Los materiales puzolánicos reactivos son muy conocidos actualmente, así como sus beneficios en la mejora de gran número de cementos. El presente trabajo tiene la intención de mostrar algunos resultados prácticos, obtenidos de recientes investigaciones de tobas de composición dacítica, capaces de sustituir al cemento pórtland de alta resistencia inicial en morteros y hormigones. Los contenidos apreciables en sílice y en alúmina, los bajos contenidos en sulfato y materias orgánicas, y una molienda adecuada, entre otros, son las causas, al parecer, de la eficacia de este material a la hora de aportar valores apreciables de resistencias mecánicas a edades cercanas y superiores a los 28 días

Calvo Pérez, Benjamín

Costafreda Mustelier, Jorge Luis

Parra y Alfaro, José Luis

Spanish

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

CRITERIOS PARA EL APROVECHAMIENTO DE TOBAS DÁCITICAS 
EN LA SUSTITUCIÓN DE CEMENTO PÓRTLAND EN MORTEROS Y 
HORMIGONES. 
 
 
Costafreda, J.L.(1), Calvo, B.(1) y Parra, J.L. (1) 
 
(1)Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas. Departamento de Ingeniería Geológica. C/ Ríos 
Rosas, 21. 28003. Madrid. (costafreda@yahoo.es); (benjamin.calvo.perez@gmail.com) y 
(joseluis.parra@upm.es). 
 
 
RESUMEN: 
 
Los materiales puzolánicos reactivos son muy conocidos actualmente, así como sus beneficios en la 
mejora de gran número de cementos. El presente trabajo tiene la intención de mostrar algunos 
resultados prácticos, obtenidos de recientes investigaciones de tobas de composición dacítica, 
capaces de sustituir al cemento pórtland de alta resistencia inicial en morteros y hormigones. Los 
contenidos apreciables en sílice y en alúmina, los bajos contenidos en sulfato y materias orgánicas, y 
una molienda adecuada, entre otros, son las causas, al parecer, de la eficacia de este material a la 
hora de aportar valores apreciables de resistencias mecánicas a edades cercanas y superiores a los 
28 días. 
 
Palabras clave: tobas dacíticas, cemento pórtland, morteros, hormigones, resistencias mecánicas 
 
ABSTRACT: 
 
The pozzuolanic materials are very known nowadays, as well as his benefits in the improvement of 
great number of cements. The present paper shows some practical results obtained of recent 
investigations of dacitic tuffs, which are capable of substituting the portland cement of high initial 
resistance in mortars and concretes. Both, the valuable contents in silica-alumina and the low 
sulphate-organic materials levels, as well as the correct crushing, are the reasons of the efficiency of 
this material, with the contribution of mechanical resistances in close and higher ages than twenty 
eight days. 
 
Key words: dacitic tuffs, portland cement, mortar, concrete, mechanic resistance. 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
La fabricación de cementos con adiciones controladas de materiales puzolánicos, 
naturales como artificiales, es una práctica muy extendida en la actualidad, en el 
empeño de obtener aglomerantes y estructuras más resistentes y estables, en los 
aspectos físico y químico, que satisfagan las exigencias de las tecnologías en la 
construcción moderna, tanto en superficie, subterráneas como en contacto con los 
entornos marinos y suelos altamente contaminados. 
 
De igual modo, se precisa mitigar con creces la emisión de CO2 a la atmósfera, 
producida inevitablemente durante la fabricación de grandes volúmenes de cemento 
pórtland. 
 
Al mismo tiempo, es imprescindible un conocimiento profundo de los agregados y 
adiciones para el cemento ordinario, para diagnosticar y controlar sus 
comportamientos en todas las etapas de la reacción hidráulica, las variaciones en  
las interfases, y las características de las paragénesis minerales finales.  
 
Muchas puzolanas han sido caracterizadas con los propósitos anteriores, 
principalmente las zeolitas naturales (Rosell, M., 2006), (Costafreda, J.L. et al., 
2007), (Costafreda, J.L., 2008), (Costafreda, J.L. et al., 2009), y de cenizas 
volcánicas, sílice (Rabilero, A., 1988); pero la experiencia demuestra que puede 
ampliarse la lista de materiales cuya aportación al cemento es apreciable. 
 
MATERIALES Y MÉTODOS 
 
Para la realización de estos ensayos se emplearon tres muestras de toba dacítica, 
extraídas de afloramientos de la región de Cabo de Gata, al sur de España (ver 
figura 1). 
 
 
Caracterización de las muestras. 
 
Estas rocas son, mayormente, tobas vitrocristalolitoclásticas, que transicionan 
ocasionalmente a ignimbritas y cineritas de composición dacítica. Suelen ser ligeras, 
porosas y pumíticas. Se alteran con facilidad y aparecen cementando materiales 
piroclásticos (Costafreda, J.L., 2008). 
 
Se originaron, posiblemente, por la rápida pérdida de líquido y vapor durante las 
emisiones volcánicas neógenas del sureste de España, donde los materiales más 
finos se compactaron entre sí, formando estratos de tobas de diferentes 
granulometría y composición, principalmente dacítica. 
 
Microscópicamente, estas rocas están constituidas por vidrio, cuarzo, piroxeno, 
plagioclasa, biotita, epidota y fragmentos de rocas; con texturas variables del tipo 
vitrocristalolitoclástica, bandeada, cinerítica y tufítica. La matriz es muy fina, vítrea, 
alterada, desvitrificada; muchas veces predomina un cemento de cinerita que 
engloba cristales recocidos, que muestran caras cóncavas y convexas, con 
estiramientos exagerados por su eje longitudinal. Los fenocristales han sido 
sustituidos isomórficamente por material secundario de naturaleza bentonítica y 
zeolítica, emplazándose a través de las líneas de los cruceros y microfracturas, y 
como sustitución pseudomórfica del vidrio volcánico (Costafreda, J.L., 2008). 
 
