MATERIALES DE CONSTRUCCINMATERIALES DE CONSTRUCCIN

Principales materiales utilizados en la construccin de estructuras:

el acero estructuralhormign (armado o pretensado).

Pueden utilizarse como materiales predominantes en la estructura o pueden usarse conjuntamente (construccin mixta).mixta).

VENTAJAS E INCONVENIENTES

El hormign resiste el fuego y la humedad mejor que el acero.

El hormign no resiste la traccin, el acero si.

El hormign tiene antes el lmite de rotura. No es apropiado

para edificaciones de gran altura.1

CALIDAD DEL HORMIGNCALIDAD DEL HORMIGN

PROYECTO - DOSIFICACINGRANULOMETRA

TECNOLOGA APLICADA

2

RESISTENCIA MECNICAESTABILIDAD

DURABILIDAD

HOMOGENEIDADCOMPACIDAD

TECNOLOGA EMPLEADA ENSU FABRICACIN Y MANEJO

ENCOFRADOVERTIDOVIBRADOCURADO

COMPACIDADARIDO/CEMENTO

AGUA/CEMENTO

3

AGUA/CEMENTO

ALGUNOS PLASTIFICANTES Y FLUIDIFICANTES, INCIDEN FAVORABLEMENTE EN CASI TODAS LAS PROPIEDADES DEL HORMIGN Y PRCTICAMENTE NO TIENEN EFECTOS SECUNDARIOS DESFAVORABLES

ADITIVOS

INCLUSORES DE AIRE Y ACELERADORES PUEDEN PRESENTAR PROBLEMASPUEDEN PRESENTAR PROBLEMAS

PATOLOGAS DEL HORMIGNPATOLOGAS DEL HORMIGNUna de las patologas frecuentes es la corrosincorrosin del hormign

CAUSASCAUSAS

CORROSIN QUMICA DEBIDO A GASES CONTENIDOS EN LA ATMSFERA

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COMBUSTIN DE DERIVADOS DEL PETRLEO

GASES CARBNICOS (CO2 )y

SULFRICOS (SO2 )

CIDO CARBNICO: H2CO3

SULFRICO: H2SO4

Comnmente la corrosin del hormign va unida a la de las

armaduras, en estos casos la destruccin del hormign se acelera

enormemente.

Las aguas salinas en contacto con la estructura y los ridos de playa,

de ser usados en el hormign, son un factor de introduccin directa

de cloruros en la masa del hormign.

Las patologas mas comunes, vinculadas con la degradacin por

5

Las patologas mas comunes, vinculadas con la degradacin por

cloruros, est, sin embargo, ligada a los ambientes marinos

actuando sobre hormigones ya construidos, poco compactos, o con

poco recubrimiento, y la penetracin es por el aire contaminado con

las sales marinas.

Carbonatacin o corrosin de armaduras por cloruros,

contaminacin ciudadana, y/o, ambiente marino, ambos factores

son los desencadenantes de las patologas mas comunes.

PATOLOGAS DEL HORMIGNPATOLOGAS DEL HORMIGN

DISEO DEL HORMIGN (DOSIFICACION, ETC.)

DISEO FORMAL DE LA PIEZAPREVENCINPREVENCIN

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ADECUADO RECUBRIMIENTO DEL ACERO

BUENA COMPACTACIN

CURADO ADECUADO

PREVENCINPREVENCINDEDE

PATOLOGASPATOLOGAS

Hormign (piedra artificial) = cemento + ridos (grava y arena) + fraguado.Para su correcta ejecucin hay que realizar adecuadamente las labores de encofrado, compactacin, vibrado, curado y realizar juntas donde sea necesario.A partir de las acciones sobre los elementos de hormign podemos empezar a calcular o dimensionar.

ACCIONES SOBRE EL HORMIGNACCIONES SOBRE EL HORMIGN

Para acciones que producen tracciones ser indispensable utilizar armadura dentro del hormign.utilizar armadura dentro del hormign.

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Tipos de hormign segn la armadura:

hormign en masa: sin armadura resistente,

hormign armado: con armadura pasiva resistente,

hormign pretensado: con armadura activa y pasiva resistente.

Para vigas, pilares y losas, entre otros elementos, se usan barras corrugadas de dimetros tipificados:

Dimetro (mm) 6 8 10 12 16 20 25 32 40Dimetro (mm) 6 8 10 12 16 20 25 32 40

rea (cm2) 0.28 0.50 0.79 1.13 2.01 3.14 4.91 8.04 12.57

Suma de los dos dimetros anteriores 0.79 1.29 1.92 3.14 5.15 8.05 12.95

Podemos comprobar que la suma del rea de los dos dimetros anteriores es similar al

rea de cada dimetro.

