MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUITECNOLOGÍA DE MATERIALES

CUARTO CICLO (4TO)

INTRODUCCIÓN

Los llamados materiales de construcción engloban a aquellos materiales que entran a formar parte de los distintos tipos de obras arquitectónicas o de ingeniería, cualquiera que sea su naturaleza, composición o forma. Los materiales de construcción abarcan un gran número y de orígenes muy diversos, pudiéndose clasificar para su estudio en base a diferentes criterios, siendo los más habituales su función en la obra, su intervención y su origen.

1. Según su función en la obra2. Por su intervención en la obra3. En función de su origen

1.- Según su función en la obra, los materiales de construcción se clasifican en:Resistentes, aglomerantes y auxiliares. Los materiales resistentes son los que soportan el peso de la obra y los ataques meteorológicos o los provocados por el uso (piedras, ladrillos, hormigón, hierro, etc.). Los materiales aglomerantes son los que sirven de ligazón entre los resistentes para unirlos en formaciones adecuadas a su función (cemento, yeso, cal, etc.). Por último, los materiales auxiliares son aquellos que tienen una función de remate y acabado (maderas, vidrios, pinturas, etc.).

2.- Por su intervención en la obra, los materiales se clasifican en: de cimentaciónDe estructura, de cobertura y de cerramiento. Los de cimentación son fundamentalmente los hormigones, en particular, el hormigón armado. Las estructuras pueden ser de hormigón, metálicos, de madera o mixtas. Las coberturas pueden ser de prefabricadas, metálicas, de materiales cerámicos o pétreos. Por último, los cerramientos pueden ser ladrillos, acristalados, prefabricados, etc.

3.- En función de su origen los materiales de construcción se pueden dividir en función de su origenSiendo este criterio el más adecuado para el estudio de las propiedades características de los mismos, y será el que se seguirá en el desarrollo del presente tema. Presenta además la ventaja de que, a diferencia de las otras clasificaciones, no hay materiales que se repiten en los diferentes apartados. Según este criterio, los materiales se dividen en:

AGLOMERANTES

TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

AGLOMERANTESSon todos aquellos materiales, generalmente pétreos blandos, que mezclados con agua se hacen plásticos, formando pasta y que al secarse alcanzan resistencia mecánica, siendo los aglomerantes típicos, la arcilla, el yeso, la cal y el cemento.Se llaman materiales aglomerantes aquellos materiales que, en estado pastoso y con consistencia variable, tienen la propiedad de poderse moldear, de adherirse fácilmente a otros materiales, de unirlos entre sí, protegerlos, endurecerse y alcanzar resistencias mecánicas considerables. Estos materiales son de vital importancia en la construcción, para formar parte de casi todos los elementos de la misma

CLASIFICACIÓN GENERALES DE LOS AGLOMERANTES

Aglomerantes aéreos: los que solo endurecen en el aire, dando morteros no resistentes al agua. Comprenden el yeso, la cal y la magnesia.

Aglomerantes hidráulicos: aquellos que se endurecen en forma pétrea tanto en el agua como en el aire, pertenecen a este grupo la cales hidráulicas y los cementos. Se incluyen las puzolanas, que por si solas no endurecen o fraguan, si se mezclan con cal, dan productos hidráulicos.

Materiales hidrocarbonados: Lo forman hidrocarburos más o menos líquidos o viscosos, que endurecen por enfriamiento o evaporación de sus disolventes, como el alquitrán y el betún.

UTILIDAD DE LOS AGLOMERANTES

1-Para unir o pegar elementos simples de la obra (tabiques, blocks, etc).

2-Para revestir o aplanar superficies, protegiéndolas y/o decorándolas.

3-Para la fabricación de piedras artificiales, (tejas, ladrillos, tabiques).

OTRAS CLASIFICACIONES DE LOS AGLOMERANTES

Según necesidad de aire para fraguarPara elegir el tipo de mortero que debe utilizarse en cada lugar, juega un rol fundamental la clase o tipo de aglomerantes que lo compone. En lugar muy secundario influye el tipo y tamaño del agregado. Los aglomerantes se dividen en 2 clases:Aglomerantes hidráulicos (cemento, cemento de albañilería, cal hidráulica), que pueden fraguar con o sin presencia del aire, incluso bajo el agua.Aglomerantes aéreos (cal aérea viva, cal aérea hidratada, yeso), que requieren la presencia del aire para fraguar.

En razón de esta característica relacionada con la presencia del aire para fraguar, la clase de aglomerante condiciona su lugar de uso.