  
 
 
Figura Nº 1: Mapas de ubicación geográfica y geológico (escala 1:10.000), reflejando los lugares de 
yacencia de las tobas dacíticas en la región del Cabo de Gata, España. 
 
 
Las muestras obtenidas contienen entre un 63,28% y un 65,99% de sílice, 12,08-
14,01% de alúmina y 2,39-3,03% de compuesto de sodio (ver tabla 1). 
 
Tabla Nº 1: Composición química de las tobas dacíticas empleadas en el presente trabajo. 
Composición química 
(%) Muestra 
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 
TD-I 64,49 13,19 1,6 0,873 2,09 2,99 3,92 
TD-II 65,99 14,01 1,72 1,16 1,85 3,03 2,89 
TD-III 63,28 12,08 1,44 2,05 1,73 2,39 2,82 
Fuente: Costafreda, J.L. y  Calvo, B. 2007. 
 
Preparación de las muestras: 
Las muestras fueron trituradas por debajo de 63 micras. Se prestó especial atención 
al grado de finura de las tobas dacíticas empleadas en el presente trabajo, por su 
importancia en los ensayos ulteriores, pues los componentes hidratados son los que 
dan mayor resistencia al cemento, de forma que cuanto menor es el tamaño del 
grano, mayor es la resistencia alcanzada. En los granos pequeños, la hidratación se 
completa prácticamente en su totalidad, porque el agua logra penetrar en su interior 
con bastante facilidad (Costafreda, J.L., 2008). 
 
Se utilizó un cemento pórtland de alta resistencia inicial. Su composición química se 
ofrece en la tabla 2. 
 
Tabla Nº 2: Composición química del cemento pórtland de referencia anhidro empleado en el 
presente trabajo.  
Compuestos en % de masa 
MUESTRA SiO2 Al2O3 K2O Na2O MgO Fe2O3 CaO Cl Ti O2 P2O5 SO3 MnO 
P.P.C. 
(%) 
% 
Total 
Cemento de 
Referencia 
17,45 5,59 1,37 0,091 0,641 3,35 64,04 - 0,326 0,072 4 0,094 2,43 99,454 
 
La preparación de los morteros se realizó de acuerdo con las indicaciones de la 
norma  UNE-EN 196-1:2005.  
 
Las tres muestras de toba dacítica fueron subdivididas en submuestras, 
convenientemente dosificadas, según la norma UNE-EN 196-1:2005. Esta 
subdivisión representa las 4 edades de ensayos elegidas para la investigación; es 
decir: 2, 7, 28 y 90 días, obteniéndose una población total de 12 submuestras (ver 
tabla 3). 
 
Tabla Nº 3: Relación de muestras originales, submuestras y dosificación correspondiente para la 
elaboración de los morteros con diferentes dosificaciones. 
MUESTRA 
ORIGINAL 
SUB 
MUESTRAS 
DOSIFICACIÓN 
 
TD-I-2
1
 
TD-I-7
2
 
TD-I-28
3
 
TD-I* 
TD-I-90
4
 
TD-II-2 
TD-II-7 
TD-II-28 
TD-II 
TD-II-90 
TD-III-2 
TD-III-7 
TD-III-28 
TD-III 
TD-III-90 
(75% CemRef /25% Pz) 
375 (g)  Cemento de referencia 
125 gramos de puzolana (zeolita o toba vítrea dacítica) 
225 gramos de agua desmineralizada 
 
(70% CemRef / 30% Pz) 
350 (g) Cemento de referencia 
150 gramos de puzolana (zeolita / toba vítrea dacítica) 
225 gramos de agua desmineralizada 
 
Cemento de referencia: 
 
450 ± 2 gramos de cemento de referencia. 
1.350 ± 5 gramos de arena normalizada. 
225 ± 1 gramos de agua desmineralizada. 
(*)TD-I-21, 2, 3 y 4: submuestras de mortero (cemento pórtland + toba dacítica + arena normalizada + 
agua destilada), analizadas a las edades de 2, 7, 28 y 90 días (norma UNE-EN 196-1:2005). 
 De igual manera se procedió con el cemento de referencia, a partir del cual fueron 
elaboradas 4 submuestras de morteros, que representan las edades a 2, 7, 28 y 90 
días, en una mezcla simple y ordinaria que no contempla agregados puzolánicos. La  
composición normalizada de estos morteros comprende: árido natural (1.350 
gramos), agua desmineralizada (225 gramos) y cemento de referencia (450 gramos) 
(ver tabla 3). 
 
Para la elaboración de los morteros a partir de las mezclas de puzolanas naturales 
con cemento pórtland, se preparó la siguiente proporción: cemento pórtland (75% = 
375 gramos) y puzolana natural (toba dacítica) (25%= 125 gramos) (ver tabla 3). 
 
De la dosificación mencionada, se obtuvo una masa total de 500 gramos de mezcla 
cemento-puzolana, de la cual se emplearon 450 gramos (según norma UNE-EN 
196-1:2005) para la elaboración y enmoldado de los morteros, en una mezcla final 
con arena y agua normalizadas.  
 
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS 
 
En la tabla 4 se relacionan los resultados de los ensayos mecánicos a compresión 
por muestras de morteros mixtos y simples, a las edades de 2, 7, 28 y 90 días.  
 
