CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA –CONCYT-
SECRETARIA NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA-SENACYT-
FONDO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA –FONACYT-
CENTRO DE INVESTIGACIONES DE INGENIERÍA –CII-
FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA –USAC-
INFORME FINAL
DETERMINACIÓN Y EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DEL ÍNDICE DE
REACTIVIDAD PUZOLÁNICA DE DIEZ BANCOS DE MATERIALES DE
LA FRANJA VOLCÁNICA DE GUATEMALA PARA LA INDUSTRIA DEL
CEMENTO
PROYECTO FODECYT No. 023-2010
ING. FRANCISCO JAVIER QUIÑÓNEZ DE LA CRUZ
Investigador Principal
Guatemala, marzo de 2013
AGRADECIMIENTOS
La realización de este trabajo de investigación, ha sido posible gracias al apoyo
financiero dentro del Fondo Nacional de Ciencia y Tecnologìa –FONACYT-,
otorgado por la Secretaría Nacional de Ciencia y Tecnología –SENACYT- y el
Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología –CONCYT-.
EQUIPO DE INVESTIGACIÓN
Investigador Principal Ing. Francisco Javier Quiñónez de la Cruz
Investigadora Asociada MSc. Licda. Ingrid Lorena Benítez Pacheco
Auxiliares de Investigación Ing. Víctor Rafael Rosales Rivas
Ing. Luis Alfredo Ochoa Marroquín
Ing. Pablo José Bautista Gallardo
Inga. Inf. Claudia Carolina Corzo Dardón
Inga. Inf. María Fernanda Terraza Pira
Inga. Inf. Miriam Lucía Calderón Urízar
i
ÍNDICE GENERAL
Pag.
INDICE DE FOTOGRAFÍAS iv
INDICE DE FIGURAS v
INDICE DE TABLAS vi
RESUMEN vii
ABSTRACT viii
PARTE I
I.1. INTRODUCCIÓN 1
I.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4
I.2.1. Antecedentes en Guatemala 4
I.2.2. Justificación del trabajo de investigación 10
I.3.OBJETIVOS 15
I.3.1. General 15
I.3.2. Específicos 15
I.4. METODOLOGIA 15
I.4.1. Definición de los bancos de materiales (Etapa I) 16
I.4.2. Muestreo de materiales (Etapa II) 16
I.4.3. Caracterización física de las muestras (Etapa III) 16
I.4.4. Caracterización mineralógica de las muestras (Etapa IV) 17
I.4.5. Caracterización química de las muestras (Etapa V) 17
I.4.6. Caracterización física y química del hidróxido de calcio (Etapa VI) 17
I.4.7. Determinación del índice de actividad puzolánica de las muestras,
en función de su respuesta mecánica (Etapa VII) 18
I.4.8. Determinación del índice de actividad puzolánica de las muestras,
en función de su reacción química (Etapa VIII) 18
I.5. EQUIPO UTILIZADO EN LA INVESTIGACIÓN
I.5.1. Equipo utilizado para la preparación de las muestras 19
I.5.2. Equipo utilizado para la caracterización física de los materiales 19
I.5.3. Equipo utilizado para la caracterización mineralógica 25
I.5.4. Equipo utilizado para la caracterización química 26
I.5.5.Equipo de medición de conductividad eléctrica y pH 30
I.5.6. Equipo utilizado para la determinación de la reactividad mecánica 30
I.5.7. Equipo utilizado para la determinación de la reactividad química 36
I.6. MATERIALES UTILIZADOS EN LA INVESTIGACIÓN
I.6.1. Materia prima (materiales volcánicos en estudio) 38
I.6.2. Materiales de laboratorio utilizados en la investigación 38
ii
PARTE II
II.1 MARCO TEÓRICO 40
II.1.1. Geología de Centro América 40
II.1.2.Geología de Guatemala 45
II.1.3. Los Materiales Piroclásticos como fuente de aglomerantes 53
II.1.4. Normativa internacional 59
PARTE III
III. 1. RESULTADOS 62
III.1.1.Resultados de la ubicación y cuantificación de la materia prima 62
III.1.2.Resultados de la identificación de los materiales volcánicos 65
III.1.3.Resultados de la caracterización física de los materiales 71
III.1.4.Resultados de la caracterización mineralógica de losmateriales 72
III.1.5.Resultados de la caracterización química de los materiales 77
III.1.6.Resultados de ensayo físico y químico del hidróxido de calcio 80
III.1.7.Resultados de la determinación del índice de actividad
puzolánica de las muestras, en función de su respuesta mecánica 81
III.1.8. Resultados de la determinación del índicede actividad
puzolánica de las muestras, en función de su respuesta química 81
III.2. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
III.2.1. Sobre la determinación del índice de reactividad puzolánica
de diez bancos de materiales de la franja volcánica de
Guatemala en combinación con hidróxido de calcio, para su
utilización en la producción de un cemento para construcción 85
III.2.2. Sobre la investigación geológica del material volcánico
susceptible de utilizarse con propósitos aglomerantes en Guatemala 87
III.2.3. Sobre la caracterización y evaluación física de las diez
muestras de puzolanas 87
III.2.4. Sobre la caracterización y evaluación mineralógica de las
diez muestras de puzolanas 88
III.2.5. Sobre la caracterización y evaluación química de las
diez muestras de puzolanas 89
III.2.6. Sobre la determinación y evaluación física y química del
hidróxido de calcio y otros materiales que se utilizaron con puzolanas 90
III.2.7. Sobre la determinación y evaluación de la actividad puzolánica
mediante el establecimiento del desarrollo de la resistencia a compresión
de las muestras de puzolana en combinación con otros materiales e
hidróxido de calcio 90
III.2.8. Sobre la determinación y evaluación de la actividad puzolánica
mediante el establecimiento del desarrollo de la reacción química
de las muestras de puzolana en combinación con otros materiales e
hidróxido de calcio 91
PARTE IV
IV.1. CONCLUSIONES 92
IV.2. RECOMENDACIONES 95
iii
IV.3.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 96
IV.4 ANEXOS 104
PARTE V
V.1. INFORME FINANCIERO 105
iv
INDICE DE FOTOGRAFÍAS
Pag.
1. Molino y bolas utilizados en la molturación 19
2. Molino y bolas utilizados en la molturación 19
3. Tamices Nos. 30 y 200utilizados en los ensayos de finura 20
4. Manómetro utilizado en los ensayos de finura, tamiz 325 20
5. Manómetro utilizado en los ensayos de finura, tamiz 325 20
6. Mufla Thermoline 21
7. Mufla Carbolite 21
8. Matraz de Le Chatelier 22
9. Aparato de Permeabilidad al Aire 23
10. Equipo de granulometría por difracción láser 24
11. Equipo de granulometría por difracción láser 24
12. Equipo de Microscopía Electrónica de Barrido 25
13. Equipo de Microscopía Electrónica de Barrido 25
14. Microscopio Estereoscópico 25
15. Difractómetro de Rayos X (DRX) 26
16. Equipo de Flourescencia de Rayos X (FRX) 27
17. Equipo fotométrico NOVA 60 28
18. Tipos de crisoles utilizados en el análisis TG 29
19. Equipo para sellar crisoles en el análisis TG 29
20. Equipo para realizar análisis termogravimétrico 29
21. Equipo de medición de conductividad eléctrica y ph 30
22. Mezcladora mecánica de accionamiento eléctrico 31
23. Balanza OHAUS utilizada para pesar materiales y muestras 32
24. Mesa de Flujo para determinar consistencia de morteros 32
25. Moldes para elaborar especímenes para resistencia a compresión 33
26. Cámara de curado por inmersión de muestras de mortero 34
27. Cámaras de humedad y de inmersión para curado 34
28. Cámara de temperatura y humedad controlada para curarmuestras 35
29. Vernier para medición de muestras de mortero 35
30. Máquina Universal de ensayos mecánicos 36
31. Balanza electrónica OHAUS del LAFIQ/CII/USAC 37
32. Balanza Startorius MA del CETEC 37
33. Vista panorámica del Volcán de Fuego (Chi’gag) 51
34. Vista panorámica del Volcán de Agua (Hunapu) 51
35. Panorámica de un cerro de material volcánico(muestra 1ARIS) 65
36. Panorámica de un cerro de material volcánico (muestra 1M) 66
37. Banco de material volcánico de la muestra 1N 67
38. Banco de material volcánico de la muestra 1P 67
39. Banco de material volcánico de la muestra 1R 68
40. Banco de material volcánico de la muestra 2T 69
41. Banco de material volcánico de la muestra LC 69
42. Banco de material volcánico de la muestra SFA 70
43. Banco de material volcánico de las muestras SX1 y SX2 71
v
ÍNDICE DE FIGURAS
Pag.
1. Disposición del material piro-clástico, en el Cinturón
Volcánico de Guatemala 8
2. Depósitos de puzolanas naturales de origen volcánico en América 14
3. Matraz de Le Chatelier 22
4. Aparato de Permeabilidad 22
5. División estructural y fisiográfica de Guatemala 46
6. Placas tectónicas presentes en Guatemala 47
7. Mapa de fallas tectónicas de Guatemala 48
8. Disposición de material volcánico susceptible de ser utilizado
como puzolana para elaboración de aglomerantes 64
9. Ejemplo de gráfica de distribución de partículas en muestras de
materiales volcánicos, utilizando la técnica de Rayos Láser 74
10. Difractograma de Rayos X de la Muestra No. 1 (1ARIS) 78
11. Difractograma de Rayos X de la Muestra No. 2 (1M) 78
12. Difractograma de Rayos X de la Muestra No. 3 (1N) 79
13. Difractograma de Rayos X de la Muestra No. 4 (1P) 79
14. Curvas termogravimétrica y Diferencial de pasta de cal con
material volcánico 1R, para la edad de 3 días 84
15. Curvas termogravimétrica y Diferencial de pasta de cal
con material volcánico 1R, para la edad de 7 días 84
16. Curvas termogravimétrica y Diferencial de pasta de cal
con material volcánico 1R, para la edad de 28 días 85
vi
ÍNDICE DE TABLAS
Pag.
I. Evolución de la producción de cemento a nivel mundial 11
II. Identificación de los materiales volcánicos investigados 38
III. Mapas Geológicos utilizados en la investigación para
determinar la ubicación de la materia prima 62
IV. Áreas de material volcánico potencialmente disponible
para utilizarse como puzolana mineral 63
V. Resultados de la caracterización física de los materiales
Volcánicos 72
VI. Resultados de caracterización física de los materiales volcánicos 73
VII. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico
de la muestra No. 1, 1ARIS 73
VIII. Resultado de la observación en el microscopio
estereoscópico de la muestra No. 2, 1M 75
IX. Resultado de la observación en el microscopio
estereoscópico de la muestra No. 3, 1N 75
X. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico
de la muestra No. 4, 1P 75
XI. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico
de la muestra No. 5, 1R 75
XII. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico
de la muestra No. 6, 2T 76
XIII. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico
de la muestra No. 7, LC 76
XIV. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico
de la muestra No. 8, SFA 76
XV. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico
de la muestra No. 9, SX1 76
XVI. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico
de la muestra No. 10, SX2 77
XVII. Caracterización química por Fluorescencia de Rayos X (FRX)
(% en masa, CETEC) 80 XVIII. Caracterización química por Fotometría Nova 60 (% masa) 80
XIX. Resultados del análisis de laboratorio del Hidróxido de Calcio
utilizado en la reactividad química de los materiales volcánicos 81
XX. Resumen de los resultados de los ensayos de resistencia a la
compresión para las edades de 7 y 28 días 82
XXI. Porcentaje de consumo de iones calcio en función del tiempo 83
vii
RESUMEN
El alto consumo energético, el incremento sostenido en el precio de los
combustibles fósiles y los grandes volúmenes de emisiones de CO2 , polvos y otros
gases de invernadero derivados de la creciente explosión en la producción de cemento
Portland, condujo a partir de los años 90s a buscar opciones de solución para la
producción de este material. Las principales medidas desarrolladas, generaron lo que
se conoce como cementos mezclados y/o cementos a la medida, que en algunos casos
incorporan adiciones minerales activas. Una de las opciones de gran futuro lo
constituyen los materiales de origen volcánico, y Guatemala cuenta con una gran
variedad de ellos. La selección correcta de la fuente de estos materiales como
adiciones, sin embargo, es un paso crucial para tener éxito en la producción de
cementos, morteros, concretos y otros aglomerantes alternativos.
En esta investigación se determinó de manera experimental, el índice de
reactividad de diez muestras de bancos de materiales de la franja volcánica de
Guatemala en combinación con hidróxido de calcio, para su consideración como
adiciones minerales. Para tal propósito, se seleccionaron las muestras en función de
una exhaustiva búsqueda de información geológica. Posteriormente las muestras
fueron procesadas en los laboratorios y se realizó su caracterización física,
mineralógica y química. Finalmente, se determinó el índice de reacción de las
muestras por procedimientos químicos y mecánicos. Los procesos de laboratorio se
basaron en las recomendaciones vigentes de la Sociedad Americana para Ensayo de
Materiales. La investigación a nivel macro que se desarrolló en la Universidad de San
Carlos de Guatemala fue complementada con los análisis microscópicos que se
desarrollaron en la Universidad Politécnica de Valencia, lo cual fue relevante en este
estudio.
Los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio, tanto a nivel macro
como a escala microscópica, evidencian que las muestras de origen volcánico
seleccionadas tienen las características recomendadas por la normativa internacional
para ser consideradas como posibles adiciones minerales o para producción de otros
aglomerantes, sin embargo, necesitan ser procesadas. Por otra parte, los resultados de
la evaluación de la reactividad por procedimientos mecánicos y químicos en matrices
formadas por esos materiales e hidróxido de calcio, indican que todas las muestras
seleccionadas tienen un índice de reactividad intermedio-alto, de acuerdo a las
clasificaciones internacionales para estos materiales. Los resultados indican que las
muestras seleccionadas son fuertes candidatas para su utilización en la producción de
aglomerantes.
Palabras clave
Puzolana, normalización, adiciones minerales, aglomerantes, reactividad puzolánica,
emisiones, cementos mezclados.
viii
ABSTRACT
The high energy consumption, the sustained increase in price of fossil fuels
and the large volumes of CO2 emissions, dust and other greenhouse gases arising from
the growing explosion in the production of Portland cement, led from the 90s to
search solution options for the production of this material. The main measures
developed were those which are known as blended cements and/or cement that in
some cases incorporate active mineral additions. One of the great future options are
materials of volcanic origin, and Guatemala has a large variety of them. The correct
selection of the source of these materials as additions, however, is a crucial step for
success in the production of cement, mortar, concrete and other alternative binders.
This research determined experimentally, the reactivity index of ten samples of
materials from Guatemala volcanic belt in combination with calcium hydroxide, to
consider them as mineral additions. For this purpose, samples were selected based on
an exhaustive search of geological information. The samples were processed in the
laboratory and performed physical characterization, mineralogy and chemistry.
Finally, it was determined the rate of reaction of the sample by chemical and
mechanical methods. The laboratory processes were based on the current
recommendations of American Society for Testing Materials. The macro-level
research that was developed at University of San Carlos of Guatemala was
complemented with microscopic analysis developed in the Polytechnic University of
Valencia, which was significant in this research.
The results of laboratory tests, both at macro and micro scale, show that the
selected volcanic samples are recommended by international standards to be
considered as possible mineral additions or to produce other binders, however need to
be processed. Moreover, the evaluation results of the reactivity by mechanical and
chemical in the matrixes formed by those materials and calcium hydroxide, indicate
that all selected samples have an intermediate-high index of reactivity, according to
international classifications for these materials. The results indicate that the selected
samples are strong candidates for use in producing binders.
Keywords
Pozzolan, standardization, mineral additives, binders, pozzolanic reactivity, emissions,
blended cements
PARTE I
I.1.INTRODUCCIÓN
La producción de cementos se remonta a épocas muy antiguas. La práctica
romana fue el uso de materiales de origen volcánico mezclados con cal y piedra bruta,
agregaron una pequeña cantidad de agua, la necesaria, y la mezclaron hasta lograr una
masa compacta. Los romanos usaron la toba roja o púrpura encontrada cerca de
Nápoles (Pozzouli), después fue molida finamente y mezclada con cal y arena.
Después de la era de los romanos los cementos parecen no haber tenido mucho
desarrollo en prácticas de construcción hasta la Revolución Industrial cuando
requirieron mostrar un mayor progreso y más tarde cuando fue descubierto el cemento
Portland, el cual fue patentado en 1824 por Joseph Aspdin y que se obtiene como
resultado de quemar conjuntamente piedra caliza y arcilla.
El alto consumo energético y los grandes volúmenes de emisiones de gases de
invernadero se convirtieron en amenazas a la sostenibilidad de la producción del
cemento Portland ordinario a partir de los años 90s. Una tonelada de cemento
Portland produce aproximadamente una tonelada de CO2; de1.5 a 10 kg de NOx y
otros gases de invernadero (GHGs). Se precisó entonces delinear estrategias para
poder contribuir a resolver este problema a mediano plazo. Los principios para el
diseño de sostenibilidad que se generaron a partir de 1991 y que guiaron el desarrollo
a gran escala de la EXPO 2000 de Hannover, sugirieron para el caso de la industria
del cemento: usar materiales nativos y más cementos mezclados. En 1999, la
Asociación de Cemento Portland aprobó planes estratégicos para mejorar los aspectos
ambientales, energéticos y de salubridad de la industria. Para facilitar los objetivos de
los planes, la Asociación adoptó una serie de metas voluntarias y creó programas de
premios e incentivos para conseguir los propósitos.
Las medidas principales tomadas para disminuir, o al menos detener el
incremento de las emisiones de CO2 por la producción de cemento, se clasificaron en
dos grandes grupos: a) las orientadas a aumentar la eficiencia del proceso,
disminuyendo el consumo de combustibles; y b) las orientadas a extender el clinker
(producto de la calcinación y posterior molienda de calizas y arcillas), usando
adiciones activas o inertes, que son añadidas en fábrica o a la hora de utilizar el
cemento.
En general, la contribución a la reducción del consumo energético y nivel actual
de emisiones de la producción de cemento de cualquiera de las medidas ya indicadas
es pequeña, en comparación con los incrementos de producción pronosticados. Las
mejoras tecnológicas para aumentar la eficiencia avanzan, pero no con un ritmo tan
dinámico y dependen de las características específicas de la economía del país donde
se realice la producción.
2
De manera que para poder mantener en el año 2014, los niveles de consumo
energético y emisiones del año 2000, la industria del cemento necesitaría reducir las
emisiones en más del 50%. Este reto implicó de forma inobjetable, un cambio de
paradigmas en la producción y utilización del cemento, que permitiera una adecuación
a las exigencias ambientales de esa época. Así que se pensó que cualquier solución al
problema pasaría por la reducción del contenido del clinker puro en los materiales
aglomerantes.
Este hecho posibilitó el surgimiento de un grupo genérico de cementos conocido
como “cementos compuestos” o “cementos mezclados”, que son una mezcla de
cemento Portland ordinario con uno o más materiales inorgánicos que participan en el
proceso de hidratación. Los materiales inorgánicos añadidos son denominados
“adiciones minerales”, que pueden ser mezcladas y molidas íntimamente con el
clinker en fábrica, o mezcladas en obra a la hora de producir concreto o mortero. Las
adiciones minerales más comúnmente empleadas son las cenizas volantes, las escorias
granuladas, la microsílice y las puzolanas naturales (dentro de las cuales se encuentran
los materiales de origen volcánico) y artificiales. Los porcentajes de adiciones
minerales sobrepasan el 50% en países industrializados, principalmente con el uso de
cenizas volantes.
Por otra parte, en los últimos tiempos se ha encontrado que cierta parte de las
adiciones que se consideran “no activas”, es decir “inertes”, llegan a funcionar como
“fillers”, proporcionando matrices más densas que dan como resultado productos más
durables, a causa del efecto de densificación, en adición a su comportamiento frente al
ataque de sulfatos
En Guatemala, el uso de materiales volcánicos como adiciones activas
mezcladas con cemento Portland estaba apenas siendo considerada para los años 80-
90s. No fue sino hasta los años 90s en que se inició la producción de cementos
mezclados, de acuerdo a los requerimientos que las normas internacionales
establecieron, con contenidos de materiales volcánicos (puzolanas) del orden del 15%.
En la actualidad se producen estos tipos de cemento con un aumento en el porcentaje
de adiciones, sin embargo, ese conocimiento no es de dominio público.
En la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala se
realizaron investigaciones preliminares sobre la caracterización de algunos materiales
volcánicos y sedimentarios. El enfoque fue fundamentalmente hacia la parte
geológica y el posible uso de adiciones que reaccionen químicamente con los
productos de hidratación del clinker contenido en el cemento Portland, así como a la
producción de un aglomerante alternativo.
La principal investigación se realizó en los años 1988-1993, conjuntamente con
el Departamento de Materiales de la Universidad de Calgary y apoyados por el Centro
Internacional de Investigaciones para el Desarrollo de Canadá. En ese proyecto se
estableció que Guatemala cuenta con un potencial recurso de origen volcánico que
puede ser utilizado como adiciones en la producción de cemento y experimentación
realizada en la Universidad de Calgary evidenció que los materiales volcánicos de
Guatemala pueden ser de una buena reactividad, cuestión que se recomendó estudiar
con mayor detalle.
3
La presencia y distribución de material volcánico, potencialmente explotable
para la producción de cementos, como adiciones activas, fue entonces comprobada
por trabajos realizados con anterioridad, sin embargo, la selección correcta de la
fuente de estos materiales es un paso crucial para tener éxito en su uso como adición
mineral activa en morteros y concretos. Los materiales volcánicos (puzolanas) existen
en muchas partes del planeta, sin embargo, la selección depende de otros factores,
además de su composición química. Las proporciones relativas de los productos de
reacción dependen en detalle de la química y mineralogía de la puzolana utilizada.
De manera que considerando los aspectos anteriormente vertidos, previo a esta
investigación experimental, surgieron las siguientes preguntas:
1. ¿tienen los materiales volcánicos de Guatemala las características mínimas
como para ser considerados en su utilización como fuente de adiciones
minerales en la elaboración de aglomerantes?
2. Si estos materiales tienen esas características, entonces ¿cuál es el grado de
reactividad cuando se combinan con otros materiales?
Para responder a esas interrogantes se planteó este trabajo, cuyo objetivo general
fue determinar y evaluar el índice de reactividad puzolánica de diez muestras de
materiales de la franja volcánica de Guatemala en combinación con hidróxido de
calcio, para su utilización en la construcción, ya sea como adiciones minerales activas
en la producción de cemento, en su utilización agregándolas en el momento de
producción de morteros y concretos o bien en la producción de un aglomerante
alternativo.
Más específicamente, en este trabajo se plantearon como objetivos la
caracterización de diez muestras de materiales provenientes de la franja volcánica de
Guatemala, que abarcó los aspectos físicos, mineralógicos y químicos.
Posteriormente la determinación del índice de actividad puzolánica para cada una de
ellas, mediante el establecimiento del desarrollo de la resistencia a compresión de las
muestras de puzolanas combinadas con hidróxido de calcio, en función del tiempo.
Finalmente se determinó la actividad puzolánica de las diez muestras, mediante el
establecimiento de la reacción química con hidróxido de calcio.
La importancia del trabajo se respalda en las siguientes aseveraciones:
1. El cemento es un material polémicamente necesario para el desarrollo de la
humanidad, obviamente también para el de Guatemala; la producción de
cemento a nivel mundial crece de forma espectacular, en los últimos diez
años (2002-2012) se duplicó;
2. En la búsqueda de opciones ambientalmente amigables, los científicos han
encontrado opciones en otros materiales como adiciones minerales, como
la ceniza volante, que coincidentemente tiene composición similar a los
materiales volcánicos de Guatemala;
3. Estudios realizados en Canadá han recomendado una investigación
exhaustiva en los materiales volcánicos de Guatemala, sospechando que se
trata de materiales altamente reactivos; de la misma forma, estudios
realizados en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de
4
Guatemala, comprobaron la presencia y distribución de material volcánico
con posibilidades de utilización para la producción de aglomerantes;
4. La bibliografía indica que previamente a cualquier consideración de
utilización deben caracterizarse las materias primas a nivel de laboratorio y
evaluarse los índices de reacción que los mismos tienen.
5. Existe equipamiento en la Universidad de San Carlos para los análisis
macroscópicos de laboratorio en materiales aglomerantes; además, existe
acumulación de experiencia y relaciones nacionales e internacionales que
facilitan el proceso de investigación, por la disponibilidad de asesoría y
posibilidad de utilización de equipamiento para los análisis microscópicos
de laboratorio.
Además de las justificaciones técnicas indicadas, se ha mencionado que la
utilización de estos materiales puede conservar potencialmente el capital natural,
mientras que simultáneamente puede crear el capital social, reduciendo tanto la
degradación del ambiente como los síntomas de la pobreza, teniendo por lo tanto
justificaciones de carácter técnico, ambiental, social y económico.
I.2.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
I.2.1. Antecedentes en Guatemala
Las puzolanas forman parte del cemento de estructuras ancestrales en Egipto,
Grecia y Roma. Según Spence (1982) citado por Day (1992) hay también evidencia en
cerámica, que fueron utilizadas en el período entre 3,000 y 1,500 antes de Cristo, en la
elaboración de morteros con cal. Los ingenieros antepasados encontraron que el uso
de polvos finos de material natural (cenizas volcánicas fueron muy comunes) o
cerámicas molidas podía ser factible para hacer cemento, y consecuentemente
edificaciones de muy alta calidad.
Exámenes han mostrado que el cemento encontrado en muchas partes de las
Grandes Pirámides es de aproximadamente 4,500 años de edad y todavía está en
buenas condiciones; lo cual puede ser contrastado con el cemento Portland moderno
que ha sido usado para reparar monumentos egipcios ancestrales; este último material
se ha agrietado y degradado en solamente 50 años (Davidovits, 1988) citado por Day
(1992).
En épocas ancestrales el descubrimiento de los cementos cal-puzolana permitió
cambios radicales en la construcción a causa del incremento de resistencia en los
materiales; arcos, bóvedas, y también fue posible construir estructuras marinas con
suficiente durabilidad. Los morteros cal-puzolana fueron utilizados como agentes
repelentes al agua, para canales, duchas, tanques y acueductos (Spence, 1983).
Otra evidencia confirma que las puzolanas fueron usadas en el tiempo de los
griegos, ya que los análisis de difracción de rayos X muestran la presencia de material
zeolítico en el rango de 10 a 40% por peso en morteros de cal; estas zeolitas a
menudo se encuentran en tobas y otros materiales puzolánicos de Europa (Davidovits,
1987).
5
El término puzolana viene de la simplificación que en Estados Unidos se dio a
“pozzolan" el cual evolucionó de la localidad de Pozzuoli, Italia, donde los romanos
encontraron un material de origen volcánico reactivo de base silícea, al cual ellos
llamaron “pulvis puteolanus”(Davis, 1950; Spence, 1983).
La práctica romana fue el uso de puzolana mezclada con cal y piedra bruta,
agregaron una pequeña cantidad de agua, la necesaria, y la mezclaron hasta formar
una masa compacta. Los romanos usaron la toba roja o púrpura encontrada cerca de
Nápoles (Pozzouli), después fue molida finamente y mezclada con cal y arena
(Mielenz, 1948).
Después de la era de los romanos los cementos parecen no haber tenido mucha
evolución en prácticas de construcción, hasta la Revolución Industrial cuando
requirieron mostrar un mayor progreso y más tarde cuando fue descubierto el cemento
Portland, el cual fue patentado en 1824 por Joseph Aspdin y que se obtiene como
resultado de quemar conjuntamente piedra caliza y arcilla.
En Inglaterra no fue sino hasta el siglo XVII que las mezclas de trass-cal
importadas desde Alemania fueron utilizadas. Tales mezclas fueron utilizadas
también ampliamente en Holanda para la construcción de puertos y defensas de mar.
Un tema común durante este período parece haber sido que la construcción con esas
puzolanas produjeron materiales de construcción que tuvieron alta durabilidad ante los
agresivos ambientes marinos(Miles, 1974).
