El mortero de cal o mortero de soplete [1] [2] es un mortero de albañilería compuesto de cal y un agregado como arena , mezclado con agua. Es uno de los tipos de mortero más antiguos que se conocen, utilizado en la antigua Roma y Grecia , cuando reemplazó en gran medida a los morteros de arcilla y yeso comunes en la construcción del antiguo Egipto . [3]
Con la introducción del cemento Portland durante el siglo XIX, el uso de mortero de cal en las nuevas construcciones disminuyó gradualmente. Esto se debió en gran medida a la facilidad de uso del cemento Portland, su fraguado rápido y su alta resistencia a la compresión. Sin embargo, las propiedades blandas y porosas del mortero de cal brindan ciertas ventajas cuando se trabaja con materiales de construcción más blandos, como la piedra natural y la terracota . Por esta razón, si bien el cemento Portland continúa usándose comúnmente en nuevas construcciones de ladrillo y hormigón , no se recomienda su uso en la reparación y restauración de estructuras de ladrillo y piedra construidas originalmente con mortero de cal. [4]
A pesar de su utilidad duradera durante muchos siglos ( hormigón romano ), la eficacia del mortero de cal como material de construcción no ha sido bien comprendida; las prácticas consagradas por el tiempo se basaban en la tradición, el folclore y el conocimiento del oficio, reivindicadas por la gran cantidad de edificios antiguos que permanecen en pie. Las pruebas empíricas a fines del siglo XX proporcionaron una comprensión científica de su notable durabilidad. [5] Tanto los profesionales como los propietarios de viviendas que lo hacen por sí mismos pueden comprar mortero de cal (y hacer que su mortero histórico coincida tanto en color como en contenido) a través de empresas que se especializan en la preservación histórica y venden mortero premezclado en lotes pequeños. [6]
La cal proviene del inglés antiguo lim ('sustancia pegajosa, estiércol de pájaro, mortero, cemento, gluten'), y está relacionada con el latín limus ('limo, barro, fango') y linere ('untar'). [7] El mortero es una mezcla con cemento y proviene del francés antiguo mortier ('mortero de construcción, yeso; cuenco para mezclar') a finales del siglo XIII y del latín mortarium ('mortero'). [7] La cal es un cemento [8] que es un aglutinante o pegamento que mantiene las cosas juntas, pero el cemento suele reservarse para el cemento Portland.
El mortero de cal apareció en la Antigüedad . Los antiguos egipcios fueron los primeros en utilizar morteros de cal hace unos 6.000 años, utilizaron cal para revocar las pirámides de Giza. Además, los egipcios también incorporaron diversas cales en sus templos religiosos, así como en sus hogares. [9] Las estructuras tradicionales indias se construyeron con mortero de cal, algunas de las cuales tienen más de 4.000 años (como Mohenjo-Daro , un monumento patrimonial de la civilización del valle del Indo en Pakistán ). [10]
El Imperio Romano utilizó ampliamente los morteros a base de cal. Vitruvio , un arquitecto romano, proporcionó pautas básicas para las mezclas de mortero de cal. Los romanos crearon morteros hidráulicos que contenían cal y una puzolana como polvo de ladrillo o ceniza volcánica. Estos morteros estaban destinados a usarse en aplicaciones en las que la presencia de agua no permitiría que el mortero se endureciera (carbonatara) adecuadamente. [11]
En la actualidad, el mortero de cal se utiliza principalmente en la conservación de edificios construidos originalmente con él, pero puede utilizarse como alternativa al cemento Portland común. Está compuesto principalmente de cal (hidráulica o no hidráulica, como se explica a continuación), agua y un agregado como la arena. Se ha demostrado que el cemento Portland es incompatible con el mortero de cal porque es más duro, menos flexible e impermeable. Estas cualidades conducen al deterioro prematuro de los ladrillos históricos blandos [12], por lo que tradicionalmente se recomienda el uso de morteros de cal cocidos a baja temperatura con mortero existente de un tipo similar o reconstrucción de edificios utilizando métodos históricamente correctos. En el pasado, el mortero de cal tendía a mezclarse en el lugar con la arena que estuviera disponible localmente. Dado que la arena influye en el color del mortero de cal, los colores del mortero de rejuntado pueden variar drásticamente de un distrito a otro. [13]
La cal hidráulica contiene sustancias que fraguan por hidratación , por lo que puede fraguar bajo el agua. La cal no hidráulica fragua por carbonatación y, por lo tanto, necesita exposición al dióxido de carbono del aire; el material no puede fraguar bajo el agua o dentro de una pared gruesa. Para los morteros de cal hidráulica natural (NHL), la cal se obtiene de piedra caliza que contiene naturalmente un porcentaje suficiente de sílice y/o alúmina. La cal hidráulica artificial se produce introduciendo tipos y cantidades específicos de aditivos a la fuente de cal durante el proceso de cocción, o añadiendo una puzolana a la cal no hidráulica. La cal no hidráulica se produce a partir de una fuente de carbonato de calcio de alta pureza , como tiza, piedra caliza o conchas de ostras.