Tabla Nº 4: Relación de lecturas de compresión a 2, 7, 28 y 90 días para las muestras ensayadas. 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) Nº 
 MUESTRA 
EDAD 
(días) DOSIFICACIÓN: 
(75% CemRef /25% Pz) 
DOSIFICACIÓN: 
(70% CemRef /30% Pz) 
TD-I 2 15,0 17,0 
TD-I 7 25,0 23,5 
TD-I 28 44,7 44,2 
TD-I 90 70,8 66,7 
TD-II 2 15,0 14,6 
TD-II 7 26,0 21,1 
TD-II 28 45,2 46,2 
TD-II 90 72,7 66,3 
TD-III 2 12,6 16,6 
TD-III 7 23,8 22,5 
TD-III 28 49,9 50,0 
TD-III 90 58,4 56,4 
CemRef 2 27,2 24,3 
CemRef 7 42,7 33,7 
CemRef 28 60,0 50,6 
CemRef 90 68,4 66,5 
 
Dosificación 75% CemRef/ 25% Pz (Toba dacítica)
0
20
40
60
80
2 7 28 90
M
Pa
TD-I TD-II TD-III CemRef
 
Figura Nº 2: Incremento de las resistencias mecánicas en el tiempo para morteros mixtos y simples, 
con dosificación 75% CemRef / 25% Pz (Toba dacítica). 
 
Los resultados analizados a partir de la tabla 4 y de la figura 2, para la dosificación 
75%-25%, develan una gran similitud en las tres muestras analizadas a 2 días, con 
un ligero desfase de TD-III. Esta condición no varía mucho a los 7 días; sin embargo, 
transcurrido 28 días de reacción, se desfasa la muestra TD-III respecto a TD-I y TD-
II, superando significativamente los valores de resistencia mecánica. A los 90 días, 
las muestras TD-I y TD-II vuelven a comportarse más reactivas. 
 
Un aspecto importante a destacar es el aumento de los valores de resistencia 
mecánica de las muestras TD-I y TD-II, que superan la resistencia aportada por el 
cemento de referencia a los 90 días. El ritmo del incremento de las resistencias 
aportadas por las tres muestras se hace evidente a partir de los 7 días, 
disminuyendo drásticamente la diferencia respecto al cemento de referencia a los 28 
días (ver figura 2). 
 
La reactividad de las muestras preparadas con dosificación 70%-30%, no difiere 
mucho  respecto a las elaboradas con la proporción 75%-25% (ver figura 3); las 
resistencias mecánicas se han incrementando siguiendo un patrón cercano. 
 
 
Dosificación 70% CemRef/ 30% Pz (Toba dacítica)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 7 28 90
M
Pa
TD-I TD-II TD-III CemRef
 
Figura Nº 3: Incremento de las resistencias mecánicas en el tiempo para morteros mixtos y simples, 
con dosificación 70% CemRef / 30% Pz (Toba dacítica). 
 
La comparación de los resultados obtenidos con las investigaciones con zeolitas 
naturales (Costafreda, J.L., 2008) y las tobas dacíticas de este trabajo, arroja 
criterios interesantes sobre el comportamiento de diferentes puzolanas en las 
mezclas de morteros (ver tabla 5 y figuras 4 y 5). 
 
 
Tabla Nº 5: Comparación de resultados de resistencias mecánicas de morteros elaborados con 
zeolitas naturales y los obtenidos en la presenta investigación. 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
Nº 
 MUESTRA 
(Tobas dacítica) 
EDAD 
(días) 
DOSIFICACIÓN: 
(75% CemRef /25% Pz) 
DOSIFICACIÓN: 
(70% CemRef /30% Pz) 
Nº 
 MUESTRA 
(Zeolita)  
(*) DOSIFICACIÓN: 
(75% CemRef /25% Pz) 
DOSIFICACIÓN: 
(70% CemRef /30% Pz) 
TD-I 2 15,0 12,0 SJ-7 16,0 15,0 
TD-I 7 24,3 23,5 SJ-7 25,9 24,5 
TD-I 28 44,7 44,2 SJ-7  51,4 50,3 
TD-I 90 63,1 62,3 SJ-7 70,8 66,7 
TD-II 2 15,0 14,6 SJ-9 17,5 15,9 
TD-II 7 26,0 21,1 SJ-9 26,6 24,0 
TD-II 28 46,2 45,2 SJ-9 48,9 47,9 
TD-II 90 70,7 66,3 SJ-9 72,7 68,4 
TD-III 2 12,6 12,6 SJ-10 15,5 14,2 
TD-III 7 23,8 22,5 SJ-10 24,9 20,7 
TD-III 28 50,0 49,8 SJ-10 48,0 49,3 
TD-III 90 58,4 56,4 SJ-10 65,9 65,2 
(*) Fuente: Costafreda, J.L., 2008. 
 
Es evidente que los morteros elaborados a base de zeolitas naturales aportan 
resistencias significativamente más altas que los que contienen tobas dacíticas (ver 
figuras 4 y 5); no obstante, esta diferencia no determina la eficiencia reactiva ni la 
calidad como aglomerantes de estas últimas. 
 
 
Dosificación 75% CemRef/ 25% Pz (Toba dacítica vs Zeolita)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 7 28 90
M
Pa
TD-I
TD-II
TD-III
SJ-7
SJ-9
SJ-10
 
Figura Nº 4: comportamiento mecánico de morteros elaborados con zeolitas y tobas dacíticas, con 
dosificación 75%-25%, respectivamente. 
 