El uso contemporáneo de puzolanas naturales fue, y está todavía, a lo ancho de
Europa. En los Estados Unidos muchas investigaciones y usos de puzolanas naturales
ocurrieron después del primer uso sustancial en el acueducto de Los Ángeles en 1912.
En esa estructura 1 x 108 kg de cemento Portland ordinario/puzolana (50% Portland
ordinario y 50% de toba riolítica) fue usado. Los ahorros debido al uso de la puzolana
alcanzaron en esa época los $ 700,000 (una cantidad muy considerable para ese
tiempo) y fue una de las principales razones de su uso por primera vez (Price, 1999).
Investigaciones sobre puzolanas en Estados Unidos mostraron que concretos
de cemento Portland hechos con puzolanas tuvieron propiedades deseables tales como
mejora de la permeabilidad y resistencia a la acción de aguas agresivas. Como
resultado, en 1935 un tipo de puzolana fue utilizada en el dique de Bonneville y en el
dique de Friant en 1942. La presa de Friant marcó el primer uso de una pumicita o la
primera puzolana “real”, mientras que en la presa de Davis en 1950 fue utilizado un
esquisto opalino calcinado. El uso de puzolana en la presa de Friant significó ahorros
por $ 300,000 (Elfert, 1973).
De 1940 a 1973 el Bureau of Reclamation utilizó 360,000 toneladas de
puzolana natural en 7.1 millones de metros cúbicos de concreto; en el mismo período
usaron 275,000 toneladas de ceniza volante (una puzolana artificial) en 5.4 millones
de metros cúbicos de concreto (Price, 1999).
Debe notarse que la principal razón del uso de puzolanas en Estados Unidos
fue el costo. En todos los proyectos donde grandes cantidades de puzolana fue
utilizada, ellas fueron descubiertas muy cerca del sitio de construcción; los costos de
transporte fueron muy pequeños para aplicaciones donde no se requería altas
6
resistencias. Por ejemplo, pizarras locales de Monterrey fueron usadas en los puentes
de San Francisco y Golden Gate. La economía fue el factor determinante, pero las
puzolanas también fueron usadas por su probada resistencia a los álcalis del suelo y
sulfatos (Price, 1999; Meissner, 1950).
Las tempranas aplicaciones de puzolana en civilizaciones antiguas como lo
evidencian las referencias indicadas anteriormente y los usos contemporáneos en
Europa, Asia y América han mostrado que las puzolanas son materiales muy útiles.
Este potencial ha causado el surgimiento de investigación abundante de muchos tipos
de materiales puzolánicos para uso en variadas aplicaciones.
Por otra parte, el alto consumo energético y los grandes volúmenes de
emisiones de gases de invernadero se convirtieron en amenazas a la sostenibilidad de
la producción del cemento Portland ordinario a partir de los años 90s. Una tonelada
de cemento Portland produce aproximadamente una tonelada de CO2; de1.5 a 10 kg de
NOx y otros gases de invernadero (GHGs) (Naik, 2005).
En 1999, la Asociación de Cemento Portland aprobó planes estratégicos para
mejorar los aspectos ambientales, energéticos y de salubridad de la industria. Para
facilitar los objetivos de los planes, la Asociación adoptó una serie de metas
voluntarias y creó programas de premios e incentivos para conseguir los propósitos
(Escalante, 2009).
Los principios para el diseño de sostenibilidad que se generaron a partir de
1991 y que guiaron el desarrollo a gran escala de la EXPO 2000 de Hannover,
sugirieron para el caso de la industria del cemento: usar materiales nativos y más
cementos mezclados (Naik, 2005).
El sostenido incremento del precio de los combustibles fósiles y el previsible
reforzamiento a escala global de las políticas impositivas a productos o producciones
que contribuyen al calentamiento global (impuestos ecológicos) estaba haciendo que
el incremento de costos de la producción de cemento llegara a niveles prohibitivos
para esa industria. Se precisó entonces delinear estrategias para poder contribuir a
resolver este problema a mediano plazo (Hendrik, 2000; Thielen G, 2003).
Las medidas principales tomadas para disminuir, o al menos detener el
incremento de las emisiones de CO2 por la producción de cemento, se clasifican en
dos grandes grupos: a) las orientadas a aumentar la eficiencia del proceso,
disminuyendo el consumo de combustibles; y b) las orientadas a extender el clinker
(producto de la calcinación y posterior molienda de calizas y arcillas), usando
adiciones activas o inertes, que son añadidas en fábrica o a la hora de utilizar el
cemento.
En general, la contribución a la reducción del consumo energético y el nivel
actual de emisiones de la producción de cemento de cualquiera de las medidas ya
indicadas es pequeña, en comparación con los incrementos de producción
pronosticados. Las mejoras tecnológicas para aumentar la eficiencia avanzan, pero no
con un ritmo tan dinámico y dependen de las características específicas de la
economía del país donde se realice la producción (Schmidt, 2002).
7
De manera que para poder mantener los niveles de consumo energético y
emisiones del año 2000, hasta catorce años después (2014), la industria del cemento
necesitaría reducir las emisiones en más del 50%. Este reto implicaría de forma
inobjetable, un cambio de paradigmas en la producción y utilización del cemento, que
permitiera una adecuación a las exigencias ambientales del momento. Así que
cualquier solución al problema pasaría por la reducción del contenido del clinker puro
en los materiales aglomerantes (Martirena, 2005).
Este hecho ha posibilitado el surgimiento de un grupo genérico de cementos
conocido como “cementos compuestos” o “cementos mezclados”, que son una mezcla
de cemento Portland ordinario con uno o más materiales inorgánicos que participan en
el proceso de hidratación. Los materiales inorgánicos añadidos son denominados
“adiciones minerales”, que pueden ser mezcladas y molidas íntimamente con el
clinker en fábrica, o mezcladas en obra a la hora de producir concreto o mortero. Las
adiciones minerales más comúnmente empleadas son las cenizas volantes, las escorias
granuladas, la microsílice y las puzolanas naturales y artificiales. Los porcentajes de
adiciones minerales llegan hasta el 50% en países industrializados, principalmente con
los usos de cenizas volantes.
En Guatemala, el uso de puzolanas como adiciones activas mezcladas con
cemento Portland estaba apenas siendo considerada para los años 80-90s. No fue sino
hasta los años 90s en que se inició la producción de cementos mezclados, de acuerdo a
los requerimientos que las normas internacionales establecieron, con contenidos de
puzolanas del orden del 15%. En la actualidad se producen estos tipos de cemento
con un aumento en el porcentaje de adiciones, sin embargo, ese conocimiento no es de
dominio público.
En la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala se
han realizado investigaciones preliminares sobre la caracterización de algunos
materiales volcánicos y sedimentarios. El enfoque ha sido fundamentalmente hacia la
parte geológica y el posible uso de adiciones que reaccionen químicamente con los
productos de hidratación del clinker contenido en el cemento Portland,
fundamentalmente la portlandita o bien en la producción de un aglomerante similar a
las características de los cementos romanos.
Se ha realizado un extenso reconocimiento geológico para Guatemala en el
estudio Volcanic History of the Guatemalan Highlands, en donde la unidad pómez ya
está caracterizada, describiendo seis unidades y discutiendo su posible origen
(Williams, 1960). Tomando el estudio de Williams como base, McBirney (1963)
detectó material piroclástico en las cercanías de Salamá y Cobán.
El material piroclástico de Quetzaltenango fue cartografiado por Bonis (1966),
como una unidad estratigráfica muy importante. Estudios muy completos se han
realizado sobre estos materiales, desde el punto de vista geológico, tales como
Stratigraphy, mineralogy and distribution of the Sumpango Group Pumice deposits
(McLean, 1970) y Stratigraphy, mineralogy and distribution of the San Cristobal
Group Pumice deposits in Guatemala (Koch, 1970).
En un estudio desarrollado en el Centro de Investigaciones de Ingeniería de la
Universidad de San Carlos de Guatemala, se realizó una reseña del material volcánico
8
en los departamentos de Cobán, El Progreso, Guatemala y parte de Chimaltenango
(Arrivillaga,1987). También se realizó una evaluación del material puzolánico de la
franja volcánica de Guatemala, en la región de occidente, así como de calizas de la
misma zona (Arrivillaga, 1993).
La principal investigación se realizó en los años 1988-1993, conjuntamente
con el Departamento de Materiales de la Universidad de Calgary y apoyados por el
Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo de Canadá, del cual fue
coordinador por el Centro de Investigaciones de Ingeniería de la Universidad de San
Carlos de Guatemala, el investigador principal de esta investigación. En ese proyecto
se estableció que Guatemala cuenta con un potencial recurso de adiciones para ser
utilizadas en la producción de cemento, la Figura 1 muestra la localización del
material volcánico en el cinturón volcánico de Guatemala, como producto de estos
trabajos. Cuatro bancos de materiales volcánicos fueron evaluados, aunque no se llegó
a conclusiones determinantes.
Figura 1. Disposición del material piro-clástico,
en el Cinturón Volcánico de Guatemala.
Fuente: (Arrivillaga, 1993)
Aunque bastante investigación se realizó, la falta de conocimientos a nivel
general que existían en ese momento, así como la indeterminación de las técnicas
necesarias para su análisis, limitó los alcances en los resultados. Sin embargo,
experimentación realizada en la Universidad de Calgary mostró que los materiales
volcánicos de Guatemala pueden ser de una buena reactividad, cuestión que se
recomendó estudiar con mayor detalle (Day 1992; Quiñónez, 2010). Por otra parte,
ese proyecto fue determinante en el equipamiento de laboratorio de aglomerantes,
necesario para realizar investigación experimental, mismo que permanece vigente y en
buen estado en la actualidad, aunque su subutilización es evidente, a pesar de los altos
costos de adquisición.
9
De las investigaciones realizadas en Guatemala, se pueden citar las cinco
publicaciones sobre la geología guatemalteca en la franja volcánica y algunos
resultados de laboratorio sobre características de materiales volcánicos, como
producto del proyecto antes mencionado (Quiñónez, Fase I 1992) (Quiñónez, Fase II
1993) (Quiñónez, Fase III 1993) (Hernández, 1993) (Arrivillaga, 1993), así como
algunos trabajos de graduación de estudiantes de ingeniería civil.
Los avances en los resultados obtenidos, aún siendo inconclusos, fueron
presentados por el investigador principal de esta investigación en los siguientes
eventos de carácter internacional:
1. Jornadas Iberoamericanas sobre Caracterización de Materiales de
Construcción, en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas
de la Universidad Politécnica de Madrid, Madrid junio de 2001.
2. II Conferencia Internacional de Ecomateriales, Red del Hábitat
Económico y Ecológico, Santa Clara, Cuba, septiembre de 2001.
3. 5º. Simposio Internacional de Estructuras, Geotecnia y Materiales de
Construcción, Universidad Central de Las Villas, Santa Clara, Cuba,
noviembre de 2002.
4. XIV Bienal Panamericana de Arquitectura de Quito 2004, Quito,
Ecuador, noviembre de 2002.
5. Seminario Taller Internacional de Ecomateriales: Tradición y
Vanguardia, Universidad Técnica Particular de Loja, Loja, Ecuador,
noviembre de 2002.
6. Seminario Taller de Construcciones con Tierra, Centro de Construcción
Tropical –CECAT- del Instituto Superior Politécnico José Antonio
Echeverría, La Habana, Cuba, noviembre de 2005.
7. Seminario Conectando la Ciencia con la Práctica, Facultad de
Ingeniería y Arquitectura de la Universidad de El Salvador, El
Salvador, noviembre de 2006.
8. Conferencia Taller Componentes y Condicionantes de la Vivienda,
Universidad Autónoma de Chiapas, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México
noviembre de 2009.
9. III Reunión del Proyecto de Investigación Casa-partes del Programa
Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, Centro
Experimental de la Vivienda Económica. Córdoba, Argentina,
diciembre de 2006.
La investigación realizada en la Universidad de San Carlos de Guatemala hasta
1993 no permitió llegar a resultados concluyentes por las razones que ya se indicaron.
Después de transcurridos 15 años, el investigador principal de esta investigación
retomó el tema, al observar que los conceptos vertidos en los años 80s y 90s siguen
siendo valederos y más aún, la tendencia en las investigaciones a nivel mundial apunta
a que el desarrollo de estos materiales se está haciendo cada vez de mayor
significancia. Además, las investigaciones experimentales indican que este tipo de
materiales ha llegado a sustituir parcialmente al clinker y muy posiblemente en un
futuro no muy lejano conducirá a su reemplazo, en porcentajes muy significativos,
como base de la producción de cemento.
10
Por otra parte, como producto de la comercialización de cementos en
Guatemala por parte de la cementera nacional y otras empresas multinacionales de
reciente incursión, se han desarrollado investigaciones sobre este tipo de materiales,
cuyos resultados son de difícil acceso, por la naturaleza de la actividad de las
empresas.
De manera que considerando los aspectos anteriormente vertidos, surgieron las
siguientes preguntas:
1. ¿tienen los materiales volcánicos de Guatemala las características
mínimas como para ser considerados en su utilización como fuente de
adiciones minerales en la elaboración de aglomerantes?
2. Si estos materiales tienen esas características, entonces ¿cuál es el
grado de reactividad cuando se combinan con otros materiales?
Para responder a esas interrogantes se planteó este trabajo, cuyo objetivo
general fue determinar el índice de reactividad puzolánica de diez bancos de
materiales de la franja volcánica de Guatemala en combinación con hidróxido de
calcio, para su utilización en la construcción, ya sea como adiciones minerales activas
en la producción de cemento, en su utilización agregándolas en el momento de
producción de morteros y concretos o bien en la producción de un aglomerante
alternativo.
Más específicamente en este trabajo de investigación se plantearon como
objetivos la caracterización de diez muestras de materiales provenientes de la franja
volcánica de Guatemala, que abarcara los aspectos físicos, mineralógicos y químicos.
Posteriormente la determinación del índice de actividad puzolánica para cada una de
ellas, mediante el establecimiento del desarrollo de la resistencia a compresión de las
muestras de puzolanas combinadas con hidróxido de calcio, en función del tiempo.
Finalmente se determinó la actividad puzolánica de las diez muestras, mediante el
establecimiento de la reacción química con hidróxido de calcio, lo cual pretende
explicar someramente los fenómenos que ocurren.
1.2.2. Justificación del trabajo de investigación
La producción de cemento crece de forma espectacular. La evolución del
crecimiento se puede observar en la Tabla 1. Como puede apreciarse, únicamente se
observa una disminución entre 2008 y 2009, producto de los problemas financieros a
nivel mundial, mientras que la producción se duplicó en la última década (2002-2012).
La industria cementera mundial está buscando vías experimentales que
permitan desarrollar cementos que precisen menor energía en su formación, degraden
menos los entornos y emitan menos gases contaminantes a la atmósfera. Esta línea
coincide plenamente con el concepto de sostenibilidad y con alcanzar el cumplimiento
del Protocolo de Kyoto.
El empleo de diferentes subproductos y materiales naturales como alternativas
en la fabricación de cemento se ha revelado como un medio muy efectivo para
alcanzar, en gran parte esa sostenibilidad. Estos materiales alternativos pueden ser
11
incorporados en el proceso de fabricación del cemento como adiciones activas o bien
durante su utilización, en la elaboración de morteros y concretos (Puertas et al.,
2006).
Esta búsqueda ha llevado a encontrar alternativas que ya son utilizadas en
países industrializados para la producción del cemento, como el caso de la ceniza
volante (fly ash). Llama mucho la atención que la composición química y otras
características de los materiales volcánicos de Guatemala coinciden mucho con la
composición y características de las cenizas volantes.
Existen en la actualidad investigaciones experimentales en las cuales se
evalúan, incluso, las características de un nuevo tipo de concreto producido solamente
con ceniza volante activada alcalinamente (AAFA), es decir, sin cemento Portland
comercial (OPC). La activación alcalina de materiales es un proceso químico en el
que se produce rápidamente una transformación parcial o total de los componente
vítreos/amorfos del material en estructuras cementicias compactas. En general, la
activación alcalina puede dar lugar a dos tipos de materiales cementantes: a)
compuestos basados en Si/Ca y b) basados en Si/Al. La activación de metacaolín y de
la ceniza volante (Fly Ash) constituyen ejemplos típicos (Fernández& Palomo, 2007).
Tabla I. Evolución de la producción de cemento a nivel mundial.
AÑO
Producción anual
mundial en millones
de toneladas métricas
1996 1500
1997 1500
1998 1500
1999 1600
2000 1700
2001 1700
2002 1720
2003 1950
2004 2000
2005 2310
2006 2550
2007 2600
2008 2840
2009 2800
2010 3,310
2011 3,400
2012 3,700
Fuente: (http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cement/mcs-2013-cement.pdf) (enero 2013)
La utilización de este tipo de adiciones combinadas con aditivos super-
plastificantes y una alta compacidad de los agregados en la producción de concretos
12
de altas prestaciones y de ultra altas prestaciones está también en fase de
experimentación (Martirena, 2005).
Por otra parte, Dopico et al. (2008) y Middendorf et al. (2005) mencionan que
en los últimos tiempos se ha encontrado que cierta parte de las adiciones que se
consideran “no activas”, es decir “inertes”, llegan a funcionar como “fillers”,
proporcionando matrices más densas que dan como resultado productos más durables,
a causa del efecto de densificación, en adición a su comportamiento frente al ataque
de sulfatos.
Esta búsqueda incesante de opciones está llevando a una verdadera revolución
en la producción del cemento y de sus derivados (morteros y concretos). Como
menciona Bonavetti et al. (2006), es cada vez más frecuente la elaboración de
cementos con dos o más adiciones a partir de la molienda separada de sus
constituyentes, dando origen a la formulación de los cementos a medida.
Un caso muy especial y difundido en India y China, son las llamadas “mini-
plantas de cemento”, consideradas como instalaciones capaces de producir hasta 100
toneladas del material por día. Estas plantas operan generalmente con combustibles
sólidos. En China, esta tecnología ha ganado el mercado, donde funcionan ya más de
5,000 plantas, para producir aproximadamente el 75 % de la producción nacional
(Price, 1999).
Hasta 2010, China producía el 50% del cemento en el mundo; recientemente,
según el reporte de la USGS,se deduce que China produce actualmente el 58% del
cemento del mundo, mientras que India produce el 7%; estos son los dos países de
mayor producción en el mundo hasta diciembre de 2012 (Hendrik, 2013).
Según Falck (1963),el origen de la mayoría de puzolanas volcánicas reactivas
ya ha sido discutido ampliamente, la mayoría de ellas se derivan de rocas
geológicamente jóvenes de formaciones Cenozoicas (Edad Terciaria, 2-65 Ma) o
Cuaternarias (Edad Cuaternaria, hasta 2 Ma). Los materiales volcánicos de
Guatemala tienen esas características (Quiñónez, 2010).
Puzolanas encontradas en diferentes localidades pueden tener similar
composición mineralógica. Day (1992) y Quiñónez (2010), mencionan que en una
comparación de trazas de difracción de rayos X de pómez de Guatemala, toba
Boliviana y Ceniza Volante de Alberta, la similitud entre las trazas es sorprendente;
las tres puzolanas muestran una gran difusión del lomo en las trazas que son indicativo
de un alto contenido de vidrio y hay muy pocos picos indicativos de materiales
cristalinos en los materiales.
Por otra parte, Harris (2008) menciona que esta tecnología puede conservar
potencialmente el capital natural, mientras que simultáneamente puede crear el capital
social, reduciendo tanto la degradación del ambiente como los síntomas de la pobreza.
En Centro América y el Caribe, las puzolanas de mayor trascendencia parecen
estar localizadas en Guatemala. Day (1992) y Quiñònez (2010), indican que hay
cenizas volcánicas y depósitos de pómez cerca de la Ciudad de Guatemala, los cuales
son potencialmente convenientes para los asentamientos en la ciudad. También hay
13
depósitos de tierra de diatomeas. La Figura 2 muestra la localización de materiales
volcánicos en América; se puede observar la presencia de abundante material
volcánico en la zona central de Guatemala.
La presencia y distribución de este material volcánico, potencialmente
explotable, como adiciones activas para la producción de aglomerantes, también fue
comprobada por el trabajo realizado con anterioridad en Guatemala (Arrivillaga,
1993) y (Arrivillaga, 1987), lo cual se puede apreciar en la Figura 1.
Las puzolanas existen en muchas partes del planeta, sin embargo, la selección
depende de otros factores, además de su composición química. Los principales
productos de reacción son el hidrato silicato cálcico (CHS) y pequeñas cantidades de
etringita, hidrogranates y aluminatos hidratados. Las proporciones relativas de los
productos dependen en detalle de la química y mineralogía de la puzolana utilizada.
Como indica Middendorf (2005), la selección correcta de la fuente de puzolana es
un paso crucial para tener éxito en su uso como adición mineral activa en
cementos, morteros y concretos.
De manera que en resumen, la ejecución del trabajo que aquí se presenta tiene
su justificación en las siguientes aseveraciones:
1. El cemento, aún siendo su producción un tema muy controversial, es un
material necesario para el desarrollo de la humanidad, obviamente también
para el de Guatemala.
2. En la búsqueda de opciones ambientalmente amigables, los científicos han
encontrado opciones en otros materiales como la ceniza volante, que
coincidentemente tiene composición y características similares a los materiales
volcánicos de Guatemala.
3. Estudios anteriores realizados en Canadá han recomendado una investigación
exhaustiva en los materiales volcánicos de Guatemala, sospechando que se
trata de materiales altamente reactivos.
4. En estudios anteriores realizados en la Facultad de Ingeniería de la
Universidad de San Carlos de Guatemala, se ha corroborado la presencia y
distribución de material volcánico apto para la producción de aglomerantes,
por sus características, disposición estratigráfica y abundancia.
5. Las experiencias en China e India muestran que es factible la producción de
cementos en pequeñas plantas, sobre todo aquellos de tipo no estructural, lo
cual si se implementara en Guatemala conllevaría un fuerte impacto
económico y social en las comunidades guatemaltecas. Hace falta, sin
embargo, realizar exhaustivas investigaciones sobre la reactividad de los
materiales y sobre las dosificaciones para propósitos específicos.
6. La bibliografía indica que previamente a cualquier consideración de utilización
o evaluación de este material como alternativa aglomerante, deben
caracterizarse las materias primas a nivel de laboratorio.
14
7. Existe equipamiento de laboratorio en la Facultad de Ingeniería la Universidad
de San Carlos para los ensayos experimentales en materiales aglomerantes,
como resultado del proyecto anterior. El equipo es costoso y se encuentra en
buen estado, aunque con escaso uso.
8. Existe acumulación de experiencia y relaciones nacionales e internacionales en
el Centro de Investigaciones y en la Escuela de Ingeniería Civil de la Facultad
de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala que facilitan el
proceso de investigación, por la disponibilidad de asesoría y posibilidad de
utilización de equipamiento de otros laboratorios sofisticados.
9. La bibliografía existente indica que previamente a cualquier iniciativa de
explotación de este recurso, deben establecerse a nivel de laboratorio, los
índices de reactividad de los materiales potenciales.
Figura 2. Depósitos de puzolanas naturales de origen volcánico en América
Fuente:(Day, 1992)
15
I.3. OBJETIVOS
I.3.1. General
Determinar el índice de reactividad puzolánica de diez bancos de materiales de la
franja volcánica de Guatemala en combinación con otros materiales, para su
utilización en la producción de un cemento para construcción.
I.3.2. Específicos
I.3.2.1. Determinar el índice de reactividad puzolánica de diez bancos de materiales de
la franja volcánica de Guatemala en combinación con hidróxido de calcio, para su
utilización en la producción de un cemento para construcción.
I.3.2.2. Caracterizar y evaluar físicamente las diez muestras de puzolanas.
I.3.2.3. Caracterizar y evaluar mineralógicamente las diez muestras de puzolanas.
I.3.2.4. Caracterizar y evaluar químicamente las diez muestras de puzolanas.
I.3.2.5. Caracterizar y evaluar física y químicamente el hidróxido de calcio y otros
materiales que se utilizarán para el uso con puzolanas.
I.3.2.6. Determinar y evaluar la actividad puzolánica mediante el establecimiento del
desarrollo de la resistencia a compresión de las muestras de puzolanas en combinación
con otros materialese hidróxido de calcio.
I.3.2.7.Determinar y evaluar la actividad puzolánica mediante el establecimiento del
desarrollo de la reacción química de las puzolanas con otros materiales e hidróxido de
calcio.
I.3.2.8. Divulgar a las autoridades, actores sociales e instituciones en el campo de su
competencia la información obtenida de la investigación.
I.4 METODOLOGIA
El trabajo de investigación que se reporta en este informe se realizó en el Centro
de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de
Guatemala, específicamente en los laboratorios de la Sección de Ecomateriales, cuyos
datos de localización, elevación y temperatura (www.insivumeh.gob.gt.html, 2012) se
indican a continuación.
Longitud: - 90 33’ 06.25”
Latitud: + 14 35’ 17.46”
Elevación: 1476 msnm
Temperatura máxima: 25.5 C
Temperatura mínima: 15.3 C
Temperatura media: 19.8 C
16
Para el desarrollo de la investigación, la metodología que se utilizó se presenta
en ocho etapas, en función de los objetivos del proyecto, las cuales se describen en los
numerales I.4.1 a I.4.8. Es muy importante mencionar que los análisis de
caracterización de las muestras fueron precedidos de la preparación y molienda de las
mismas, cuyo tiempo de ejecución fue muy largo y constituyó la parte operativa de
mayor trabajo físico.
I.4.1. Definición de los bancos de materiales (Etapa I)
La determinación de los bancos de materiales se definió en función de las
investigaciones geológicas ya realizadas. Especial importancia y prioridad se dio para
cada banco en particular, al perfil estratigráfico de los suelos, régimen de tenencia de
los bancos, perfil del recurso en función de las recomendaciones establecidas en la
literatura, localización en un radio máximo de acción de comunidades de escasos
recursos, localización cercana de materiales calizos, facilidad de acceso e interés de
las poblaciones cercanas a los bancos. Una fuerte investigación bibliográfica y de
campo precedió a esta determinación. En este proceso se encontró información muy
valiosa de la parte geológica que abarcó más tiempo del considerado y del cual se
incluye la parte que se consideró más importante de acuerdo con los objetivos de esta
investigación.
I.4.2. Muestreo de materiales (Etapa II)
El muestreo de materias primas se realizó de acuerdo con las recomendaciones
de la designación ASTM C311- 11b“Standard Test Methods for Sampling and Testing
Fly Ash or Natural Pozzolans for Use in Portland-Cement Concrete”,numerales 5.1 y
5.2. (ASTM, 2011).
I.4.3. Caracterización física de las muestras (Etapa III)
La caracterización física de los materiales volcánicos se realizó de acuerdo con
las recomendaciones de la designación ASTM C593-06(2011)Standard Specification
for Fly Ash and Other Pozzolans for Use with Lime for Soil Stabilization, numerales
4.1 y 4.2. (ASTM, 2011). Los métodos de ensayo se ajustaron a los requerimientos de
los numerales 6, 7 y 8 de la norma.
Los ensayos de determinación de la fracción soluble en agua se realizaron de
acuerdo al procedimiento establecido en el numeral 7.1. de la misma norma y el
cálculo del resultado se efectuó de acuerdo al procedimiento establecido en el numeral
7.2.
Los ensayos de finura se realizaron de acuerdo al procedimiento establecido en
el numeral 8.1 de la misma norma.
Los ensayos de contenido de humedad se realizaron de acuerdo al procedimiento
establecido en los numerales 11 y 12 de la misma norma.
Los ensayos de pérdida por ignición se realizaron de acuerdo al procedimiento
establecido en los numerales 13 y 14 de la misma norma.
17
Los análisis de distribución de partículas por la técnica de Rayos Laser fueron
realizados en el Laboratorio de Química de Materiales del Instituto de Ciencia y
Tecnología del Hormigón de la Universidad Politécnica de Valencia. Estos análisis
fueron complementarios a los establecidos en el protocolo de la investigación y
constituyen un valor agregado muy importante que la enriquece considerablemente.
I.4.4. Caracterización mineralógica de las muestras (Etapa IV)
La caracterización mineralógica se realizó por medio de la observación en un
microscopio estereoscópico. Esta caracterización se realizó en el Centro de Estudios
Superiores de Energía y Minas de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San
Carlos de Guatemala, cuya institución dispone de los equipos necesarios para realizar
las determinaciones. Los resultados obtenidos de esta caracterización sirvieron de base
para la confirmación de la realización de la caracterización química de cada una de las
muestras.
