Materiales de Construcción

Sector de TecnologíaProf. Melin Nava1er. Período 2010: enero - junio

Materiales de construcción

UNIDAD 3 (1)

120210

Unidad 3. Ciencia e ingeniería de materiales.

1. Grupos materiales I y II. 2. Características y Propiedades químicas, físicas y

mecánicas. Coeficientes. Relación entre estructura y propiedades de los materiales. Leyes físicas fundamentales.

3. Patología constructiva.



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GRUPOS MATERIALES I



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PETREOS NATURALES - Piedras: extraídas de la naturaleza

MATERIALES PÉTREOS

También conocidos como CERÁMICOS porque poseen características similares- Son frágiles, porosos y duraderos. Buen comportamiento ante el fuego, pero sensibles al choque térmico.

PÉTREOS ARTIFICIALES - Cerámicos: Obtenidos por cocción. - Vidrios: Obtenidos por fusión de diferentes tipos

de componentes: sílice, magnesio, - Conglomerantes o aglomerantes:

aéreos: yeso y cal (aérea)hidráulicos: CementosConglomerados: Obtenidos y cohesionados por el fraguado de conglomerantes, como los morteros y concretos. Pueden ser reversibles o irreversibles.



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1. Ser homogéneas, compactas y de grano uniforme

2. Sin grietas, coqueras ni restos orgánicos (percusión)

3. Resistencia a compresión en ígneas de 500 kgs/cm2 y en sedimentarias y metamórficas de 250 kgs/cm2

4. Resistentes a agentes atmosféricos

5. Resistentes al fuego

6. Absorción o permeabilidad no mayor de 4,5% del volúmen

7. Adherencia a los morteros

8. Labrabilidad

Requisitos que deben cumplir las piedras:



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Metamórficas (MARMOL)

Sedimentarias (ARCILLAS)

Ígneas (GRANITO)

Resistencia a compresión: 2900 kg/cm2Resistencia a la tracción: 1/28 compresiónResistencia a la flexión: 1/10 compresión

Resistencia al corte: 1/15 compresión

Resistencia a compresión 600-1000 Kg/cm2 Resistencia a flexión 100 - 200 Kg/cm2

Resistencia a la tracción: 1/28 compresiónResistencia al corte: 1/15 compresión

Resistencia a compresión 600-1000 Kg/cm2 Resistencia a flexión 100 - 200 Kg/cm2

Resistencia a la tracción: 1/28 compresiónResistencia al corte: 1/15 compresión



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Materia esencial: piedra caliza

Casos de interés:

Procesamiento primario Material básico:

Calcinación/hidratación Cal viva (cal aérea)

Yesos y escayolas

Procesamientos secundarios Productos:

Hidratación cal apagada

Grasa (<5% arcilla)

Magra (5% arcilla + 10% magnesio)

Hidráulica (> 5% arcilla)

Cementos



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Materia esencial: arcilla


Extracción arcilla


Amasado, conformado y/o apisonado Tierra como material de construcción

Cocción (800 – 1100°C) Ladrillo



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Materia esencial: sílice, cuarzo, feldespato, magnesio


Extracción arena (grano hasta 5 cm)

Grava y gravilla (grano entre 6 mm – 50 mm)

Piedra


Lavado Arena de río cantos redondeados

Arena fósil cantos angulosos

Arenas vírgenes cantos angulosos

Gravas y piedras picadas

Fusión (1500°C) Vidrio



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Cal aérea

Es la cal que con agregados de agua produce una pasta en la que coexisten el hidróxido de cal y el de magnesio que endurecen al aire por desecación



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Cal hidratada

Se obtiene por un proceso de hidratación que transforma la cal viva en polvo seco. Tiene mayor proporción de hidróxido de calcio y cantidades apropiadas de otros

componentes que aseguran el endurecimiento del mortero mediante el agregado de agua



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Ciclo de la cal

Fuente: www.ugr.es/.../restauracion/teoria/TEMA04.htm



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Estucos: estuco al fuegoBRUÑIDOS AL FUEGO

El estuco bruñido al fuego es otro de los procedimientos murales que utiliza los mismos

materiales que el fresco y se trabaja también en fresco.