Dosificación 70% CemRef/ 30% Pz (Toba dacítica vs Zeolita)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 7 28 90
M
Pa
TD-I
TD-II
TD-III
SJ-7
SJ-9
SJ-10
 
Figura Nº 5: comportamiento mecánico de morteros elaborados con zeolitas y tobas dacíticas, con 
dosificación 70%-30%. 
 
Muchos yacimientos de zeolitas (San José Los Escullos, España, y Escalerillas en 
México) aparecen tobas de composición dacítica y riolítica, respectivamente, esta 
condición puede considerarse un buen pronóstico para explotar ambos materiales 
como un todo-uno, sin incidir negativamente en la calidad del cemento o del mortero. 
 
 
CONCLUSIONES 
 
De acuerdo con los resultados obtenidos, se podrán fabricar tipos de cementos con 
propiedades ventajosas, tales como: mayor resistencia química, menor calor de 
hidratación y mayor inhibición de la reacción álcalis/árido. Entre estos cementos 
podrían figurar: cemento pórtland con adiciones resistentes a los sulfatos y al agua 
de mar, cementos con adiciones puzolánicos (construcción de zapatas, pisos, 
columnas, muros, losas, pavimentos guarniciones, brocales de pozos, registros y 
tuberías) y cementos compuestos (gran durabilidad en prefabricados para 
alcantarillados, concretos con mayor resistencia química con bajo desprendimiento 
de calor que sea compatible con todos los materiales de construcción como arenas, 
gravas, piedras, mármol y pigmentos). 
 
Podrán ser empleados en la construcción de hormigones que deben resistir el 
ataque del agua de mar en condiciones de agresividad baja o media, así como en 
obras situadas en ambientes marinos en los que suelen darse condiciones 
ambientales agresivas, y para evitar problemas derivados de la reacción álcalis-
árido.  
 
La puzolana empleada (toba dacítica) es capaz de sustituir al cemento portland en 
un  25% y 30%, esto garantiza los bajos valores de calor de hidratación, Esta 
condición puede evitar de forma eficiente la retracción térmico-plástica, la expansión 
y la fisuración de los hormigones.  
 
Los morteros fabricados con adiciones de toba dacítica aportan elevada resistencia 
mecánica, esto los hace adecuados en la construcción de grandes estructuras 
donde se requiera una durabilidad excelente, fundamentalmente frente a la 
agresividad de las aguas puras, carbónicas o con débil acidez mineral.  
 
Las puzolanas empleadas en el presente trabajo aportan al mortero cohesión,  
manejabilidad, impermeabilidad y hermetismo, estas propiedades aportan a los 
morteros  resistencia a la congelación y a la acción del CO2. 
 
 
BIBLIOGRAFÍA 
 
Costafreda, J.L. y Calvo, B. (2007). Calidad de las rocas zeolitizadas de Cabo de 
Gata como agregados activos en cementos puzolánicos resistentes a los sulfatos y 
al agua de mar. V Jornadas Iberoamericanas de Materiales de Construcción. Ciudad 
de Panamá, Panamá. 13 p. 
 
Costafreda, J.L. (2008). Geología, caracterización y aplicaciones de las rocas 
zeolíticas del complejo volcánico de Cabo de Gata (Almería). Tesis Doctoral. Madrid, 
España. 515 p. 
 
Costafreda, J.L. y Calvo, B. (2008). Aprovechamiento de las rocas encajantes de 
los yacimientos e indicios de zeolitas naturales de Cabo de Gata, España. VI 
Jornada Iberoamericana de Materiales de Construcción. Mar del Plata, Argentina. 10 
p. 
 
Costafreda, J.L., Calvo, B. y Peralta, X. B. (2009). Aprovechamiento de los 
residuos de demolición de la ciudad de Madrid en morteros con zeolita natural: una 
contribución a la mejora del medioambiente. III Convención Cubana de Ciencias de 
la Tierra. La Habana, Cuba. 9 p. 
 
Rosell, M. (2006). Zeolitas naturales cubanas. Reactividad puzolánica. Uso en 
adiciones para hormigones. Tesis Doctoral. Centro Técnico para el desarrollo de 
Materiales de Construcción. La Habana, Cuba. 123 p. 
 
UNE-EN 196-1:2005: Métodos de ensayo de cementos. Parte 1: Determinación de 
resistencias mecánicas. 
 
UNE-EN 196-3:1996: Determinación del tiempo de fraguado y de la estabilidad de 
volumen.  
 
UNE-EN 197-1:2000: Composición, especificaciones y criterios de conformidad de 
los cementos comunes. 
 
UNE-EN 933-1:1998: Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los 
áridos. Parte 1: Determinación de la granulometría de las partículas. Método del 
tamizado. 
 
UNE-EN 933-10:2001: Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los 
áridos. Parte 10: Evaluación de los finos. Granulometría de los fillers (tamizado en 
corriente de aire). 
 
UNE-EN 1015-3: Determinación de la consistencia del mortero fresco por el método 
de sacudida. 


Criterios para el aprovechamiento de tobas dáciticas en la sustitución de cemento Pórtland en morteros y hormigones.

Archivo Digital UPM

Los materiales puzolánicos reactivos son muy conocidos actualmente, así como sus beneficios en la mejora de gran número de cementos. El presente trabajo tiene la intención de mostrar algunos resultados prácticos, obtenidos de recientes investigaciones de tobas de composición dacítica, capaces de sustituir al cemento pórtland de alta resistencia inicial en morteros y hormigones. Los contenidos apreciables en sílice y en alúmina, los bajos contenidos en sulfato y materias orgánicas, y una molienda adecuada, entre otros, son las causas, al parecer, de la eficacia de este material a la hora de aportar valores apreciables de resistencias mecánicas a edades cercanas y superiores a los 28 días.