Los aglomerantes hidráulicos se utilizan, por ejemplo, en mampostería (lugar confinado), y los aglomerantes aéreos en los revoques finos (lugar bien expuesto al aire). Si se usa aglomerante aéreo en lugar confinado, sin aire, tardará mucho en fraguar o quizás no fraguará nunca, lo que significa que nunca endurecerá.

OTRAS CLASIFICACIONES DE LOS AGLOMERANTES

Con Relación a su trabajabilidad La trabajabilidad es la propiedad que posee un mortero

fresco que permite al operario extenderlo con facilidad con la cuchara por sobre los mampuestos, a la vez que resiste el peso de ellos durante la colocación y facilita su alineamiento, adherirse a la superficie vertical del mampuesto y salir fuera de las juntas con facilidad cuando el albañil aplica presión para ubicar la unidad en línea y a plomo. El albañil juzga la trabajabilidad del mortero por la manera como se adhiere a la cuchara, o resbala sobre ella y por su comportamiento en el balde.

Los cementos (cemento normal, cemento de albañilería) son más resistentes en estado endurecido, pero menos trabajables en estado fresco, en comparación con las cales, debido a su poca capacidad de retención de agua.

CalCal aérea es el producto resultante de la descomposición por el calor de las rocas calizas. Si éstas son puras y se calientan a temperatura superior a 900 0C se verifica la siguiente reacción: CaCO3 + calor = CaO + CO2↑El carbonato de calcio (CaCO3) se descompone, dando anhídrido carbónico (CO2) que es gaseoso y se desprende junto con los humos del combustible y óxido de calcio o cal viva (CaO).

La cal viva (CaO) es un producto sólido, de color blanco, amorfo aparentemente, pues cristaliza en el sistema regular, cuando se funde a 2570 0C. La cal viva es inestable, pues presenta una gran avidez por el agua reaccionando de la siguiente manera: CaO + H2O = Ca(OH)2 + 15100 calorías

Produciendo hidróxido de calcio Ca(OH)2 o cal apagada, desprendiendo calor, elevándose la temperatura a unos 160 0C, pulverizándose y aumentando considerablemente el volumen aparente. Esta avidez por el agua es tan grande que el CaO absorbe el vapor de agua de la atmósfera y la de las substancias orgánicas, produciendo efectos cáusticos.

El hidróxido de calcio Ca(OH)2 o cal apagada es un cuerpo sólido, blanco, amorfo, pulverulento, algo soluble en el agua, a la que le comunica un color blanco. En mayor cantidad forma con el agua una pasta llamada masilla de cal, la cual tiene la propiedad de endurecerse lentamente en el aire, enlazando los cuerpos sólidos, por lo cual se emplea como aglomerante.Este endurecimiento recibe el nombre de fraguado y es debido primeramente a una desecación por evaporación del agua con la cual se formó la pasta, y después, a una carbonatación por absorción del anhídrido carbónico del aire, formándose carbonato de calcio y agua, reconstituyendo la caliza de cual se partió. Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Esta reacción es muy lenta, pues empieza aproximadamente a las 24 horas de amasar la pasta y termina al cabo de unos 6 meses, por lo que las obras en que se emplea tardan mucho en secarse y adquirir la solidez definitiva. La reacción se verifica solo en aire seco; en el húmedo con mucha dificultad y no se realiza dentro del agua, pues la disuelve, no sirviendo en obras hidráulicas. La cal apagada al fraguar experimenta una contracción volumétrica, que unida al peso propio de la obra, produce fisuras o grietas.

Cal

Cal: Clasificación Las calizas naturales casi nunca son la especie química carbonato de calcio, pues la acompañan otros cuerpos como: arcilla, magnesio, hierro, azufre, álcalis y materias orgánicas, las cuales al calcinarse, de no volatilizarse, comunican a la cal propiedades que dependen de la proporción en que entran a formar parte en la piedra caliza y clasifican a las cales en:

1) Cal grasa: Si la caliza primitiva contiene hasta un 5% de arcilla, la cal que produce al calcinarse se le denomina cal grasa, y al apagarse da una pasta fina blanca y untuosa, que aumenta mucho de volumen, permaneciendo indefinidamente blanda en sitios húmedos y fuera del contacto del aire, y en el agua termina por disolverse.

2) Cales áridas o magras: Son las que proceden de calizas que aún teniendo menos del 5% de arcilla, contiene además magnesio en proporción superior al 10%. Al añadirle agua forma una pasta gris que endurece menos y desprende más calor que las cales grasas. Al secarse en el aire se reduce a polvo y en el agua se deslíen y disuelven. Por estas malas cualidades no se usan en construcción.