La cal no hidráulica se compone principalmente de hidróxido de calcio (en general, más del 95 %) , Ca(OH) 2 . La cal no hidráulica se produce calentando primero carbonato de calcio suficientemente puro a una temperatura de entre 954 °C y 1066 °C, eliminando el dióxido de carbono para producir cal viva ( óxido de calcio ). Esto se hace en un horno de cal . Luego, la cal viva se apaga : se hidrata mezclándola completamente con suficiente agua para formar una suspensión (masilla de cal), o con menos agua para producir polvo seco. Esta cal hidratada (hidróxido de calcio) se convierte naturalmente en carbonato de calcio al reaccionar con el dióxido de carbono en el aire; el proceso completo se denomina ciclo de la cal .
El proceso de apagado que se lleva a cabo para crear una masilla de cal es una reacción exotérmica que inicialmente crea un líquido de consistencia cremosa. Luego, este se deja madurar durante 2 a 3 meses (según las condiciones ambientales) para que tenga tiempo de condensarse y madurar hasta convertirse en una masilla de cal.
Una masilla de cal madura es tixotrópica , lo que significa que cuando se agita, pasa de un estado de masilla a uno más líquido. Esto facilita su uso en morteros, ya que hace que sea más fácil trabajar con ellos. Si se deja reposar después de la agitación, la masilla de cal pasará lentamente de un estado líquido espeso a un estado de masilla. [ cita requerida ]
Además de las calizas a base de calcio, se pueden producir cales dolomíticas que se basan en carbonato de calcio y magnesio .
Una fuente frecuente de confusión respecto al mortero de cal proviene de la similitud de los términos hidráulico e hidratado.
Si se apaga la cal viva con un exceso de agua, se obtiene una masilla o lechada. Si se utiliza la cantidad justa de agua, el resultado es un material seco (el exceso de agua se escapa en forma de vapor durante el calentamiento). Este se muele para hacer cal hidratada en polvo.
El polvo de cal hidratada, no hidráulica, se puede mezclar con agua para formar masilla de cal. Antes de usar la masilla, generalmente se deja madurar en ausencia de dióxido de carbono (generalmente bajo el agua). La masilla puede madurar durante tan solo 24 horas o durante muchos años; un mayor tiempo de maduración mejora la calidad de la masilla. Existe el argumento de que una masilla de cal que ha madurado durante un período prolongado (más de 12 meses) se vuelve tan dura que es difícil trabajarla.
Existe cierta controversia ( hormigón romano ) en cuanto a la calidad comparativa de la masilla formada a partir de cal hidratada seca en comparación con la producida como masilla en el momento del apagado. En general, se acepta que esta última es preferible. Una cal hidratada producirá un material que no es tan "graso", siendo un término comercial común para los compuestos que tienen una textura más suave y mantecosa cuando se trabaja. A menudo, debido a un almacenamiento prolongado y deficiente, la cal resultante producida por cal hidratada exhibirá períodos de carbonatación más largos, así como resistencias a la compresión más bajas.