Palabras clave: tobas dacíticas, cemento pórtland, morteros, hormigones, resistencias mecánicas



ABSTRACT:



The pozzuolanic materials are very known nowadays, as well as his benefits in the improvement of great number of cements. The present paper shows some practical results obtained of recent investigations of dacitic tuffs, which are capable of substituting the portland cement of high initial resistance in mortars and concretes. Both, the valuable contents in silica-alumina and the low sulphate-organic materials levels, as well as the correct crushing, are the reasons of the efficiency of this material, with the contribution of mechanical resistances in close and higher ages than twenty eight days.



Key words: dacitic tuffs, portland cement, mortar, concrete, mechanic resistance

Criterios para el aprovechamiento de tobas dáciticas en la sustitución de cemento pórtland en morteros y hormigones

 1 
CRITERIOS PARA EL APROVECHAMIENTO DE TOBAS DÁCITICAS 
EN LA SUSTITUCIÓN DE CEMENTO PÓRTLAND EN MORTEROS Y 
HORMIGONES. 
 
 
Costafreda, J.L.(1), Calvo, B.(1) y Parra, J.L. (1) 
 
(1)Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas. Departamento de Ingeniería Geológica. C/ Ríos 
Rosas, 21. 28003. Madrid. (costafreda@yahoo.es); (benjamin.calvo.perez@gmail.com) y 
(joseluis.parra@upm.es). 
 
 
RESUMEN: 
 
Los materiales puzolánicos reactivos son muy conocidos actualmente, así como sus beneficios en la 
mejora de gran número de cementos. El presente trabajo tiene la intención de mostrar algunos 
resultados prácticos, obtenidos de recientes investigaciones de tobas de composición dacítica, 
capaces de sustituir al cemento pórtland de alta resistencia inicial en morteros y hormigones. Los 
contenidos apreciables en sílice y en alúmina, los bajos contenidos en sulfato y materias orgánicas, y 
una molienda adecuada, entre otros, son las causas, al parecer, de la eficacia de este material a la 
hora de aportar valores apreciables de resistencias mecánicas a edades cercanas y superiores a los 
28 días. 
 
Palabras clave: tobas dacíticas, cemento pórtland, morteros, hormigones, resistencias mecánicas 
 
ABSTRACT: 
 
The pozzuolanic materials are very known nowadays, as well as his benefits in the improvement of 
great number of cements. The present paper shows some practical results obtained of recent 
investigations of dacitic tuffs, which are capable of substituting the portland cement of high initial 
resistance in mortars and concretes. Both, the valuable contents in silica-alumina and the low 
sulphate-organic materials levels, as well as the correct crushing, are the reasons of the efficiency of 
this material, with the contribution of mechanical resistances in close and higher ages than twenty 
eight days. 
 
Key words: dacitic tuffs, portland cement, mortar, concrete, mechanic resistance. 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
La fabricación de cementos con adiciones controladas de materiales puzolánicos, 
naturales como artificiales, es una práctica muy extendida en la actualidad, en el 
empeño de obtener aglomerantes y estructuras más resistentes y estables, en los 
aspectos físico y químico, que satisfagan las exigencias de las tecnologías en la 
construcción moderna, tanto en superficie, subterráneas como en contacto con los 
entornos marinos y suelos altamente contaminados. 
 
De igual modo, se precisa mitigar con creces la emisión de CO2 a la atmósfera, 
producida inevitablemente durante la fabricación de grandes volúmenes de cemento 
pórtland. 
 
 2 
Al mismo tiempo, es imprescindible un conocimiento profundo de los agregados y 
adiciones para el cemento ordinario, para diagnosticar y controlar sus 
comportamientos en todas las etapas de la reacción hidráulica, las variaciones en  
las interfases, y las características de las paragénesis minerales finales.  
 
Muchas puzolanas han sido caracterizadas con los propósitos anteriores, 
principalmente las zeolitas naturales (Rosell, M., 2006), (Costafreda, J.L. et al., 
2007), (Costafreda, J.L., 2008), (Costafreda, J.L. et al., 2009), y de cenizas 
volcánicas, sílice (Rabilero, A., 1988); pero la experiencia demuestra que puede 
ampliarse la lista de materiales cuya aportación al cemento es apreciable. 
 
MATERIALES Y MÉTODOS 
 
Para la realización de estos ensayos se emplearon tres muestras de toba dacítica, 
extraídas de afloramientos de la región de Cabo de Gata, al sur de España (ver 
figura 1). 
 
 
Caracterización de las muestras. 
 
Estas rocas son, mayormente, tobas vitrocristalolitoclásticas, que transicionan 
ocasionalmente a ignimbritas y cineritas de composición dacítica. Suelen ser ligeras, 
porosas y pumíticas. Se alteran con facilidad y aparecen cementando materiales 
piroclásticos (Costafreda, J.L., 2008). 
 
Se originaron, posiblemente, por la rápida pérdida de líquido y vapor durante las 
emisiones volcánicas neógenas del sureste de España, donde los materiales más 
finos se compactaron entre sí, formando estratos de tobas de diferentes 
granulometría y composición, principalmente dacítica. 
 