Cal: Clasificación

3) Cales hidráulicas: Proceden de la calcinación de calizas que contienen más del 5% de arcilla; dan un producto que reúne, además de las propiedades de las cales grasas, la de poderse endurecer y consolidar (fraguar) en sitios húmedos y debajo del agua. Esto es debido a que en la cocción, en primer lugar, se produce una evaporación del agua de cantera hasta 110 0C; hacia los 700 0C empiezan a descomponerse los silicatos que forman las arcillas, y a los 900oC se descompone el carbonato de calcio. A temperatura más elevada reaccionan los productos resultantes: óxido de calcio CaO, óxido de sílice SiO2 y alúmina AL2O3, formándose silicatos y aluminatos de calcio lo cual constituye el aglomerante llamado cal hidráulica.

Composición química de la CalLa composición química de la cal hidráulica varía según su hidraulicidad entre los siguientes límites:

SiO2 15-26% CaO 51-66% Al2O3 2-10% Fe2O3 0,5-5%

Las cales débilmente hidráulicas tienen una masa unitaria suelta comprendida entre 500 y 600 kg/m3; las medianamente hidráulicas de 600-800 kg/m3 y las eminentemente hidráulicas de 800-900 kg/m3; la densidad por lo general varía de 2600 a 2900 kg/m3 según su índice hidráulico. Sobre la malla #70 estas cales dejan un residuo del 3 al 5% y de 20-25% en la malla #170. El mortero 1:3 amasado con arena normal y conservado en agua, alcanza a los 28 días de 15 a 80 kg/cm2 de resistencia a la compresión según su hidraulicidad.

Yeso

Es el producto resultante de la deshidratación parcial o total de la piedra de yeso.

Reducido a polvo y amasado con agua, recupera el agua de cristalización, endureciéndose.

El yeso se encuentra muy abundante en la naturaleza, en los terrenos sedimentarios, presentándose bajo dos formas: cristalizado, anhidro (CaSO4) llamado anhidrita, y con dos moléculas de agua (CaSO4.2H2O) denominado piedra de yeso

Yeso: clasificación Anhidrita: es incolora o blanca, cuando está pura, y coloreada en azul, gris, amarillo o rojiza, cuando contiene arcilla: óxido de hierro, sílice, etc. Cristaliza en el sistema rómbico, su densidad es aproximadamente 2,46 g/cm3 y su dureza igual a 3 en la escala de Mohs. De estructura compacta y sacaroidea, absorbe el agua rápidamente, convirtiéndose en yeso, aumentando su volumen de 30 a 50%, y esta dilatación produce grandes trastornos en los estratos que los contienen. En estado puro tiene una composición de:

SO3 58,82%CaO 41,18%

Piedra de yeso: se presenta cristalizado en el sistema monoclínico, formando rocas muy abundantes, y se puede clasificar, ya sea según su estructura, o de acuerdo con su nivel de hidratación.La piedra de yeso o algez en cualquiera de sus variedades, cuando está pura, es incolora o blanca, pero generalmente contiene impurezas adquiriendo coloraciones: amarilla, gris o rojiza, etc., debidas a la arcilla, óxido de hierro, sílice, caliza, etc., en pequeñas proporciones.

Características técnicas de los yesos

MATERIALES PETREOS

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Materiales PetreosLos materiales pétreos utilizados en construcción son las rocas, que son agregados de partículas minerales de dimensiones apreciables y de forma indeterminada, mientras que los materiales derivados de las rocas, y que se emplean habitualmente en la construcción, reciben el nombre genérico de piedra. Las rocas naturales han sido, y todavía lo siguen siendo, muy apreciadas en la construcción. Tienen, en general, la ventaja de ser muy resistentes a las condiciones medioambientales y a los golpes. En relación con las condiciones medioambientales, es de especial interés la resistencia a la rotura por efecto de la dilatación del agua que penetra en la roca al helarse; en la actualidad también es importante considerar la resistencia a los factores contaminantes como la lluvia ácida, humos, etc. Sin embargo ofrecen una serie de inconvenientes que hace que hayan sido relegadas por otros materiales de procedencia artificial. Entre estos cabe destacar el alto coste; su poca plasticidad y alta fragilidad, su poca resistencia a la tracción, aunque poseen elevada resistencia a la compresión, y su elevado peso específico.