La caracterización cristalográfica mediante Difracción de Rayos X (DRX) fue
realizada en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón de la Universidad
Politécnica de Valencia utilizando el Difractor de Rayos X con que cuenta el
laboratorio de Química de Materiales. Estos análisis fueron complementarios a los
establecidos en el protocolo de la investigación y constituyen un valor agregado muy
importante que enriquecen considerablemente los resultados.
I.4.5. Caracterización química de las muestras (Etapa V)
La caracterización química se realizó de acuerdo con las recomendaciones de la
designación ASTM C311- 11b “Standard Test Methods for Sampling and Testing Fly
Ash or Natural Pozzolans for Use in Portland-Cement Concrete”, numeral 10
(ASTM, 2011). Los métodos de ensayo se ajustaron a los requerimientos de los
numerales 11 a 15 de la norma.
La determinación de óxido de sílice, óxido de aluminio, óxido de hierro, óxido
de calcio, óxido de magnesio, trióxido de azufre, óxido de sodio y óxido de potasio se
realizó de acuerdo con el procedimiento establecido en el numeral 15 de la misma
norma.
La caracterización química fue realizada en el Centro de Investigaciones de
Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala. La caracterización química
mediante Espectrometría de Fluorescencia de Rayos X (FRX) también pudo ser
realizada gracias a la colaboración de una empresa privada del sector productivo de
Guatemala, la cual solicitó que se reservara su nombre.
I.4.6. Caracterización física y química del hidróxido de calcio (Etapa VI)
La caracterización física y química del hidróxido de calcio que se utilizó para la
determinación del índice de actividad puzolánica de las muestras extraídas de los
bancos de materiales volcánicos, se realizó de acuerdo con las recomendaciones de la
norma ASTM C821-09 “Standard Specification for Lime for Use with Pozzolans”
(ASTM, 2011). Esta especificación cubre todos los tipos de cal hidratada comercial
para uso con puzolanas, tales como: altamente cálcica; magnesiana o cal hidratada
18
dolomítica. Las caracterizaciones se realizaron de acuerdo con los numerales 1 a 5.
Los métodos de ensayo se ajustaron a lo establecido en el numeral 6 de la norma.
La finura por el procedimiento del Aparato de Permeabilidad al Aire de Blaine
se determinó de acuerdo con el procedimiento indicado en el numeral 6.2 de la norma.
El Índice de Receptividad Puzolánica se determinó de acuerdo con las
recomendaciones de los numerales 6.3 y 6.4 de la norma.
I.4.7. Determinación del índice de actividad puzolánica de las muestras, en
función de su respuesta mecánica (Etapa VII)
La caracterización mecánica se realizó de acuerdo con las recomendaciones de
la designación ASTM C593-06(2011)Standard Specification for Fly Ash and Other
Pozzolans for Use with Lime for Soil Stabilization, numeral 9 (ASTM, 2011). Los
métodos de ensayo se ajustaron a los requerimientos de los numerales 9.1 a 9.8 de la
norma.
Previamente a la determinación de la resistencia a compresión de las muestras,
se realizaron los ensayos en la mesa de flujo de acuerdo con las recomendaciones del
numeral 9.6 de la norma.
Las muestras de ensayo se elaboraron de acuerdo con las recomendaciones del
numeral 9.7 de la norma y los ensayos a las edades indicadas se realizaron de acuerdo
con el numeral 9.8 de la norma. Para cada uno de los bancos seleccionados se
elaboraron 9 muestras para el ensayo a compresión.
I.4.8. Determinación del índice de actividad puzolánica de las muestras, en
función de su reacción química (Etapa VIII)
Adicionalmente a la determinación de la actividad puzolánica en base a la
respuesta mecánica de las muestras, lo cual es una medida cuantitativa; se realizó
experimentación para observar de manera cualitativa ese índice de reacción.
Esta experimentación se realizó mediante la disolución saturada de Ca(OH)2.
Para ello se prepararon mezclas de 75 ml de la disolución de Ca (OH)2 y un gramo de
residuo sólido. Las muestras permanecieron herméticamente cerradas en un horno a
40 C hasta las edades de ensayo que fueron1, 3 y 7 días, tras las cuales se determinó la
concentración de CaO y (OH). El procedimiento recomendado en la norma EN 196-
5:2005 “Pozzolanicity test for pozzolanic cement” (European Standards (2011),sirvió
de base para este propósito. Esta determinación es adicional a los requerimientos
establecidos en las normas.
El procedimiento indicado en la norma EN 196-S también se utilizó con
propósitos de la evaluación de la reactividad química en el Laboratorio de Química de
Materiales del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón de la Universidad
Politécnica de Valencia, mediante el uso de la técnica Termogravimétrica, utilizando
el equipo sofisticado de ese laboratorio.
19
I.5. EQUIPO UTILIZADO EN LA INVESTIGACIÓN
I.5.1. Equipo utilizado para la preparación de las muestras
I.5.1.1. Molino de bolas
Estudios realizados sobre las puzolanas naturales de Guatemala han
demostrado que son más activas si se reduce el tamaño de partícula delas puzolanas
originales. Para la molienda de los materiales volcánicos originales se utilizó un
molino de bolas marca Patterson, serie 387564,C.O. No. 1988, de 0.10 metros cúbicos
de capacidad, que consiste en un recipiente metálico revestido de material cerámico,
de la casa Patterson Industries Canada Ltda., movido por un motor SEW tipo FA40A,
radio 44.89. En el molino se introdujeron 75 kilogramos de bolas de
aproximadamente 28 mm de diámetro del mismo material cerámico que el
recubrimiento del molino. El material volcánico fue introducido dentro del molino y
afinado con las bolas mediante choque y fricción al hacer girar el tambor del molino.
La cantidad de material volcánico que se introdujo y el tiempo de molturación
determinaron la finura del producto resultante. Este equipo se ilustra en las
Fotografías Nos. 1-2 y se encuentra ubicado en la Sección de Ecomateriales del
Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San
Carlos de Guatemala.
Fotografías Nos. 1 y 2.Molino y bolas utilizados en la molturación.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.1.2. Tamiz de ¼”
Para la preparación de las muestras se utilizó un tamiz de ¼”. El material
volcánico fue pasado en esa malla antes de introducirse en el molino para eliminar la
parte gruesa de la muestra.Este equipo se encuentra en la Sección de Ecomateriales
del Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San
Carlos de Guatemala.
I.5.2. Equipo utilizado para la caracterización física de los materiales volcánicos
I.5.2.1. Tamices No. 30, 200 y 325
20
Los ensayos para determinar el porcentaje de materiales volcánicos que pasa por
los tamices 30 y 200 se realizaron con los tamices 30 y 200 (ver Fotografías Nos. 3-5)
que satisfacen los requerimientos de la norma ASTM E11-09e1 “Specification for
Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes” (ASTM, 2011). Para la determinación
del porcentaje que pasa el tamiz 325, se utilizó un tamiz 325 marca Humboldt modelo
H-3807, que satisface los requerimientos de la misma norma ASTM E11-09e1
“Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes” (ASTM, 2011), y
además un manómetro con chorro, de acuerdo a los requerimientos de la norma
ASTM C430-08 “Standard Test Method for Fineness of Hydraulic Cement by the 45
µm (No. 325) Sieve”(ASTM, 2011).. Este equipo se encuentra en las Secciones de
Suelos y de Agregados, Concretos y Aglomerantes del Centro de Investigaciones de la
Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala.
Fotografía No. 3. Tamices Nos. 30 y 200utilizados en los ensayos de finura.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
Fotografías Nos. 4 y 5. Manómetro utilizado en los ensayos de finura, tamiz 325.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.2.2. Muflas
Este equipo fue utilizado para determinar el porcentaje de pérdida por ignición
de los materiales volcánicos. Las Muflas que se utilizaron fueron las siguientes:
- Mufla Thermoline 1400 50-60 Hz, 30 Amp, 4500 watts (Ver Fotografía No.
6).
21
- Mufla Carbolite RHF 1400 QC-07-03.00, 220 V; 1 fase; 50-60 Hz; 30 Amp
y 4500 watts (Ver Fotografía No. 7).
Fotografía No. 6.Mufla Thermoline Fotografía No. 7 Mufla Carbolite
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
La mufla Thermoline se encuentra en la Sección de Química Industrial del
Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San
Carlos de Guatemala -LQI/CII/USAC-. La mufla Carbolite pertenece al Laboratorio
del Centro Tecnológico –CETEC-.
I.5.2.3. Matraz de Le Chatelier
Este equipo fue utilizado para la determinación del peso específico de los
materiales volcánicos que ya pasaron el proceso de molturación y satisface los
requerimientos de la norma ASTM C188-09 “Standard Test Method for Density of
Hydraulic Cement” (ASTM, 2011).El equipo se encuentra en la Sección de Concretos
y Aglomerantes del Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad de San Carlos de Guatemala (ver Figura 3 y Fotografía No. 8)..
I.5.2.4. Equipo de Permeabilidad al Aire
Este equipo se utiliza para determinar la finura Blaine de los materiales
volcánicos por el procedimiento de permeabilidad al aire, consiste fundamentalmente
de una celda y tapadera y de un manómetro. El equipo cumplió con los
requerimientos de la norma ASTM C-204-07“Standard Test Method for Fineness of
Hydraulic Cement by Air – Permeability Apparatus” (ASTM, 2011).El equipo se
encuentra en la Sección de Concretos y Aglomerantes del Centro de Investigaciones
de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala –
CII/USAC- (ver Figura 3 y Fotografía No. 9).
I.5.2.5. Otros equipos menores
Para la determinación de pérdida por ignición, densidad y fracción soluble en
agua se utilizaron otros equipos menores como balanzas, bandejas, palas, cucharones,
crisoles, frascos Erlenmeyer. Estos equipos menores se encuentran en las Secciones
22
de Concretos y Aglomerantes, en la de Mecánica de Suelos y en la de Ecomateriales
del Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San
Carlos de Guatemala –CII/USAC-.
Figura 3. Matraz de Le Chatelier Fotografía No. 8. Matraz de Le Chatelier
Fuente: ASTM C188-09(ASTM, 2011) Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
Figura 4. Aparato de ensayo de Permeabilidad al Aire.
Fuente: ASTM C204-07(ASTM, 2011).
23
Fotografía No. 9. Aparato de Permeabilidad al Aire
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.2.6. Granulómetro por Difracción Láser (GDL)
El fenómeno de la difracción láser se basa en que cuando un frente de
ondas(luz) llega a un obstáculo se produce una dispersión del frente, de modo que se
producen una serie de interferencias constructivas, que dan lugar a un patrón de
difracción. La radiación láser es la utilizada por los equipos de granulometría para
analizar los distintos tamaños de partícula del material escogido. Para la
determinación de la distribución de tamaños de partículas se utilizó el analizador de
tamaños de partícula Mastersizer 2000 de Malvern Instruments y puede verse en las
Fotografías Nos. 10 y 11. Las principales características de este aparato son:
Rango de medida en la franja de 0,02 a 2000 micras.
Principio de medición: dispersión de Fraunhofer y Mie
Fuentes de luz
Luz roja: Láser de helio neón
Luz azul: Fuente de luz de estado sólido
Sistema de detección
- Luz roja:
Dispersión frontal
Dispersión lateral
Retrodifracción
- Luz azul
Dispersión de ángulo amplio frontal
Retrodispersión
24
Fotografías Nos. 10 y 11. Equipo de granulometría por difracción láser.
Fuente: Soriano Martínez, 2007
El equipo que se utilizó se encuentra en el Laboratorio de Química de
Materiales del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón –ICITECH- de la
Universidad Politécnica de Valencia –UPV-.
I.5.2.7. Microscopio Electrónico de Barrido (SEM)
En muchos campos de la química, ciencia de materiales, geología y biología,
está siendo cada vez más importante el conocimiento detallado de la naturaleza física
y de la naturaleza química de las superficies de los sólidos a escala submicrométrica.
Para obtener una imagen por microscopia electrónica, la superficie de una
muestra sólida es barrida según un modelo raster con un haz de electrones muy fino.
Un raster es un modelo de barrido similar al utilizado en un tubo de rayos catódicos,
en el que un haz de electrones barre la superficie en línea recta, vuelve a la posición
inicial y es desplazado hacia abajo una distancia establecida. Este proceso se repite
hasta que él área deseada de la superficie ha sido barrida. Al barrer la superficie con
una pistola de electrones de energía elevada se producen diversos tipos de señales.
Estas señales incluyen electrones retrodispersados, secundarios y Auger, además,
fluorescencia de rayos X y otros fotones de diversas energías. Todas estas señales se
han utilizado en estudios de superficies, pero las más usuales son las que corresponden
a electrones retrodispersados y secundarios, que sirven de base a la microscopia de
barrido de electrones y a la fluorescencia de rayos X, que se utiliza en el análisis con
microsonda de electrones.
En este estudio se utilizó el equipo de microscopía JEOL JSM6300, aplicando
ala muestra un voltaje de 20 KV para la obtención de imágenes y puede verse en las
Fotografías Nos. 12 y 13.
Las muestras deben ser metalizadas para facilitar la conductividad eléctrica de
las mismas. El recubrimiento de dichas muestras se realizó con oro, porque se
obtienen imágenes más nítidas que con carbono. El recubrimiento con oro se realizó
utilizando el equipo BALTEC SCD 005. El equipo que se utilizó se encuentra en el
Laboratorio de Microscopía Electrónica del Departamento de Física de la Universidad
Politécnica de Valencia –UPV-.
25
Fotografías Nos. 12 y 13. Equipo de Microscopía Electrónica de Barrido
.
Fuente: Soriano Martínez, 2007
I.5.3. Equipo utilizado para la caracterización mineralógica
I.5.3.1. Microscopio Estereoscópico
Para la determinación del color, estructura, composición química presunta y
composición mineralógica de los materiales volcánicos su utilizó un microscopio
estereoscópico marca LEITZ con aumentos entre 5X y 40X, el cual se muestra en la
Fotografía No. 14 y se encuentra en el Centro de Estudios Superiores de Energía y
Minas –CESEM-, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de
Guatemala.
Fotografía No. 14. Microscopio Estereoscópico.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.3.2. Difractómetro de Rayos X (DRX)
La espectroscopía de Rayos X, al igual que la espectroscopía óptica, se basa en
la medida de la emisión, absorción, dispersión, fluorescencia y difracción de la
radiación electromagnética. Los rayos X se definen como una radiación
electromagnética de pequeña longitud de onda, producida por la desaceleración de
26
electrones de elevada energía o por transiciones electrónicas que implican electrones
de los orbitales internos de los átomos. Al igual que con los otros tipos de radiación
electromagnética, la interacción entre el vector eléctrico de la radiación X y los
electrones de la materia por la que pasa da lugar a una dispersión. Cuando los rayos X
son dispersados por el entorno ordenado de un cristal, tienen lugar interferencias
(tanto constructivas como destructivas) entre los rayos dispersados ya que las
distancias entre los centros de dispersión son del mismo orden de magnitud que la
longitud de onda de la radiación. El resultado es la difracción.
El método de rayos X de polvo cristalino se basa en el hecho que cada
sustancia cristalina da una única figura de difracción. Así, si se puede encontrar un
ajuste exacto entre la figura de difracción de una muestra desconocida y el patrón de
difracción de una sustancia conocida, se puede asumir su identidad química y
mineralógica.
En este caso, el estudio por difracción de rayos X mostró si se trataba de
sustancias cristalinas o por el contrario tienen una estructura amorfa, y cuál es su
composición mineralógica cualitativa.
El difractómetro de rayos X utilizado fue el modelo Philips PW1710, mostrado
en la Fotografía No. 15. Este equipo se encuentra en los Laboratorios de Química de
Materiales del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón –ICITECH-, de la
Universidad Politécnica de Valencia –UPV-. Los procedimientos, manejo de equipo e
interpretación de resultados se recibieron del equipo humano de investigación del
mismo Laboratorio de Química de Materiales. La información aquí presentada
respecto del equipo y los procedimientos se extrajo de los trabajos doctorales de
Soriano (2007) y Piles (2006).
Fotografía No. 15. Difractómetro de Rayos X (DRX)
Fuente: Piles 2006
I.5.4. Equipo utilizado para la caracterización química
I.5.4.1. Equipo de Fluorescencia de Rayos X (FRX)
27
Este equipo se utilizó para la realización de los análisis químicos cualitativos y
cuantitativos de los materiales volcánicos por el método de Fluorescencia de Rayos X,
después del proceso de molturación. El equipo se muestra en la Fotografía No. 16, es
de la marca Thermo y se encuentra ubicado en los Laboratorios del Centro
Tecnológico de Cementos Progreso –CETEC-.
Fotografía No. 16. Equipo de Flourescencia de Rayos X (FRX)
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.4.2. Equipo Fotométrico
Este equipo se utilizó para la realización de los análisis químicos cualitativos y
cuantitativos de los materiales volcánicos por el método fotométrico, después del
proceso de molturación. El equipo es de la marca Nova 60, se puede observar en la
Fotografía No. 17 y se encuentra ubicado en los Laboratorios de Análisis
Fisicoquímicos del Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad de San Carlos de Guatemala –LAFIQ-QI-CII/USAC-. El procedimiento
de análisis consistió en un ataque ácido de agua regia de las muestras para su
disolución y luego aforadas a 200 ml para su posterior análisis utilizando los
Espectroquant de calcio, magnesio, sílice, aluminio y hierro para su determinación.
I.5.4.3. Análisis termogravimétrico
La definición generalmente aceptada de análisis térmico abarca al grupo de
técnicas en las que se mide una propiedad física de una sustancia y/o productos de
reacción en función de la temperatura, mientras la sustancia se somete a un programa
de temperatura controlado. Se puede distinguir más de una docena de métodos
térmicos, que difieren en las propiedades medidas y en los programas de temperatura.
El método usado en este trabajo fue la termogravimetría (TG), donde se
registró continuamente la variación de masa de una muestra colocada en una
atmósfera controlada, en función de la temperatura, o del tiempo, al ir aumentando la
temperatura de la muestra. La representación de la masa o del porcentaje de masa en
función del tiempo se denomina termograma o curva de descomposición térmica.
28
Fotografía No. 17. Equipo fotométrico NOVA 60
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
En el estudio de las pastas de cemento/puzolana y de cal/puzolana la
utilización de esta técnica es muy útil, porque permite observar la pérdida de masa
debida a reacciones de deshidratación. Las reacciones de deshidratación que
normalmente se observan son las siguientes:
Ca(OH)2 & CaO + H2O
SCH & SC + H2O (C1)
ACH & AC + H2O
SACH & SAC + H2O
SCH, ACH y SACH es la nomenclatura de silicato cálcico hidratado,aluminato
cálcico hidratado y silicoaluminato cálcico hidratado respectivamente. La medida de
los saltos observados en el termograma permite determinarla variación en la masa de
la muestra. Dichas variaciones de masa son características de las reacciones químicas
que se producen en la experiencia.
La curva DTG es la representación gráfica de la derivada de la curva TG, y
proporciona información sobre la velocidad de pérdida o ganancia de masa con la
temperatura o con el tiempo. Esta representación permite identificar con mayor
facilidad las alteraciones de masa, especialmente cuando las pérdidas son muy
pequeñas o bien cuando existen varios procesos con temperaturas de activación muy
cercanas. Adicionalmente, la curva DTG permite por medio de la integración, evaluar
saltos pequeños que resultan complejos de medir sobre la curva TG.
El equipo que se utilizó es un módulo TGA 850 Mettler- Toledo, que permitió
medir simultáneamente la curva termogravimétrica y la curva de análisis térmico
diferencial (DTA).El equipo que se muestra en la Fotografía No. 20, cuenta con una
electrobalanza horizontal, un horno y sensores de temperatura que están en
comunicación con un ordenador, donde se registran y se procesan los datos. La
29
microbalanza tiene una resolución de 0,1 g. En la mayoría de los casos se utilizaron
crisoles de aluminio de 100 µl con tapa sellable (ver Fotografías Nos. 18 y 19). La
tapa cuenta con un orificio, el cual facilita la obtención de una atmósfera auto
generada,por lo que la muestra permanece por un mayor tiempo en equilibrio con su
fase gaseosa, dando como resultado una mejor separación de los procesos de pérdida
de masa consecutivos, con el consecuente desplazamiento de picos hacia temperaturas
superiores.
Fotografía No. 18. Tipos de crisoles Fotografía No. 19. Equipo para sellar
utilizados en el análisis TG . crisoles en el análisis TG.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010 Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
Este equipo se encuentra en los Laboratorios de Química de Materiales del
Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón –ICITECH-, de la Universidad
Politécnica de Valencia –UPV-. Los procedimientos, manejo de equipo e
interpretación de resultados se recibieron del equipo humano de investigación del
mismo Laboratorio de Química de Materiales. La información aquí presentada
respecto del equipo y los procedimientos se extrajo de los trabajos doctorales de Piles
(2006) y Soriano (2007).
Fotografía No. 20. Equipo para realizar análisis termogravimétrico
Fuente: Soriano, 2007
30
I.5.5.Equipo de medición de conductividad eléctrica y pH
Se utilizó la medida de conductividad eléctrica y pH para complementar los
estudios realizados por DRX y ATG, para lo cual, se utilizó el dispositivo mostrado en
la Fotografía No. 21,que consta de los siguientes elementos:
-Un reactor termostático de vidrio Pirex con doble pared, para la regulación de
la temperatura del sistema, el cual se mantiene cerrado mediante una tapa para evitar
la carbonatación. A los Erlenmeyer, que se encuentran en el reactor, se les puede
introducir los electrodos de medida de pH y conductividad eléctrica.
- PH-metro Crison micropH 2001 con salida RS232 dotado de un electrodo de
pH resistente a medios alcalinos.
-Conductímetro Crison MicroCM2201 con salida RS232 provisto de un
electrodo con una constante de celda de 1.07.
-Baño termostático Selecta Ultraterm para controlar la temperatura del sistema.
-Agitador magnético.
Este equipo se encuentra en los Laboratorios de Química de Materiales del
Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón –ICITECH-, de la Universidad
Politécnica de Valencia –UPV-. Los procedimientos, manejo de equipo e
interpretación de resultados se recibieron del equipo humano de investigación del
mismo Laboratorio de Química de Materiales. La información aquí presentada
respecto del equipo y los procedimientos se extrajo del trabajo doctoral de Piles
(2006).
Fotografía No. 21. Equipo de medición de conductividad eléctrica y ph
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.6. Equipo utilizado para la determinación de la reactividad mecánica
Todos los equipos utilizados para la determinación de la reactividad mecánica
que se describen a continuación, se encuentran en los Laboratorios de Agregados,
Concretos y Aglomerantes, en el Laboratorio de Productos Manufacturados y en la
31
Sección de Ecomateriales del Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad de San Carlos de Guatemala –CII/USAC-.
I.5.6.1. Mezcladora
La mezcladora utilizada para la elaboración de los morteros es de la marca
OHAUS, tiene una capacidad de 4 litros, 3 velocidades de mezclado y satisface los
requerimientos de la norma ASTM C305-06 “Mechanical Mixing of Hydraulic
Cement Pastes and Mortars of Plastic Consistency”(ASTM, 2011). La mezcladora
consiste en un recipiente de acero inoxidable de una cantidad aproximada de 4 litros,
con forma y dimensiones como se muestra en la Fotografía No. 22; está equipada de
manera que pueda ser fijado firmemente al bastidor de la mezcladora durante el
amasado y que la altura del recipiente con relación a la pala y, por consiguiente, la
separación entre la pala y recipiente, pueda ser ajustada y mantenida con precisión.
La pala de acero inoxidable está accionada por un motor eléctrico de
velocidades controladas, con movimientos de rotación sobre su propio eje.
I.5.6.2. Balanza
Para la determinación de los pesos de los materiales y muestras de ensayo se
utilizó una balanza mecánica OHAUS como puede apreciarse en la Fotografía No. 23,
con una capacidad de 2,610 gramos y una aproximación de 0.1 gramo.
Fotografía No. 22. Mezcladora mecánica de accionamiento eléctrico
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
32
Fotografía No. 23. Balanza OHAUS utilizada para pesar materiales y muestras.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.6.3. Mesa de Flujo
Para la determinación del grado de consistencia de los morteros se utilizó una
Mesa de Flujo marca SOILTEST,como puede observarse en la Fotografía No. 24,
equipada con una mesa de bronce colocada sobre una excéntrica que proporciona las
alturas de caída de la mesa. Este equipo satisface los requerimientos de la norma
ASTM C230-08 “Standard Specification for Flow Table for Use in Test of Hydraulic
Cement” (ASTM, 2011).
Fotografía No. 24. Mesa de Flujo para determinar consistencia de morteros.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.6.4. Moldes para especímenes
Para la elaboración de especímenes para ensayos de compresión se utilizaron
moldes de bronce marca FORNEY, con capacidad para elaboración de 3 cubos de 5 x
5 x 5 cm, como puede observarse en la Fotografía No. 25. Los moldes satisfacen las
recomendaciones de ASTM C109-08 “Compressive Strength of Hydraulic Cement
Mortars”, inciso 5.3(ASTM, 2011).
33
Fotografía No. 25. Moldes para elaborar especímenes para evaluar la resistencia
a compresión en muestras cúbicas de morteros.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.6.5. Cámaras de curado
Tres cámaras de curado fueron utilizadas: cámara de inmersión; cámara de
humedad y cámara de curado a vapor. Las tres cámaras de curado que se describen a
continuación se encuentran ubicadas en las instalaciones de la Sección de
Ecomateriales del Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad de San Carlos de Guatemala y satisfacen los requerimientos de la norma
ASTM C511-09 “Standard Specification for Mixing Rooms, Moist Cabinets, Moist
Rooms, and Water Storage Tanks Used in the Testing of Hydraulic Cements and
Concretes”(ASTM, 2011).
I.5.6.5.1. Cámara de inmersión
La cámara de inmersión se diseñó y construyó en el transcurso de esta
investigación; consiste en un recipiente de vidrio de 34 x 36 x 90 centímetros, con
agua saturada con cal, suficiente para cubrir las muestras, puede apreciarse en la
Fotografía No. 26. La saturación tiene una relación de 3 gramos de cal por litro de
agua con el objeto de mantener un ambiente alcalino que evite la lixiviación de las
muestras. Adicionalmente la cámara cuenta con un motor pequeño inmerso para
garantizar que el agua esté en constante movimiento.
I.5.6.5.2. Cámara de humedad
La cámara de humedad también fue diseñada y construida en el transcurso de
esta investigación; consiste en un recipiente de vidrio con dos espacios separados por
una placa con agujeros. En la Fotografía No. 27 se observa en la parte superior la
cámara de humedad y en la parte inferior la cámara de inmersión. La cámara inferior
es utilizada para el almacenamiento de agua a la temperatura ambiente. La cámara
superior se utiliza para colocar las muestras para el proceso de curado; esta cámara se
conserva a una temperatura de 22°C y no menos de 95% de humedad relativa. La
cámara inferior está equipada con una bomba hidráulica que eleva el agua hacia un
cordón superior, del cual emerge humedad mediante el rocío que se genera en
34
pequeños agujeros abiertos en el trayecto del cordón. El agua en movimiento produce
las condiciones de humedad deseadas en el medio de curado.
Fotografía No. 26. Cámara de curado por inmersión de muestras de mortero.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.6.5.3. Cámara de temperatura y humedad controlada (curado a vapor)
La cámara de temperatura y humedad controlada también fue diseñada y
construida en el transcurso de esta investigación. Consiste en un recipiente que recibe
la temperatura de una resistencia eléctrica; la temperatura se regula con unos
termostatos con indicadores electrónicos de la misma. Simultáneamente se produce
humedad en el interior mediante el almacenamiento de agua en la parte inferior.
Fotografía No. 27. Cámaras de humedad y de inmersión para curado de
muestras de morteros.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
35
El rango de operación de temperatura es de 20-70°C. La humedad relativa que
se produce internamente oscila entre 90 y 98%. Sensores adicionales fueron utilizados
para asegurar los rangos de temperatura y humedad que establecen los procedimientos
estandarizados. Esta cámara se puede observar en la Fotografía No. 28.