Microscópicamente, estas rocas están constituidas por vidrio, cuarzo, piroxeno, 
plagioclasa, biotita, epidota y fragmentos de rocas; con texturas variables del tipo 
vitrocristalolitoclástica, bandeada, cinerítica y tufítica. La matriz es muy fina, vítrea, 
alterada, desvitrificada; muchas veces predomina un cemento de cinerita que 
engloba cristales recocidos, que muestran caras cóncavas y convexas, con 
estiramientos exagerados por su eje longitudinal. Los fenocristales han sido 
sustituidos isomórficamente por material secundario de naturaleza bentonítica y 
zeolítica, emplazándose a través de las líneas de los cruceros y microfracturas, y 
como sustitución pseudomórfica del vidrio volcánico (Costafreda, J.L., 2008). 
 
 3 
 
 
 
 
Figura Nº 1: Mapas de ubicación geográfica y geológico (escala 1:10.000), reflejando los lugares de 
yacencia de las tobas dacíticas en la región del Cabo de Gata, España. 
 
 
Las muestras obtenidas contienen entre un 63,28% y un 65,99% de sílice, 12,08-
14,01% de alúmina y 2,39-3,03% de compuesto de sodio (ver tabla 1). 
 
Tabla Nº 1: Composición química de las tobas dacíticas empleadas en el presente trabajo. 
Composición química 
(%) Muestra 
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 
TD-I 64,49 13,19 1,6 0,873 2,09 2,99 3,92 
TD-II 65,99 14,01 1,72 1,16 1,85 3,03 2,89 
TD-III 63,28 12,08 1,44 2,05 1,73 2,39 2,82 
Fuente: Costafreda, J.L. y  Calvo, B. 2007. 
 
 4 
Preparación de las muestras: 
Las muestras fueron trituradas por debajo de 63 micras. Se prestó especial atención 
al grado de finura de las tobas dacíticas empleadas en el presente trabajo, por su 
importancia en los ensayos ulteriores, pues los componentes hidratados son los que 
dan mayor resistencia al cemento, de forma que cuanto menor es el tamaño del 
grano, mayor es la resistencia alcanzada. En los granos pequeños, la hidratación se 
completa prácticamente en su totalidad, porque el agua logra penetrar en su interior 
con bastante facilidad (Costafreda, J.L., 2008). 
 
Se utilizó un cemento pórtland de alta resistencia inicial. Su composición química se 
ofrece en la tabla 2. 
 
Tabla Nº 2: Composición química del cemento pórtland de referencia anhidro empleado en el 
presente trabajo.  
Compuestos en % de masa 
MUESTRA SiO2 Al2O3 K2O Na2O MgO Fe2O3 CaO Cl Ti O2 P2O5 SO3 MnO 
P.P.C. 
(%) 
% 
Total 
Cemento de 
Referencia 
17,45 5,59 1,37 0,091 0,641 3,35 64,04 - 0,326 0,072 4 0,094 2,43 99,454 
 
La preparación de los morteros se realizó de acuerdo con las indicaciones de la 
norma  UNE-EN 196-1:2005.  
 
Las tres muestras de toba dacítica fueron subdivididas en submuestras, 
convenientemente dosificadas, según la norma UNE-EN 196-1:2005. Esta 
subdivisión representa las 4 edades de ensayos elegidas para la investigación; es 
decir: 2, 7, 28 y 90 días, obteniéndose una población total de 12 submuestras (ver 
tabla 3). 
 
Tabla Nº 3: Relación de muestras originales, submuestras y dosificación correspondiente para la 
elaboración de los morteros con diferentes dosificaciones. 
MUESTRA 
ORIGINAL 
SUB 
MUESTRAS 
DOSIFICACIÓN 
 
TD-I-2
1
 
TD-I-7
2
 
TD-I-28
3
 
TD-I* 
TD-I-90
4
 
TD-II-2 
TD-II-7 
TD-II-28 
TD-II 
TD-II-90 
TD-III-2 
TD-III-7 
TD-III-28 
TD-III 
TD-III-90 
(75% CemRef /25% Pz) 
375 (g)  Cemento de referencia 
125 gramos de puzolana (zeolita o toba vítrea dacítica) 
225 gramos de agua desmineralizada 
 
(70% CemRef / 30% Pz) 
350 (g) Cemento de referencia 
150 gramos de puzolana (zeolita / toba vítrea dacítica) 
225 gramos de agua desmineralizada 
 
Cemento de referencia: 
 
450 ± 2 gramos de cemento de referencia. 
1.350 ± 5 gramos de arena normalizada. 
225 ± 1 gramos de agua desmineralizada. 
(*)TD-I-21, 2, 3 y 4: submuestras de mortero (cemento pórtland + toba dacítica + arena normalizada + 
agua destilada), analizadas a las edades de 2, 7, 28 y 90 días (norma UNE-EN 196-1:2005). 
 5 
 
De igual manera se procedió con el cemento de referencia, a partir del cual fueron 
elaboradas 4 submuestras de morteros, que representan las edades a 2, 7, 28 y 90 
días, en una mezcla simple y ordinaria que no contempla agregados puzolánicos. La  
composición normalizada de estos morteros comprende: árido natural (1.350 
gramos), agua desmineralizada (225 gramos) y cemento de referencia (450 gramos) 
(ver tabla 3). 
 
Para la elaboración de los morteros a partir de las mezclas de puzolanas naturales 
con cemento pórtland, se preparó la siguiente proporción: cemento pórtland (75% = 
375 gramos) y puzolana natural (toba dacítica) (25%= 125 gramos) (ver tabla 3). 
 
De la dosificación mencionada, se obtuvo una masa total de 500 gramos de mezcla 
cemento-puzolana, de la cual se emplearon 450 gramos (según norma UNE-EN 
196-1:2005) para la elaboración y enmoldado de los morteros, en una mezcla final 
con arena y agua normalizadas.  
 
