Definición y características de uno de los materiales constructivos más utilizados en el mundo

Pie de Plano/Israel Hernández Ortega
21 dic, 2024

Pero antes, un poco de historia

El descubrimiento de que al mezclar ciertos materiales naturales con agua se obtiene un producto cementante (que pega), además duro y con capacidades de carga, data de hace milenios, pues se sabe que desde el antiguo Egipto, Grecia y Roma se empleaban mezclas de materiales naturales que, combinadas con agua, se obtienen sustancias cementosas para poder unir bloques pétreos. Algunos de ellos son de origen volcánico.

Por ello, en la actualidad es de conocimiento general que al caer cenizas de algún volcán en azoteas, calles o patios deben simplemente barrerse y tirar a la basura, evitando en todo momento agregarles agua, pues al hacerlo reaccionarán químicamente, transformándose de polvo a piedras.

En este sentido, una de las materias primas para la fabricación del cemento es la puzolana, de origen volcánico, cuyo nombre se debe a Pozzuoli, en Italia, lugar donde fue descubierto por quienes habitaron la antigua Roma.

Y desde antes de Cristo la historia llega hasta finales del Siglo XIX de nuestra era, momento en que fue patentada en Portland, Inglaterra, una mezcla de caliza molida con arcilla, cuyo color final fue similar a la piedra natural de ese lugar, originando el hoy conocido como Cemento Portland.

Sobre el cemento

Cemento no es sinónimo de concreto. El cemento es simplemente el polvo gris que se vende por bulto o tonelada y del cual existen varios tipos que se clasifican de acuerdo con su composición y clase resistente a la compresión simple expresada en megapascales Mpa (NO confundir con la resistencia f´c del concreto indicada en kg/cm²).

Los componentes presentes en la fabricación de los diferentes cementos son:

• Clínker, producto en forma de pelota de 0.50mm a 25mm que se obtiene a partir de la calcinación de materiales calcáreos y arcillosos a temperaturas de entre 1,350°C y 1,450°C
• Yeso (sulfato de calcio)
• Puzolanas. Pueden ser naturales, artificiales silíceos o silicoaluminosos. Proceden de tierras diatomáceas, pizarras, tobas y pómez.
• Escoria granulada. Residuo metálico obtenido en alto horno por la fusión de minerales de fierro enfriado bruscamente con agua.
• Humo de sílice. Constituido por sílice. Es subproducto de la fabricación de silicio.
• Caliza. Material de naturaleza inorgánica de origen mineral carbonatado.

Según su composición

En función de los materiales usados en su fabricación se obtienen los diferentes tipos de cemento

Tipo de cemento	Composición
Cemento Portland Ordinario (CPO)	Resultado de la molienda del Clinker Portland y sulfato de calcio
Cemento Portland Puzolánico (CPP)	Resultado de la molienda conjunta del Clinker Portland, puzolanas y sulfato de calcio
Cemento Portland Compuesto (CPC)	Resultado de la molienda del Clinker Portland, puzolanas, escoria de alto horno, caliza y sulfato de calcio.
Cemento Portland con Humo de Sílice (CPS)	Resultado de la molienda del Clinker Portland, humo de sílice y sulfato de calcio
Cemento con Escoria Granulada de Alto Horno (CEG)	Resultado de la molienda del Clinker Portland y sulfato de calcio y mayoritariamente escoria granulada de alto horno.
Cemento Portland con Escoria Granulada de Alto Horno (CPEG)	Resultado de la molienda del Clinker Portland, escoria granulada, de alto horno y sulfato de calcio

Según su resistencia a la compresión

Al polvo obtenido se le somete a pruebas en pequeños cubos de 5cm para determinar su resistencia a la compresión, la cual se expresa en megapascales; el valor que resulte se anota después del tipo de cemento, obteniendo finalmente el nombre completo. Así, por normatividad, el tipo de cemento en conjunto con su clase resistente debe indicarse en la parte frontal de cada uno de los bultos.

También existen otras características que se pueden añadir a los cementos:

• Resistente a los sulfatos, RS
• Baja reactividad álcali-agregado, BRA
• Bajo calor de hidratación, BCH
• Blanco, B

De estos cementos, el CPC es el más comercial y de uso en diversos edificios. El resto son para obras especiales, como ingeniería civil, sean hidráulicas, sanitarias o de infraestructura, entre otros tipos de proyectos y obras más.

Cemento para albañilería

También conocido simplemente como “mortero”, este sólo se usa para mamposteo; es decir, pegar tabiques, block, tabicón, piedra natural, losetas, azulejo o realizar aplanados y repellados en muros. Por sus características es de vital importancia no usarlo en el colado de trabes, columnas, castillos, zapatas, losas ni ningún componente estructural.