La cal no hidráulica tarda más en fraguar y es más débil que la cal hidráulica, por lo que no se debe permitir que se congele antes de que haya fraguado bien. Aunque el proceso de fraguado puede ser lento, el tiempo de secado de un mortero de cal debe regularse a un ritmo lento para garantizar un buen fraguado final. Un mortero de cal que se seca rápidamente dará como resultado un mortero final de baja resistencia y mala calidad que a menudo presenta grietas por contracción. En la práctica, los morteros de cal suelen protegerse de la luz solar directa y del viento con láminas de arpillera húmedas o se rocían con agua para controlar las velocidades de secado. Pero también tiene la propiedad de cicatrización autógena (autocuración), donde parte de la cal libre se disuelve en agua y se vuelve a depositar en las pequeñas grietas que se forman.
En la región de las mareas de Maryland y Virginia, las conchas de ostras se usaban para producir cal viva durante el período colonial. Al igual que otros materiales utilizados para producir cal, las conchas de ostras se queman. Esto se puede hacer en un almiar de cal en lugar de en un horno. La quema de conchas en un almiar es algo que Colonial Williamsburg y la recreación de Ferry Farm han tenido que desarrollar a partir de conjeturas y aprendizaje en el campo. El almiar que construyeron consiste en troncos dispuestos en un círculo que se queman lentamente, convirtiendo las ostras contenidas en la pila de madera en un polvo de ceniza. [14] [15] Aquí se puede encontrar un video explicativo de cómo se construyó el almiar para Ferry Farm. Luego, la concha quemada se puede apagar y convertir en masilla de cal.
Los morteros que utilizan conchas de ostras a veces se pueden identificar por la presencia de pequeños trozos de concha en la junta de mortero expuesta. En la mampostería de restauración, a veces se exageran los trozos de concha para dar al espectador la impresión de autenticidad. Desafortunadamente, estos intentos modernos a menudo contienen proporciones más altas de las necesarias de cemento Portland . Esto puede provocar fallas en el ladrillo si la junta de mortero es más fuerte que los elementos de ladrillo.
La cal hidráulica fragua por reacción con el agua denominada hidratación.
Cuando se requiere un mortero de cal más resistente, como por ejemplo para fines externos o estructurales, se puede añadir una puzolana , que mejora su resistencia a la compresión y ayuda a protegerlo de los daños causados por la intemperie. Las puzolanas incluyen ladrillo en polvo, arcilla tratada térmicamente, humo de sílice , cenizas volantes y materiales volcánicos. La fragua química que se imparte varía de muy débil a casi tan fuerte como el cemento Portland.
Esto también puede ayudar a crear tiempos de fraguado más regulados del mortero, ya que la puzolana creará un fraguado hidráulico, lo que puede ser beneficioso en proyectos de restauración cuando es necesario monitorear y mantener los tiempos y, en última instancia, los costos.
La cal hidráulica puede considerarse, tanto en términos de propiedades como de fabricación, como un intermedio entre la cal no hidráulica y el cemento Portland. La piedra caliza utilizada contiene cantidades suficientes de arcilla y/o sílice . El producto resultante contendrá silicato dicálcico pero, a diferencia del cemento Portland, no silicato tricálcico .
Se apaga lo suficiente para convertir el óxido de calcio en hidróxido de calcio, pero no con suficiente agua para reaccionar con el silicato dicálcico, que en combinación con el agua proporciona las propiedades de fraguado de la cal hidráulica.
El aluminio y el magnesio también producen un conjunto hidráulico, y algunas puzolanas contienen estos elementos.