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS 
 
En la tabla 4 se relacionan los resultados de los ensayos mecánicos a compresión 
por muestras de morteros mixtos y simples, a las edades de 2, 7, 28 y 90 días.  
 
Tabla Nº 4: Relación de lecturas de compresión a 2, 7, 28 y 90 días para las muestras ensayadas. 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) Nº 
 MUESTRA 
EDAD 
(días) DOSIFICACIÓN: 
(75% CemRef /25% Pz) 
DOSIFICACIÓN: 
(70% CemRef /30% Pz) 
TD-I 2 15,0 17,0 
TD-I 7 25,0 23,5 
TD-I 28 44,7 44,2 
TD-I 90 70,8 66,7 
TD-II 2 15,0 14,6 
TD-II 7 26,0 21,1 
TD-II 28 45,2 46,2 
TD-II 90 72,7 66,3 
TD-III 2 12,6 16,6 
TD-III 7 23,8 22,5 
TD-III 28 49,9 50,0 
TD-III 90 58,4 56,4 
CemRef 2 27,2 24,3 
CemRef 7 42,7 33,7 
CemRef 28 60,0 50,6 
CemRef 90 68,4 66,5 
 
 6 
Dosificación 75% CemRef/ 25% Pz (Toba dacítica)
0
20
40
60
80
2 7 28 90
M
Pa
TD-I TD-II TD-III CemRef
 
Figura Nº 2: Incremento de las resistencias mecánicas en el tiempo para morteros mixtos y simples, 
con dosificación 75% CemRef / 25% Pz (Toba dacítica). 
 
Los resultados analizados a partir de la tabla 4 y de la figura 2, para la dosificación 
75%-25%, develan una gran similitud en las tres muestras analizadas a 2 días, con 
un ligero desfase de TD-III. Esta condición no varía mucho a los 7 días; sin embargo, 
transcurrido 28 días de reacción, se desfasa la muestra TD-III respecto a TD-I y TD-
II, superando significativamente los valores de resistencia mecánica. A los 90 días, 
las muestras TD-I y TD-II vuelven a comportarse más reactivas. 
 
Un aspecto importante a destacar es el aumento de los valores de resistencia 
mecánica de las muestras TD-I y TD-II, que superan la resistencia aportada por el 
cemento de referencia a los 90 días. El ritmo del incremento de las resistencias 
aportadas por las tres muestras se hace evidente a partir de los 7 días, 
disminuyendo drásticamente la diferencia respecto al cemento de referencia a los 28 
días (ver figura 2). 
 
La reactividad de las muestras preparadas con dosificación 70%-30%, no difiere 
mucho  respecto a las elaboradas con la proporción 75%-25% (ver figura 3); las 
resistencias mecánicas se han incrementando siguiendo un patrón cercano. 
 
 
Dosificación 70% CemRef/ 30% Pz (Toba dacítica)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 7 28 90
M
Pa
TD-I TD-II TD-III CemRef
 
Figura Nº 3: Incremento de las resistencias mecánicas en el tiempo para morteros mixtos y simples, 
con dosificación 70% CemRef / 30% Pz (Toba dacítica). 
 
 7 
La comparación de los resultados obtenidos con las investigaciones con zeolitas 
naturales (Costafreda, J.L., 2008) y las tobas dacíticas de este trabajo, arroja 
criterios interesantes sobre el comportamiento de diferentes puzolanas en las 
mezclas de morteros (ver tabla 5 y figuras 4 y 5). 
 
 
Tabla Nº 5: Comparación de resultados de resistencias mecánicas de morteros elaborados con 
zeolitas naturales y los obtenidos en la presenta investigación. 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
LECTURA 
COMPRESIÓN  
(Mpa) 
Nº 
 MUESTRA 
(Tobas dacítica) 
EDAD 
(días) 
DOSIFICACIÓN: 
(75% CemRef /25% Pz) 
DOSIFICACIÓN: 
(70% CemRef /30% Pz) 
Nº 
 MUESTRA 
(Zeolita)  
(*) DOSIFICACIÓN: 
(75% CemRef /25% Pz) 
DOSIFICACIÓN: 
(70% CemRef /30% Pz) 
TD-I 2 15,0 12,0 SJ-7 16,0 15,0 
TD-I 7 24,3 23,5 SJ-7 25,9 24,5 
TD-I 28 44,7 44,2 SJ-7  51,4 50,3 
TD-I 90 63,1 62,3 SJ-7 70,8 66,7 
TD-II 2 15,0 14,6 SJ-9 17,5 15,9 
TD-II 7 26,0 21,1 SJ-9 26,6 24,0 
TD-II 28 46,2 45,2 SJ-9 48,9 47,9 
TD-II 90 70,7 66,3 SJ-9 72,7 68,4 
TD-III 2 12,6 12,6 SJ-10 15,5 14,2 
TD-III 7 23,8 22,5 SJ-10 24,9 20,7 
TD-III 28 50,0 49,8 SJ-10 48,0 49,3 
TD-III 90 58,4 56,4 SJ-10 65,9 65,2 
(*) Fuente: Costafreda, J.L., 2008. 
 
Es evidente que los morteros elaborados a base de zeolitas naturales aportan 
resistencias significativamente más altas que los que contienen tobas dacíticas (ver 
figuras 4 y 5); no obstante, esta diferencia no determina la eficiencia reactiva ni la 
calidad como aglomerantes de estas últimas. 
 
