricantes de vidrio utilizan caliza y dolomías de alta puereza cuidadosamente seleccionadas, trituradas y calibradas en el proceso de fabricación. Estos productos aportan calcio y magnesio. (Martinez, 2005, pág. 42)
Figura 18 Utilización de la cal en el proceso del vidrio Fuente:http://www.areatecnologia.com/videos/COMO%20SE%20HACEN%20LAS%20BOTELLAS%2 0DE%20VIDRIO.htm
32 6.3
Aplicación en el Medio Ambiente
La cal es un elemento importante para el medio ambiento porque aporta en el tratamiento de aguas, tratamiento de gases, tratamiento de lodos, tratamiento residuos.
6.3.1 Tratamiento de Aguas
La cal es un material muy utilizado en las depuradoras de aguas procedentes del uso industrial o urbano actuando como coagulantes, floculante, y controladora del pH. Se utiliza también como precipitadora de metales pesados como el plomo o el cobre y otros elementos disueltos (aluminio, hierro y zinc) que precipitan bajo forma de hidróxidos. (Elias, 2006, pág. 46)
6.4
Aplicación en la Agricultura
Se utiliza la cal hidratada, cal viva; para neutralizar la acidez del suelo (la acidez se genera por la utilización de fertilizantes), al corregir el pH del suelo se liberan los excedentes de nitrógeno y fosforo remanentes en el suelo permitiendo su utilización por las plantas de manera que es de esperarse uno o dos ciclos de cosechas en los que no es necesario la aplicación de fertilizantes (la cal agrícola no tiene sustitutos ya que los fertilizantes no proporcionan calcio al suelo). La corrección del pH aporta un incremento notable de la productividad y una sanidad vegetal superior.
33
Figura 19 Aplicación de cal a un cultivo Fuente: http://agraria.pe/noticias/dra-junin-entrego-32-toneladas-de-cal-agricola-11818
7
LA CAL EN LA ZONA DE PUNO
La empresa Cal & Cemento Sur S.A., posee una planta de cal ubicada en la ciudad de Juliaca, en la que se produce Cal Viva y Cal Hidratada con un alto nivel de eficiencia. Ver Figura 1, en Anexos.
Figura 20 Instalaciones de la empresa intical. Planta: Carretera Juliaca Puno Km. 11 Caracoto Fuente: http://www.intical.com.pe/
.
34 8
PRIMERO:
CONCLUSIONES
La cal ha sido utilizada como material de construcción históricamente, desde los
inicios de la evolución hasta la actualidad, y con una gran proyección de uso a futuro, esto debido a su facilidad de adaptarse a muchas industrias. SEGUNDO: Concluimos,
que para la obtención de la cal es necesario seguir los procedimientos
ya mencionados en el presente trabajo. TERCERO:
La clasificación de la cal se da por sus diferentes características, propiedades y
maneras de uso en las diferentes industrias. CUARTO: La cal es un recurso muy importante en el ámbito de la construcción, ya que ayuda en
la estabilización de suelos, impermeabilización de techos y paredes, entre otros y a su vez es un recurso eco amigable.
35 BIBLIOGRAFIA ANFACAL. (2007). Estabilizacion de Suelos. Recuperado el 27 de Mayo de 2017, de asociacion nacional de fabricantes de cal, A.C.: http://anfacal.org/pages/usos-y-aplicaciones-de-lacal/construccion/estabilizacion-de-suelos.php ANFACAL. (2007). Mineria metalica(oro,plata). Recuperado el 28 de Mayo de 2017, de Asociacion nacional de fabricantes de cal, C.A.: http://anfacal.org/pages/usos-yaplicaciones-de-la-cal/mineria-metalica.php CasaEco.
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38 ANEXOS
EJERCICIOS 1. Se tiene una cantera de piedra caliza, que analizada resulta poseer una riqueza de CO3Ca de 94.94%. La fábrica que pretende explotar la cantera tiene una producción de 10 tn/dia de cal viva (jornada de 24 horas). El rendimiento del conjunto de las operaciones para esta fábrica es del 92%. Se pide: a) Toneladas que es preciso extraer cada día de la cantera.
Solución: a) CO3Ca + calor = CO2 + CaO Peso molecular de CaO = 56 Peso molecular de CO3Ca = 100 Luego 100 gramos de CO3Ca producen 56 gramos de CaO. Podemos, toneladas, la siguiente regla de tres: 100 tn …………………. 56 X ………………… 10 X=
= 17.82 tn de CO3Ca
Como la riqueza de CO3Ca de la caliza es de 94.94%: .
= 18.8 tn
.
39 y como el rendimiento de la fábrica es de 92% . .
= 20.4 tn
2. Se pide determinar la máxima cantidad de CO3Ca incocido que se admitiría en unas hipotéticas normas sobre cales, en todo equivalentes a las cuales, en las que se supusieran que no existiría el carbonato magnesio. Solución: Las normas limitan la cantidad de CO2 ≤ 5%. Los pesos moleculares son: Peso molecular de CO2= 44 Peso molecular de CO3Ca = 100 Supongamos una muestra de 100 gramos de cal. Las normas permiten un máximo de 5 gramos en su muestra. Podemos establecer la siguiente regla de tres: 44 ……………… 5 100 ………………… X X=
= 11.36 gramos de CO3Ca
máximo en la muestra, lo que equivale a: CO3Ca incocido ≤ 11.36%
40 3. Determinar la cantidad de cal apagada que se obtendrá a partir de 11 tn de caliza de 93% de riqueza en carbonato de calcio, con un rendimiento en el conjunto de las operaciones del 95.5%. Solución: Operando análogamente como hicimos en el ejercicio 1: CO3Ca + calor = CO2 + CaO CaO + H2O = Ca (OH )2 Peso molecular del CO3Ca = 100 Peso molecular del Ca (OH )2 = 74 Luego 100 …………………. 74 111 x 0.93 x 0.95 ………………X
X x0.93x0.955x74 = 72.95 tn
41
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43
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46
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Imagen 1 Vista satelital de la planta Intical en Puno.
Fuente: Google Maps.inc