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Caracterizamos al hormign, por su resistencia caracterstica (fck)definida en ensayos normados con probetas cilndricas de 15cm de

dimetro y 30cm de altura, ensayadas a compresin a los 28 das.

Trabajamos suponiendo que la resistencia a compresin simple delhormign es fck , y usamos como valores fck = 150, 200, 250, 300,350, 400, y 450 daN/cm2.

9

350, 400, y 450 daN/cm .

Esos no son los lmites normativos, pero es conveniente no trabajar

con valores inferiores a 150, en razn de la relacin directa que

existe entre la capacidad resistente del hormign y su longevidad,

y evitamos tambin valores muy altos, ya que son menos comunes.

Para los clculos de estructuras en los que intervienenelementos de hormign, como vigas, pilares y/o losas, esimprescindible aplicar un mdulo de que relacione ladeformacin del elemento segn las cargas aplicadas. Porel comportamiento del hormign, este dato en la realidadno es constante como se puede deducir de la figura.

MDULO DE DEFORMACIN LONGITUDINALMDULO DE DEFORMACIN LONGITUDINAL

no es constante como se puede deducir de la figura.Podemos aproximarnos mediante las frmulas de la EHEcuyos resultados se detallan en la tabla y que se basan enlas frmulas

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Resistencia caractersticaa los 28 das

Resistencia media del hormign a los 28 das

Pendiente en el origen

Secante

fck (N/mm2) fcmj (N/mm2) E0j (N/mm2)Ej (N/mm2)

25 33 32.1E+327.3E+3

30 38 33.6E+328.6E+3

35 43 35.0E+329.8E+3

40 48 36.3E+330.9E+3

45 53 37.6E+331.9E+3

50 58 38.7E+3 32.9E+3

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La curva tensin deformacin, del laboratorio, es del tipo de la representada en la figura siguiente.

A los efectos del anlisis se le asimila a un tramo de parbola

de segundo grado, desde el origen hasta el vrtice de la

parbola, continuando con un tramo recto.

12GRAFICO TENSIONES-DEFORMACINES DEL HORMIGN

Se considera nula la Se considera nula la capacidad resistente a la capacidad resistente a la traccin por ser muy bajatraccin por ser muy baja

Las estructuras deben cumplir, entre otros, los requisitos de Estabilidad, Resistencia, Funcionalidad y Durabilidad.

El procedimiento utilizado para garantizar que se cumplen estos

requisitos con una adecuada fiabilidad o, dicho de otro modo, con una

probabilidad suficientemente pequea, es el Mtodo de los Estados Lmite.

Si la estructura supera alguno de los Estados Lmite se puede considerar

ESTADOS LIMITEESTADOS LIMITE

Si la estructura supera alguno de los Estados Lmite se puede considerar

que esta ya no cumple las funciones para las que ha sido proyectada.

Dicho mtodo diferencia los Estados Lmite ltimos y los Estados Lmite de Servicio agrupando la resistencia y la estabilidad como ltimos y los funcionales como de Servicio.

Los relacionados con la durabilidad, de momento, se tratan de forma

aparte.

As, los Estados Lmite ltimos estn relacionados con la rotura y los de Servicio con la utilizacin.

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ESTADOS LMITE LTIMOS ROTURA

ESTADOS LMITE DE SERVICIO UTILIZACIN ESTADOS LMITE DE SERVICIO UTILIZACIN

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Para el clculo de secciones se utilizan los esfuerzos declculo que sern ponderados es decir, su valorcaracterstico ser multiplicado por un factor.

La estructura debe cumplir la condicin:

ESTADOS LMITE LTIMOS (ELU)ESTADOS LMITE LTIMOS (ELU)

RdRd > > SdSd

que significa que la Resistencia (R), convenientemente ponderada (Rd) debe ser mayor que el efecto de la accin (S) siendo (Sd) la accin ponderada.

Se utiliza el sufijo d para indicar que son los esfuerzos ponderados o de clculo.

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La estructura debe cumplir la condicin:

Cd > Cd > EdEd

ESTADOS LMITE DE SERVICIO (ELS)ESTADOS LMITE DE SERVICIO (ELS)

Cd > Cd > EdEd

que significa que el valor admisible del

Estado Lmite de Servicio a comprobar

(Cd), debe ser mayor que el efecto de laaccin (Ed).