El proceso es muy similar al de la pintura al fresco, si bien la preparación debe tener más grosor para

poder bruñirlo.

Se pinta con los pigmentos diluidos en una lechada de cal y jabón de coco. Se pinta muy

diluido. Antes de que seque, se bruñe con unas planchas de hierro ex proceso muy calientes.

El resultado es un fresco con una superficie brillante de una calidad muy bonita. Debemos

prever los reflejos que hará según la luz y el espacio donde lo pintemos.



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Esgrafiados

Se realiza con los mismos materiales que el fresco, pero el pigmento se mezcla en el mortero.

Es a base de colores planos, y a diferentes niveles. Es más para soluciones decorativas.

El proceso consiste en extender un primer rebozado, generalmente el de tono más oscuro, se deja

fratasado y, una vez seco, pasado un día, se extiende otra capa fina del mismo color.

Seguidamente y aún tierno, se extiende el mortero del otro tono, normalmente un color muy claro y del

grosor conveniente. Se pueden dar dos capas y generalmente se deja uniformemente fino.

Al cabo de unas horas, cuando el material lo permite, se estarce un dibujo encima y con la ayuda

de un estilete se corta el dibujo y se hace caer donde convenga la capa superior, llamada

contra-trepa apareciendo debajo el color de la primera capa llamada trepa. Se realiza con el color de la primera capa llamada trepa.



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Pintura al frescoVitrubio explica el proceso del fresco y la obtención de

la cal en sus "Diez libros de arquitectura“. Aún siendo tan antigua, la pintura al fresco es hoy única en

calidad de materia y posibilidades, y rinde como ninguna a la hora de pintar grandes murales tanto

interiores como exteriores.

Una de las grandes ventajas es que todo el material que se utiliza para pintar al fresco es mineral. El

aglutinante es la propia cal del muro y los pigmentos son básicamente óxidos, muy sólidos a la luz.

Podríamos decir que es pintura fósil y ecológica.

Pintar al fresco significa aplicar los pigmentos minerales adecuados, simplemente disueltos en agua, sobre el muro previamente preparado con mortero de cal cuando éste aún está fresco, de aquí el nombre de

fresco.

La cal en contacto con el anhídrido carbónico del aire forma una película insoluble de carbonato cálcico en

la superficie pictórica protegiendo y adhiriendo el pigmento



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5611100200

Ladrillo hueco y silicio calcáreo. Bloques de hormigón celular.

891250250

Ladrillo de barro cocido. Bloques de hormigón ligero y extra ligero.

891250250

Bloques o piedra de sillería. Ladrillo macizo o perforado. hormigón denso o semi-denso.

N/mm2ArenaHidrato de calCementoHidrato

de calCemento

Resistencia a la

compresiónPartes en volumenKg./m3 arena

seca

Ingredientes del mortero de cal



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Yeso

Su materia prima es la piedra de yeso o aljez. Se produce a moler la piedra y combinarla con agua para obtener sulfato bihidratado que se deshidrata mediante

un proceso de cocción. El material resultante se muele y se almacena en silos para su secado. Es muy inestable



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120210Fuente: www.ugr.es/.../restauracion/teoria/TEMA04.htm



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Temple

los colores de las pinturas murales se aplican sobre la

superficie enlucida endurecida, esto es, al temple, mezclados

simplemente con agua o aglutinados con goma, colas y

huevo. Por ello, la capa pictórica es en extremo

delicada, de forma que un simple lavado con agua puede disolverla completamente. De

hecho, la preservación de las pinturas murales egipcias es el

resultado de un clima extremadamente seco y de su

aislamiento de la intemperie. El fraguado puede retardarse algo

si se adiciona cal.



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Sgrafito

Técnica policroma para decorar los relieves exteriores de yeso.