Así pues, con base en todo lo anterior no debe confundirse cemento con concreto, pues como se mencionó son conceptos diferentes; el primero es un polvo gris que se compra por bulto o tonelada en casas de materiales, en tanto que el segundo es el resultado de las diversas fases constructivas de un inmueble.

Concreto

Cemento Portland + agregados + agua

Una vez conociendo un panorama general sobre el origen y tipos de cemento (polvo gris), se describirán las características y usos del concreto de acuerdo con las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto y Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería, ambas en su actualización de noviembre de 2023 que entraron en vigor en mayo de 2024; así como con el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, en su última reforma de 2022.

Definición

El concreto es el resultado de mezclar cemento con agregados finos (arena), agregados gruesos (grava) y agua sobre un molde (cimbra) y dejar fraguar (endurecer). El concreto en sí es una piedra artificial, la cual según su forma, resistencia y uso se le denomina losa de entrepiso, losa de cimentación, columna, trabe, zapata, castillo o cadena, , entre otros componentes constructivos, cuyas características deben indicarse previamente en el proyecto ejecutivo según el tipo de edificación de que se trate, mismas que deberán cumplir con los requisitos mínimos establecidos en las referidas normas.

Componentes del concreto

Cemento

Según el tipo de edificio a construir y de sus respectivas características técnicas, así como del lugar donde se realizará, se podrán utilizar:

• Cemento CPO 30
• Cemento CPP
• Cemento CPO 30R
• Cemento CPC 30R
• Cemento CPC 40
• Cemento CPC 40RS
• Cemento CPEG 40R

Agregados

Son materiales naturales o reciclados que representan entre el 65% y 85% del volumen final del concreto. Para fines estructurales convencionales existen agregados finos y gruesos, conocidos coloquialmente como arena y grava respectivamente. La arena se considera agregado fino toda vez que pasa por el tamiz del número 4 pero es detenido por el del número 200. Es decir, que su tamaño oscila entre los 0.075mm y los 4.75mm.

Respecto a la grava existen tamaños de: 3/8”, 1/2”, 3/4” y 1 ½”, siendo los dos últimos los más comunes en obras convencionales. En los planos estructurales debe especificarse las dimensiones de la grava a utilizar, identificándola con las siglas TMA (Tamaño Máximo del Agregado) seguido de la respectiva medida ya sea en fracciones de pulgada o en milímetros.

TMA ¾” = 20mm

(1″=25.4mm. 25.4mm X 0.75=19.05mm, que se redondean a 20mm)

TMA 1 ½”= 40mm

(1″=25.4mm. 25.4mm X 1.50=38.10 mm, que se redondean a 40mm)

Aditivos

Son sustancias opcionales que se agregan a la mezcla del concreto o posterior al colado para modificar sus propiedades, como por ejemplo retardar el tiempo de fraguado; o por el contrario, acelerar dicho proceso en caso de requerir descimbrar lo más pronto posible. A diferencia del agua y los agregados tanto finos como gruesos, los aditivos no son indispensables en la conformación del concreto convencional.

Características del concreto

Resistencia a la compresión

De todas las características del concreto, quizá la que mayormente se reconoce es la resistencia a la compresión expresada en kg/cm² e identificada con la notación f´c, cuyos valores más comunes son los siguientes:

• f´c= 100 kg/cm²
• f´c= 150 kg/cm²
• f´c= 200 kg/cm²
• f´c= 250 kg/cm²

Proporcionamientos para concretos

La resistencia a la compresión se consigue mediante el proporcionamiento de los agregados finos y gruesos; dicho de otro modo, por la cantidad de arena y grava que se mezcle por cada bulto de 50 kg de cemento para concretos hechos en obra. Los que requieren valores de f´c superiores a 300 kg/cm² son fabricados directamente por las concreteras y transportados en camiones revolvedores, siendo los más cotidianos con capacidades de 7m³ y 14m³.

Aunque en general por cada bulto de cemento de 50 kg la cantidad de botes de arena y grava son similares, para la obtención de la resistencia mínima a la compresión debe seguirse las indicaciones de cada concretera. Aquí se muestran especificaciones de cuatro de ellas: Cemex, Moctezuma, Cruz Azul y Holcim, considerando un TMA 20mm (3/4″).

Concretos estructurales convencionales

Existen dos tipos de concreto que se pueden usar en diversas estructuras dependiendo de su uso, de los cuales sólo se abordarán los primeros.