Fotografía No. 28. Cámara de temperatura y humedad controlada para curar
muestras de morteros elaborados con materiales volcánicos.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.6.6. Vernier electrónico
Este instrumento se utilizó para medir las dimensiones de las muestras
elaboradas en el laboratorio. La marca es Mitutoyo, tiene una capacidad de 200 mm y
una precisión de 0.02 mm. Este equipo se muestra en la Fotografía No. 29.
Fotografía No. 29. Vernier para medición de muestras de mortero.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
36
I.5.6.7. Máquina Universal
Para obtener los valores de las cargas mecánicas soportadas por los cubos de
mortero elaborados previamente y poder calcular los valores de resistencia mecánica
se utilizó una máquina universal de ensayos como puede apreciarse en la Fotografía
No. 30. Esta máquina puede realizar pruebas para la determinación de los tres tipos
de esfuerzos básicos en ingeniería de materiales. Su funcionamiento está basado en
tres sistemas de ingeniería. El primer sistema es el de aplicación de fuerzas que en
este caso es hidráulico con accionamiento eléctrico. El segundo sistema es el de
medición de las fuerzas. El tercer sistema es el de indicación de las fuerzas.
En este caso se utilizó una máquina universal de 60,000 kilogramos de
capacidad y 0.5 kilogramos de aproximación que puede apreciarse en la Fotografía
No. 30. Las escalas de 3,000; 12,000 y 60,000 kilogramos fueron utilizadas. Esta
máquina cumple con los requerimientos de la normativa internacional.
Fotografía No. 30. Máquina Universal de ensayos mecánicos del Centro de
Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de
Guatemala
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.7. Equipo utilizado para la determinación de la reactividad química
I.5.7.1. Balanzas
Para la determinación de la reactividad química se utilizaron las siguientes
balanzas:
37
Balanza marca OHAUS de 0.1 mg de sensibilidad, la cual se puede observar en
la Fotografía No.31. Se encuentra en el Laboratorio de Físico Química del
Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de
San Carlos de Guatemala –LAFIQ-CII-USAC.
Balanza marca Startorius MA 45 de 0.1 mg de sensibilidad, se puede apreciar
en la Fotografía No. 32. Se encuentra en el Laboratorio del Centro
Tecnológico de Cementos Progreso.
Fotografía No. 31. Balanza electrónica OHAUS del LAFIQ/CII/USAC.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
Fotografía No. 32. Balanza Startorius MA del CETEC.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
I.5.7.2. Muflas
Las mismas muflas indicadas en el numeral I.4.9.2.2.,fueron utilizadas para las
determinaciones de reactividad química.
38
I.6. MATERIALES UTILIZADOS EN LA INVESTIGACIÓN
I.6.1. Materia prima (materiales volcánicos en estudio)
Los materiales volcánicos utilizados en la investigación se listan en la Tabla II,
indicando el número de la muestra, la nomenclatura asignada, su procedencia y la
descripción de la muestra.
Tabla II. Identificación de los materiales volcánicos investigados.
Muestra No. Nomenclatura Procedencia Descripción OBS.
01 1 ARIS Aristondos, El
Progreso
Cenizas
volcánicas de
color blanco
Fino
02 1M Marajuma, El
Progreso
Sedimentos de
Cenizas
volcánicas de
color blanco
Fino
03 1N Nahualate, Sololá Lapilli de
pómez de color
blanco
Fino +
grueso
04 1P Palencia,
Guatemala
Lapilli de
pómez de color
blanco
Fino +
grueso
05 1R El Rancho, El
Progreso
Cenizas
volcánicas de
color rosado
Fino
06 2T Tecpán,
Chimaltenango
Bombas,
Bloques, Lapilli
y Cenizas de
Pómez de color
beige
Fino +
grueso
07 LC Patzicía,
Chimaltenango
Lapilli de
pómez de color
blanquecino
Fino +
grueso
08 SFA San Francisco El
Alto, Totonicapán
Bloques, Lapilli
y Cenizas de
pómez de color
beige
Fino +
grueso
09 SX1 Salcajá,
Quetzaltenango
Cenizas de
pómez de color
beige
Fino
10 SX2 Salcajá,
Quetzaltenango
Bombas y
Lapilli de color
blanco
Fino +
grueso
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
39
I.6.2. Materiales de laboratorio utilizados en la investigación
I.6.2.1. Cemento
Para la elaboración de algunas pastas y morteros se utilizó cemento Pórtland
gris Tipo I que satisfizo los requerimientos de ASTM C150-09 “Standard
Specification for Portland Cement” (ASTM, 2011). marca CESSA 5000, procedente
de El Salvador.
I.6.2.2. Hidróxido de Calcio
El hidróxido de calcio utilizado en la preparación de algunas pastas y morteros
fue de la marca HORCALSA, cumplió con los requerimientos de la norma ASTM
C207-06 “Standard Specification for Hydrated Lime for Masonry Purposes” (ASTM,
2011).
I.6.2.3. Áridos
En la elaboración de morteros se utilizaron áridos de composición silícea,
suministrados por la empresa U.S. Silica Company, los cuales consisten en arena
graduada estándar procedente del Rio Ottawa y que cumplió con los requerimientos de
la norma ASTM C778-06 “Standard Specification for Standard Sand” (ASTM, 2011).
I.6.2.4. Agua
En la preparación de pastas y morteros fue utilizada agua desmineralizada de la
marca SCANDIA, procedente de la Ciudad de Guatemala.
I.6.2.5. Otros materiales
En los análisis y ensayos también se utilizaron, además, los materiales y
reactivos siguientes:
Ácido Clorhídrico (HCL)
Hidróxido de Sodio (NaOH)
Nitrato Amónico (NH4NO3)
Keroseno
Reactivos Espectroquant
40
PARTE II
II.1.MARCO TEÓRICO
II.1.1.Geología de Centro América
Centro América es una región cuya corteza terrestre es especialmente
inestable, ya que se encuentra en el borde occidental de la placa tectónica del Caribe.
La subducción de la corteza oceánica de este borde, que empezó en el Mioceno, hace
25 millones de años, elevó la tierra desde el mar. En una primera etapa se formó una
península y un archipiélago. Más tarde, hace 3 millones de años, las islas dispersas se
fundieron para formar un verdadero puente de tierra, o istmo, uniendo Norteamérica y
Sudamérica. Al mismo tiempo que la subducción y la elevación, se produjeron
erupciones volcánicas y frecuentes cataclismos.
La Placa Norteamericana, la Placa del Caribe y la Placa de Cocos son las
placas tectónicas en las que se encuentra Centro América.
En la revisión bibliográfica, al inicio de la ejecución de éste proyecto de
investigación se tuvo la suerte de encontrar una copia de la segunda edición
completamente revisada del libro Geology of Central America de Richard Weyl,
fechado en 1980. No se ha encontrado otro documento que describa tan
detalladamente la geología de Centro América y en particular la de Guatemala. Se
considera que la información contenida en ese libro es sumamente importante, por lo
que se decidió hacer una traducción libre de las partes más importantes en relación
con el tema de investigación.
La primera edición de este libro apareció en idioma alemán en 1961 y fue
posteriormente traducida al idioma inglés por Derek y Jordan en Ottawa, Canada. En
esa edición Weyl señala la contribución de varios colegas suyos, dentro de los que se
mencionan a Pichler;Schmidt-Effing; Stibane y Weisemann (El Salvador); S. Bonis,
O.H. Bohnenberger y G. Dengo (Guatemala);R. Castillo, C. Dondoli, G. Escalante, R
Fisher, C. Galli y M. Sandoval (Costa Rica); D. del Giudice y G. Recchi (Panamá), así
como López Ramos (México). También menciona el apoyo prestado por sus colegas
geólogos W.A. Van Den Bold; M.J. Carr; J.E. Case; R.C. Finch; S.E. Kesler, R. D.
Krushensky; J.W. Ladd; A.R. McBirney; W. I. Rose Jr.; R.E. Stoiber; H. Williams y
W.P. Woodring.
Según Weyl (1980), la exploración geológica de Centro América se realizó en
etapas. La primera fase de la investigación geológica se realizó en el siglo XIX y
llegó hasta los primeros años del siglo XX; a esa fase la llamó la edad de los
exploradores extranjeros. Menciona que Dollfuss & Mont-Serrat (1868) viajaron por
Guatemala y El Salvador en conexión con la política americana de Napoleón III y
41
realizaron un reporte comprensible acompañado con lo que Weyl indica es a su forma
de ver el primer mapa geológico coloreado de una amplia parte de Centro América.
Unos años antes K. Von Seebach (1864/65) había realizado un estudio detallado de los
volcanes de América Central, pero no fue publicado sino hasta su muerte en 1892,
según menciona Dengo (1973), sin menospreciar las descripciones hechas con
anterioridad por otros personajes, la obra de von Seebach es indudablemente la de
mayor valor en cuanto a estudios vulcanológicos y también fue una de las primeras
investigaciones de este tipo en el mundo.
En 1873/74, William Gabb, indica Weyl (1980), exploró regiones remotas de
Costa Rica y reconoció granitos locales de la edad posterior al Mioceno y otros
geólogos que estuvieron activos en este período y quienes merecen mención fueron
Moritz Wagner (1870); Robert T. Hill (1898) y sobre todo Karl Sapper, a quien
Schuchert (1935) ha llamado muy correctamente el Padre de la investigación
geológica de Centro América. En muchas jornadas a pie o en mula, Sapper atravesó
en particular la región nor-este, acompañado solamente por unos pocos nativos;
desarrolló una concepción de la estratigrafía y la estructura, principios básicos que
permanecen hasta la actualidad; además estudió muchos de los volcanes de la región,
grabando sus hallazgos en gran número de manuscritos y mapas (1890-1937). Su
pupilo y sucesor Franz Termer, escribió una biografía de Sapper que fue publicada por
primera vez en español (1956) y más tarde en alemán (1966); conteniendo una
bibliografía de sus trabajos.
Dengo (1987) en su obra Historia del Desarrollo del Conocimiento Geológico
de América Central también menciona que la figura que más destaca en la
investigación de la geología centroamericana es indudablemente la de Karl Sapper
quien llegó a Guatemala en 1888, por residir aquí su hermano don Ricardo Sapper.
Según Dengo, las investigaciones de Sapper fueron sumamente extensas, no solo en el
sentido geográfico sino también, porque, además de geología, contribuyó a otras
ramas científicas y al levantamiento de sus propios mapas topográficos. En geología,
uno de sus mayores intereses fue el estudio de los volcanes, llegando años después a
ser una autoridad mundial en ese campo.
Según Dengo (1987), la obra Daz Antlitz der Erde (La Faz de la Tierra), escrita
por el profesor de la Universidad de Viena, Edward Suess, fue la primera en que se
compiló el conocimiento de la geología del mundo y, por ende, en ella aparece lo poco
que se sabía sobre América Central. Suess propone que el Mar Caribe fue parte del
Océano Pacífico que fueron separados por el levantamiento de América Central sobre
el nivel del mar. En otro sentido, dentro de la actual teoría de Tectónica de Placas,
este es un tópico en discusión.
Weyl (1980) citando a Loschner (1978), indica que una característica de este
primer período de exploración geológica es la universalidad de la investigación
realizada por exploradores individuales, quienes en adición a los datos geológicos,
hicieron importantes contribuciones al conocimiento de la geografía física, la flora y
la fauna y aún a la etnografía de los países que ellos visitaron. Como si no fuera
suficiente, sus mapas y pinturas del paisaje tienen una apariencia estética
extremadamente alta.
42
La exploración de la parte sur-este de América Central según Weyl (1980), se
dio por el gran ímpetu de la planeación y construcción del Canal de Panamá, un
proyecto que está basado en los trabajos de C. W. Hayes (1899); Brown & Pilsbry
(1911 a 1913); D. F. McDonald (1913 a 1919); T.W. Vaughan (1918 a 1932) y en
particular W. P. Woodring. Estos autores proporcionaron el conocimiento para
entender la estratigrafía del Terciario. Las investigaciones sobre petróleo iniciaron una
fase adicional en la exploración de los países de Centro América, cuyos resultados en
algunos reportes publicados por A. H. Redfield (1923). Sin embargo, con la
excepción de un trabajo preparado por R. A. Terry (1956), sobre la geología de
Panamá y algunas notas ocasionales, los resultados de la investigación realizada
permanecieron sin publicación.
Por otro lado, indica Weyl (1980), la investigación de metales importantes, una
cuestión estratégica durante la Segunda Guerra Mundial, permitió tener una mejor
comprensión de los depósitos de Centro América, lo cual fue reportado por Orberts &
Irving (1957), quienes reportaron al mismo tiempo una revisión de la geología de
Centro América. El reporte fue acompañado de un mapa general inicial en la escala
1:1,000,000, el cual, sin embargo, estuvo basado fundamentalmente en los mapas
dibujados por Sapper y Terry.
Las décadas que siguieron a la Segunda Guerra Mundial hasta 1980 estuvieron
marcadas por una gran variedad de iniciativas, algunas originadas por fuentes externas
y algunas por investigadores de América Central. Ese período fue notable para el
desarrollo de instituciones geológicas independientes en los países de Centro América.
Durante ese período se realizaron muchas publicaciones, incrementándose
notablemente las publicaciones en español.
En Guatemala se estableció la sede del Instituto Centroamericano de
Investigación y Tecnología Industrial (ICAITI); en 1969 el Departamento Geológico
de esa institución publicó el mapa metalogenético de Centro América es escala
1:2,000,000, que contiene un nuevo recuento de las reservas de materiales metálicos.
El mapa es al mismo tiempo un mapa geológico general. ICAITI también publicó
artículos que fueron presentados en los Congresos de Geología de Centro América.
Actualmente esa institución ya desapareció y con ella mucha información que se había
logrado.
Muchas investigaciones fueron apoyadas por Naciones Unidas y la República
Federal de Alemania que envió Misiones Geológicas de Bundesanstalf fur
Bodenforschung, a trabajar en Guatemala (1967-1970) y en El Salvador (1967-1971).
Afortunadamente los trabajos de exploración del petróleo, ayudaron
considerablemente a conocer la estratigrafía, paleogeografía y estructura de las
regiones desconocidas, particularmente el lado Caribeño de Centro América. La
cooperación con universidades de Estados Unidos condujo a realizar muchos trabajos
como tesis de maestrías y doctorados, que ayudaron a dibujar los mapas geológicos,
principalmente de Guatemala y Honduras.
Toda esta actividad evidenció la necesidad de formación de recurso humano
que desembocó en la creación de la Escuela Centroamericana de Geología, establecida
43
en la Universidad de Costa Rica, la cual fue abierta en 1970. La UNESCO y varios
países contribuyeron para mantener un equipo de profesores en los primeros años.
Muchos investigadores siguieron posteriormente, pero es importante
mencionar a Howel Williams y Alexander McBirney quienes estudiaron el
vulcanismo Terciario y Cuaternario de América Central, desde Sapper hasta las
técnicas modernas que existían en ese tiempo. Sus estudios proporcionaron una
revisión integrada de historia volcánica y su rol en la estructura de América Central.
En los últimos años, una serie de violentas erupciones volcánicas y severos
terremotos han proporcionada material de investigación adicional. Todo este material
está muy asociado a la teoría de Tectónica de Placas.
Según Weyl (1980), en la investigación realizada, Centro América se define
como el área desde el este y sur de Guatemala hasta las Tierras Bajas de Atrato en
Colombia. En esa área están las repúblicas de Guatemala, Honduras, El Salvador,
Nicaragua, Costa Rica, Panamá y Belice. Dicha área se ubica entre las longitudes 77
y 92 Oeste y las latitudes 7 y 19 Norte. Su eje longitudinal, el cual corre del Nor-
oeste al Sur-este, es de 1,800 kilómetros de longitud y su área es de 538,000
kilómetros cuadrados. Centro América puede ser dividida en dos grandes unidades
que difieren completamente una de la otra en historia geológica y estructura. Estas
unidades fueron reconocidas por Sapper, Schuchert y Stille, y los trabajos de Dengo
realizados entre 1968 y 1973, han confirmado su existencia. La parte noreste que
contiene a Guatemala, Honduras, El Salvador y la parte noreste de Nicaragua exhiben
un tipo continental del Paleozoico o rocas metamórficas aún más viejas. En el
Terciario, la parte noreste de Centro América fue el escenario de un vulcanismo
continental extremadamente violento, durante el cual grandes masas de ignimbrita
fueron extruidas. La parte sureste, desde el sureste de Nicaragua a Panamá, por otra
parte, está formado por rocas del tipo oceánico Cretásico, sobre cuyo espesor se
depositaron sedimentos marinos y volcánicos durante el Terciario.
Centro América es una región activa tectónicamente. Su estructura interna y
su morfología fueron las bases de su clasificación espacial. Según Weyl (1980), de
acuerdo con Mills et.al. (1967); Dengo (1973) y Dengo & Bohnenberger (1969), las
siguientes unidades morfotectónicas se distinguen en América Central:
1. Regiones Montañosas
Las sierras del noreste de Centro América
Las regiones y plataformas del Volcánico Terciario
Las sierras del sureste de Centro América
La cadena volcánica del Pacífico
2. Tierras bajas y regiones de bajas colinas
Las sierras bajas de Petén y la Península de Yucatán
La región costera del Golfo
La región costera del Caribe
La región costera del Pacífico
La depresión de Nicaragua
44
Weyl (1980) describe cada una de estas unidades morfotectónicas; especial
atención para el tema de esta investigación merece la Cadena Volcánica del Pacífico,
formada de volcanes cuaternarios, algunos de los cuales todavía están activos. Se
extiende desde la frontera mexicana hasta Costa Rica y continúa de manera más
dispersa hasta Panamá. Como un típico elemento estructural circun-pacífico, está
espacialmente muy cercana a la zona de actividad sísmica y presenta una característica
decisiva de subducción activa.
La estructura geológica y topográfica de la frontera del Pacífico de América
Central está formada por una larga extensión de volcanes jóvenes y en muchos casos
todavía de acción muy violenta. La cadena de volcanes alcanza los 1,100 kilómetros
casi sin interrupción desde la frontera entre México y Guatemala hasta el volcán
Turrialba en Costa Rica y de allí en adelante en intervalos de hasta 300 kilómetros
hasta Panamá. Weyl (1980) menciona que de acuerdo con Sapper (1913), 101
volcanes de primer orden pertenecen a la cadena de volcanes de Centro América. El
número se incrementa cuando se consideran los volcanes más pequeños o extintos.
Una lista preparada por Bohnenberger (1969) indica que el número de los
volcanes de varios tamaños y edades en los países de Centro América, son los
siguientes:
Guatemala 288
El Salvador 180
Honduras 18
Nicaragua 58
Costa Rica 30
Panamá 8
Resulta evidente la gran cantidad de volcanes de Centro América que se ubican
en la franja volcánica de Guatemala y El Salvador.
La investigación sistemática sobre los volcanes de Centro América inició
alrededor de la mitad del siglo 19; el principal interés estuvo enfocado en su posición,
estructura y el tipo de actividad, así como la historia registrada de su actividad.
Las características de los segmentos volcánicos individuales en Centro
América mencionados por Weyl (1980), se describen a continuación:
1. Tipos de erupciones volcánicas. El segmento en la parte central de Guatemala
es particularmente activo, mientras que los segmentos en las vecindades solo
presentan actividad sulfúrica. Algunos volcanes de Guatemala, El Salvador y
Nicaragua han combinado erupciones explosivas con la producción de flujos
de lavas, mientras que los volcanes de Costa Rica, con la excepción del
Arenal, no han producido ninguna lava en la historia pero han eructado vapor y
ceniza de las profundidades de los cráteres principales.
2. Forma y estructura de los centros volcánicos. Estos son muy similares pero
difieren de los segmentos de las vecindades. Esto está claramente expresado,
entre otras cosas, por la altura de los edificios volcánicos y por la altura de los
volcanes sobre el nivel del mar. Muchos de los volcanes grandes de Guatemala
están posicionados sobre fisuras transversales, mientras que los de la parte
45
noreste de Guatemala y El Salvador están dispuestos de manera anular. Los
volcanes de Nicaragua y de la cordillera de Guanacaste en Costa Rica forman
cadenas de volcanes individuales, mientras que los de la cordillera central en
Costa Rica están unidos en una plataforma montañosa coherente.
3. Los volúmenes de los centros volcánicos recientes y la relación de volumen a
longitud del segmento difieren sustancialmente.
4. La química de los productos volcánicos revelan diferencias de segmento a
segmento y están directamente en conexión con la discusión de su petrología.
5. Grandes edificios de complejos volcánicos (Santa María, Pacaya) se han
construido en las fronteras del segmento como un resultado de fácil ascenso
del magma.
II.1.2.Geología de Guatemala
II.1.2.1. División estructural y fisiográfica
Según Bonis (1967),Guatemala puede ser dividida estructural y
fisiográficamente en cuatro diferentes provincias (ver Figura 5), siendo ellas de sur a
norte:
1. La Superficie Costera del Pacífico
2. El Cinturón Volcánico
3. La Cordillera Central
4. Las Tierras Bajas de Petén
La Planicie Costera es de hasta 50 kilómetros de ancho, aumenta desde la
costa hasta el pie de los volcanes; su límite superior está claramente marcado por una
línea formada por la altura de 500 metros sobre el nivel del mar. A lo largo de la
franja, la planicie costera es cortada por deltas, barras de arena y esteros. Los
materiales sedimentarios provienen exclusivamente del Cinturón Volcánico y consiste
de gravas de andesitas, basaltos, dacitas, etc. Y minerales tales como plagioclasa,
silicatos basálticos y magnetita.La Planicie Costera bordea el Cinturón Volcánico
hacia el sur, es parte del aluvión de la planicie costera y se extiende sobre una longitud
de aproximadamente 700 kilómetros desde el Istmo de Tehuatepec hasta Acajutla en
El Salvador.
El Cinturón Volcánico con la cadena de volcanes Cuaternarios y activos se
localizan en la orilla sureste tendiendo del oeste sur oeste hacia el este sur este. En el
oeste termina en la frontera mexicana. En el este se extiende en la misma dirección
hacia El Salvador. Algunos de los conos y domos guatemaltecos están activos como
los volcanes de Santiaguito, Fuego y Pacaya. El Cinturón Volcánico está formado por
volcanes Cuaternarios de hasta 4,000 metros de altura, se elevan desde la Planicie
Costera. Sobre los edificios volcánicos y hacia el norte de los mismos se extiende el
área de vulcanismo Terciario conteniendo grabens rellenados con pómez.
Con sus torres volcánicas y las grandes depresiones vulcano-tectónicas
convertidas en lagos, el Cinturón Volcánico de Guatemala forma uno de los paisajes
de mayor impresión volcánica sobre la tierra, como expresara en 1722 Fray Francisco
Ximénez, de la Orden de Predicadores al referirse a los Montes y Volcanes en su
Historia Natural del Reino de Guatemala “Es cosa de alabar a la Divina Opnipotencia
ver cómo se van elevando los montes, en eminentísimas sierras y haciendo
46
profundísimos barrancos, y amenos valles, y vegas. Continuándose siempre aquestas
serranías y ligándose unas con otras, con prolongados collados que les son como
ligaduras, desollándose sobre ellos las cimas elevadas de los altísimos montes. Y
aunque por algunas partes parece que se cortan aquestas serranías, es solo por las
partes que ya corren los ríos caudalosos, pero subiendo para las cabeceras de los ríos,
se ve como se continúan entre sí, unas serranías con otras” (Ximénez, 1967).
La Cordillera Central es el núcleo de la cadena montañosa en la parte noreste
de Centro América. Consiste de una serie de montañas individuales que son separadas
unas de otras por valles o grabens en las zonas de falla. El eje del país está formado
por la Cordillera Central, la cual está construida principalmente de muchas montañas
individuales que describen un arco abierto desde el norte del Golfo de Honduras hasta
la provincia mexicana de Chiapas.
Figura 5. División estructural y fisiográfica de Guatemala
Las Tierras Bajas de Petén que están localizadas en el norte, poseen una
estructura que corre paralela a la Cordillera Central. Representan un área de bosque
tropical húmedo con elevaciones promedio de 100 metros, formadas por sedimentos
47
Mesozoicos y Terciarios levemente plegados. Sobre calizas y dolomitas Cretácicas se
desarrolló un relieve karst extenso, dando lugar a terrenos muy accidentados.
Largas zonas de falla corren paralelas a la cadena de la Cordillera Central, que
contienen la falla de Cuilco-Chixoy-Polochic, las fallas de Motagua y San Agustín y
la falla de Chamelecón. Estas fallas poseen importancia supra regional como la
frontera de zona entre las Placas Tectónicas de Norte América y El Caribe.
II.1.2.2. Placas tectónicas en Guatemala
Existe una gran interacción a lo largo de la fosa Mesoamericana, entre la Placa
de Cocos y la del Caribe. La placa de Cocos está subduciendo bajo la del Caribe (ver
Figura 6). También existe interacción entre las placas del Caribe y la placa del Norte,
esta interacción ocurre a lo largo de las fallas Polochic, San Agustín y Motagua. Los
desplazamientos relativos de las placas dan como resultado la actividad volcánica y
los movimientos telúricos.
Por esfuerzos de tensión en la corteza y como consecuencia principalmente por
los desplazamientos relativos de las placas tectónicas, se han formado fallas de menor
dimensión. Mencionando algunas de ellas: Fallas de Mixco y Santa Catarina Pínula,
Fallas de Zunil, Jalpatagua, Olintepeque, ver Figura 7.
Debido al fallamiento del país, se obtiene como resultado la formación de
estructuras especiales tales como Graben y Horst a lo largo del Cinturón Volcánico.
Un claro ejemplo de estas estructuras, es la formación de calderas por el colapso de
grandes edificios volcánicos, posteriormente algunos de ellos se convierten en lagos
tales como Atitlán y Ayarza, cabe mencionar que en Guatemala existe una orientación
casi perfecta de los edificios volcánicos.
Figura 6. Placas tectónicas presentes en Guatemala
Fuente: Instituto Nacional de Sismología, Vulcanología, Meteorología e Hidrología
(INSIVUMEH, 2010)
48
Figura 7. Mapa de fallas tectónicas de Guatemala
Fuente: Centro de Estudios Superiores de Energía y Minas (CESEM),
(Apuntes de Geología, 2005)
II.1.2.3. Volcanes de Guatemala
En el Cinturón Volcánico, de acuerdo con los diferentes investigadores, los
volcanes de mayor importancia en Guatemala son:
En la parte centro-oeste
Tacaná 4,092 m
Tajumulco 4,220 m
Siete Orejas 3,370 m
Santa María 3,772 m (Activo)
Santiaguito 2,520 m (Activo)
Cerro Quemado 3,370 m
Lago de Atitlán 1,500 m
San Pedro 3,020 m
Atitlán 3,537 m
Tolimán 3,158 m
Fuego 3,763 m (Activo)
Acatenango 3,976 m
Agua 3,766 m
Pacaya 2,552 m (Activo)
En la parte centro-este
Tecuamburro 1,840 m
49
Laguna de Ayarza 1,409 m
Moyuta 1,662 m
Jumay 2,176 m
Las Flores 1,600 m
Laguna de Retana 1,040 m
Suchitán 2,042 m
Chingo 1,775 m
Ixtepeque 1,292 m
Laguna Obrajuela 878 m
Cerro Tempisque 1,050 m
Ipala 1,650 m
De acuerdo con lo indicado por Weyl (1980), la cadena volcánica de
Guatemala, con sus montañas de más de 3,000 metros de altura y la presencia de los
lagos de Amatitlán y Atitlán, forman paisajes de extraordinaria belleza.
Adicionalmente la cadena incluye tres zonas de las más activas de América Central:
Complejo Santa María/Santiaguito, Complejo Fuego/Acatenango y Complejo Pacaya.
Según Meyer-Abich (1956), el término volcán activo comprende:
1. Volcanes que en tiempo histórico (desde la conquista) han tenido
erupciones;
2. Volcanes de los cuales no se conocen erupciones pero que manifiestan
actividad fumarólica o solfatárica y
3. Campos fumarólicos o salfatáricos independientes de los volcanes pero
genéticamente con ellos relacionados.