La superficie se cubría con capas protectivas de aceite de linaza, cera o, más a menudo, lechadas de cal.

También existe otra técnica que se llama mármol marezzo, muy similar a esta técnica, aunque se basa exclusivamente en pigmentos y no en fragmentos de piedra para obtener los efectos deseados. El marezzo ha sido utilizado a veces en revestimientos exteriores.



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Relieves y tallados

En esculturas, exteriores e interiores de edificaciones, se han utilizado también morteros de yeso en relieve y tallados.

Los materiales son mezclas de yeso de París con pasta de cal aérea y arena bien tamizada (en la proporción 1:1:6), pelo largo y fuerte y a veces grasa animal. Estos relieves podían decorarse con la técnica del sgraffito.



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Latin caementum = argamasa

Cementos y concretos

Es un aglomerante hidráulico compuesto por una mezcla de silicatos cálcicos que se derivan de los procesos de calcinación a altas temperaturas de caliza, arcilla y/o otros componentes, luego se tritura y se obtiene un polvo gris que al contacto con el agua fragua.



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Clases de cementos

Naturales: calcinación de rocas calizas y arcillosas a temperatura superior a los 1100 °C, para eliminar el anhídrido carbónico y posteriormente pulverizado.

Cemento de fraguado rápido < 30 minutos

Cemento de fraguado lento > 30 minutos hasta 12 horas

Cemento zumaya: resistente al agua de mar, fragua entre 5 y 25 minutos

Artificiales: Provienen de la calcinación a principio de fusión (1400°C) y pulverización de diversos componentes.

Portland: Clinquer (cal + arcillas) y yeso

Siderúrgico: se sustituyen la caliza y las arcillas por escoria

Puzolánico: Se le añade cenizas volcánicas.

De adición: Clinquer + otros componentes de menor calidad

Aluminoso: Caliza y Bauxita



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Cemento Portland

Mezcla de cal con arcilla para obtener un material sin óxido de calcio libre, mediante la cocción a 1400°C de los mismos.

Tipos de cemento

I Construcciones de todo tipo, sin especificaciones particulares.

II Usado en obras expuestas a acciones moderadas de sulfatos o si debe ser controlado el calor de la hidratación

III Usado cuando se exigen alta resistencia inicial

IV Usado cuando se requiera bajo calor de hidratación

V Usado cuando se requiera alta resistencia a los sulfatos



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Las materias primas para la producción del portland son minerales que contienen:

óxido de calcio (44%), óxido de silicio (14,5%), óxido de aluminio (3,5%), óxido de hierro (3%) óxido de manganeso (1,6%).



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Cemento de albañilería

Mezcla de cal con arcilla para obtener un material sin óxido de calcio libre, mediante la cocción del mismo. Es un polvo fino, gris verdoso, suave al tacto y que

potencia sus propiedades al endurecer.

0,15-%Contracción por secado-65%Retención de agua-4,5A los 28 días-2,5

MPaA los 7 díasResistencia a la

compresión

1,0-%Constancia de volumen -Expansión en autoclave

2412%Aire incorporado

15-%Retenido sobre tamiz 75 µmFinura

24-horaFinal-90mín.Inicial

Tiempo de fraguado

Máx.Mín.UnidadRequisitos



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Tierra y ladrillo

Autor: Juan Borges (ULA, 2007)



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•• Arcilla: Arcilla: Un recurso mineral importante. 90% de producciUn recurso mineral importante. 90% de produccióón en n en fabricacifabricacióón de materiales de construccin de materiales de construccióón y agregados 10% en otras n y agregados 10% en otras industrias. industrias.

•• SSíílice: lice: Es uno de los componentes de la Es uno de los componentes de la arenaarena. Una de las formas en . Una de las formas en que aparece naturalmente es el que aparece naturalmente es el cuarzocuarzo..