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ACCIONES A CONSIDERAR SOBRE UNA ACCIONES A CONSIDERAR SOBRE UNA ESTRUCTURA DE HORMIGNESTRUCTURA DE HORMIGN

Pueden tener diferentes orgenes y diferentes formas de aparicin (variables o constantes, en el tiempo o en el espacio) En funcin de esta diversidad caben diferentes clasificaciones. Las ms importantes son:

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Estas dos clasificaciones, sobretodo la segunda

(cargas permanentes y cargas variables), son

importantes por que se utilizan para diferenciar

coeficientes de ponderacin en funcin del tipo

de carga.

Las acciones en las estructuras tienen unLas acciones en las estructuras tienen un

tratamiento estadstico.

Las acciones no son una variable determinista,

con un valor concreto y medible sino que son

una variable estadstica con un rango de valores

que puede llegar a oscilar mucho.

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VALOR CARACTERSTICO DE UNA ACCINVALOR CARACTERSTICO DE UNA ACCINUn determinado tipo de accin se considera como una poblacin. Porejemplo, la carga de uso de un edificio de viviendas se puede considerarcomo una poblacin que, en determinados momentos ser pequea, enotros momentos tendr un valor normal y en otros un valor grande. Si seasume que la poblacin tiene una distribucin de probabilidades similar auna distribucin de Gauss (distribucin normal), dicha poblacin tendr:

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El valor utilizado en la teora de estructuras es, casi siempre, el valor caracterstico Ak , es decir, aqul que tiene una probabilidad de ser excedido del 5%. Es lgico utilizar un valor que en la realidad casi nunca es excedido.

VALOR CARACTERSTICO DE UNA ACCINVALOR CARACTERSTICO DE UNA ACCIN

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HORMIGON ARMADO CONVENCIONALHORMIGON ARMADO CONVENCIONAL

El trabajo conjunto del hormign y las armaduras de acero esposible debido a la combinacin ventajosa de las propiedadesfsico-qumicas de estos materiales.Fenmenos fsicos esenciales que permiten la existencia delhormign armado son:

1. Durante el fraguado, el hormign comprime al acero, producindose una fuerte adherencia entre ambos materiales. Una vez concluido el fraguado,

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fuerte adherencia entre ambos materiales. Una vez concluido el fraguado, y lo fundamental del proceso siguiente de endurecimiento, al ser cargadas las unidades funcionales, estos materiales, hormign y acero, se deforman conjuntamente. 2. El hormign bien dosificado protege las armaduras de acero colocadas en l, contra la corrosin y de los ataques qumicos en general. 3. No hay reacciones qumicas desfavorables entre ambos materiales. 4. Desde el punto de vista formal, el hormign toma la forma del molde, (encofrado) en que lo vertemos.

La capacidad resistente del acero est en funcin de su

composicin qumica, y de su eventual tratamiento en fro

posterior.

De acuerdo a su composicin tenemos aceros de lmite de fluencia 2200 dan/cm2, 4200 dan/cm2 o 5000 dan/cm2. Pero estos ltimos valores tambin se obtiene por estirado en

fro de aceros, que pierden as su zona de cedencia, o fluencia,

por lo que la definicin de lmite de fluencia ff en este ltimo

ACEROACERO

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por lo que la definicin de lmite de fluencia ffykyk en este ltimo caso, tiene una definicin convencional.

BARRAGRADO

F

L

U

E

N

C

I

A

(

d

a

n

/

c

m

2

)

AL 220 ADM 420 ADM 500 ADN 420 ADN 500

LISA 2200 4200

CONFORMADA4200 5000

4200 5000

ACEROACERO

Se usan diferentes tipos de acero para el hormign armado,

aceros de dureza natural, y/o, deformados en fro, en cada caso,

de mayor o menor capacidad resistente.

No tienen tratamiento posterior a la laminacin. Cuando se

somete una probeta de acero natural, de seccin A y de longitud

ACERO NATURAL ACERO NATURAL

Llamamos alargamiento unitario al cociente:

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somete una probeta de acero natural, de seccin A y de longitud llll a un esfuerzo de traccin F, la probeta, sometida a una tensin se alarga y su longitud se transforma en llll + llll.

Si se llevan sobre un grfico los resultados de la experiencia, se

obtiene para estos aceros, curvas del tipos que se indica en las

figuras:

Grfico de tensiones-deformaciones del acero de dureza natural

(el redondo liso en lenguaje de obra comn), en traccin:

S daN/cm2

ACEROACERO

25

Entre los puntos O y A, el diagrama est formado por una recta,

SS es proporcional a es proporcional a SS

De acuerdo a la grfica obtenida, se puede deducir la siguiente

expresin :

Esta expresin corresponde estrictamente a la ley de Hooke,

siendo Es el Mdulo de YOUNGYOUNG, o de elasticidad longitudinal.