• Concretos estructurales convencionales
• Concretos estructurales para aplicaciones especiales

El concreto convencional se utiliza para fines estructurales en diversos tipos de edificios. De acuerdo con sus características se clasifican en:

1. Clase I. Con peso volumétrico superior a 2,200 kg/m³ y una resistencia mínima a la compresión f´c= 250 kg/cm²
2. Clase 2. Con peso volumétrico desde 1,900 Kg/m³ y hasta 2,200 kg/m³, y una resistencia mínima a la compresión f´c= 200 kg/cm²

Usos de concretos según su Clase

Da clic aquí para consultar en extenso las características de las clases de concreto (NTC para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto), p. 30.

Al realizar un proyecto arquitectónico se debe indicar en los planos estructurales la clase de concreto y el respectivo valor de f´c a utilizar para el colado de trabes, cimientos, columnas, losas, castillos y cadenas, entre otros, lo cual está determinado en función de si pertenece al Grupo A o B de acuerdo con los señalado en el Artículo 139 del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal.

Concreto Clase 1

El concreto Clase 1 deberá utilizarse en todas las edificaciones de la Ciudad de México clasificadas dentro del grupo A, B1 y B2 (excepto las menores) establecidas en el referido artículo 139 del RCDF vigente, que en resumen dice lo siguiente:

Grupo A. Edificaciones que en caso de falla estructural podría ocasionar una pérdida elevada de vidas humanas y todos aquellos inmuebles cuyo funcionamiento es esencial continue después de una emergencia. Este grupo se divide a su vez en:

• Subgrupo A1. Edificios que se requiere mantener funcionando después de un sismo de gran magnitud, tales como hospitales, escuelas, aeropuertos, terminales y estaciones de transporte, centros de operación de servicios de emergencia, estaciones de radio, subestaciones eléctricas, estaciones de bomberos, entre otros.
• Subgrupo A2. Estructuras cuya falla podría ocasionar un impacto social importante, como estadios, templos o auditorios, entre otros, que alberguen más de 1,000 personas, además de afectar a poblaciones vulnerables como escuelas y la pérdida de material con gran valor histórico, tales como museos o archivos públicos.

Grupo B. Edificaciones comunes destinadas a viviendas, locales comerciales, oficinas y hoteles, además de las no incluidas en el Grupo A. Se subdividen en:

Subgrupo B2. Edificaciones entre 15m y 30m de altura o superficie total construida entre 3,000m² y 6,000m² ubicadas en Zonas I y II.

Subgrupo B1. Edificaciones con más de 30m de altura o con superficie total construida mayor a 6,000m² en Zona I y II del Artículo 170 del RCDF, o más de 15m de altura y superiores a 3,000m² en Zona III.

Concreto Clase 2

El concreto Clase II sólo deberá de usarse en estructuras del Grupo B2 con superficie total construida menor a 120m², con claros no mayores a 4m y una altura no mayor a 5m en dos niveles sobre la banqueta.

Concreto en estructuras de mampostería

En el colado de castillos y cadenas (mampostería confinada) la actualización de la respectiva normativa hace obligatorio el uso de un concreto con f´c mínima de 200 kg/cm². Al respecto, cabe destacar que la resistencia a la compresión de 150 kg/cm² es la que ha predominado durante muchos años, pues los castillos (a diferencia de las columnas que trabajan por sí solas), en conjunto con las cadenas y la mampostería forman un componente estructural muy resistente; sin embargo, aunque la evidencia indica que f´c=150 kg/cm² ofrece un buen comportamiento al muro, en las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería, versión 2023, se hace obligatoria una resistencia mínima a la compresión de 200 kg/cm²

Concreto reforzado

De manera coloquial a este tipo de concreto se le conoce al que se le coloca acero en su interior, es decir, varillas corrugadas. Sin embargo, técnicamente también existe el:

• Concreto reforzado con fibras y
• Concreto reforzado con materiales poliméricos reforzados con fibras

En esta publicación sólo se mencionará al concreto reforzado longitudinal y transversalmente con varillas lisas y corrugadas.

Las varillas se especifican ya sea en fracciones o en números enteros, los cuales tienen relación con la pulgada, pues ésta es la medida para especificar todo tipo de acero: placas, perfiles, varillas, soleras, ángulos.

Este tipo de concreto es que se utiliza para la construcción de diversos componentes estructurales, tales como columnas, trabes, contratrabes, losas de entrepisos, losas de cimentación, dados, zapatas, cadenas/dalas y castillos, entre otros más.