Así, los volcanes que han manifestado alguna actividad son los que a
continuación se mencionan (Meyer-Abich, 1956):
El Volcán Tacaná, que anteriormente se conoció con el nombre de
“Soconusco”, según Sapper (1897) en enero de 1855 se abrieron grietas en las faldas,
de las cuales emanaron vapores blancos por breve tiempo. Una actividad similar, pero
dudosa, fue reportada en el año 1878.
El Volcán Tajumulco, según Juarros (1808) estaba en actividad solfatárica
cuando los españoles llegaron a Guatemala a principios del siglo XVI, supuestas
erupciones fueron reportadas en 1865 y 1863, aunque tienen un carácter dudoso.
Algunos estudios han indicado que el Volcán Santa María llamado G'agxanul
por los k'iche'sse edificó por un período de 30,000 años. En 1902 se produjo una
catastrófica erupción de este volcán, con un lanzamiento estimado de 5.5 kilómetros
cúbicos de material piroclástico dacítico.
Desde 1922 el Volcán Santiaguito también llamado anteriormente “Hijo del
Volcán”y “Niño de Jesús”, inició su crecimiento en las faldas del Volcán Santa
María y desde entonces se mantiene en erupción y crecimiento constante hasta la
fecha. Los materiales que este volcán ha lanzado anualmente causan el asolvamiento
de los ríos aguas abajo, en las zonas cercanas a Retalhuelu, hasta el Oceáno Pacífico.
Existe un sorprendente registro de la actividad de este volcán. Un análisis del material
50
caído en San Felipe en 1902 indica una pómez con composición Óxido de Sílice
66.41%; Óxido de Aluminio 19.74%; Óxido de Hierro 1.31%; Óxido de Calcio
3.20%; Óxido de Sodio 4.41% y Óxido de Potasio 2.99%.
El volcán Cerro Quemado, a cuyos alrededores existen muchas fuentes
termales ha registrado actividad en 1785 según Dollfuss & Mont-serrat; en 1823 según
Schneider en 1911. Además se han registrado desprendimientos contínuos de humo y
columnas densas y contínuas en la cima del volcán y en por lo menos 50 fumarolas de
la falda occidental, según fue reportado por Dollfuss & Mont-serrat. Al respecto de
este volcán, Francis Gall (1966), quien fuera miembro de la Sociedad de Geografía e
Historia de Guatemala, escribió el libro “Cerro Quemado”, una obra que dicha
Sociedad decidió publicar con motivo de la conmemoración del I centenario del
nacimiento de Karl Sapper, a quien Gall dedicó la obra como Maestro de Maestros.
El volcán Atitlán, anteriormente denominado “Suchiltepéquez” o
“Zapotitlán” reporta muchas confusiones de actividad, incluso Sapper, según indica
Meyer-Abich (1956) creyó que el lago de Atitlán, así como también el lago de
Amatitlán se formaron cuando los volcanes en el lado sur se formaron, constituyendo
presas que imposibilitaban la salida de las aguas, ahora se conoce que esa opinión era
totalmente falsa, pues ellos se formaron como depresiones tectónicas bordeadas de
fallas y que su hundimiento debe haberse efectuado antes de que nacieran los
volcanes. El Volcán Atitlán es el único de los tres volcanes que bordean el lago que,
en tiempo histórico (desde la conquista), estuvo activo repetidas veces, aunque el
volcán Tolimán tuvo alguna actividad fumarólica. Las fechas probables de actividad
de este volcán están entre 1826 y 1853, aunque algunas fumarolas se reportaron en
1907, 1934 y 1948.
El volcán de Acatenango tiene dos picos y es el hermano gemelo del volcán de
Fuego. El pico sur que es la cima principal se llama también “Pico Mayor” o “Pico
Central” y el pico norte lleva también los nombres de “Yepocapa”; “Tres
Hermanas” o “Tres Marías”. Hasta 1924 no se conocía ninguna actividad histórica
de este volcán, obviando la actividad fumarólica. De 1924 a 1945 se produjeron
algunas erupciones, a partir de ese año solamente se han reportado actividades
fumarólicas en el Pico Mayor.
El Volcán de Fuego (ver Fotografía No. 33), llamado Chi’gag por los
cakchiqueles, es el volcán más activo de Guatemala, ha permanecido en actividad
desde la conquista (1524), en ese tiempo ya se mencionaba que lanzaba llamas
ardientes y rocas incandescentes. La erupción reciente más violenta parece que fue la
de septiembre de 1971, con la cual se formaron capas de arena de hasta 30 centímetros
en los alrededores. Erupciones de considerable magnitud se han llevado a cabo en las
últimas décadas. Sin ir tan lejos, la última de ellas ocurrió en septiembre de 2012.
Estas erupciones generalmente han causado graves pérdidas materiales a los
pobladores que se asientan en los alrededores.
El volcán de Agua (ver Fotografía No. 34), también llamado anteriormente
“Hunapú” por los cackchiqueles, no reporta actividad volcánica en tiempo histórico,
en sentido estricto este volcán no pertenece a los volcanes activos, pero llama mucho
la atención por ser un cono simétrico de singular belleza, cubierto hasta la cúspide por
vegetación. Además mucha discusión se generó respecto del origen de las corrientes
51
de lodo (lahars) que en septiembre de 1541 bajaron por las faldas y destruyeron la
entonces capital del Reino de Guatemala, ciudad conocida ahora como Ciudad Vieja.
Fotografía No. 33. Vista panorámica del Volcán de Fuego (Chi’gag).
Fuente: Proyecto FODECYT 023.2010
El Pacaya es un complejo de edificios volcánicos severamente fallados que se
ubica al sur de la Ciudad de Guatemala. En su estructura se encuentran domos
andesíticos y riolíticos, volcanes estrato andesíticos, conos basálticos y gruesas capas
de pómez dacítica. Existen reportes de erupciones de este volcán desde tiempos de la
conquista. En 1962 se formó un nuevo cráter de tipo Stromboniano, al principio muy
violento y más tarde moderado continuando de esta misma forma hasta la actualidad,
con ligeras alteraciones eventuales. Este volcán está generalmente en actividad
eruptiva moderada.
Fotografía No. 34. Vista panorámica del Volcán de Agua (Hunapu).
Fuente: Proyecto FODECYT 023.2010
52
El fondo del Lago de Amatitlán, que se ubica al norte del Pacaya debe ser
interpretado como una depresión volcano-tectónica y está probablemente relacionada
con la estructura del complejo Pacaya. Al igual que el Volcán de Fuego, el Volcán de
Pacaya ha causado graves destrozos materiales y víctimas humanas en sus alrededores
en los últimos años; es un volcán que permanece activo.
La actividad volcánica en la parte sur-este de Guatemala es escasa, se
identifica a esta zona como de ruina volcánica desconocida y fuertemente destruida.
La ruina volcánica se considera desde tiempos largos apagada, sin embargo, se
encuentran en las pendientes de los volcanes algunas exhalaciones volcánicas
llamadas campos solfatáricos; mofetas y fumarolas.
De toda esta actividad volcánica, gruesos espesores de pómez dacítica y
riodacítica, fueron depositadas algunas veces como tefras y otras como avalanchas y
en algunos casos redistribuidas por la acción fluvial y del viento. Esos depósitos son
característicos de las tierras volcánicas de Guatemala. Dataciones con Carbono 14
realizadas por Williams (1960) en carbón encontrado embebido en los depósitos de
materiales volcánicos han proporcionado edades de por lo menos 16,000 años,
mientras que Bonis et. al. (1969) mencionan edades de entre 31,000 a 35,000 años.
Estudios detallados realizados en estos materiales por Koch & Mclean (1975)
distinguieron entre 26 capas de tefras del Pliosceno, 4 flujos de cenizas y 4 capas de
sedimentos lacustres. Se encontró que las probables fuentes de origen de las tefras
fueron los volcanes de Pacaya, Agua, Acatenango/Fuego, y las regiones de los Lagos
de Atitlán y Laguna de Ayarza.
Los espesores encontrados fluctúan entre más de 30 metros en las tierras altas
hasta más de 100 metros en las vecindades de los volcanes. La toba incandescente
más grande se extiende por lo menos en una zona de 16,000 kilómetros cuadrados.
Depósitos muy extensos de estos materiales se encuentran en los alrededores de los
volcanes y en otras zonas alejadas donde fueron depositadas por la acción del viento o
de los ríos, como es el caso de los depósitos encontrados en Baja y Alta Verapaz, así
como en la ribera del Rio Motagua en las cercanías de El Rancho.
En cambio, el vulcanismo cuaternario de la parte sureste de Guatemala difiere
notablemente del de las partes altas (altiplano), de acuerdo por lo indicado por
Williams, McBirney & Dengo (1964), así como por Carr (1974), los volcanes activos
están en reposo. Los grandes volcanes extinguidos consisten principalmente de
fenobasaltos, pequeños conos de escoria basáltica, pero la pómez es muy rara en esas
zonas. En esos lugares se encuentran flujos y domos de obsidiana riolítica, lo cual no
se encuentra en las tierras altas de Guatemala.
La explicación de cómo se formaron las grandes cubiertas de pómez en
Guatemala es bastante compleja y una probable explicación es la que da Rose et. al.
(1977), asociando los materiales del magma con presiones de agua que se producen a
grandes profundidades. Más importante que esa explicación en este trabajo, lo
constituye el hecho que grandes áreas del territorio guatemalteco están cubiertas por
ese material, variando los espesores dependiendo de su localización.
53
II.1.3.Los materiales piroclásticos como fuente de aglomerantes
Los materiales que son producto de emanaciones del magma por medio de los
volcanes, debido a la incandescencia con que salieron a la superficie y a los gases
atrapados, así como al tipo de enfriamiento que sufrieron, dieron lugar a las pómez,
materiales catalogados como piroclastos que son fuente de compuestos sílico
aluminosos y ferrosos con probabilidades de utilizarse como aglomerantes cuando
tienen altas finezas y se combinan con hidróxido de calcio en presencia de humedad.
A esos materiales suelen llamarse puzolanas naturales de origen mineralógico.
La definición oficial de una puzolana puede encontrarse en la especificación
ASTM C618-08a: “puzolanas son materiales silicios o silico-aluminosos los cuales
por si mismos contienen poco o ningún valor cementante, pero finamente divididas y
en la presencia de humedad, reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a la
temperatura ambiente para formar compuestos que poseen propiedades cementantes”
(ASTM, 2011).
De acuerdo a la normas ASTM, las puzolanas naturales pueden ser usadas
como una adición en cemento Portland, si ellas demuestran los requerimientos físicos
y químicos establecidos. Según Day (1992) y Quiñónez (2010), muchos de esos
requerimientos presentan restricciones inapropiadas para algunos tipos de puzolanas
que han mostrado tener adecuado comportamiento para construcción de bajo costo. En
particular, es bien conocido que las puzolanas que demuestran un índice de actividad
puzolánica (PAI) con cal, menor de 5.5 MPa, pueden ser usadas para producir
materiales de construcción con aceptable resistencia y durabilidad.
La reacción más importante de las puzolanas silíceas es entre la sílice reactiva,
la cal y al agua, la cual produce hidrato silicato cálcico (Dopico et al. 2008). El
hidrato silicato cálcico (CSH) es similar al formado durante la hidratación del cemento
Portland, es un material pobremente cristalino cuya composición parece variar con el
tiempo después que inicia la hidratación. Martirena (2005) menciona que así como el
CSH, otros productos importantes de hidratación pueden incluir hidrato
carboaluminato, así como otros hidratos aluminatos cálcicos como hidrogranates.
Day (1992) y Quiñónez (2010), indican que muchos materiales volcánicos
deben su reactividad no solamente a la presencia de vidrio (formado durante el rápido
enfriamiento) sino también a la presencia de compuestos zeolíticos alterados. Tales
zeolitas tienen la forma de alkalis hidratados alumino-silicatos. Esta alteración se
debe a la acción del vapor y al dióxido de carbono debajo de la corteza de la tierra.
Martirena (2005), dice que los hidratos silicatos cálcicos han sido
referenciados como fases de “tobermorita-relativa” porque son similares al mineral
“tobermorita” encontrado en la naturaleza; sin embargo, más allá de las descripciones
verbales de productos de reacción, debe recordarse que estos productos son muy
inestables y su naturaleza depende grandemente de la composición de la puzolana que
está reaccionando.
El componente vidrio de la puzolana es responsable primariamente del
mejoramiento potencial y de las propiedades a largo plazo de materiales de
construcción. Hay dos tipos de vidrio que pueden existir en las puzolanas (Day,1992):
54
1. un vidrio silicato modificado por aluminio y hierro (la mayoría de las
puzolanas contienen este tipo de vidrio);
2. calcio, magnesio o aluminio que sustituyen al vidrio silíceo que es más
activo. Esta segunda estructura de la fase vidriosa (encontrada en
escorias y cenizas volantes de alto calcio) es relacionado al mineral
“melilita”, mientras que el primer tipo de vidrio se relaciona con la
alfa-cristobalita.
El grado de desordenamiento de un vidrio puede ser determinado por
observación de trazas de difracción de rayos X. Hay un cambio distinto en la posición
de las señales difusas que ocurren en las trazas de rayos X, como una función del
contenido analítico de CaO de la puzolana. El desplazamiento en la posición de la
cima es debido al incremento del contenido de modificadores de catión en el mismo
vidrio alumino-silicato (Hemmings, 1988).
Se dice que la mayoría de puzolanas, tanto artificiales como naturales, no
inician su contribución a mejorar las propiedades ingenieriles sino hasta el rango de 7
a 14 días después de la hechura. Por otro lado, experimentación muy cuidadosa
muestra que algunas puzolanas inician la reacción química muy cercanamente después
del contacto con el agua.
En cualquier caso, aunque la reacción inicial empiece rápidamente, el grado de
hidratación de varias puzolanas japonesas experimentadas a 180 días varía
ampliamente de solo 15% hasta 45%. Parecería que una mayor proporción de la
puzolana no toma parte en la reacción química, de manera que se está pensando que
algunos efectos benéficos de la puzolana puede ser su acción como un llenador (filler)
de vacios que como un productor de CSH.
Los aluminatos cálcicos pueden jugar un rol importante en el proceso de
reacción y, si el yeso está presente en el sistema, productos cementantes en la forma
de hidrato aluminato cálcico, hidrato gelenita, etringita e hidrato monosulfoaluminato
cálcico se formará. Los hidratos carboaluminatos cálcicos han sido también
detectados en la reacción. Los aluminatos cálcicos pueden ser aportados por el
cemento Portland, si se usa, o por la puzolana misma. En algunas puzolanas, tales
como los desechos de bauxita, los aluminatos juegan el mayor rol en la reactividad.
Hay mucha inconsistencia en los resultados de las investigaciones para
predecir el comportamiento ingenieril basado en las propiedades fundamentales de la
puzolana y aspectos fundamentales del mecanismo de hidratación, de manera que es
importante entender el proceso de hidratación como ayuda fundamental para el
desarrollo de activadores que aceleren la reacción puzolánica.
La importancia de los minerales que están presentas en pequeñas proporciones
no está claramente determinado. Sin embargo, cualquier material silíceo, si es
suficientemente fino, reaccionará con la cal; las otras impurezas, especialmente los
aluminatos y alkalis pueden jugar un rol crítico en la determinación del rango y
extensión de la reacción. La naturaleza de los gases liberados durante la solidificación
de las puzolanas en el momento de la erupción volcánica puede jugar un rol
55
determinante en la cantidad y naturaleza de esas impurezas, y en la reactividad del
material (Day,1992; Quiñónez 2010).
Ha habido muchos tipos de ensayos propuestos para determinar la reactividad
monitoreando el proceso de reacción de puzolana-cal (puzocal) o pastas de Portland-
puzolana en el tiempo. Ya que la reacción puzolánica remueve la cal libre de estos
sistemas, la forma más fácil para encontrar el proceso de reacción es monitorear la
cantidad de hidróxido de calcio libre (CH). En los sistemas Portland-puzolana la
interpretación de los resultados de los ensayos es más compleja porque el cemento
Portland contribuye a la generación de CH durante la reacción mientras que la
puzolana lo remueve (Day 1992; Quiñónez, 2010).
En el sistema puzolana-cal-agua, la formación de una micro-estructura
generadora de resistencia puede ser considerada, la cual es la misma que en el sistema
cemento Portland-agua, a pesar que esta formación generalmente ocurre a una relación
mucho más lenta. Los aluminatos cálcicos, si están presentes, reaccionarán para
formar hidratos los cuales conducen a la formación de un esqueleto sólido preliminar;
una reacción más amplia y la formación de hidrato silicato cálcico tiende a formar más
esqueleto sólido también para llenar los vacíos en el esqueleto sólido con más hidrato,
de este modo se produce el endurecimiento de la matriz cementicia. Como el CH
reacciona, el espacio ocupado por el CH será reemplazado por hidrato y este es otro
proceso de endurecimiento (Day, 1992;Quiñónez, 2010).
En el sistema cemento Portland-puzolana-agua el esqueleto inicial, el cual
causa fraguado y ganancia temprana de resistencia, es producido por la hidratación del
cemento Portland para formar CSH e hidratos sílico aluminatos. La formación de
micro-estructura a edades tempranas es casi enteramente debido al cemento Portland y
la puzolana puede ser tomada como un material inerte. A edades más tardías el rango
de reacción puzolánica llega a ser significante mientras que el rango de hidratación de
cemento Portland es pequeño o insignificante. En esta última parte cualquier poro
capilar que permanezca después de la hidratación del cemento Portland es llenado por
los productos de reacción de puzolana e hidróxido de calcio. El espacio ocupado por
el hidróxido de calcio es otra vez reemplazado por hidratos de la reacción puzolánica.
Estos mecanismos de la última parte (a) llenado y bloqueo de los poros, y (b)
reemplazo de un material débil (CH) con un material cementicio fuerte (CSH) son
particularmente los responsables de la resistencia a largo plazo y de la
impermeabilidad de materiales de construcción que son hechos con puzolanas
(Hewlett, 2004).
A pesar que la porosidad total de una pasta puzolánica es más grande que la de
una pasta de OPC a edades tempranas, con el tiempo la porosidad capilar disminuye
mientras que el espacio de poro de gel aumenta. Hay también alguna evidencia que
aún a edades más tardías el espacio de poro de gel también aumenta. Esto es un
refinamiento de la estructura de poro y es claramente responsable de ambos, la gran
disminución de la permeabilidad y el incremento significativo de la resistencia. La
efectividad de la reducción de poros grandes depende de la reactividad de la puzolana
utilizada (Mehta, 1975).
56
No obstante la amplia variedad de puzolanas y la complejidad en su
comportamiento, a nivel práctico, el ingeniero/desarrollador tiene una cantidad
sustancial de control sobre la explotación de puzolanas como materiales de ingeniería.
Con respecto a la química y mineralogía del material el desarrollador a menudo tendrá
una escogencia del depósito a ser explotado; la escogencia también dependerá en una
buena parte de la economía. Una vez que un depósito es seleccionado, la calidad del
material puede ser controlado confeccionando el tamaño de partícula y el área
superficial para obtener suficiente reactividad.
Sin embargo, el desarrollo de métodos de predicción para determinar si la
molienda mejorará la reactividad de una puzolana específica no parece estar
determinada, de manera que se debe realizar ensayos de molienda para determinar si
la inversión en el equipo de molienda podría ser justificable. En el caso de este
proyecto eso no es una limitante pues los equipos ya se tienen.
Generalmente es aceptado, después de mucha investigación durante muchos
años, que el solo análisis de óxidos en las puzolanas no puede ser muy útil en el
camino a la determinación del comportamiento ingenieril de las puzolanas.
La mineralogía y la cantidad y naturaleza de componentes de vidrio de una
puzolana es primeramente responsable para determinación de reactividad, a pesar, otra
vez, que es deseable que exista correlación con el comportamiento ingenieril (Day,
1992; Quiñónez, 2010).
La mayoría de puzolanas volcánicas se derivan de rocas geológicamente
jóvenes de formaciones Cenozoicas (Edad Terciaria, 2-65 Ma) o Cuaternarias (Edad
Cuaternaria, hasta 2 Ma). Los materiales volcánicos de Guatemala están en esos
rangos. Las puzolanas de rocas más viejas han tenido tiempo para que el vidrio
volcánico se recristalice a sustancias cristalinas más estables con el paso del tiempo y
la influencia de los procesos geológicos; como resultado, esas puzolanas parecerán ser
menos activas (Falck, 1963), aunque ello es muy discutido por otros autores en la
actualidad.
Las tobas son “rocas piroclásticas endurecidas” con un tamaño de grano
normalmente menor de 4 mm. Estas son de tres clases:
1. toba vítrea con una proporción sustancial de fragmentos de vidrio
mayor del 75%;
2. tobas cristalinas con materiales cristalinos mayores de 75%;
3. tobas líticas con fragmentos dominantes de roca cristalina. Solamente
las tobas vítreas, con alta proporción de vidrio (usualmente riolítico)
tienen alta reactividad puzolánica. Los minerales tobaceos con alto
contenido de vidrio encontrados son biotita, cuarzo, plagioclasa, augita,
albita, ortoclasa, biotita sanidina, apatita, hornblenda, muscovita,
hidrosilicato de hierro, riolita y arcillas (Falck, 1963).
Por otro lado, la andesitas, basaltos y tobas basálticas han sido comúnmente
consideradas puzolanas de inferior calidad (Mielenz, 1948). Esto no es una verdad
universal; una toba basáltica se encontró que dio concretos aceptables cuando se usó
para construcción en masa de un dique en Australia, tales concretos fueron
57
encontrados ser particularmente resistentes a la reacción alkali-agregado. Las pizarras
arcillosas son también un recurso importante de puzolanas; ellas contienen ópalo,
porcelanita, sílex y otros minerales con propiedades puzolánicas. La tierra de
diatomeas comercializado con el nombre de “Lompoc” en N. California es también
reactiva. Las puzolanas que contienen materiales zeolíticos son más a menudo
aceptados que rechazados por razones prácticas (Day, 1992; Quiñónez, 2010).
Puzolanas encontradas en diferentes localidades pueden tener similar
composición mineralógica. En una comparación de trazas de difracción de rayos X de
pómez de Guatemala, toba Boliviana y Ceniza Volante de Alberta, la similitud entre
las trazas es sorprendente; las tres puzolanas muestran una gran difusión del lomo en
las trazas que son indicativo de un alto contenido de vidrio y hay muy pocos picos
indicativos de materiales cristalinos en los materiales (Day, 1992; Quiñónez, 2010).
En resumen, no hay reglas rígidas y rápidas para determinar si de la
composición mineralógica y vidrio de una puzolana en particular, será un buen
material de construcción. Sin embargo, uno podría presumir de un examen de la
literatura que una buena puzolana con respecto a reactividad química parece ser alto
contenido de vidrio con una pequeña cantidad de material cristalino inerte o bien que
sea de intermedio a alto contenido de vidrio con una significativa proporción de
materiales cristalinos zeolíticos u opalinos. Es importante notar que una buena
reactividad química puede significar un buen comportamiento con respecto a
resistencia pero no garantiza un producto de construcción durable (Day, 1992;
Quiñónez, 2010).
Generalmente es necesario moler las puzolanas naturales para obtener
suficiente reactividad. Por consideraciones económicas es deseable, por supuesto,
localizar un material puzolánico que sea suficientemente fino en su estado natural de
manera que el área superficial esté disponible para reacción y se pueda asegurar que la
reacción puzolánica a edades tempranas sea significativa.
La indicación que un depósito es aceptable sin molienda es complicado por el
hecho que la distribución de tamaño de partículas natural de una puzolana de un
volcán variará dependiendo de la posición respecto del centro de emisión; en el caso
del Volcán St. Helen, algunos resultados prácticos indicaron que aún con una
variación del tamaño de partícula y área superficial, los índices de actividad
puzolánica (PAI) con cemento portland variaron en un rango de 38 a 69 MPa,
mientras que con cal el rango fue de 0.9 a 4.4 MPa (Day, 1992; Quiñónez, 2010).
En algunas puzolanas, el tamaño de partícula y el área superficial serán
únicamente indicadas a causa de que las partículas no tienen una porosidad inherente
sustancial. En muchas otras puzolanas, sin embargo, las partículas tienen una
estructura de poro interno y de allí que exhiban un área superficial mucho más grande
que podrían ser predichas de la distribución de tamaño de partícula.
Los investigadores han recomendado métodos de ensayo para ser capaces de
predecir la reactividad por muchos años. En América la falta de un método adecuado
para medir la actividad ha ocasionado la preparación de normas ASTM para cementos
puzolánicos.
58
Parece que cada material requiere ensayos exhaustivos, después de lo cual
puede ser posible desarrollar un método rápido empírico para propósitos de control de
lo que uno desea controlar; intentos para indicar la reactividad sobre la sola base
química o mineralógica han probado ser fracasos. Los exámenes petrográficos, el
análisis de rayos X y el análisis diferencial termal son tres métodos sofisticados que
darán una indicación general del potencial puzolánico de una materia prima, los
resultados altamente positivos serán suficientes para justificar el costo del equipo si no
está disponible.
Donde se dispone de análisis de rayos X, algunas investigaciones han mostrado
que un índice basado en difractómetro de rayos X puede ser desarrollado, lo cual da
una buena correlación con la resistencia mecánica.
En la actualidad se reconoce en Europa y está siendo reconocido en Norte
América, que el desarrollo de mejores normas para materiales debe estar centrado en
los ensayos de comportamiento más que en límites de las propiedades básicas, tales
como la química, fineza, etc. Las normas de comportamiento están llegando a ser
inminentes porque más materiales diversos y combinaciones de materiales están
siendo usados para producir productos de construcción satisfactorios; solamente las
normas de comportamiento (rendimiento) pueden esperarse que incluyan a todos esos
tipos de materiales incluyendo materiales hechos con puzolanas naturales, ellas dicen
que la “calidad de una puzolana natural o artificial para cemento puzolánico debe
ser evaluada por ensayos de resistencia”(Day, 1992; Quiñónez, 2010).Esta
aseveración se ha corroborado en varios estudios y es fundamental para el diseño de
esta propuesta de investigación.
De acuerdo con lo indicado por Soriano (2007), el término actividad
puzolánica incluye dos parámetros, la cantidad de cal combinada con la puzolana y la
velocidad a la cual se ha consumido dicha cal. Ambos factores dependerán de la
naturaleza de las puzolanas y más concretamente de la calidad y cantidad de las fases
activas. En general se considera que la cantidad de cal fijada depende de:
1. la naturaleza de las fases activas
2. el contenido en puzolana
3. el contenido de SiO2 y Al2O3 vítreo
4. la relación cal/puzolana de la mezcla
5. la edad de curado.
Mientras que la velocidad de combinación depende de:
1. la superficie específica de la puzolana
2. la relación agua/ sólido
3. la temperatura.
La reactividad, y la falta de utilidad, de muchas puzolanas naturales
inadecuadas puede ser mejorada por métodos simples, todos involucran un incremento
en el costo del material. Sin embargo, bajo muchas circunstancias el beneficio de una
puzolana puede involucrar solamente una pequeña cantidad de energía extra y así el
uso de tales puzolanas pueden llegar a ser más baratas que otros materiales
alternativos. Los métodos que se ha revisado son: molienda, calcinación
59
(especialmente con respecto a arcillas y ceniza de cascabillo de arroz), curado con
calor y mejoramiento de la reactividad por medio de la adición de activadores
químicos.
II.1.4.Normativa internacional
En las normas internacionales que se utilizan para la caracterización de este
tipo de materiales y en el registro de su reactividad por procedimientos físicos,
químicos y mecánicos son muy variadas. En América, en algunos países se utilizan
normas locales, sin embargo, generalmente toman como base las normas ASTM
(American Society for Testing Materials). Los trabajos precedentes han permitido la
identificación de una serie de normas que se consideran oportunas para esta
investigación. El listado de normas de la Sociedad Americana para el Ensayo de
Materiales que se presenta a continuación es básico para los propósitos de este trabajo;
se indica el número de cada norma, así como su nombre y su objetivo de una manera
somera.
1. ASTM C25-06 “Test Methods for Chemical Analysis of Limestone, Quicklime,
and Hydrated Lime”. Este método abarca todos los análisis químicos de
contenido de calcio de cal dolomítica, cal viva e hidratada.