Existen tres grados de resistencia para la cal hidráulica natural, establecidos en la Norma Europea EN459: NHL2, NHL3.5 y NHL5. Los números representan la resistencia mínima a la compresión a los 28 días en newtons por milímetro cuadrado (N/mm2 ) . Por ejemplo, la resistencia NHL 3.5 varía de 3,5 N/mm2 ( 510 psi) a 10 N/mm2 ( 1.450 psi). [16] Son similares a la antigua clasificación de débilmente hidráulica, moderadamente hidráulica y eminentemente hidráulica, y aunque diferentes, algunas personas continúan refiriéndose a ellas indistintamente. La terminología para los morteros de cal hidráulica fue mejorada por el hábil ingeniero civil francés Louis Vicat en la década de 1830 a partir del antiguo sistema de cales de agua y débilmente, moderadamente y eminentemente. Vicat publicó su trabajo después de investigar el uso de morteros de cal en la construcción de puentes y carreteras en su trabajo. La empresa francesa Vicat todavía produce actualmente cementos naturales y morteros de cal. [17] Los nombres de los morteros de cal eran tan variados y contradictorios en todo el continente europeo que la reclasificación ha mejorado enormemente la comprensión y el uso de los morteros de cal.
El mortero de cal tradicional es una combinación de masilla de cal y agregado (generalmente arena). Una mezcla típica de mortero de cal moderno sería 1 parte de masilla de cal por 3 partes de arena afilada, lavada y bien graduada . Se han utilizado otros materiales como agregado en lugar de arena. La teoría es que los huecos de espacio vacío entre las partículas de arena representan 1/3 del volumen de la arena. La masilla de cal cuando se mezcla en una proporción de 1 a 3, llena estos huecos para crear un mortero compacto. El análisis de muestras de mortero de edificios históricos generalmente indica que se utilizó comúnmente una proporción más alta de alrededor de 1 parte de masilla de cal por 1,5 partes [18] de agregado/arena. Esto equivale aproximadamente a 1 parte de cal viva seca por 3 partes de arena. A una mezcla tradicional de yeso grueso también se le agregó crin de caballo para reforzar y controlar la contracción, importante cuando se enyesa sobre listones de madera y para capas de base (o dubbing) sobre superficies irregulares como paredes de piedra donde el mortero a menudo se aplica en capas más gruesas para compensar los niveles irregulares de la superficie.
Si se produce contracción y agrietamiento del mortero de cal, esto puede deberse a cualquiera de los siguientes motivos:
Un método común para mezclar mortero de cal con cal en polvo es el siguiente:
El refuerzo de pelo es común en el yeso de cal y se pueden encontrar muchos tipos de pelo y otras fibras orgánicas en yesos históricos. [19] Sin embargo, el material orgánico en la cal se degradará en ambientes húmedos, particularmente en revoques externos húmedos. [20] Este problema ha dado lugar al uso de fibras de polipropileno en nuevos revoques de cal [19]
Por lo general, la humedad en la pared hará que el mortero de cal cambie de color, lo que indica la presencia de humedad. El efecto creará un aspecto a menudo moteado de una pared encalada. A medida que se alteren los niveles de humedad dentro de una pared, también lo hará el tono de la pintura encalada. Cuanto más oscuro sea el tono de la pintura encalada, más pronunciado será este efecto.
Se puede dejar reposar una carga de mortero de cal mezclado durante un tiempo sin que se seque (puede formar una costra fina). Cuando esté listo para usar, se puede volver a mezclar (amartillar) y luego usar. Tradicionalmente, en las obras de construcción, antes de que se utilizaran mezcladoras mecánicas, la masilla de cal (apagada en el lugar en un pozo) se mezclaba con arena por un trabajador que "golpeaba y apisonaba" la mezcla con un "larry" (una azada ancha con agujeros grandes). Luego se cubría con arena y se dejaba reposar durante un tiempo (de días a semanas), un proceso conocido como "amontonamiento". Luego se volvía a mezclar este bulto y se usaba según fuera necesario. Este proceso no se puede realizar con cemento Portland.