Como se revisó anteriormente, la resistencia mínima a la compresión de estos debe ser f´c=200 kg/cm² o 250 kg/cm² según la clasificación del inmueble. Por ejemplo, en los planos estructurales de una escuela primaria, por tratarse de un edificio ubicado en el Grupo A del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, debe indicarse para todos sus componentes estructurales un f´c=250 kg/cm² sin importar si se cuenta con uno o más de dos niveles.

Conclusiones

El cemento es uno de los componentes con los cuales se forma el concreto, con aplicaciones tan diversas en la industria de la construcción que prácticamente su límite es la imaginación.

Cada uno de los tipos de cemento tienen su uso en función de los requerimientos técnicos que el proyecto arquitectónico contenga. En este mismo sentido, una vez mezclado con la grava, la arena y el agua se obtendrá el concreto, cuya resistencia a la compresión va en función también del tipo de edificación al que pertenezca de acuerdo con la clasificación señalada en el artículo 139 del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal.

Ergo, es importante no perder de vista que cemento y concreto no son sinónimos, aunque muchas personas, incluso profesionistas de carreras afines, emplean ambos términos como si lo fueran. También hay que señalar que en España al concreto se le llama “hormigón” y es un error que en México en los planos estructurales se use esa palabra europea.

Respecto al concreto, es el material constructivo presente en prácticamente cualquier edificio sin importar su tamaño o uso, ya sea como concreto simple o concreto armado, de cuyas características depende en gran medida la estabilidad de los inmuebles, siendo de las más importantes su resistencia a la compresión, expresada con la notación f´c, la cual, para concretos hechos en obra se obtiene mediante la proporción de los agregados finos y gruesos mezclados con el cemento y agua.

De lo anterior resultan los valores más comunes f´c=200 kg/cm² y f´c= 250 kg/cm² usados para el colado de losas de entrepisos, zapatas, columnas, trabes o trabes de liga, entre otros más.

Fuente:

• Cemento Cruz Azul. «Productos.» s.f. https://www.cementocruzazul.com.mx/productos/cemento/.
• Cementos Moctezuma. «Cemento.» s.f. https://www.cmoctezuma.com.mx/cemento.

• Cemex. «Aditivos.» s.f. https://www.cemexmexico.com/productos/aditivos.

• Cemex España. «Clinker para fabricar cemento y hormigón.» s.f. https://www.cemex.es/cemento/clinker#:~:text=El%20cl%C3%ADnker%20es%20un%20producto,entre%20los%201350%20y%201450%C2%BAC.

• Cemex. «Productos, cemento.» s.f. https://www.cemexmexico.com/productos/cemento.

• Gobierno de la Ciudad de México. Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. 2022. https://www.isc.cdmx.gob.mx/storage/app/uploads/public/65f/a2c/922/65fa2c922b504312249025.pdf.

• Holcim. «Agregados: definición, características y tipos.» s.f. https://www.holcim.com.mx/agregados.

• ______. «Cemento Holcim: Tipos, cómo se hace y todo lo que debes saber.» 20 de junio de 2024. https://blog.holcim.com.mx/cemento-holcim-tipos-c%C3%B3mo-se-hace-y-todo-lo-que-debes-saber#:~:text=TIPOS%20DE%20CEMENTO&text=Se%20utiliza%20en%20una%20amplia,resistencia%20y%20durabilidad%20del%20concreto.

• Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto, IMCYC. «El concreto en la obra, problemas, causas y soluciones.» enero de 2016. https://imcyc.com/revistacyt/images/problemas/2016/pdf/ENERO.pdf.

• Instituto para la Seguridad de las Construcciones. Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto. 2023.

• ______ Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería. 2023.

• Rodríguez Camacho, Rosa Elba, Daniel Dámazo Juárez, y Roberto Uribe Afif. «Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto.» Los cementos puzolánicos. julio de 2000. https://www.imcyc.com/revista/2000/julio2000/pusolanicos3.htm.

• Secretaría de Comunicaciones y Transportes. «Materiales para concreto hidráulico.» noviembre de 2002. https://normas.imt.mx/normativa/N-CMT-2-02-001-02.pdf.

• Torres, Andrés, y Eduardo Urquiza. «Instituto Mexicano del Transporte.» enero-febrero de 2012. https://imt.mx/resumen-boletines.html?IdArticulo=362&IdBoletin=134.

• Universidad Nacional Autónoma de México: Dirección General de Obras y Conservación. «Especificaciones Generales de Construcción. Libro I.» 2023. https://www.obras.unam.mx/pagina/index.php/main/download/tipo/disp_tecnicas/clave/22.

• Universidad de Guanajuato. «Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.» s.f. http://www.plataformadigitaldi.ugto.mx/ova/sistema_unificado_de_clasificacin_de_suelos0.html.:

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