SS = E = E SS . . SS

ACEROACERO

La experiencia demuestra que el valor de ES es prcticamente constante cualquiera sea el tipo de acero utilizado y es muy

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El valor fp de la curva S correspondiente al punto A es el lmite de proporcionalidad que marca el fin de la proporcionalidad

dentro del perodo elstico.

Es = 2.100.000 dan/cm2

S

constante cualquiera sea el tipo de acero utilizado y es muy

aproximado a:

Este valor de fp vara con los distintos tipos de acero.

Si se aumenta la fuerza F ms all del valor correspondiente al punto

A, se constata una pequea curva ascendente que termina en un punto B llamado lmite elstico, a partir del cual comienzan a existir deformaciones remanentes.

ACEROACERO

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Es tan pequea esta zona del diagrama que se supone inexistente,

hacindose coincidir los puntos A y B.

Aparece despus una zona B-C de grandes alargamientos a tensiones prcticamente constantes, es decir, un escaln horizontal

(escaln de plasticidad) a la altura del lmite elstico aparente fe.

Llega hasta una deformacin del orden del 2 o/oo o mayor, y a

partir de ah, el diagrama se curva en forma creciente, con

grandes alargamientos, hasta llegar a una tensin mxima o

tensin de rotura fs.

En este momento aparece la estriccin (disminucin de la seccin), importante, en las probetas de ensayo.

ACEROACERO

28

seccin), importante, en las probetas de ensayo.

Ms all de este valor, contina el diagrama con valores

decrecientes de la tensin, hasta un valor final llamado tensin ltima (o carga unitaria ltima) al que corresponde la rotura fsica de la probeta de ensayo, con separacin en dos trozos.

La rama descendente corresponde al intervalo comprendido

entre el comienzo de la estriccin y la rotura de la probeta.

ACERO DE RESISTENCIA ALTA PARA ACERO DE RESISTENCIA ALTA PARA H.A.H.A. CONVENCIONALCONVENCIONAL

ACEROACERO

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Para aceros de dureza natural: se eleva la proporcin de carbono, a la vez que se aaden cantidades adecuadas de otros elementos, fundamentalmente manganeso

ELEVACIN DEL ELEVACIN DEL LMITE ELSTICO LMITE ELSTICO

ADECUADA COMPOSICIN QUMICA DEL ACERO

TRATAMIENTOS FSICOS POSTERIORES A LAMINACIN

ACEROACERO

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aaden cantidades adecuadas de otros elementos, fundamentalmente manganeso y silicio. Estos aceros se laminan en caliente igual que los ordinarios pero imprimindoles resaltos para mejorar la adherencia. Tambin pueden deformarse, estirarse y torsionarse, en fro barras de acero ordinario o de acero de dureza natural, controlando cuidadosamente las variables del proceso. Este trabajo mecnico produce una elevacin de las caractersticas resistentes (lmite elstico y tensin de rotura) y una disminucin de las plsticas (alargamiento y aptitud para el doblado). Se obtienen as los aceros endurecidos por deformacin en fro.

El siguiente diagrama tensin-deformacin pone de manifiesto la diferencia entre ambos aceros. Los aceros de dureza natural conservan el escaln de cedencia, tanto ms corto cuanto ms resistentes sean. Los endurecidos en fro pierden dicho escaln mostrando un diagrama curvilneo continuamente creciente hasta la rotura. Se toma un lmite elstico convencional, correspondiente a una deformacin remanente del 2 o/oo.

ACEROACERO

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HORMIGNHORMIGN

El diagrama tensin-deformacin del hormign presenta una

curva inicial creciente y otra final descendente.

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Grfico de tensiones-deformaciones del hormign

CRITERIOS DE SEGURIDAD TOMADO SOBRE LA CAPACIDAD DE LOS MATERIALES

Los criterios de seguridad surgen de tomar como valores representativos de los

materiales los llamados valores caractersticos, que tiene una definicin

estadstica, que, en esencia, procura usar los valores mnimos previsibles no

excepcionales. Estadsticamente se define como el cuartil 5 de una muestra, o el

LMITES PARA LAS DEFORMACIONES DE LOS ELEMENTOS DE LA LMITES PARA LAS DEFORMACIONES DE LOS ELEMENTOS DE LA CONSTRUCCIN CONSTRUCCIN

De este modo se asegura que las deformaciones permanecen dentro de los lmites admisibles.