 
Dosificación 75% CemRef/ 25% Pz (Toba dacítica vs Zeolita)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 7 28 90
M
Pa
TD-I
TD-II
TD-III
SJ-7
SJ-9
SJ-10
 
Figura Nº 4: comportamiento mecánico de morteros elaborados con zeolitas y tobas dacíticas, con 
dosificación 75%-25%, respectivamente. 
 
 8 
Dosificación 70% CemRef/ 30% Pz (Toba dacítica vs Zeolita)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 7 28 90
M
Pa
TD-I
TD-II
TD-III
SJ-7
SJ-9
SJ-10
 
Figura Nº 5: comportamiento mecánico de morteros elaborados con zeolitas y tobas dacíticas, con 
dosificación 70%-30%. 
 
Muchos yacimientos de zeolitas (San José Los Escullos, España, y Escalerillas en 
México) aparecen tobas de composición dacítica y riolítica, respectivamente, esta 
condición puede considerarse un buen pronóstico para explotar ambos materiales 
como un todo-uno, sin incidir negativamente en la calidad del cemento o del mortero. 
 
 
CONCLUSIONES 
 
De acuerdo con los resultados obtenidos, se podrán fabricar tipos de cementos con 
propiedades ventajosas, tales como: mayor resistencia química, menor calor de 
hidratación y mayor inhibición de la reacción álcalis/árido. Entre estos cementos 
podrían figurar: cemento pórtland con adiciones resistentes a los sulfatos y al agua 
de mar, cementos con adiciones puzolánicos (construcción de zapatas, pisos, 
columnas, muros, losas, pavimentos guarniciones, brocales de pozos, registros y 
tuberías) y cementos compuestos (gran durabilidad en prefabricados para 
alcantarillados, concretos con mayor resistencia química con bajo desprendimiento 
de calor que sea compatible con todos los materiales de construcción como arenas, 
gravas, piedras, mármol y pigmentos). 
 
Podrán ser empleados en la construcción de hormigones que deben resistir el 
ataque del agua de mar en condiciones de agresividad baja o media, así como en 
obras situadas en ambientes marinos en los que suelen darse condiciones 
ambientales agresivas, y para evitar problemas derivados de la reacción álcalis-
árido.  
 
La puzolana empleada (toba dacítica) es capaz de sustituir al cemento portland en 
un  25% y 30%, esto garantiza los bajos valores de calor de hidratación, Esta 
condición puede evitar de forma eficiente la retracción térmico-plástica, la expansión 
y la fisuración de los hormigones.  
 
Los morteros fabricados con adiciones de toba dacítica aportan elevada resistencia 
mecánica, esto los hace adecuados en la construcción de grandes estructuras 
donde se requiera una durabilidad excelente, fundamentalmente frente a la 
agresividad de las aguas puras, carbónicas o con débil acidez mineral.  
 
 9 
Las puzolanas empleadas en el presente trabajo aportan al mortero cohesión,  
manejabilidad, impermeabilidad y hermetismo, estas propiedades aportan a los 
morteros  resistencia a la congelación y a la acción del CO2. 
 
 
BIBLIOGRAFÍA 
 
Costafreda, J.L. y Calvo, B. (2007). Calidad de las rocas zeolitizadas de Cabo de 
Gata como agregados activos en cementos puzolánicos resistentes a los sulfatos y 
al agua de mar. V Jornadas Iberoamericanas de Materiales de Construcción. Ciudad 
de Panamá, Panamá. 13 p. 
 
Costafreda, J.L. (2008). Geología, caracterización y aplicaciones de las rocas 
zeolíticas del complejo volcánico de Cabo de Gata (Almería). Tesis Doctoral. Madrid, 
España. 515 p. 
 
Costafreda, J.L. y Calvo, B. (2008). Aprovechamiento de las rocas encajantes de 
los yacimientos e indicios de zeolitas naturales de Cabo de Gata, España. VI 
Jornada Iberoamericana de Materiales de Construcción. Mar del Plata, Argentina. 10 
p. 
 
Costafreda, J.L., Calvo, B. y Peralta, X. B. (2009). Aprovechamiento de los 
residuos de demolición de la ciudad de Madrid en morteros con zeolita natural: una 
contribución a la mejora del medioambiente. III Convención Cubana de Ciencias de 
la Tierra. La Habana, Cuba. 9 p. 
 
Rosell, M. (2006). Zeolitas naturales cubanas. Reactividad puzolánica. Uso en 
adiciones para hormigones. Tesis Doctoral. Centro Técnico para el desarrollo de 
Materiales de Construcción. La Habana, Cuba. 123 p. 
 
UNE-EN 196-1:2005: Métodos de ensayo de cementos. Parte 1: Determinación de 
resistencias mecánicas. 
 
UNE-EN 196-3:1996: Determinación del tiempo de fraguado y de la estabilidad de 
volumen.  
 
UNE-EN 197-1:2000: Composición, especificaciones y criterios de conformidad de 
los cementos comunes. 
 
UNE-EN 933-1:1998: Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los 
áridos. Parte 1: Determinación de la granulometría de las partículas. Método del 
tamizado. 
 
UNE-EN 933-10:2001: Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los 
áridos. Parte 10: Evaluación de los finos. Granulometría de los fillers (tamizado en 
corriente de aire). 
 
UNE-EN 1015-3: Determinación de la consistencia del mortero fresco por el método 
de sacudida. 


http://oa.upm.es/9083/1/Jorge_Costafreda_Mustelier_Trabajo_Ampliado1.pdf

Criterios para el aprovechamiento de tobas dáciticas en la sustitución de cemento Pórtland en morteros y hormigones.

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