2. ASTM C50-00 “Practice for Sampling, Sample Preparation, Packing, and
Marking of Lime and Limestone Products”. Esta práctica trata los
procedimientos para la recolección, empaque y marcado de productos de cal y
piedra caliza que se utilizarán para las pruebas físicas y químicas.
3. ASTM C51-07 “Terminology Relating to Lime and Limestone (as used by the
Industry)”. Esta terminología se refiere a la cal y piedra caliza, como es
utilizada en la industria.
4. ASTM C109-08“Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars”. Este
método se utiliza para determinar la resistencia a compresión de morteros de
cemento hidráulico, usando especímenes cúbicos de 2 pulgadas (50 mm) de
arista.
5. ASTM C110-09a “Standard Test Methods for Physical Testing of Quicklime,
Hydrated Lime, and Limestone”. Este método describe los ensayos para la
caracterización física de cal viva, cal hidratada y piedra caliza.
6. ASTM C114-10aStandard test methods for chemical analysis of hydraulic
cement. Estos métodos de ensayo abarcan los análisis químicos de cementos
hidráulicos.
7. ASTM C125-10a“Terminology Relating to Concrete and Concrete
Aggregates”. Esta norma es una recopilación de definiciones de los términos
tal como se usan en las normas bajo la jurisdicción del Comité C09.
8. ASTM C150-09 “Standard Specification for Portland Cement”.Esta
especificación trata sobre diez tipos de cemento Portland.
60
9. ASTM C188-09 “Standard test method for density of hydraulic cement”. Este
método de ensayo presenta la información para la determinación de la
densidad del cemento hidráulico.
10. ASTM C204-07 “Standard test methods for fineness of hydraulic cement by
air-permeability apparatus”.Este método de ensayo abarca el tema de la
determinación de la finura del cemento hidráulico, utilizando el aparato de
permeabilidad al aire de Blaine, en términos de la superficie específica
expresados como área de superficie total, en centímetros cuadrados por gramo,
o metros cuadrados por kilogramo.
11. ASTM C207-06 “Standard Specification for hydrated lime for masonry
purposes”. Esta especificación contempla cuatro tipos de cal hidratada. Tipo
N y S para uso en mortero, estuco y adición al concreto de cemento Portland.
Y tipos de NA y SA cales hidratadas adecuadas para cualquiera de los usos
anteriores.
12. ASTM C230M-08 “Standard Specification for Flow Table for Use in Test of
hydraulic Cement”. Esta especificación cubre los requisitos para la tabla de
flujo y dispositivos auxiliares utilizados en las pruebas de flujo, para mantener
la coherencia de los morteros en las pruebas de cemento hidráulico
13. ASTM C305-06“Standard Practice for Mechanical Mixing of Hydraulic
Cement Pastes and Mortars of Plastics Consistency”.Esta norma se refiere al
mezclado mecánico de pastas de cemento hidráulico y morteros de
consistencia plástica.
14. ASTM C311-07“Standard Test Methods for Sampling and Testing Fly Ash or
Natural Pozzolans for Use in Portland-Cement Concrete”. Éstos métodos de
ensayo cubren procedimientos de muestreo y ensayo de ceniza volante y
puzolanas naturales o calcinadas para uso en concreto de cemento portland.
15. ASTM C430-08 “Standard Test Method for Fineness of Hydraulic Cement by
the 45-µm (no. 325) sieve”. Este método de ensayo comprende la
determinación de la finura del cemento hidráulico por medio del tamiz No.
325 (45 - μm).
16. ASTM C511-09 “Standard Specification for Mixing Rooms, Moist Cabinets,
Moist Rooms, and Water Storage Tanks Used in the Testing of Hydraulic
Cements and Concretes.”Esta especificación incluye requisitos para cuartos de
mezclado, donde pasta y probetas de mortero se preparan; armarios húmedos,
cuartos húmedos y los tanques de almacenamiento de agua donde las muestras
de las pastas, los morteros, los hormigones se almacenan.
17. ASTM C593-06Standard Specification for Fly Ash and Other Pozzolans for
Use with Lime for Soil Stabilization. Esta norma cubre la calificación de ceniza
volante y otras puzolanas para uso con cal en mezclas plásticas, no-plásticas y
otras mezclas en que se produce reacción puzolánica requerida para
estabilización de suelos. Las puzolanas pueden ser artificiales como la ceniza
61
volante y naturales como la diatomita y la pumicita, ya sea en estado natural o
calcinado.
18. ASTM C595-06 “Specification for Blended Hydraulic Cements”.Esta
especificación se refiere a cementos hidráulicos para aplicaciones generales y
especiales, utilizando escoria, puzolana, caliza, o alguna combinación de estos,
con el cemento portland o clinker de cemento portland o escoria con cal.
19. ASTM C618-08a“Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or
Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete”. Esta especificación trata
sobre la ceniza volante de carbón y la puzona natural en crudo o calcinada
para su uso en concreto, donde se desee una acción cementicia o puzolánica, o
ambas, o donde pueda desearse alguna otra propiedad normalmente atribuida
a la ceniza volante o a las puzolanas, o donde se pretenda alcanzar ambos
objetivos.
20. ASTM C778-06“Standard Specification for Standard Sand”. Esta
especificación trata sobre la arena estándar para su uso en el ensayo de
cementos hidráulicos.
21. ASTM C821-09 “Standard Specification for Lime for Use with Pozzolans”.
Esta especificación cubre todos los tipos de cal hidratada comercial para uso
con puzolanas, tales como: altamente cálcica; magnesiana o cal hidratada
dolomítica.
22. ASTM C1005-10 “Specification for Reference Masses and Devices for
Determining Mass and Volume for Use in the Physical Testing of Hydraulic
Cements”.Esta especificación cubre los requisitos mínimos de las escalas,
balanzas, y masas de referencia utilizadas en las pruebas físicas de los
cementos hidráulicos.
23. ASTM C1157M-10 “Standard Performance Specification for Hydraulic
Cement”. Esta especificación cubre los cementos hidráulicos para aplicaciones
generales y especiales. No hay restricciones en la composición del cemento o
de sus constituyentes.
24. ASTM C1329-05 “Specification for Mortar Cement”. Esta especificación
considera 3 tipos de morteros de cemento, para su uso donde se requiera
mortero para albañilería.
25. ASTM C1437-07 “Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement
Mortar”. Este método de ensayo cubre la determinación del flujo de morteros
de cemento hidráulico.
26. ASTM SI10-02 IEEE/ASTM SI10 “Standard for Use of the International
System of Units (SI): The Modern Metric System”. Este documento hace
hincapié en el uso del Sistema Internacional de Unidades (SI) que es el sistema
métrico moderno e internacionalmente aceptado.
62
PARTE III
III.1. RESULTADOS
III.1.1. Resultados de la ubicación y cuantificación de la materia prima
Para la ubicación de los lugares donde se encuentran las materias primas
potenciales se utilizaron los mapas geológicos que el Instituto Geográfico Nacional
(IGN) tiene a disposición. Los mapas fueron escaneados para su mejor manejo. En la
Tabla III.se listan los mapas utilizados, con su nombre, hoja de referencia y escala
correspondiente.
Tabla III. Mapas Geológicos utilizados en la investigación para determinar la
ubicación de la materia prima (materiales volcánicos).
Mapa Hoja de Referencia Escala
Chiantla 1962 III G 1 : 50,000
Cubulco 2061 II 1 : 50,000
Los Pajales 2061 I G 1 : 50,000
Barrillas 1963 III 1 : 50,000
Amatitlán 2059 II G 1 : 50,000
Chiquimula ND 16 – 5 G 1 : 250,000
Cobán 2162 III G 1 : 50,000
Cuilapa 2158 IV G 1 : 50,000
Guatemala ND – 15 – 8 – G 1 : 250,000
Nebaj 1962 II G 1 : 50,000
Quetzaltenango ND 15 – 7 G 1: 50,000
Sanarate 2160 II G 1 : 50,000
Red Vial Guatemala 1 : 750,000
Tactic 2161 IV G 1 : 50,000
Tiritibol 2062 II G 1 : 50,000
Tucurú 2161 I G 1 : 50,000
Fuente: Instituto Geográfico Nacional (IGN), 2011
63
Tabla IV. Áreas de material volcánico potencialmente disponible para utilizarse
como puzolana mineral.
Departamento ID
A
AREA
(KM2)
ESTRATO
APROX. (KM)
VOLUMEN APROXIMADO
(KM3)
HUEHUETENANG
O
H1 5.7 0.05 0.28
H2 51.6 0.05 2.58
H3 3.9 0.05 0.20
H4 48.0 0.05 2.40
QUICHE Q1 21.2 0.05 1.06
Q2 246.4 0.05 12.32
SAN MARCOS SM1 65.4 0.05 3.27
QUETZALTENAN
GO
QZ1 53.4 0.05 2.67
QZ2 40.0 0.05 2.00
QZ3 92.1 0.05 4.61
TOTONICAPAN T1 461.5 0.05 23.07
T2 51.8 0.05 2.59
SOLOLA
S1 221.6 0.05 11.08
S2 30.5 0.05 1.53
S3 13.3 0.05 0.67
S4 5.1 0.05 0.25
SUCHITEPEQUEZ SQ1 1442.3 0.05 72.11
ESCUINTLA E1 6.2 0.05 0.31
CHIMALTENANG
O CH1 798.3 0.05 39.92
GUATEMALA G1 1385.2 0.05 69.26
JUTIAPA J1 64.8 0.05 3.24
EL PROGRESO P1 93.7 0.05 4.68
BAJA VERAPAZ BJ1 155.3 0.05 7.77
ALTA VERAPAZ AV1 43.2 0.05 2.16
AREA TOTAL 5,400.3 km2
VOLUMEN APROX. TOTAL 270.017 km3
Nota: Los volúmenes pueden fácilmente estar influenciados por los valores de los estratos
asumidos, así por ejemplo, si se estimara un estrato promedio de 150 metros, entonces los
volúmenes podrían triplicarse. Esta situación únicamente podría verificarse con equipos
sofisticados de emisión de ondas, los cuales son muy costosos; aún ellos mismos tienen
limitaciones de alcance.
Fuente: Rosales Rivas, 2012
64
El procesamiento de la información de los mapas geológicos proporcionó las
áreas que abarca cada región. Las regiones fueron delimitadas por la cantidad de
material volcánico importante para este estudio, que se encuentra en cada
departamento. Con los datos obtenidos se realizó un cálculo aproximado de los
volúmenes de la materia prima. Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla IV,
indicando el Departamento, la identificación del área, el área en kilómetros cuadrados,
el espesor de estrato asumido y el volumen aproximado en kilómetros cúbicos.
Figura 8. Disposición de material volcánico susceptible de ser utilizado como
puzolana para elaboración de aglomerantes.
Fuente: Rosales Rivas, 2012
65
El mapa de disposición geográfica de estos materiales se presenta en la Figura
8, para observar en detalle este mapa y otros adicionales se sugiere consultar los
trabajos de graduación de los ingenieros civiles Víctor Rafael Rosales Rivas y Luis
Alfredo Ochoa Marroquín, los cuales se anexan a los archivos electrónicos de este
informe.
III.1.2. Resultados de la identificación de los materiales volcánicos seleccionados
La información de los lugares seleccionados para la obtención de las muestras
se presenta a continuación, indicando características del lugar, identificación de la
muestra, coordenadas de ubicación, altura sobre el nivel del mal y una breve
descripción del tipo de material.
III.1.2.1. Muestra No. 1
Lugar: Km. 100 carretera departamental 7, CA14 –
Morazán.
Identificación Muestra: 1ARIS
Coordenadas: N 14° 56’ 46.4” .
W 90° 07’ 33.1”
Elevación: 356 msnm
Descripción: Muchos cerros de ceniza con cortes expuestos de
15 m de espesor aproximadamente. No se pudo
observar la capa de color rosado que se observó
en los otros lugares. Se encontró ceniza expuesta
capa vegetal de 15 cm con material fino y arena
pómez. Ilustración del banco de este material se
observan en la Fotografía No. 35.
Fotografía No. 35. Panorámica de un cerro de material volcánico de donde se
obtuvo la muestra 1ARIS.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2012
III.1.2.2. Muestra No. 2
Lugar: Km. 95.4 carretera departamental 7, CA14 –
Morazán.
66
Identificación Muestra: 1M
Coordenadas: N 14° 55’ 46.74”
W 90° 06’ 27.78”
Altura: 368 msnm Descripción: Capa de material sedimentario de la superficie
hacia arriba, debajo de las cuales subyace un
banco de pómez compuesto de ceniza y arena.
Existen muchos cerros alrededor de este material
y se toma como referencia para el banco
muestreado el cementerio Marujama a la orilla de
la carretera. Ilustraciones del banco de este
material se observan en la Fotografía No. 36.
Fotografía No. 36. Panorámica de un cerro de material volcánico de donde se
obtuvo la muestra 1M.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
III.1.2.3. Muestra No. 3
Lugar: Km. 160 carretera CA-1
Identificación Muestra: 1N
Coordenadas: N 14° 50’ 02.2”
W 91° 19’ 51”
Altura: 2495 msnm
Descripción: Estrato de 1-2 metros de espesor
fundamentalmente de lapilli de pómez blanca que
subyace a un estrato de paleosuelo de color café
de aproximadamente 1-2 metros de espesor,
como puede apreciarse en la Fotografía No. 37.
67
III.1.2.4. Muestra No. 4
Lugar: Km. 22 Carretera Departamental 6, CA-9-
Palencia
Identificación Muestra: 1P
Coordenadas: N 14° 41’ 52.44”
W 90° 22’ 21.84”
Fotografía No. 37. Banco de material volcánico
de donde se obtuvo la muestra 1N.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
Altura: 989 msnm
Descripción: Gran estrato de bloques, lapilli y ceniza de color
blanco-beige en espesor que aflora a simple vista
de aproximadamente 15-20 metros sobre la
superficie. Ver Fotografía No. 38.
Fotografía No. 38. Banco de material volcánico
de donde se obtuvo la muestra 1P.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
68
III.1.2.5. Muestra No. 5
Lugar: Km. 84 Carretera CA-9
Identificación Muestra: 1R
Coordenadas: N 14° 54’ 46.4”
W 90° 01’ 12.6”
Altura: 350 msnm
Descripción: Estrato de color rosado expuesto en una altura
aproximadamente de 4 metros sobre la superficie,
fácilmente extraíble. Lapilli y ceniza de pómez.
En la parte superior sedimentos en capas que
oscilan entre 50 centímetros y 1 metro de
espesor. Ver Fotografía No. 39.
Fotografía No. 39. Banco de material volcánico
de donde se obtuvo la muestra 1R.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
III.1.2.6. Muestra No. 6
Lugar: Km. 86.3 Carretera CA-1
Identificación Muestra: 2T
Coordenadas: N 14° 45’ 23.7”
W 90° 58’ 32.8”
Altura: 2347 msnm
Descripción: Estrato de color blanco-beige, cenizas, lapilli,
bombas y bloques en espesores que afloran sobre
la superficie de aproximadamente 15-25 metros.
Ver Fotografía No. 40.
III.1.2.7. Muestra No. 7
Lugar: Km. 76.8 Carretera CA-1, en el trayecto que de
Patzicía conduce a Patzún.
Identificación Muestra: LC
Coordenadas: N 14° 39’ 34.2”
W 90° 58’ 17.7”
69
Altura: 2099 msnm
Descripción: Estrato de lapilli de pómez + ceniza de color
blanco intenso, en espesores que afloran de la
superficie de 15-20 metros. Ver Fotografía No.
41.
Fotografía No. 40. Banco de material volcánico
de donde se obtuvo la muestra 2T.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
Fotografía No. 41. Banco de material volcánico
de donde se obtuvo la muestra LC.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
III.1.2.8. Muestra No. 8
Lugar: Km. 187.3 Carretera CA-1, muy cerca de la
entrada a San Francisco El Alto.
Identificación Muestra: SFA
Coordenadas: N 14° 55’ 40.2”
70
W 91° 26’ 21.8”
Altura: 2442 msnm
Descripción: Estrato de ceniza, lapilli, bloques y bombas de
pómez de color blanco-beige, en espesores que
afloran de la superficie de 8-12 metros, sobre el
cual se puede ver un estrato de color rosado-
salmón de aproximadamente 2-3 metros de
espesor y subyace a un estrato de paleosuelo de
aproximadamente 1-2 metros de espesor. Ver
Fotografía No. 42.
Fotografía No. 42. Banco de material volcánico
de donde se obtuvo la muestra SFA.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
III.1.2.9. Muestra No. 9
Lugar: Aproximadamente a 5 kilómetros que de la
Carretera CA-1 conduce a Salcajá.
Identificación Muestra: SX1 (corresponde a bombas y bloques)
Coordenadas: N 14° 51’ 37.5”
W 91° 28’ 20.4”
Altura: 2350 msnm
Descripción: Estrato de ceniza, lapilli, bloques y bombas de
pómez de color blanco-beige, en espesores que
afloran de la superficie de 10-15 metros, sobre el
cual se puede ver un estrato de color café de
aproximadamente 20-50 centímetros de espesor.
Ver Fotografía No. 43.
71
Fotografía No. 43. Banco de material volcánico
de donde se obtuvieron las muestrasSX1 y SX2.
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
III.1.2.10. Muestra No. 10
Lugar: Aproximadamente a 5 kilómetros que de la
Carretera CA-1 conduce a Salcajá.
Identificación Muestra: SX2 (corresponde a cenizas y lapilli)
Coordenadas: N 14° 51’ 37.5”
W 91° 28’ 20.4”
Altura: 2350 msnm
Descripción: Estrato de ceniza, lapilli, bloques y bombas de
pómez de color blanco-beige, en espesores que
afloran de la superficie de 10-15 metros, sobre el
cual se puede ver un estrato de color café de
aproximadamente 20-50 centímetros de espesor.
Ver Fotografía No. 43.
III.1.3. Resultados de la caracterización física de los materiales volcánicos
seleccionados
Los resultados de la caracterización física de los materiales volcánicos,
realizada de acuerdo con lo indicado en el numeralI.4.3. de este informe,se resume en
las TablasV y VI. El detalle de los resultados y su análisis estadístico se puede
consultar en el los trabajos de graduación de los ingenieros civiles Víctor Rafael
Rosales y Luis Alfredo Ochoa que se adjuntan en los archivos electrónicos de este
informe (ver Anexos IV.4.2. y IV.4.3.).
El resultado del análisis de distribución de tamaño de partículas con láser
realizados en la muestra 1R en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón –
ICITECH-, de la Universidad Politécnica de Valencia –UPV-, se presenta en la
Figura 9.
72
Tabla V. Resultados de la caracterización física de los materiales volcánicos.
Muestra
No.
Nomen-
clatura
%
Humedad
% pasa
tamiz
¼”
% pasa
tamiz No.
30
% pasa
tamiz No.
200
% pasa
tamiz No.
325, 3 (h)
01 1 ARIS 19.7 99.8 89.0 25.1 99.4
02 1M 10.0 100.0 73.0 11.7 99.2
03 1N 32.2 54.0 39.0 5.3 99.6
04 1P 16.7 85.1 60.0 20.8 99.8
05 1R 12.1 99.2 93.0 38.2 99.4
06 2T 31.8 83.0 72.5 22.1 99.2
07 LC 9.1 83.5 65.3 20.8 99.2
08 SFA 4.55 88.4 75.8 31.3 99.6
09 SX1 25.2 73.2 61.3 29.5 99.3
10 SX2 10.6 99.7 62.5 31.5 98.3
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
III.1.4. Resultados de la caracterización mineralógica de los materiales volcánicos
seleccionados
III.1.4.1. Caracterización mineralógica con microscopio estereoscópico
Los resultados de la caracterización mineralógica de los materiales volcánicos,
realizada de acuerdo con lo indicado en el numeral I.4.4. de este informe, se
presentan en las Tablas VII-XVI. En cada caso se indica el color, estructura, brillo,
nombre, composición química y composición mineralógica.
73
Tabla VI. Resultados de caracterización física de los materiales volcánicos.
Muestra
No.
Nomen-
clatura
Densidad
(g/cm3)
S.E.
cm2/g
F.S. en
Agua
%
Pérdida por
Ignición %
Color
01 1 ARIS 2.39 4212 3.03 blanco
02 1M 2.55 4612 1.87 beige
03 1N 2.52 5469 1.67 blanco
04 1P 2.83 5086 2.47 blanco
05 1R 2.38 4274 2.60 rosado
06 2T 2.38 3619 2.75 beige
07 LC 2.39 3220 3.14 beige
08 SFA 2.36 3036 2.26 Rosado-blanco
09 SX1 2.46 ---- 2.32 blanco
10 SX2 2.43 4059 2.09 blanco
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
Tabla VII. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 1, 1ARIS.
Color Blanquecino-beige
Estructura Granular
Brillo No metálico
Nombre Material de origen igneo
Composición química Silícico-Siálico (SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotita), componentes líticos escasos
(Basaltos/Andesita), Pómez, Hornblendas
escasas, abundante Vidrio y Cuarzo.
Fuente: Quiñónez 2012
74
Figura 9. Ejemplo de gráfica de distribución de partículas en muestras de
materiales volcánicos, utilizando la técnica de Rayos Láser, en este caso para la
muestra 1R, con indicación de los porcentajes contenidos en cada tamaño, en este
caso por volumen
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
75
Tabla VIII. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 2, 1M.
Color Blancuzco
Estructura Granular
Brillo No metálico
Nombre Material de origen igneo
Composición química Silícico-Siálico (SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotitas), Hornblendas escasas, se
encontró Pirita (1 fragmento), abundante
Vidrio y Cuarzo.
Fuente: Quiñónez 2012
Tabla IX. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 3, 1N.
Color Blanco
Estructura Granular
Brillo No metálico
Nombre Material de origen ígneo
Composición química Silícico-Siálico ((SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotita) escasas, Pómez, abundante
Vidrio y Cuarzo
Fuente: Quiñónez 2012
TablaX. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 4, 1P. Color Blanco
Estructura Granular
Brillo No metálico
Nombre Mineral de origen ígneo
Composición química Silícico-Siálico ((SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotitas) escasas, componentes líticos
escasos, (Basaltos/Andesita), Pómez,
Hornblendas abundante Vidrio y Cuarzo.
Fuente: Quiñónez 2012
Tabla XI. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 5, 1R.
Color Rosado
Estructura Granular fino
Brillo No metálico
Nombre Mineral de origen igneo
Composición química Silícico-Siálico (SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotitas) escasas, Pómez, abundante
Vidrio y Cuarzo.
Fuente: Quiñónez 2012
76
Tabla XII. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 6, 2T.
Color Blanco
Estructura Granular
Brillo No metálico
Nombre Mineral de origen ígneo
Composición química Silícico-Siálico (SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotitas) escasas, Pómez, abundante
Vidrio y Cuarzo.
Fuente: Quiñónez 2012
Tabla XIII. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 7, LC.
Color Blanco
Estructura Granular
Brillo No metálico
Nombre Material de origen ígneo
Composición química Silícico-Siálico (SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotitas) escasas, Pómez, abundante
Vidrio y Cuarzo.
Fuente: Quiñónez 2012
Tabla XIV. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 8, SFA.
Color Gris claro – Blanquecino
Estructura Granular
Brillo No metálico
Nombre Material de origen ígneo
Composición química Silícico-Siálico (SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotitas), componentes líticos
(Basaltos/Andesita), abundante Vidrio y
Cuarzo.
Fuente: Quiñónez 2012
Tabla XV. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 9, SX1.
Color Blanquecino-beige
Estructura Granular
Brillo No metálico
Nombre Material de origen ígneo
Composición química Silícico-Siálico (SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotitas) escasas, Hornblendas
escasas, abundante Vidrio y Cuarzo.
Fuente: Quiñónez 2012
77
Tabla XVI. Resultado de la observación en el microscopio estereoscópico de la
muestra No. 10, SX2.
Color Blanco
Estructura Granular
Brillo No metálico
Nombre Material de origen ígneo
Composición química Silícico-Siálico (SiO2 + 65%)
Composición mineralógica Micas (Biotitas) escasas, Pómez,
Hornblendas, se encontró Calcita (1
fragmento), abundante Vidrio y Cuarzo.
Fuente: Quiñónez 2012
III.1.4.2. Caracterización mineralógica con equipo de Difracción de Rayos X
Los resultados de la caracterización mineralógica obtenidos por la técnica de
Difracción de Rayos X en los laboratorios del Instituto de Ciencia y Tecnología del
Hormigón –ICITECH- de la Universidad Politécnica de Valencia –UPV-, se presentan
en las Figuras 10-13, en cada caso se identifica el número de la muestra y la
nomenclatura adoptada.
III.1.5. Resultados de la caracterización química de los materiales volcánicos
seleccionados
III.1.5.1. Resultados de la caracterización química utilizando Fluorescencia de Rayos
X (FRX)
Los resultados de la caracterización química de los materiales volcánicos,
realizada de acuerdo con lo indicado en el numeral I.4.5. de este informe, se presenta
en la Tabla XVII. Se indica el banco y su nomenclatura, contenido de óxido de sílice,
óxido de aluminio, óxido de hierro, óxido de calcio, óxido de magnesio, óxido de
potasio, óxido de sodio y trióxido de azufre.
III.1.5.2. Resultados de la caracterización química por Fotometría
Los resultados de la caracterización química de los materiales volcánicos,
realizada de acuerdo con lo indicado en el numeral I.4.5. de este informe, se presenta
en la Tabla XVIII. Se indica el banco y su nomenclatura, contenido de óxido de
sílice, óxido de aluminio, óxido de hierro, óxido de calcio, óxido de magnesio.
78
Figura 10. Difractograma de Rayos X de la Muestra No. 1 (1ARIS)
Fuente: Quiñónez 2012
Figura 11. Difractograma de Rayos X de la Muestra No. 2 (1M)
Fuente: Quiñónez 2012
79
Figura 12. Difractograma de Rayos X de la Muestra No. 3 (1N)
Fuente: Quiñónez 2012
Figura 13. Difractograma de Rayos X de la Muestra No. 4 (1P)
Fuente: Quiñónez 2012
80
Tabla XVII. Caracterización química por Fluorescencia de Rayos X (FRX)
(% en masa, CETEC).
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
Tabla XVIII. Caracterización química por Fotometría Nova 60 (% masa)
BANCO No. y Nomenclatura
%SiO2 %Al2O3 %Fe2O3 %CaO %MgO
MEDIA MEDIA MEDIA MEDIA MEDIA
1 (1ARIS) 70.41 13.10 1.30 1.35 0.02
2 (1M) 67.98 15.2 2.84 2.01 0.22
3 (1N) 72.26 13.15 2.15 3.05 0.02
4 (1P) 72.52 13.51 2.16 1.60 0.03
5 (1R) 74.2 12.24 1.64 1.65 0.13
6 (2T´) 70.19 13.87 1.55 2.72 0.01
7 (LC) 71.98 12.81 0.91 2.37 0.02
8 (SFA) 70.26 11.11 1.64 2.2 0.02
9 (SX1) 73.05 12.11 2.27 2.17 0.01
10 (SX2) 72.22 13.67 1.85 2.07 0.01
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
III.1.6. Resultados de la caracterización física y química del hidróxido de calcio
Los resultados obtenidos de la caracterización física y química del hidróxido de
calcio utilizado, se presentan en la Tabla XIX. Los análisis fueron realizados de
acuerdo con lo indicado en el numeral. I.4.6.