Materiales Petreos2.1.- Rocas y piedras.Las rocas se extraen de las canteras o excavaciones, arrancándolas por medio de máquinas (piedras blandas), o por voladuras (piedras duras). En ambos casos se obtienen grandes bloques de roca sin una forma determinada. Para su uso en construcción es necesario realizar en primer lugar un desbaste, que consiste en eliminar las partes más bastas de los bloques y prepararlas para la labra, que consiste en darles las dimensiones y formas requeridas.

2.2.- Rocas ígneas o eruptivas.Son rocas formadas por enfriamiento y solidificación de las masas fundidas de magma, del interior de la corteza terrestre, al salir al exterior. Las rocas ígneas están compuestas casi en su totalidad por minerales silicatos, y suelen clasificarse según su contenido de sílice. Las principales categorías son ácidas o básicas, siendo el granito ejemplo del primer grupo, y el basalto del segundo.

Materiales Petreos2.3.- Rocas sedimentarias.Las rocas sedimentarias están formadas por fragmentos pertenecientes a otras rocas más antiguas, y que han que han sido transformadas y erosionadas por la acción del agua y, en menor medida, del viento o del hielo glaciar. Estos fragmentos se presentan en depósitos o sedimentos que forman capas o estratos superpuestos, separados por superficies paralelas, representando cada capa un periodo de sedimento.

2.4.- Rocas metamórficasLas rocas metamórficas proceden de la transformación, en su composición mineralógica y estructural, de las rocas ígneas o sedimentarias debido a grandes presiones y/o temperaturas, producidas en el interior de la Tierra. Las rocas más importantes son el mármol y la pizarra.

AGREGADOS

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AGREGADOSIntroducciónAntiguamente se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del concreto ya que no intervenían directamente dentro de las reacciones químicas, la tecnología moderna se establece que siendo este material el que mayor % de participación tendrá dentro de la unidad cúbica de concreto sus propiedades y características diversas influyen en todas las propiedades del concreto.La influencia de este material en las propiedades del concreto tiene efectos importante no sólo en el acabado y calidad final del concreto sino también sobre la trabajabilidad y consistencia al estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades elásticas y térmicas, cambios volumétricos y peso unitario del concreto endurecido.

AGREGADOSClasificación de los AgregadosExisten varias formas de clasificar a los agregados, algunas de las cuales son:2.3.1. POR SU NATURALEZA:Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales de uso frecuente, además los agregados utilizados en el concreto se pueden clasificar en: agregado grueso, fino y hormigón (agregado global).a. El agregado fino, se define como aquel que pasa el tamiz 3/8” y queda retenido en la malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las rocas.b. El agregado grueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava.c. El hormigón, es el material conformado por una mezcla de arena y grava este material mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la corteza terrestre y se emplea tal cual se extrae en la cantera.

AGREGADOSClasificación2.3.2. POR SU DENSIDAD:Se pueden clasificar en agregados de peso especifico normal comprendidos entre 2.50 a 2.75, ligeros con pesos específicos menores a 2.5, y agregados pesados cuyos pesos específicos son mayores a 2.75.2.3.3. POR EL ORIGEN, FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL:Por naturaleza los agregados tienen forma irregularmente geométrica compuestos aleatoriamente por caras redondeadas y angularidades. En términos descriptivos la forma de los agregados pueden ser:Angular: Poca evidencia de desgaste en caras y bordes.Sub angular: Evidencia de algo de desgaste en caras y bordes.Sub redondeada: Considerable desgaste en caras y bordes.Redondeada: Bordes casi eliminados.Muy Redondeada: Sin caras ni bordes

AGREGADOSClasificación

2.3.4. POR EL TAMAÑO DEL AGREGADO:Según su tamaño, los agregados para concreto son clasificados en:Agregados finos (arenas) yAgregados gruesos (piedras).

AGREGADOSFunciones en el ConcretoEl agregado dentro del concreto cumple principalmente las siguientes funciones:a. Como esqueleto o relleno adecuado para la pasta (cemento y agua), reduciendo el contenido de pasta en el metro cúbico.b. Proporciona una masa de partículas capaz de resistir las acciones mecánicas de desgaste o de intemperismo, que puedan actuar sobre el concreto.c. Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento, de humedecimiento y secado o de calentamiento de la pasta.Los agregados finos son comúnmente identificados por un número denominado Módulo de finura, que en general es más pequeño a medida que el agregado es más fino. La función de los agregados en el concreto es la de crear un esqueleto rígido y estable lo que se logra uniéndolos con cemento y agua (pasta).