+

Ladrillo



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Materia esencial: sílice, cuarzo, feldespato, magnesio


Extracción Arcilla

Arena


Cocción (900 – 1000°C) Ladrillo perforado, macizo, artesano, caravista y refractario

Bloque hueco

Bloque de ventilación

Tabelon

Teja

Baldosas

Entre otros



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Bloques de arcilla cocida

Es la unidad básica de un muro convencional. En el mercado venezolano disponemos de los siguientes tipos:



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Tabelones

Son piezas huecas utilizadas en la construcción de losas de entrepiso o techos. Las dimensiones usuales en el mercado venezolano son de 8 x 20 x 80, de 6 x 20 x 80, de 8 x 20 x 60 o de 6 x 20 x 60. Cada pieza pesa entre 4 y 8 Kgs.



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Son dúctiles, compactos, oxidables. Mala resistencia al fuego.

SIDERURGICOS o FÉRRICOS

•Aceros (aleaciones de Fe y C)

•Fundiciones Fe y con alto contenido de C. Elementos moldeados para

instalaciones y adornos

•Ferroaleaciones (No se emplean en edificaciones).

NO FÉRRICOS

Ligeros: Aluminio y sus aleaciones. Usados en carpintería y cubiertas.

Pesados: Cu, Pb, Zn y sus aleaciones. Cubiertas e instalaciones.

MATERIALES METÁLICOS



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1. Ser compactos, dúctiles e impermeables

2. Deben tener capacidad de fundirse a determinadas temperaturas (sólido líquido)

3. Capacidad de ser forjados sin perder cualidades cohesivas

4. Maleabilidad

5. Capacidad de deformarse sin perder resistencia ni llegar a la rotura. Es mayor en metales blandos con bajo Ea. (aluminio, hierro, cobre, cinc, estaño y plomo).

6. Buena resistencia a tracción (Tenacidad)

7. Deben ser fáciles de cortar

8. Deben ser fáciles de unir entre segmentos de iguales características (soldabilidad) o entre metales diferentes (aleación).

9. Capacidad de reaccionar en presencia del oxígeno.

10. Conductibilidad térmica, acústica y eléctrica

11. Color, brillo y capacidad reflectora

Requisitos que deben cumplir los metales:



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La forma se comunica a los metales fundiéndolos

en moldes, donde solidifica y se enfría según su

fusibilidad, por medios mecánicos a elevada

temperatura según su forjabilidad, en frío según su

maleabilidad y finalmente, por separación y

acoplamiento según las propiedades de fácil corte y

soldadura



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No férricosSe usan en elementos auxiliares y en

carpintería externa

FérricosTienen aplicaciones diversas, particularmente estructurales

Resistencia a la tracción: 250 – 500 Kgs/cm2Resistencia a la compresión: 1500 kgs./cm2E = 1.000.000 Densidad: 7,87 grs/cm3

Límite de aplastamiento: 2 %Límite elástico: 2 %E = 700.000 Densidad: 2,7 grs/cm3

E = 700.000 Densidad: 8,96 grs/cm3Resistencia a la tracción: 5.000 Kgs/cm2Resistencia a la compresión: 2500 – 100.000 kgs./cm2E = 2.100.000 Densidad: 7,85 grs/cm3



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Clasificaciones:

Siderúrgicos o férricos

1. Aceros con aleaciones de Fe y C (< 2 %) utilizadas, generalmente, para productos laminados

2. Aceros normales, llamados también al carbono. Baja proporción de C. Utilizados en elementos de la edificación que queden tapados y para cerrajería.

3. Aceros inoxidables. Poseen una alta concentración de Cr (> 13 %) y se destinan a elementos de carpintería, revestimientos y otros accesorios.



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Fundiciones:

aleaciones de Fe con alto contenido de C (> 2%). Elementos moldeados.

Grises: carbono cristalizado en forma de grafito. Muy frecuentes en la edificación. Hierro colado.

Blancas: carbono combinado químicamente con el Fe. Frecuentemente utilizado en ingeniería industrial. Hierro dulce.