BANCO No. y Nomenclatura %SiO2 %Al2O3 %Fe2O3 %CaO %MgO %K2O %Na2O %SO3
1 (1ARIS) 73.3 13.08 1.48 0.86 0 4.23 2.55 0.01
2 (1M) 70.42 13.86 2.8 1.57 0 2.91 3.54 0
3 (1N) 73.89 15.18 2.49 2.35 0 2.5 3.57 0.01
4 (1P) 73.61 13.6 1.45 1 0 3.62 3.78 0.01
5 (1R) 74.58 13.27 1.3 0.82 0 3.54 3 0
6 (2T) 72.46 13.74 1.87 2.16 0 2.81 3.58 0.05
7 (LC) 74.23 13.61 1.07 1.64 0 3.35 3.26 0
8 (SFA) 73 13.93 1.77 1.34 0 3.6 3.38 0
9 (SX1) 72.95 13.85 2.05 1.61 0 3.09 3.48 0.05
10 (SX2) 73.74 14.4 2.3 1.63 0 3.29 3.84 0.01
81
Tabla XIX. Resultados del análisis de laboratorio del Hidróxido de Calcio
utilizado en la reactividad química de los materiales volcánicos
PARÁMETRO RESULTADO
Humedad 0.84% ± 0.01%
Peso específico 2.399 ± 0.09 g/cc
Pérdida por ignición 24.07% ± 2.29%
Óxido de calcio (CaO) 73.75%
Óxido de magnesio (MgO) 0.99%
Óxido de silicio(IV) (SiO2) 0.65%
Óxido de aluminio(III) (Al2O3) 0.24%
Óxido de hierro(III) (Fe2O3) 0.06%
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
III.1.7. Resultados de la determinación del índice de actividad puzolánica de las
muestras, en función de su respuesta mecánica
Los resultados obtenidos de la determinación del índice de actividad puzolánica
de las muestras de los diez bancos de materiales volcánicos, realizada de acuerdo con
lo indicado en el numeral. I.4.7. se presentan en la Tabla XX.
III.1.8. Resultados de la determinación del índice de actividad puzolánica de las
muestras, en función de su respuesta química
Los resultados obtenidos de la determinación del índice de actividad puzolánica
de las muestras de los bancos de materiales volcánicos, realizada de acuerdo con lo
indicado en el numeral. I.4.8. se presentan en la Tabla XXI. Los resultados muestran
los valores obtenidos en cinco muestras mediante el método gravimétrico utilizado en
los laboratorios de Química Industrial del Centro de Investigaciones de Ingeniería de
la Universidad de San Carlos de Guatemala.
Los resultados obtenidos de los análisis de pastas de cal con materiales
volcánicos mediante el método termogravimétrico y realizados en el Centro de
Investigaciones del Hormigón de la Universidad Politécnica de Valencia se muestran
en las Figuras 14-16.
82
Tabla XX. Resumen de los resultados de los ensayos de resistencia a la
compresión para las edades de 7 y 28 días
BANCO No. y Nomenclatura
Resistencia
a la compresión
7d (MPa)
D. S. (MPa)
7d
C. V. (%) 7d
Resistencia
a la compresión 28d (MPa)
D. S. (MPa) 28d
C.V. (%) 28d
1 (1 ARIS)
6.74
0.17
3.0
6.58
0.11
2.0
2 (1M)
5.86
0.44
7.0
5.76
0.21
4.0
3 (1N)
5.75
0.08
1.0
5.39
0.15
3.0
4 (1P)
5.46
0.39
7.0
5.47
0.13
2.0
5 (1R)
6.63
0.10
2.0
6.38
0.13
2.0
6 (2T)
6.83
0.31
5.0
6.77
0.18
3.0
7 (LC)
5.61
0.09
2.0
5.82
0.09
1.0
8 (SFA)
7.23
0.17
2.0
6.59
0.12
2.0
9 (SX1)
6.29
0.23
4.0
9.01
0.15
2.0
10 (SX2)
6.15
0.11
2.0
5.96
0.32
5.0
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
83
Tabla XXI. Porcentaje de consumo de iones calcio en función del tiempo.
Identificación del
Número del
Banco y
Nomenclatura
Rango de
edades CONSUMO(%)
CONSUMO
TOTAL (%)
5 (1R)
0-1 26.80%
82.07%
1-3 50.51%
3-7 3.34%
7-14 1.33%
14-28 0.09%
9 (SX1)
0-1 24.80%
88.65%
1-3 54.95%
3-7 7.12%
7-14 1.56%
14-28 0.22%
6 (2T)
0-1 33.70%
89.68%
1-3 41.38%
3-7 5.34%
7-14 8.23%
14-28 1.02%
7 (LC)
0-1 58.17%
93.55%
1-3 22.92%
3-7 7.12%
7-14 5.12%
14-28 0.22%
1 (ARIS)
0-1 32.14%
91.77%
1-3 34.49%
3-7 17.13%
7-14 7.34%
14-28 0.67%
Fuente: Proyecto FODECYT 023-2010
84
Figura 14. Curvas termogravimétrica y Diferencial de pasta de cal con material
volcánico 1R, para la edad de 3 días.
Fuente: Quiñónez, 2012
Figura 15. Curvas termogravimétrica y Diferencial de pasta de cal con material
volcánico 1R, para la edad de 7 días.
Fuente: Quiñónez, 2012
85
Figura 16. Curvas termogravimétrica y Diferencial de pasta de cal con material
volcánico 1R, para la edad de 28 días.
Fuente: Quiñónez, 2012
III.2. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
III.2.1. Sobre la determinación del índice de reactividad puzolánica de diez
bancos de materiales de la franja volcánica de Guatemala en combinación con
hidróxido de calcio, para su utilización en la producción de un cemento para
construcción
En Guatemala existe una superficie de más de cinco mil kilómetros cuadrados
donde se ubican materiales volcánicos susceptibles de ser explotados para producción
de aglomerantes alternativos o bien como adiciones para la elaboración de concretos.
Un cálculo muy ligero realizado en este trabajo sobre el volumen de ese material
sobrepasa los 250 kilómetros cúbicos. La investigación geológica de este trabajo se
adicionó a la investigación originalmente propuesta y constituye un valor agregado de
extraordinaria importancia. Las características de los materiales volcánicos
encontrados en la franja volcánica guatemalteca se tratan con mayor detalle en el
numeral III.2.2.
La caracterización física realizada evidencia que las diez muestras de material
volcánico seleccionado rebasan los límites establecidos por la normativa internacional
adoptada. Cuatro muestras mostraron una finura natural muy alta; cuatro muestras
mostraron finuras intermedias y dos de ellas con finuras con contenidos de grano
mayores. Todas las muestras, sin embargo, se considera que deben ser procesadas
para alcanzar valores de finura para los cuales la reacción puzolánica es posible. Los
análisis de distribución de partículas con rayos láser presentaron importante
información en cuanto a las graduaciones de los materiales. La discusión más amplia
al respecto se hace en el numeral III.2.3.
86
En los análisis de composición mineralógica con microscopía estereoscópica
se pudo establecer que las diez muestras sugieren un porcentaje mayor de 65% de
óxido de sílice, de origen ígneo. De manera que la selección de las diez muestras se
considera acertada.
Los análisis de composición mineralógica con la técnica de Difracción de
Rayos X evidenciaron que todas las muestras tienen algún grado de amorficidad
considerable que va desde alto hasta poco, dependiendo de la muestra analizada, esta
información se discute con mayor detalle en el numeral III.2.4.2.
De acuerdo con los resultados de los análisis de Fluorescencia de Rayos X y
de Fotometría, todas la muestras tienen más del 80% de contenido de SiO2 + Al2O3
+ Fe2O3, mucho más alto que lo mínimo recomendado por la norma internacional
adoptada. Una discusión más amplia al respecto se presenta en el numeral III.2.5.
Los análisis realizados en los laboratorios de la Facultad de Ingeniería
utilizaron hidróxido de calcio con 74% de pureza, mientras que el que se utilizó en los
laboratorios de la Universidad Politécnica de Valencia fue de 98% de pureza.
En las determinaciones de la respuesta mecánica de los materiales volcánicos
seleccionados, en las condiciones de curado que la normativa seleccionada indica,
tanto para la edad de 7 días como para 28 días, los resultados indican valores más
altos que los mínimos requeridos por la misma norma. Los valores de resistencia a la
compresión a 7 días de edad se mantienen para 28 días, con muy ligeras variaciones.
Estos valores son muy confiables ya que los coeficientes de variación se situaron en
un rango muy reducido. Una ampliación de esta información se encuentra en el
numeral III.2.71. y III.2.7.2.
Los valores de consumo de iones calcio en la matriz cal-material volcánico por
el Método Gravimétrico evidencian reacción puzolánica importante en los primeros
tres días de edad, con valores que en el 90% de los casos supera el 70%. Esta
situación fue dramáticamente ratificada por los análisis de Termogravimetría, los
cuales evidenciaron un consumo alto de iones calcio para los primeros tres días de
edad, mayores aún que para el caso del Método Gravimétrico.
De acuerdo con los resultados obtenidos, considerando los análisis físicos,
mineralógicos y químicos de los materiales volcánicos seleccionados, así como los
mostrados cuando se evaluó la reactividad puzolánica por procedimientos mecánicos y
químicos en matrices formadas por esos materiales en combinación con hidróxido de
calcio, se puede afirmar que todas las muestras seleccionadas tienen un alto índice de
reactividad que los ubica como potenciales para la producción y/o elaboración de
aglomerantes alternativos o para ser utilizados como adiciones minerales activas en la
producción de cementos y/o morteros y concretos. El orden prioritario de selección de
las muestras analizadas para usos particulares debe hacerse tomando en cuenta no
solamente los resultados de laboratorio, sino también las condiciones físicas propias
de los yacimientos, los métodos de producción y el fin último de los materiales.
87
III.2.2. Sobre la investigación geológica del material volcánico susceptible de
utilizarse con propósitos aglomerantes en Guatemala
La investigación geológica realizada evidencia de acuerdo a los resultados que
se muestran en la Tabla IV, que en Guatemala existe un superficie mínima de material
volcánico susceptible de explotarse de aproximadamente 5,400 kilómetros cuadrados.
Los volúmenes de este material están notablemente influenciados por la
estratigrafía de los depósitos potenciales. Un ejercicio realizado en esta investigación
y mostrado en la Tabla IV, que supone un espesor promedio de 0.05 kilómetros,
potencia el volumen en aproximadamente 270 kilómetros cúbicos. Como se menciona
al pie de esa tabla, los volúmenes pueden fácilmente estar influenciados por los
valores de los estratos asumidos. Por otra parte, la estratigrafía también es un factor
determinante para la explotación del recurso; los depósitos ubicados en la región
Centro-Oriente del país presentan las mejores opciones desde ese punto de vista.
De acuerdo con la división estructural y fisiográfica de Guatemala, la mayor
parte del recurso se ubica en la Zona Volcánica, precisamente donde se ubica la mayor
parte de la población, ratificando lo dicho por Bonis (1967) y Weyl (1980).
En las investigaciones de campo se notó que el vulcanismo cuaternario de la
parte sureste de Guatemala difiere notablemente del de las partes altas (altiplano), tal
como indicara Williams, McBirney & Dengo (1964), así como Carr (1974), los
volcanes activos en esa zona están en reposo y la pómez en esa zona es muy rara. Los
materiales de pómez analizados provinieron consecuentemente de la zona occidental,
central y centro-oriental del país.
En general, las muestras 1ARIS Y 1R corresponden a cenizas que yacen en
cerros numerosos con la morfología característica de la zona cercana al Valle del
Motagua. Estos materiales están en una posición estratigráfica inmejorable para su
explotación y su acceso es inmediato. La muestra 1M es característica de un material
sedimentario, único en su género, en relación con los otros materiales estudiados en
este trabajo.
Las muestras 1N y LC son estratos de lapilli de pómez, con alguna dificultad
para su explotación derivada de su posición estratigráfica, aunque su acceso es muy
bueno.
Las muestras 1P, 2T, SFA y SX2, son estratos de bloques, lapilli y cenizas,
características de la unidad más extendida en la franja volcánica. Mientras que la
muestra SX1 presenta además una fracción de material con diámetros equivalentes
mayores a los bloques de las muestras anteriores.
III.2.3. Sobre la caracterización y evaluación física de las diez muestras de
puzolanas
Los porcentajes de humedad de las muestras estuvieron entre 9% y 32%.
Aunque los datos están muy influenciados por la época de toma de las muestras, se
pudo comprobar que todos los materiales son muy buenos retenedores de humedad;
88
esta característica no es determinante en cuanto a la reactividad de los materiales, pero
si influye en su proceso.
Las muestras 1 ARIS, 1M, 1R y SX2 evidenciaron la mayor finura en estado
natural ya que más del 90% pasó el tamiz de ¼”. Las muestras 1P, 2T, LC y SFA
presentaron finuras menores que las anteriores en estado natural, con valores entre 80
y 90% que pasa el tamiz de ¼”. La muestraSX1 tuvo una finura natural de 73% que
pasa el tamiz de ¼” y finalmente la muestra 1N presentó el menor porcentaje con
54%.
De acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla V, todas las muestras
tienen porcentajes mayores del 30% que pasa en tamiz No. 30 y mayores del 2% que
pasa el tamiz No. 200; la muestra más crítica siempre fue la 1N, cuestión que era
evidente desde la observación en campo.
Los valores obtenidos satisfacen en todos los casos, los mínimos establecidos
por los requerimientos de la norma ASTM C593-06(2011).
Como complemento a los requerimientos de la norma adoptada, se aprecia en
los análisis de distribución de partículas con rayos láser, de acuerdo a la Figura 7, que
todas las muestras presentan las siguientes características:
a. El rango de valores de diámetro equivalente de las partículas está entre 0.2 y
200 µm.
b. El 10% del volumen del material volcánico está por debajo del diámetro
equivalente en el rango entre 1.185 y 1.314µm.
c. El 90% del volumen del material volcánico está por encima del diámetro
equivalente en el rango entre 22.506 y 36.135 µm.
d. El 50% del volumen del material volcánico está por debajo del diámetro
equivalente en el rango entre 5.544 y 8.126µm.
e. El diámetro promedio equivalente para todos los casos está en el rango entre
9.383 y 13.915 µm.
La densidad de los materiales volcánicos está en el rango entre 2.36 y 2.83
g/cc. La mayor parte de los materiales está en el rango entre 2.40 y 2.60 g/cc; la
muestra 1P presentó un valor de 2.83 g/cc.
La superficie específica obtenida por el procedimiento Blaine mostró valores
que están en el rango entre 3200 y 5500 cm2/g. Las muestras 1N y 1P mostraron los
valores más altos.
Los valores de pérdida por calcinación estuvieron en el rango entre 1.6 y 3.2%
para todos los casos.
III.2.4. Sobre la caracterización y evaluación mineralógica de las diez muestras
de puzolanas
III.2.4.1. Caracterización y evaluación mineralógica con microscopía estereoscópica
89
Las determinaciones realizadas con microscopía estereoscópica en el Centro de
Estudios Superiores de Energía y Minas de la Facultad de Ingeniería de la Universidad
de San Carlos de Guatemala, sugirieron, de acuerdo a los informes presentados en el
numeral III.1.4.1. de este informe, en las Tablas VII a XVI, que las diez muestras, en
general, tienen colores claros (blanco, rosado y beige); en todos los casos con
estructuras granulares y brillo no metálico; además de origen ígneo. La composición
química supuesta en los análisis de las diez muestras, pronosticaron un porcentaje
mayor de 65 % de óxido de sílice, cuestión que fue posteriormente comprobado.
La composición mineralógica de las diez muestras varió un poco, pero todas
fueron abundantes en cuarzo y vidrio. Escasas micas (Biotitas) se encontraron,
algunos componentes líticos (Basaltos/Andesitas), escasas Hornblendas y pómez.
De acuerdo con estos resultados, la escogencia de las muestras en campo
fueron 100% efectivas, pues todos los materiales seleccionados son de origen ígneo,
con altos contenidos de sílice y mineralógicamente con cuarzo y vidrio, lo cual es un
indicativo de mucha probabilidad de una composición amorfa; también fue ratificado
en los análisis de Difracción de Rayos X.
III.2.4.2. Caracterización y evaluación mineralógica con microscopía estereoscópica
Los análisis realizados para determinar la composición mineralógica de las
diez muestras con aparato de Difracción de Rayos X, evidenciaron de acuerdo a los
difractogramas presentados en el numeral III.1.4.2., como ejemplo, las gráficas de las
Figuras 10-13, que las diez muestras de materiales volcánicos presentan algún grado
de amorficidad.
Las muestras con un grado alto de amorficidad fueron: 1ARIS; 1P; 1R y 2T.
Las muestras consideradas como amorfas fueron: SFA y SX1. Las muestras
consideradas con algún grado de amorficidad fueron: LC y SX2, mientras que las
muestras 1M y 1N fueron consideradas con bajo nivel de amorficidad.
III.2.5. Sobre la caracterización y evaluación química de las diez muestras de
puzolanas
Los resultados de los análisis químicos de las diez muestras de materiales
volcánicos mostrados en el numeral III.1.5.1., por Fluorescencia de Rayos X (FRX)
como por Fotometría (FTM), evidencian la siguiente composición química:
con técnica FRX se obtuvieron contenidos que están entre 70 y 74% de SiO2,
independientemente de la muestra, mientras que con la técnica FTM el rango
de valores se situó entre 68 y 74%.
Para el caso de Al2O3, el rango de valores para la técnica FRX estuvo entre 13
y 15%, mientras que en la técnica FTM estuvo entre 12 y 15%.
El rango de valores de contenido de Fe2O3 estuvo entre 1 y 2.5% para FRX y
entre 1 y 3% para FTM.
Los valores del rango obtenido con la técnica FRX para CaO estuvieron entre
1 y 2%, mientras que para la técnica FTM estuvieron entre 1 y 3%.
Para el caso de MgO, las dos técnicas indicaron valores muy cercanos a 0%.
90
Los valores de contenido de K2O y Na2O estuvieron en el rango de 2.5 y 4
para la técnica FRX. Dichos valores no fue posible obtenerlos por la técnica
FTM.
Los valores de SO3 son extremadamente bajos (0.01 a 0.05), según la técnica
FRX; con la técnica FTM no fue posible medirlos.
De acuerdo con estos resultados, para todos los casos se satisface el
requerimiento de la norma en cuanto a que la sumatoria de los contenidos de SiO2 +
Al2O3 + Fe2O3, debe ser mayor de 70%, pues aunque se tomaran los menores datos
de todos los casos se tendría un valor de 81% en dicha sumatoria.
III.2.6. Sobre la determinación y evaluación física y química del hidróxido de
calcio y otros materiales que se utilizaron con puzolanas
Todos los materiales utilizados tuvieron los requerimientos mínimos
establecidos por la normativa internacional respectiva, de acuerdo a las
determinaciones de laboratorio. Sobresale el dato de contenido de CaO en el
Hidróxido de Calcio empleado, con un valor aproximado de 74%, de acuerdo a lo
indicado en la Tabla XIX del numeral II.1.6.
Para el caso de la determinación del porcentaje de calcio fijado por el material
volcánico, en la técnica de Fotogravimetría, se utilizó un Hidróxido de Calcio con un
contenido de 98% de CaO.
III.2.7. Sobre la determinación y evaluación de la actividad puzolánica mediante
el establecimiento del desarrollo de la resistencia a compresión de las muestras de
puzolana en combinación con otros materiales e hidróxido de calcio
III.2.7.1. Evaluación para siete días de edad
Según los resultados mostrados en la Tabla XX, en el numeral III.1.7., todas
las muestras estuvieron por encima del valor mínimo especificado para siete días por
la norma adoptada (4.1 MPa). El rango de valores de resistencia a compresión se
situó entre 5.5 y 7.25 MPa, estos valores se sitúan en el rango más alto de reacción.
Las muestras que mejores resultados presentaron para esta edad fueron SFA, 1R y 2T.
Los valores de Coeficiente de Variación se situaron en el rango de 1 a 7%,
considerándose los resultados como muy confiables, ya que el 80% de las muestras
tuvieron un coeficiente de variación menor de 5%.
III.2.7.2. Evaluación para veintiocho días de edad
De acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla XX del numeral III.1.7.,
los valores de resistencia mecánica para la edad de veintiocho días en todas las
muestras, se situaron entre 5.4 y 6.8 MPa, con un coeficiente de variación que osciló
entre 1 y 4%. El valor mínimo para considerar reactiva la muestra según la norma
internacional adoptada es de 4.1 MPa. Las muestras con mejores resultados fueron
las procedentes de los bancos SFA, 1R, 2T y SX1.
91
III.2.8. Sobre la determinación y evaluación de la actividad puzolánica mediante
el establecimiento del desarrollo de la reacción química de las muestras de
puzolana en combinación con otros materiales e hidróxido de calcio
II.2.8.1. Determinación de la actividad puzolánica con el Método Gravimétrico
Los valores obtenidos en los análisis de los materiales volcánicos por el
Método Gravimétrico, indicados en la Tabla XXI del numeral III.1.8 indican que el
consumo de iones calcio en la matriz material volcánico-cal, se situó en el rango de 82
y 94%, para todas las muestras. De la misma manera, para todas las muestras el
mayor consumo de iones calcio se situó para las edades entre 0 a 72 horas de contacto
con el agua; el consumo para esas edades se situó en el rango entre 67 y 81%.El
rango de edades de mayor fijación estuvo entre 24 y 72 horas.
III.2.8.2. Determinación de la actividad puzolánica por Termogravimetría Avanzada
(TGA)
Como puede apreciarse en la gráfica de la Figura 14, para la edad de 3 días se
observa un consumo alto de la cal disponible en la pasta cal-muestra 1R
(aproximadamente 95%). También se aprecia una escasa formación de Silicato
Cálcico Hidratado y probablemente Aluminato Cálcico Hidratado.
Una mejor definición de esa fijación se observa en la gráfica de la Figura 15,
correspondiente a la muestra 1R para 7 días de edad. Hay un consumo casi total de la
cal disponible en la matriz aglomerante. Un progreso en la formación de SCH y
probable AlCH se puede apreciar.
En la gráfica de la Figura 16 se aprecia un consumo total de cal en la pasta que
fue elaborada con la muestra 1R, con formación muy acentuada de SCH y
probablemente de AlCH.
92
PARTE IV
IV.1 CONCLUSIONES
IV.1.1. Se determinó el índice de reactividad puzolánica de diez bancos de materiales
de la franja volcánica de Guatemala en combinación con hidróxido de calcio,
para su utilización en la producción de un cemento para construcción. Los
análisis termo-gravimétricos realizados con el equipo descrito en los numerales
I.5.4. y Fotografías Nos. 18-20, así como los resultados indicados en la Tabla
XXI y Figuras 14-16 muestran una clara evidencia de la reactividad química de
las diez muestras de material volcánico seleccionadas. Por otra parte, los
análisis mecánicos realizados con los equipos descritos en los numerales I.5.6
y Fotografías Nos. 22-30, así como los resultados indicados en la Tabla XX
evidencian una clara reactividad mecánica de las diez muestras de material
volcánico seleccionado. El índice de reactividad mecánica mínimo reconocido
por la normativa internacional es de 4.1 MPa; mientras que los índices
obtenidos en las muestras seleccionadas oscilaron entre 5.4 y 9.0, de acuerdo a
la Tabla XX. De manera que todas las muestras seleccionadas tienen un índice
de reactividad, catalogada por las clasificaciones internacionales de estos
materiales, como intermedia a alta.
IV.1.2. Se realizó la caracterización y evaluación de las diez muestras de material
volcánico, desde el punto de vista físico. Los equipos descritos en el numeral
I.5.2 y Fotografías Nos. 3-13 fueron utilizados para alcanzar este objetivo.
Según los resultados mostrados en las Tablas V y VI, así como en la Figura 9,
todas las muestras seleccionadas tienen las características físicas mínimas para
ser consideradas como posibles fuentes de materiales puzolánicos.
IV.1.3. Se caracterizaron y evaluaron las diez muestras de materiales volcánicos,
desde el punto de vista mineralógico. Los equipos descritos en el numeral
I.5.3 y Fotografías Nos. 14 y 15 fueron utilizados para alcanzar este objetivo.
Según los resultados mostrados en las Tablas VII-XVI de los análisis con
Microscopio Estereoscópico, así como las Figuras 10-13 de los análisis por
Difracción de Rayos X, las muestras 1ARIS, 1P, 1R Y 2T son de un alto grado
de amorficidad; las muestras SFA y SX1 son consideradas como amorfas; las
muestras LC y SX2 tienen algún grado de amorficidad; mientras que las
muestras 1M y 1N se clasifican como cristalinas. Derivado de estos
resultados, las primeras cuatro muestras se pronosticaron, según este criterio,
como las candidatas a tener mayor reactividad, lo cual fue posteriormente
ratificado.
IV.1.4. Se realizó la caracterización y evaluación de las diez muestras de material
volcánico, desde el punto de vista químico. Los equipos descritos en el
93
numeral I.5.4 y Fotografías Nos. 16-20 fueron utilizados para alcanzar este
objetivo. Según los resultados mostrados en las Tablas XVII y XVIII de los
análisis por Fluorescencia de Rayos X y por Fotometría, respectivamente,
todas las muestras presentaron un contenido de Óxido de Sílice que oscila en el
intervalo entre 68 y75%, lo cual es congruente con los análisis de Difracción
de Rayos X y de Microscopía Estereoscópica realizados previamente.
Además se comprobó que los contenidos de Óxido de Aluminio estuvieron
para todas las muestras en el rango entre 12 y 15%, mientras que los
contenidos de Óxido de Hierro estuvieron en el rango entre 0.8 y 2.8%. En
todos los casos la sumatoria de estos tres Óxidos estuvo en el intervalo entre
83 y 92%, superando notoriamente el valor mínimo (70%) sugerido por las
normas adoptadas.
IV.1.5. Se caracterizó y evaluó física y químicamente el hidróxido de calcio y otros
materiales que se utilizaron para el uso con las puzolanas. Parte del equipo
utilizado en la caracterización química fue usado para lograr este objetivo; los
resultados de la Tabla XIX indican que según los análisis realizados, el
Hidróxido de Calcio mostró un 74% de pureza. Este resultado es lógico y
complementado con los valores de pérdida por calcinación que oscilaron entre
22 y 26%. Para el caso de los análisis microscópicos, el grado de pureza fue
de 98%.
IV.1.6. Se determinó y evaluó la actividad puzolánica mediante el establecimiento del
desarrollo de la resistencia a compresión de las muestras de puzolanas en
combinación otros materiales e hidróxido de calcio. Los análisis mecánicos
realizados con los equipos descritos en los numerales I.5.6 y Fotografías Nos.
22-30, así como los resultados indicados en la Tabla XX evidencian una clara
reactividad mecánica de las diez muestras de material volcánico seleccionado.
El índice de reactividad mecánica mínimo reconocido por la normativa
internacional es de 4.1 MPa; mientras que los índices obtenidos en las
muestras seleccionadas oscilaron entre 5.4 y 9.0, de acuerdo a la Tabla XX.
De manera que todas las muestras seleccionadas tienen alto grado de reacción
mecánica, catalogada por las clasificaciones internacionales de estos
materiales, como intermedia a alta.
IV.1.7. Se determinó y evaluó la actividad puzolánica mediante el establecimiento del
desarrollo de la reacción química de las puzolanas con otros materiales e
hidróxido de calcio. Los análisis termo-gravimétricos realizados con el equipo
descrito en los numerales I.5.4. y Fotografías Nos. 18-20, así como los
resultados indicados en la Tabla XXI y Figuras 14-16 muestran una clara
evidencia de la reactividad química de las diez muestras de material volcánico
seleccionadas. Las micrografías obtenidas en el Microscopio Electrónico de
Barrido evidencian la presencia de productos de reacción, mostrando la
formación de CSH, sin embargo, escasamente se logran ver productos
cristalinos de reacción.
IV.1.8.La investigación de la geología evidenció una superficie potencialmente
explotable en Guatemala, según se muestra en la Tabla IV y la Figura 8, de
más de cinco mil kilómetros cuadrados de estos materiales volcánicos.
94
IV.1.9. La mayor parte de la superficie cubierta de estos materiales volcánicos se
ubica, según lo indicado en la Tabla IV y Figura 8, en la parte del altiplano
occidental, en la región suroccidental, en la parte central y en la región del
centro y sureste de Guatemala, principalmente, en cuanto a volumen en los
Departamentos de Quiché, Totonicapán, Sololá, Suchitepéquez,
Chimaltenango y Guatemala.
IV.1.10. Existen dos zonas muy diferenciadas de materiales volcánicos en Guatemala.
La primera de ellas, dentro de la cual se encuentran las pómez, está ubicado en
la línea que del occidente conduce al centro de la franja volcánica, casi
coincidente con la región de los altos volcanes de Guatemala, que va desde los
volcanes Tacaná y Tajumulco hasta el complejo Pacaya; a esa zona se une la
región que desde el valle de Guatemala se extiende hacia el oriente hasta el
valle del Motagua e incluye depósitos muy localizados que se ubican en Baja y
Alta Verapaz. La otra zona, contrariamente a la primera, tiene una forma
anular y se ubica en la zona de calderas muerta del suroriente de Guatemala,
caracterizada por materiales ígneos muy diferentes a la primera zona, donde las
pómez son muy escasas.