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excepcionales. Estadsticamente se define como el cuartil 5 de una muestra, o el

valor que da una confianza del 95% de que el valor real ser que el caracterstico

usado en el clculo.

Usaremos el subndice k para identificarlo.

De forma que cuando asumimos una curva de comportamiento resistente, y

representamos un valor con un subndice k estamos hablando de una curva

modelo. Para cada material concreto a usar, teniendo una serie de probetas

representativas del material, ensayadas las probetas, se obtiene estadsticamente

un valor fck , para el hormign, o fyk, para el acero, valor representativo de la muestra, con un nivel de confianza de 95%.

La figura representa la curva caracterstica para un acero y para un hormign. Para este ltimo se aproxima la curva real a una parbola rectngulo. El valor caracterstico definido en la curva se establece para una deformacin del 2. Para el acero (no tiene escaln de fluencia en el caso representado) la definicin es convencional. Para el hormign queda establecido en el vrtice de la parbola.

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El hormign no es un cuerpo elstico, por lo tanto no podemos

hablar de mdulo de elasticidad.

Mdulo de deformacin longitudinal no tiene un valor constante

en el diagrama c c dada la curvatura del mismo, se distinguen los siguientes conceptos.

MDULO DE DEFORMACIN LONGITUDINAL DEL HORMIGN MDULO DE DEFORMACIN LONGITUDINAL DEL HORMIGN

Mdulo tangente

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Mdulo tangente Valor variable en cada punto y viene medido por la inclinacin de la

tangente a la curva

Mdulo secante Tambin llamado mdulo de deformacin, valor es variable segn

el punto de la curva y viene medido por la inclinacin de la recta

que une el origen con dicho punto.

Mdulo inicial Tambin llamado mdulo de elasticidad en el origen, corresponde a

tensin nula en cuyo caso coinciden el mdulo tangente y, el secante.

Viene medido por la inclinacin de la tangente a la curva en el origen.

Mdulo para cargas de servicio - anteproyecto -Cuando se trata de determinar deformaciones para cargas prximas

a las de servicio en una estructura, que producen tensiones en el

hormign del orden del 40 % de la de rotura como mximo, se

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hormign del orden del 40 % de la de rotura como mximo, se

puede adoptar como mdulo de elasticidad un valor constante para

cada tipo de hormign y humedad ambiente, igual o algo menor que

el mdulo de elasticidad inicial del diagrama.

E cm y fk en daN/cm2

Cuando existe en el material una deformacin longitudinal se

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Cuando existe en el material una deformacin longitudinal se

produce una transversal de signo opuesto, - si se alarga

longitudinalmente, se comprime transversalmente - y viceversa.

El hormign guarda una proporcionalidad entre estas

deformaciones caracterizada por el mdulo adimensional, de Poisson, , que adquiere valores diferentes en funcin de la tensin del material, para cargas de servicio su valor est entre

0.15 y 0.20. Usaremos =0.15, para cargas de servicio, cuando

debamos usarlo en anlisis de losas.

FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO

CONTRACCIN DEVOLMEN

RETRACCIN

La prdida paulatina de agua puede definirse como la causa de la retraccin. A la contraccin del hormign se opone la armadura, las piezas sufren compresiones en el centro de la pieza y

RETRACCIN DEL HORMIGN RETRACCIN DEL HORMIGN

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piezas sufren compresiones en el centro de la pieza y tracciones en la periferia, superficiales. Esto produce fisuras superficiales y tensiones remanentes internas.La estimacin del acortamiento por retraccin debe hacer intervenir una serie numerosa de variables, humedad relativa, dosificacin y granulometra del hormign, armaduras dimetros y su distribucin, dimensiones de la pieza, etc.

0,25 - 0,3 mm por metro, es una estimacin simple de ese acortamiento, que no toma en cuenta todas las variables de la retraccin, y que permite tener una idea primaria de la magnitud de la contraccin.

Si bien la retraccin se extiende durante 2 y hasta 3 aos, los primeros das y el primer da es determinante en el desarrollo de patologas asociadas a la retraccin.

RETRACCIN DEL HORMIGN RETRACCIN DEL HORMIGN

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retraccin.

El ambiente seco y caluroso favorece la retraccin, la adecuada tecnologade curado del hormign, y la realizacin de juntas si fuera necesario, sonmedidas adecuadas para mantener limitado el fenmeno.

Es conveniente disponer armaduras repartidas de pequeos dimetros, quelogren que la zona superficial del hormign est debidamente "cosida".Estribos, armadura de piel, mallas para muros, etc., suelen cumplir este

objetivo.