Maleables: utilizadas en piezas industriales especiales.

Ferroaleaciones: No son usuales en la edificación



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Clasificaciones:No férricos:

1. Ligeros: principalmente formados por Al y sus aleaciones. Se utilizan sobre todo en perfilería de carpintería metálica y cubiertas

2. Pesados: Cu, Pl, Zn, entre otros. Principalmente utilizados en revestimientos de cubiertas, tuberías, y la mayoría de los elementos de las diferentes instalaciones.



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Mena

Ganga



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Procesos de producción

•Fusión

•Laminación: en frio o caliente. Consiste en el estirado y compresión de los lingotes mediante cilindros que giran a igual velocidad y sentido contrario comunicándoles la forma

•Prensado

•Forjado



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b) Perfiles (longitud de 6 y 12 m)

Planos (flejes y pletinas):sección rectangular y aristas rectas. Anchos hasta 200 mm,espesores hasta 50 mm. Los de espesor menor a 5mm son flejes.

Redondos, cuadrados y hexagonales: espesores de 5mm a 200 mm. Los redondos con diámetro entre 0,2 y 10 mm se llaman alambres Angulos, T simple

Doble TUZTubulares



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Aceros laminados producidos en frío o caliente. En los catálogos se especifican dimensiones pesos y valores de momentos de inercia y resistencia

a)Chapas

Lisa: se lamina partiendo del acero dulce. La fina de espesor menor a 5mm sirve para cubiertas y revestimiento. Estas se pueden ondular y luego galvanizar. La gruesa de 7 a 20 mm se usa en almas de vigas compuestas, conectores de nodos. El ancho normal es 1.20 m y longitud hasta 12 m

Estriada: se usa para pavimentos, peldaños, etc. Espesor de 4 a15 mm, ancho 1,2, largo 3 a 6 m

Formas comerciales



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Son materiales flexibles, Biodegradables, sensibles a los UV. Generalmente combustibles y de baja resistencia al fuego. Poseen múltiples aplicaciones en construcción, carpinterías, revestimientos, instalaciones y estructurales

POLIMÉRICOS

1. ORGÁNICOS Constituidos por cadenas de C y O, junto con otros elementos diversos.

Naturales

Sintéticos o artificiales – Plásticos

Minerales: Bituminosos - impermeabilizaciones.

Termoplásticos – PE, PVC, entre otros.

Termoestables - melamina, epoxi, baquelita

Elastómeros - neopreno.

2. INORGÁNICOS Constituidos por cadenas de Si y O, con otros elementos diversos.

Siliconas - Utilizados para material de sellado de juntas e impermeabilización.

Vidrios - En casos de elevada complejidad molecular se consideran polímeros.

Vegetales: usos múltiples en la edificación

Animales:

Maderas, corcho, fibras y sustanciasCola, lana, seda, cuero, pelos - idem



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POLIMÉRICOS ORGÁNICOS NATURALES

Los bituminosos

Son mezclas de líquidos orgánicos altamente viscosas, negras, pegajosas, completamente solubles en disulfuro de carbono (por eso se llaman hidrocarbonatados) y compuesta principalmente por hidrocarburos aromáticos policíclicos.

Betunes Asfalto Alquitrán



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Betunes

Composición:

Carbono 80 – 88%

Hidróxido 9 – 12%

Oxígeno 0 – 5%

Azufre 0 - 3%

Nitrógeno 0.2 %

Tipos:

1. Betún asfáltico natural se encuentra en yacimientos de rocas calizas y areniscas

2. Betún asfáltico de penetración; se obtiene por refinación del petróleo

3. Betún asfáltico oxidado: Por transformación química en presencia del aire.

4. Betún asfáltico duro: por destilación prolongada o combinación destilación-oxidación.

Es una mezcla de hidrocarburos naturales o de petróleos, sólidos viscosos o líquidos, que contienen una pequeña proporción de productos volátiles. Tienen propiedades aglomerantes.