La combinación de cemento Portland y cal se utiliza para la estabilización y solidificación del suelo mediante la creación de columnas de cemento de cal o la estabilización de todo el volumen de masa superior. [ se necesita más explicación ] [23] El método proporciona un aumento de la resistencia en lo que respecta a las vibraciones, la estabilidad y el asentamiento. En la construcción de carreteras y ferrocarriles, por ejemplo, el método es más común y está más extendido (calle Reina Eufemias en el centro de Oslo, E18 en Tønsberg, etc.). [ cita requerida ]
Para fines de conservación, se utilizan a menudo morteros de tipo N y tipo O. Un mortero de tipo N es 1 parte de Portland, 1 parte de cal y 6 partes de arena u otro agregado (1:1:6). Un mortero de tipo O es 1 parte de Portland, 2 partes de cal y 9 partes de arena u otro agregado (1:2:9). El mortero de cal simple no tiene Portland, y 1 parte de cal por 3 partes de arena u otro agregado. La adición de cemento u otra puzolana para disminuir los tiempos de curado se conoce como "calibración". Además de Portland, se han utilizado cenizas y polvo de ladrillo para calibrar morteros. [24]
Para fines de restauración histórica y trabajos de restauración que impliquen rejuntado o reemplazo de ladrillos, los albañiles deben descubrir el ladrillo y el mortero originales y repararlos con un material similar. El Servicio de Parques Nacionales proporciona orientación para el rejuntado adecuado de mampostería a través del Informe de Preservación 2. [25] En general, el Informe 2 sugiere que el rejuntado debe realizarse con un mortero similar o más débil. Por lo tanto, una junta de mortero de cal recta debe rejuntarse del mismo modo. Debido a la popularidad del cemento Portland, a menudo este no es el caso. Un sistema de pared necesita un equilibrio entre el mortero y el ladrillo que permita que el mortero sea la parte débil de la unidad.
Cuando el mortero es más fuerte que el ladrillo, impide cualquier movimiento natural en la pared y las caras del ladrillo comenzarán a deteriorarse, un proceso conocido como desconchado , el proceso por el cual la cara exterior de un ladrillo se degrada y puede descascararse o convertirse en polvo. También existe un movimiento natural del agua a través de una pared de mampostería. Una mezcla fuerte de cemento Portland evitará un flujo libre de agua de un área húmeda a una seca. Esto puede hacer que la humedad ascendente quede atrapada dentro de la pared y genere fallas en el sistema. Si la humedad no puede escapar al aire, provocará daños en la estructura de la pared. La congelación del agua en la pared es otra causa del desconchado.
En los trabajos de restauración de estructuras anteriores al siglo XX, debe haber una proporción alta de cal y agregados en relación con el cemento Portland. Esto reduce la resistencia a la compresión del mortero, pero permite que el sistema de pared funcione mejor. El mortero de cal actúa como una mecha que ayuda a extraer el agua del ladrillo. Esto puede ayudar a evitar que el ladrillo más antiguo se descascare. Incluso cuando el ladrillo es un elemento moderno y más duro, rejuntar con una proporción más alta de mortero de cal puede ayudar a reducir la humedad ascendente.
Puede que no sea recomendable para todos los consumidores utilizar un mortero de cal simple. Sin Portland en la mezcla, hay menos control sobre el fraguado del mortero. En algunos casos, un ciclo de congelación y descongelación será suficiente para crear una falla en la junta del mortero. El mortero de cal simple también puede tardar mucho tiempo en curarse por completo y, por lo tanto, el trabajo debe realizarse en una época del año en la que las condiciones climáticas sean propicias para que el mortero fragüe correctamente. Esas condiciones no solo son temperaturas superiores a cero, sino también estaciones más secas. Para proteger el mortero de curado lento de la humedad, se puede agregar un siloxano a la superficie. En el caso de las estructuras históricas, esta puede ser una estrategia controvertida, ya que podría tener un efecto perjudicial para el tejido histórico.
La presencia de Portland permite obtener un mortero más estable. La estabilidad y la previsibilidad hacen que el mortero mezclado sea más fácil de usar, en particular en aplicaciones en las que se colocan secciones de pared enteras. Los contratistas y diseñadores pueden preferir mezclas que contengan Portland debido a la mayor resistencia a la compresión en comparación con un mortero de cal puro. Como muchos edificios anteriores a la mezcla Portland todavía están en pie y tienen mortero original, los argumentos a favor de una mayor resistencia a la compresión y facilidad de uso pueden ser más el resultado de la práctica actual y la falta de comprensión de las técnicas más antiguas.