IV.1.11.Los valores de los análisis físicos, mineralógicos y químicos de las diez
muestras de materiales volcánicos seleccionados, mostraron satisfacer en todos
los casos, los mínimos establecidos por los requerimientos de la normativa
internacional adoptada. En todos los casos, sin embargo, es necesario el
procesamiento de molturación de los materiales.
IV.1.12. La evaluación física y química del hidróxido de calcio utilizado mostró
valores satisfactorios para su utilización en matrices con materiales volcánicos.
Los valores de pureza del hidróxido utilizado en los diferentes laboratorios no
fueron los mismos, sin embargo, los resultados obtenidos para determinar la
puzolanicidad de las muestras de materiales volcánicos, fueron
complementarios y en ningún caso contradictorios.
IV.1.13. En la evaluación de la actividad puzolánica mediante el desarrollo de la
resistencia mecánica a compresión de los materiales volcánicos seleccionados
en combinación con hidróxido de calcio, utilizando arena estándar y agua
desmineralizada en la evaluación de las matrices, en las condiciones de curado
que la normativa seleccionada indica, tanto para la edad de 7 días como para
28 días, los resultados indican valores más altos que los mínimos requeridos
por la misma norma. Los valores de resistencia a la compresión a 7 días de
edad se mantienen para 28 días, con muy pocas variaciones. Los valores bajos
de coeficiente de variación obtenidos en los análisis mecánicos en los
laboratorios establecen un trabajo muy confiable.
IV.1.14. La evaluación de la actividad puzolánica mediante el establecimiento del
desarrollo de la reacción química de la matriz formada por los materiales
volcánicos seleccionados y el hidróxido de calcio, indica un consumo muy
significativo de los iones calcio en la matriz, fundamentalmente en los
primeros tres días después de conformada la misma, lo cual es un claro
indicativo del elevado índice de reacción puzolánica temprana.
95
IV.2 RECOMENDACIONES
IV.2.1.Ya que la investigación realizada en este estudio abarcó las zonas occidental,
parte de la zona central y parte de la zona oriental, se recomienda evaluar la
actividad puzolánica de materiales volcánicos de la zona suroccidental y de la
parte central de Guatemala que no fue posible realizar en este trabajo. Se
considera importante también evaluar los materiales que se ubican en
Huehuetenango, El Quiché, Alta y Baja Verapaz.
IV.2.2. Aunque los análisis realizados en este estudio evidencian una reactividad
puzolánica en las muestras seleccionadas, se recomienda hacer un análisis
exhaustivo de las muestras a nivel microscópico, ya que ello podría explicar a
profundidad los fenómenos que se producen. Parece que el grado de
reactividad está muy asociado con la desintegración de la estructura de poro de
estos materiales, lo cual solo se puede comprobar utilizando el microscopio
electrónico de barrido como complemento de los análisis de termogravimetría
avanzada en análisis que tomen en cuenta esta observación.
IV.2.3. Ya que los materiales analizados muestran una buena reactividad, se
recomienda establecer formulaciones de aglomerantes para usos específicos,
además de la experimentación como adiciones en la elaboración de morteros y
concretos.
IV.2.4. Aunque las muestras analizadas presentan buenos resultados, se encontró que
las mismas necesariamente requieren algún grado de procesamiento. Para las
aplicaciones prácticas que se consideren, se recomienda establecer
previamente el proceso de producción con todos sus detalles.
IV.2.5. Los resultados de los análisis físicos, mineralógicos y químicos realizados en
las muestras de los materiales volcánicos seleccionadas indicaron que tales
materiales cumplen con los requisitos mínimos para ser considerados como
potencialmente reactivos. Posteriormente se comprobó esa potencialidad con
los resultados de las evaluaciones de la reactividad química a nivel macro y
micro (Gravimetría, Termogravimetría y Microscopio Electrónico de Barrido),
lo cual también se corroboró con los procedimientos mecánicos a nivel macro
(Resistencia a compresión de morteros en condiciones controladas de
temperatura y humedad). Sin embargo, aunque las micrografías muestran la
formación de productos de reacción amorfos (aparentemente CSH), tales
productos parece que no llegan a conformar productos de reacción cristalinos
que puedan generar comportamiento mecánico significativo en la práctica. Por
tal razón se considera muy importante y se recomienda investigar con mayor
profundidad este fenómeno.
96
IV.3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. American Society for Testing and Materials (2011). ASTM C593-
06StandardSpecification for Fly Ash and Other Pozzolans for use with Lime
for Soil Stabilization. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01 Cement;
Lime; Gypsum. PA, USA.
2._______(2011).ASTM C821-09Standard Specification for Lime for Use with
Pozzolans. Annual Book of ASTM Standards.Vol. 4.01 Cement; Lime;
Gypsum. PA, USA.
3.________ (2011). ASTM C311-07Standard Test Methods for Sampling and Testing
Fly Ash or Natural Pozzolans for Use in Portland-Cement Concrete. Annual
Book of ASTM Standards. Vol. 4.02 Concrete and Aggregates. PA, USA.
4.________(2011). ASTM E11-09e1Specification for Wire Cloth and Sieves for
Testing Purposes. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.02 Concrete and
Aggeregates. PA, USA.
5._________(2011). ASTM C430-08Standard Test Method for Fineness of Hydraulic
Cement by the 45 µm (No. 325) Sieve. Annual Book of ASTM Standards.
Vol. 4.01 Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
6._________(2011). ASTM C188-09Standard Test Method for Density of Hydraulic
Cement. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01 Cement; Lime;
Gypsum. PA, USA.
7._________(2011). ASTM C204-07Standard Test Method for Fineness of Hydraulic
Cement by Air – Permeability Apparatus. Annual Book of ASTM Standards.
Vol. 4.01 Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
8._________(2011). ASTM C305-06Mechanical Mixing of Hydraulic Cement Pastes
and Mortars of Plastic Consistency. Annual Book of ASTM Standards. Vol.
4.01 Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
9._________ (2011). ASTM C230-08Standard Specification for Flow Table for Use
in Test of Hydraulic Cement. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01
Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
10._________(2011). ASTM C109-C109M-08Compressive Strength of Hydraulic
Cement Mortars. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01 Cement;
Lime; Gypsum. PA, USA, 2011.
11._________(2011). ASTM C511-09Standard Specification for Mixing Rooms,
Moist Cabinets, Moist Rooms, and Water Storage Tanks Used in the Testing
of Hydraulic Cements and Concretes.Annual Book of ASTM Standards.Vol.
4.01 Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
97
12._________(2011). ASTM C150/150M-09Standard Specification for Portland
Cement. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01 Cement; Lime;
Gypsum. PA, USA.
13._________ (2011). ASTM C207-06Standard Specification for Hydrated Lime for
Masonry Purposes. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01 Cement;
Lime; Gypsum. PA, USA.
14._________ (2011). ASTM C778-06Standard Specification for Standard
Sand.Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01 Cement; Lime; Gypsum.
PA, USA.
15.__________(2011). ASTM C25-06Test Methods for Chemical Analysis of
Limestone, Quicklime, and Hydrated Lime. Annual Book of ASTM
Standards. Vol. 4.01 Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
16.__________(2011). ASTM C50-00(2006)Practice for Sampling, Sample
Preparation, Packing, and Marking of Lime and Limestone Products. Annual
Book of ASTM Standards. Vol. 4.01 Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
17.__________ (2011). ASTM C51-07Terminology Relating to Lime and Limestone
(as used by the Industry). Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01
Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
18.__________ (2011). ASTM C110-09aStandard Test Methods for Physical Testing
of Quicklime, Hydrated Lime, and Limestone.Annual Book of ASTM
Standards. Vol. 4.01 Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
19.__________ (2011). ASTM C114-10a Standard test methods for chemical analysis
of hydraulic cement. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01 Cement;
Lime; Gypsum. PA, USA.
20.__________ (2011). ASTM C125-10aTerminology Relating to Concrete and
Concrete Aggregates. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.02
Concrete and Aggregates. PA, USA.
21.___________ (2011). ASTM C618-08aStandard Specification for Coal Fly Ash
and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete. Annual Book of
ASTM Standards. Vol. 4.02 Concrete and Aggregates. PA, USA.
22.___________(2011). ASTM C1157/C1157M-10Standard Performance
Specification for Hydraulic Cement. Annual Book of ASTM Standards. Vol.
4.01 Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
23.___________(2011). ASTM C1329-05Specification for Mortar Cement. Annual
Book of ASTM Standards. Vol. 4.01 Cement; Lime; Gypsum. PA, USA.
98
24.___________(2011). ASTM C1437-07Standard Test Method for Flow of
Hydraulic Cement Mortar. Annual Book of ASTM Standards. Vol. 4.01
Cement; Lime; Gypsum.PA, USA.
25.___________(2011). ASTM SI10-02IEEE/ASTM SI10 American
NationalStandard for Use of the International System of Units (SI): The
Modern Metric System. Annual Book of ASTM Standards. PA, USA.
26. Arrivillaga, M. (1993). Evaluación geológica de bancos de puzolanas y calizas en
el occidente de Guatemala. Revista del Centro de Investigaciones de
Ingeniería, Universidad de San Carlos de Guatemala. Número Especial.
27.___________(1987).Evaluación geológica del material volcánico en los
departamentos de Cobán, El Progreso, Guatemala y parte de Chimaltenango.
Revista del Centro de Investigaciones de Ingeniería, Universidad de San
Carlos de Guatemala. Número Especial.
28. Bautista Gallardo, P. J. (2012). Determinación del índice de reactividad
mecánica de 18 muestras de materiales volcánicos de Guatemala. Trabajo de
graduación de licenciatura en ingeniería civil, Universidad de San Carlos de
Guatemala.
29. Bohenenberger, O. H.(1969). Los Focos Eruptivos de Guatemala.
RevistaGeología del Instituto Centroamericano de Investigación y
Tecnología Industrial, 2, 23-24.
30. Bohenenberger, O. H. & Blount, D. N.(1966). Libreto guía de la Excursión “A”
Guatemala-Salama-Huehuetenango-Guatemala. (Folleto técnico único de la
Segunda reunión de geólogos de América Central). Guatemala: IGN.
31. Bonavetti, V. L., Menéndez, G., Donza, H.A., Rahhal, V.F. & Irassar,
E.F.(2006). Cementos compuestos elaborados con puzolana natural y escoria
granulada de alto horno. Revista Materiales de Construcción, 56 (283), 25-
36.
32. Bonis, S.(1966). Geología del área de Quetzaltenango. (Folleto técnico especial
del Instituto Geográfico Nacional).Guatemala: ICAITI.
33. ____________ (1967).Excursión Guide Book of Guatemala. Geologic Bulletin
No. 4, 1-71, Guatemala: IGN.
34. ____________(1969).A Summary of the Geology of Guatemala. Revista Geology
del Instituto Centroamericano de Investigación y Tecnología Industrial No. 2,
76-80.
35. Carr, M. J.(1974).Tectonics of the Pacific Margin of Northern Central America.
Ph. D. Thesis, Darmouth College. Hanover, N. H., USA.
99
36. Centro de Estudios Superiores de Energía y Minas. Universidad de San Carlos
de Guatemala (2005). Apuntes de Geología (Folleto técnico-académico
único). Guatemala: CESEM.
37. Davidovits, J.(1987).Ancient and modern concretes: what is the real difference?
Revista Concrete International: Design & Construction , 9 (12), 23-29.
38. ___________(1988). The pyramids, an enigma solved. New York, USA:
Hippocrene Books.
39. Davis, R.(1950). A review of pozzolanic materials and their use in concretes.
Memorias del Symposium on Pozzolanic Materials in Mortars and Concretes,
ASTM STP-99, p. 3-15. Pensylvania, USA.
40. Day, R. L.(1992). Pozzolans for use in low cost housing. Department of Civil
Engineering, Universidad de Calgary. Ottawa, Canadá. Editorial del
International Development Research Centre.
41. Dengo, G.(1973). Estructura geológica, historia tectónica y morfología de
América Central. México: Centro Regional de Ayuda Técnica.
42. __________ (1987). Historia del desarrollo del conocimiento geológico de
América Central. (Folleto técnico especial del Instituto Geográfico Nacional).
Guatemala: ICAITI.
43. Dengo, G. & Bohnenberger, O. (1969).Structural development of northern
Central America. Revista de American Association of Petrology and
Geology, 11, p. 203-220.
44. Dollfus, A. & Montserrat, E.(1868). Voyage geologique dans les Republiques
de Guatemala et El Salvador. Paris: Imperiale.
45. Dopico, J. M., Martirena, F., Day, R.L., Middendorf, Gehrke, M & Martínez,
L.(2008). Desarrollo de hormigones con aglomerante cal-puzolana fina
como material cementicio suplementario. Revista Ingeniería de Construcción,
23 (3).
46. Elfert, R.(1973).Bureau of Reclamation: experiencies with fly ash and other
pozzolans inconcrete. Proceedings 3rd. International Ash Utilization
Symposium, (p. 80-93). Pittsburgh, USA.
47. Escalante, E.(2009). Report on Sustainable Manufacturing. (Reporte técnico:
Cement, Concrete & Voluntary Goals).Washington, USA: PCA.
48. Escalante García, J. I.(2002).Materiales alternativos al cemento Portland.
Revista Avance y Perspectiva , 21, 4, p. 79-88.
49. European Standards (2011). EN 196-5:2005 Methods of testing cement:
Pozzolanicity test for pozzolanic cement. Standards Policy and Strategy
Committee, BSI. Bruselas, Bélgica.
100
50. Falck, J.(1963).Geology and technology of some natural pozzolans in north
central of California. Revista Economic Geology, 58, 5, p. 702-719.
51. Fernández-Jiménez, A.& Palomo, A.(2007).Factores que afectan al desarrollo
inicial de resistencias a compresión en hormigones de ceniza volante
activados alcalinamente (sin OPC). Revista Materiales de Construcción, 57.
287, p. 7-22.
52. Gall, F.(1966). Cerro Quemado: Volcán de Quezaltenango. Sociedad de
Geografía e Historia de Guatemala. Publicación especial No. 12. Editorial
José de Pineda Ibarra. Guatemala.
53. Harris, R.A.(2008). Reconciling technological viability with social feasibility: the
case of natural pozzolans for sustainable development. Revista World
Review of Science, Techonology and Sustainable Development, 5, 1, p. 49-
61.
54. Hemmings, N. A. (1988). On the glass in coal fly ashes. Symposium on Mat. Res.
Soc., 113.
55. Hendrik, G. v. O. (2000). Mineral Yearbook: Cement.Washington, USA: USGS
Publications.http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cement/mcs-
2000-cement.pdf (2010, 25 de marzo).
56. ____________ (2010). Minerals Yearbook: Cement. Washington, USA: USGS
Publications.http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cement/mcs-
2010-cement.pdf (2011, 12 de febrero).
57. ____________(2013). Minerals Yearbook:Cement.Washington,USA: USGS
Publications.Disponible
enhttp://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cement/mcs-2013-
cement.pdf (2013, 4 de febrero).
58. Hernández, J. (1993). Selectos puzolánicos estabilizados con cal usados en
técnica vial. (Folleto técnico especial) Guatemala: CII/USAC.
59. Hewlett, P.C. (2004). Lea´s Chemestry of Cement and Concrete. Fourth Edition.
UK: Elsevier Science & Techonology Books.
60. Instituto de Sismología. Vulcanología, Meteorología e Hidrología (2010).
Disponible en : http://(www.insivumeh.gob.gt.html, (2012, 18 de
noviembre).
61. Koch, A. (1970). Stratigraphy, Petrology and Distribution of Cuaternary Pumice
Deposits of the San Cristobal Group in Guatemala. Unpublished Doctor
Thesis.
101
62. Koch, A. & McLean, H. (1975). Pleistocene Tephra and Ash-Flow Deposits in
the Vocanic Highlands of Guatemala. Geological Society American, Bulletin
86, p. 529-541.
63. Martirena, J. (2005). Una alternativa ambientalmente compatible para disminuir
el consumo de aglomrantes de clinker de cemento Portland: el aglomerante
cal-puzolana como adición mineral activa. Tesis de Ph. D., Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría, Cuba.
64.McBirney, A. (1963). Geology of part of the Central Guatemala cordillera.
California, USA: University of California Publications.
65 McLean, H. (1970). Stratigraphy, Mineralogy and Distribution of the Sumpango
group Pumice Deposits in the Volcanic Highland of Guatemala. Louisiana,
USA: Louisiana State University Publications.
66.Meissner, H. (1950). Pozzolans used in mass concrete. (Special Technical
Publication 99). Pensylvania, USA: ASTM.
67.Meyer-Abich, H. (1956). Los Volcanes Activos de Guatemala y El Salvador
(América Central). Anales del Servicio Geológico de El Salvador, Boletín
No. 3, 1-102. El Salvador: Ministerio de Obras Públicas.
68. Middendorf, B., Martirena, J.F., Gehrke, M. & Day, R. L. (2005). Lime
Pozzolan binders: an alternative to OPC? International Building Lime
Symposium 2005. Florida, USA. p. 1-13.
69. Mielenz, R. (1948). Materials for Pozzolan: a report for the engineering geologist.
Petrographic Lab Report Pet-90ª.Washington, USA: Dept. of the Interior,
Bureau of Reclamation.
70.Miles, D. (1974). History of cement manufacture before 1924. Lime & Alternative
Cements, Proceedings of One day Seminar on Small Manufacturing of
Cementitious Materials, p. 18-21. London: Intermediate Technology
Development Group.
71.Mills, R.A., Hugh, K.E., Feray, D. F. & Swolfess, H.C. (1967). Mesozoic
Stratigraphy of Honduras. Geology Bulletin No. 51, p. 1711-1786.
Oklahoma, USA: American Association Petrology.
72.Naik, T. R. (2005). Sustainability of cement and concrete industries. University of
Wisconsin, Department of Civil Engineering and Mechanics. USA: Dundee
Global Construction.
73.Ochoa Marroquín, L. A. (2012). Caracterización geológica y física de muestras
de puzolanas de origen volcánico de la región occidente de Guatemala.
Trabajo de graduación de licenciatura en ingeniería civil, Universidad de San
Carlos de Guatemala.
102
74.Piles Selma, V. (2006). Estudio de los morteros de los revestimientos contínuos
de las arquitecturas del Centro Histórico de Valencia: Preparación de
morteros de restauración mixtos cal-puzolana. Tesis doctoral, Departamento
de Ingeniería de la Construcción y de Proyectos de Ingeniería Civil,
Universidad Politécnica de Valencia. España.
75.Price, L. W. (1999). Energy use and carbon dioxido emissions in energy-intensive
industries in key developing countries. Proceedings of the 1999 Earth
Technologies Forum. Washington, USA.
76.Puertas, F., Barba, A., Gazulla, M.F., Gómez, M.P., Palacios, M & Martínez-
Ramírez, S.(2006). Resíduos cerámicos para su posible uso como materia
prima en la fabricación de clinker de cementos Portland; caracterización y
activación alcalina. Revista Materiales de Construcción, 56, 281, p. 73-84.
77.Quiñónez, F. J. (1992). Cemento Puzolánico. (Publicación de la Fase I del
proyecto de investigación Cemento Puzolánico del Centro de Investigaciones
de Ingeniería y el Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo
de Canadá). Guatemala: USAC.
78.____________(1993). Cemento Puzolánico. (Publicación de la Fase II del proyecto
de investigación Cemento Puzolánico del Centro de Investigaciones de
Ingeniería y el Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo de
Canadá). Guatemala: USAC.
79.____________(1993). Cemento Puzolánico. (Publicación de la Fase III del
proyecto de investigación Cemento Puzolánico del Centro de Investigaciones
de Ingeniería y el Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo
de Canadá). Guatemala: USAC.
80.____________(2010). Estado del arte de puzolanas naturales volcánicas como
adiciones activas en la producción de cementos. (Informe final del proyecto
de investigación interno No. 01-2010). Guatemala: UIEIC/USAC.
81._____________ (2012). Caracterización mineralógica de 10 muestras de
materiales de la franja volcánica de Guatemala. (Informe parcial del Proyecto
FODECYT 023-2010). Guatemala: CII/USAC..
82.Rosales Rivas, V. R. (2012). Geología y caracterización física de puzolanas de la
zona oriental de Guatemala. Trabajo de graduaciónde licenciatura en
ingeniería civil,Universidad de San Carlos de Guatemala.
83.Rose Jr., W. I., Grant, N. K., Hahn, G. A., Lange, I. M., Powell, J. L., Easter,
J. & Degraff, J. M. (1977). The Evolution of Santa Maria Volcano,
Guatemala. Journal of Geology No. 85, p. 63-87.
84.Schmidt, J. (2002). Secondary Fuels and Raw Materials for Cement. Benefit for
the environment and cosr reduction. Memorias del 5o. Simposio
Internacional de Estructuras, Geotecnica y Materiales de Construcción. Santa
Clara, Cuba: CIDIEM.
103
85.Soriano Martínez, L. (2007). Nuevas aportaciones en el desarrollo de materiales
cementantes con residuo de Catalizador de Craqueo Catalítico Usado (FCC),
tesis doctoral, Departamento de Ingeniería de la Construcción y de Proyectos
de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Valencia. España.
86.Spence, R. A. (1983). Building Materials in Developing Countries. London:
Wiley.
87.Spence, R. (1982). Lime-Pozzolana as an alternative cementing material. Revista
Agrid Report, 3, 8, p. 87-91.
88.Thielen G, M. C. (2003). Leistungsfaehigkeit neuer CEM II-Zemente. Proceedings
on the 15th Conference "IBAUSIL", p. 367-382. Weimar.
89.Weyl, Richard (1980).Geology of Central America. Second, completely revised
edition. Berlin, Alemania: Graphischer Betrieb.
90.Williams, H. (1960). Volcanic History of the Guatemala Highlands. USA:
University of California Publications.
91.Williams, H., McBirney, A.R. & Dengo, G.(1964). Geologic Reconnaissance of
Southeastern Guatemala. University of California. Publications in
Geological Sciences, Volume 50.
92.Ximénez, F. (1967). Historia Natural del Reino de Guatemala. Orden de
Predicadores del Reino de Guatemala. Edición de Julio Herrera y Francisco
Gall. Guatemala: Editorial José de Pineda Ibarra.
104
IV.4 ANEXOS
Los anexos que se incluyen en archivos electrónicos por razones de espacio,
contienen la información que se describe a continuación.
IV.4.1. Informe del trabajo de graduación de la Inga. Olga Anabela Díaz Ponce
Presenta un estudio sobre la evolución de la industria del cemento, haciendo
énfasis en Latinoamérica.Olga Anabela Díaz Ponce.pdf
IV.4.2. Informe del trabajo de graduación del Ing. Víctor Rafael Rosales Rivas
Presenta de manera detallada todos los aspectos relacionados a la geología y a
la caracterización física de los materiales volcánicos del oriente de
Guatemala.Víctor Rafael Rosales Rivas.pdf
IV.4.3. Informe del trabajo de graduación del Ing. Luis Alfredo Ochoa
Marroquín
Presenta de manera detallada todos los aspectos relacionados a la geología y a
la caracterización física de los materiales volcánicos del occidente de
Guatemala.Luis Alfredo Ochoa Marroquín.pdf
IV.4.4. Informe del trabajo de graduación del Ing. Pablo José Bautista Gallardo
Presenta los detalles de todos los aspectos de la evaluación de la actividad
puzolánica de los materiales volcánicos por procedimientos mecánicos.Pablo
José Bautista Gallardo.pdf
105
PARTE V
V.1 INFORME FINANCIERO
FICHA DE EJECUCIÓN PRESUPUESTARIA
LINEA:FODECYT
Nombre del Proyecto:
"Determinación y evaluación experimental del índice de reactividad puzolánica de diez
bancos de materiales de la franja volcánica de Guatemala para la industria del
cemento"
Numero del Proyecto: 023-2010
Investigador Principal y/o Responsable
del Proyecto:
ING. FRANCISCO JAVIER QUIÑÓNEZ DE LA
CRUZ
Monto Autorizado: Q266,200.00
Orden de Inicio (y/o Fecha primer
pago): 01/02/2011
Plazo en meses 24 meses
Fecha de Inicio y Finalización: 01/02/2011 al 31/01/2013
Grupo Renglon Nombre del Gasto Asignacion
Presupuestaria
TRANSFERENCIA
Ejecutado Pendiente de
Ejecutar
Menos (-) Mas (+) OBS.
1 Servicios no personales
181 Estudios, investigaciones y
proyectos de factibilidad Q 155,000.00 Q 155,000.00 Q -
181
Estudios, investigaciones y
proyectos de factibilidad
(Evaluación Externa de
Impacto) Q 8,000.00
Q 8,000.00
122 Impresión,encuadernación y
reproducción Q 2,000.00 Q 735.00 Q 7,850.00 Q 196.90 Q 8,918.10
133 Viáticos en el interior Q 15,000.00 Q 15,000.00 Q -
141 Transporte de personas Q 1,620.00 Q 15,000.00 Q 13,336.15 Q 43.85
195 Impuestos, derechos y
tasas Q 4,520.00 Q 4,513.11
Q 6.89
199 Otros servicios no
personales Q 240.00 Q 500.00 Q 254.00
Q 6.00
2 MATERIALES Y
SUMINISTROS
223 Piedra, arcilla y arena Q 2,000.00 Q 1,500.00 Q 2,500.00 Q 2,970.00 Q 30.00
224 Pómez, cal y yeso Q 2,000.00 Q 1,900.00 Q 54.01 Q 45.99
229 Otros minerales Q 1,000.00 Q 1,000.00 Q -
241 Papel de escritorio Q 1,000.00 Q 400.00 Q 598.00 Q 2.00
243 Productos de papel o
cartón Q 100.00 Q 50.40
Q 49.60
244 Productos de artes
gráficas Q 250.00 Q 235.90
Q 14.10
245 Libros, revistas y
periódicos Q 2,000.00 Q 2,000.00
Q -
106
249 Otros productos de papel,
cartón e impresos Q 50.00 Q 29.90
Q 20.10
261 Elementos y compuestos
químicos Q 5,000.00 Q 4,300.00 Q 9,000.00 Q 9,688.00
Q 12.00
262 Combustibles y
Lubricantes Q 15,000.00 Q 10,650.00 Q 5,600.00 Q 9,930.03
Q 19.97
267 Tintes, pinturas y
colorantes Q 100.00 Q 44.20
Q 55.80
268 Productos plásticos,
nylon, vinil y pvc Q 250.00 Q 500.00 Q 201.75
Q 48.25
269 Otros productos
químicos y conexos Q 400.00 Q 362.99
Q 37.01
272 Productos de vidrio Q 2,000.00 Q 2,000.00 Q -
274 Cemento Q 1,000.00 Q 800.00 Q 177.34 Q 22.66
283 Productos de metal Q 1,000.00 Q 1,000.00 Q -
286 Herramientas menores Q 1,000.00 Q 375.00 Q 623.47 Q 1.53
289 Otros productos
metálicos Q 150.00 Q 148.12
Q 1.88
291 Útiles de oficina Q 100.00 Q 98.26 Q 1.74
293 Útiles educacionales y
culturales Q 150.00 Q 500.00 Q 325.26
Q 24.74
295
Útiles menores, médico-
quirúrgicos y de
laboratorio Q 1,000.00 Q 1,000.00
Q -
297 Útiles, accesorios y
materiales eléctricos Q 1,000.00 Q 300.00 Q 660.93
Q 39.07
299 Otros materiales y
suministros Q 2,000.00 Q 1,900.00 Q 82.19
Q 17.81
3
PROPIEDAD,
PLANTA, EQUIPO E
INTANGIBLES
323 Equipo médico-sanitario
y de laboratorio Q 25,000.00 Q 24,960.00
Q 40.00
GASTOS DE ADMÓN.
(10%) Q 24,200.00 Q 24,200.00
Q -
Q 266,200.00 Q 47,120.00 Q 47,120.00 Q 248,740.91 Q 17,459.09
MONTO
AUTORIZADO Q 266,200.00
(-) EJECUTADO Q 248,740.91
PENDIENTE DE
EJECUTAR Q 17,459.09