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Asfalto

Mezcla natural o artificial de materias bituminosas asociadas a una materia inerte y aceites minerales. Para que sea utilizable la materia inerte no debe ser mayor al 35% del volumen.

En Venezuela tenemos el lago de asfalto natural más grande, en reservas (75 millones de barriles) y extensión (4 Kms2) del mundo. El Lago de Guanoco está ubicado en el estado Sucre. Es el primero en su tipo, pero está sin explotar desde 1934



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Composición:

Materias bituminosas 40%

Aceites minerales 30%

Agua 30%

Azufre 6 %

Se encuentra en el mercado en forma de polvo asfáltico, mastique (mezcla de materias bituminosas del 16% al 22% + polvo asfáltico) y placas de asfalto comprimido

Productos

Impermeabilizantes

1. A base de disolventes líquidos

2. Pastosos

3. Sólidos

4. A base de emulsiones

5. Rollos de láminas fieltro o telas de fibra de vidrio asfaltados

6. Mantos asfálticos

Acabados

1. Tejas asfálticas y caballetes

2. Pinturas de aluminio asfálticas

3. Emulsión asfáltica



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AlquitránEl alquitrán de hulla puede usarse como recubrimiento anticorrosivo, caracterizándose por tener una excelente resistencia al agua salada y una buena resistencia tanto a ácidos como a bases. Se emplea también para conservar madera (por ejemplo durmientes de ferrocarril) e impermeabilizar techos. Es una sustancia altamente peligrosa (catalogada por ONU como el 1999 del mundo)

Se compone de hidrocarburos aromáticos, fenoles, y algunos compuestos de nitrógeno, azufre y oxígeno.

Se utiliza principalmente en la elaboración de diversos productos, como jabones, pinturas, cigarros (donde aparece como residuo de la combustión), plásticos, asfalto (para la pavimentación) y productos químicos. También se utiliza como combustible.



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Maderas, fibras y sustancias

POLIMÉRICOS ORGÁNICOS NATURALES

La madera es un material orgánico constituido por un conjunto de tejidos que forman la masa de los árboles desprovistos de su corteza

Composición:

1. Anatómica: células longitudinales y transversales

2. Química: componentes principales; Celulosa, hernicelulosa y lignina. Componentes secundarios: gomas, taninos, aceites, colorantes, resinas



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Propiedades y Características

Anisotropía: es decir no se comporta igual en todas las direcciones de las fibras

Dureza: relacionada directamente con la densidad y la humedad.

Peso específico o densidad: Depende de su contenido de agua.

Comportamiento al secado: capacidad de la madera para ser secada natural o artificialmente, sin sufrir alteraciones en su estructura.

Resistencia: más idóneos para su trabajo a tracción, por su especial estructura direccional

Flexibilidad: La madera puede ser curvada o doblada por medio de calor, humedad, o presión

Durabilidad natural: referido a la resistencia que presenta las especies al ataque de los diferentes agentes biológicos y climáticos de destrucción.



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Ventajas:Docilidad de labraPoca densidadBellezaCalidad, Su resistencia mecánica,Propiedades térmicas y

acústicas.

Desventajas:Combustibilidadinestabilidad volumétricaputrefacción.



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Comparados con la madera sólida, tienen las siguientes ventajas:

1. Alta resistencia mecánica

2. Resistencias equivalentes en todos los sentidos

3. Mayor estabilidad dimensional

4. Pueden cubrir áreas considerables

5. Versatilidad de usos

6. Fácil trabajabilidad y manipuleo



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Para lograr un desarrollo sostenible en Venezuela se deben superar las siguientes deficiencias del sistema:

Volumen de madera aprovechable: desarrollo de políticas de bosques sustentables

Daños de la explotación: métodos de extracción planificados

Fijación de los precios de las concesiones forestales: explotación exclusiva de maderas valiosas

Reinversión inadecuada de los recursos: fondos para replantar los árboles

Date post:	18-Nov-2014
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