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INFORME DE GEOTECNIA

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

JOSE MANUEL RINCONEZ AMAYA

PAULA MARCELA RAMIREZ LÓPEZ

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

PROGRAMA DE GEOLOGÍA

GEOTECNIA

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CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN

2. OBJETIVOS

3. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

3.1 Características

3.2 Propiedades

3.3 Regulación

3.3.1 Manual de Normas de Ensayo de Materiales para Carretera de INVIAS

Colombia

4. MATERIAS PRIMAS Y PROCESOS DE FABRICACIÓN

5. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

5.1 Según su función en la obra

5.2 Por su intervención en la obra

5.3 En función de su origen

5.3.1 MATERIALES PÉTREOS

5.3.1.1 Naturales

5.3.2 MATERIALES CERÁMICOS

5.3.2.1 Propiedades, Fabricación y conformado

5.3.2.2 Azulejos y gres

5.3.2.3 Porcelanas y lozas

5.3.3 VIDRIOS

5.3.4 MATERIALES AGLOMERANTES

5.3.4.1 Yeso

5.3.4.2 Cal

5.3.4.3 Cementos

5.3.4.3.1 Cemento Portland

5.3.4.3.2 Otros tipos de cementos

5.3.5 MATERIALES COMPUESTOS

5.3.5.1 Morteros

5.3.5.2 Hormigones

5.3.6 METALES

5.3.7 MATERIALES BITUMINOSOS Y PLASTICOS

6. LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y LA CONTAMINACIÓN

7. CONCLUSIONES

8. BIBLIOGRAFIA

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1. INTRODUCCION

Desde sus comienzos, el hombre ha hecho uso de todo tipo de materiales naturales

que, con el paso del tiempo y el desarrollo de la tecnología, se han ido

transformando en distintos productos mediante procesos de manufactura

convirtiendo materias primas en materiales de construcción.

En los últimos años se ha dado un importante crecimiento en todo tipo de obras y

por lo tanto en la variedad de materiales de construcción, en algunos casos siendo

estos la combinación de materiales ya existentes para una mayor funcionalidad. En

el presente informe se dan a conocer los materiales de construcción los cuales se

definen como 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, además de mostrar sus clasificaciones y los principales

procedimientos y requerimientos del Manual de Normas de Ensayo de Materiales

para Carretera de INVIAS Colombia.

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2. OBJETIVOS

Identificar los diferentes materiales de construcción y sus principales

características

Conocer las propiedades de los materiales para así utilizar y combinar

adecuadamente los materiales de construcción

Determinar las clasificaciones de los materiales según su origen, su función

en una obra y la intervención en esta.

Conocer el objetivo de Las Normas de Ensayo de Materiales para Carretera

de INVIAS y sus principales requerimientos y procedimientos

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3. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Se definen como materiales de construcción a todos los elementos o cuerpos que

integran las obras de construcción, cualquiera que sea su naturaleza, composición

y forma, de tal manera que cumplan con los requisitos mínimos para tal fin.

Un material de construcción es una materia prima o con más frecuencia

un producto manufacturado, empleado en la construcción de edificios u obras

de ingeniería civil.

Por norma general, ningún material de construcción cumple simultáneamente todas

las necesidades requeridas: la disciplina de la construcción es la encargada de

combinar los materiales para satisfacer adecuadamente dichas necesidades

3.1 CARACTERISTICAS:

Los productos que empleamos en la construcción de edificios e

infraestructuras, se fabrican a partir de materia prima extraída directamente

de la Naturaleza, de fuentes no renovables, y tras procesos de

transformación más o menos intensos se colocan en obra. Por lo tanto es

necesario que los materiales de construcción cumplan las siguientes

características

Figura No.1 – Diversos materiales de construcción

Fuente:

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Es conveniente que los procesos de manufactura requeridos de los

materiales de construcción consuman poca energía y no sean

excesivamente elaborados. Esta es la razón por la que el vidrio es

considerablemente más caro que el ladrillo, proviniendo ambos de

materias primas tan comunes como la arena y la arcilla, respectivamente.

Los materiales de construcción tienen como característica común el ser

duraderos.

Dependiendo de su uso, deberán satisfacer requisitos tales como la

dureza, la resistencia mecánica, la resistencia al fuego, o la facilidad de

limpieza.

Los materiales de construcción se emplean en grandes cantidades, por lo

que deben provenir de materias primas abundantes y de bajo costo.

La mayoría de los materiales de construcción se elaboran a partir de

materiales de gran disponibilidad como arena, arcilla o piedra.

Deberán ser durables, es decir, que no se deterioren por la acción de los

fenómenos meteorológicos, por la agresividad ambiental, o por el uso

continuado.

3.2 PROPIEDADES:

Con objeto de utilizar y combinar adecuadamente los materiales de construcción los

proyectistas deben conocer sus propiedades. Los fabricantes deben garantizar unos

requisitos mínimos en sus productos, que se detallan en hojas de especificaciones.

Entre las distintas propiedades de los materiales que se encuentran:

Densidad: relación entre la masa y el volumen

Higroscopicidad: capacidad para absorber el agua

Coeficiente de dilatación: variación de tamaño en función de la temperatura

Conductividad térmica: facilidad con que un material permite el paso del calor

Resistencia mecánica: capacidad de los materiales para soportar esfuerzos

Elasticidad: capacidad para recuperar la forma original al desaparecer el

esfuerzo

Plasticidad: deformación permanente del material ante una carga o esfuerzo

Rigidez: la resistencia de un material a la deformación

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3.3 REGULACIÓN:

En muchos países , los materiales de construcción están regulados por una serie

de códigos y normativas que definen las características que deben cumplir, así

como su ámbito de aplicación.

El propósito de esta regulación es doble: por un lado garantiza unos estándares de

calidad mínimos en la construcción, y por otro permite a

los arquitectos e ingenieros conocer de forma más precisa el comportamiento y

características de los materiales empleados.

3.3.1 MANUAL DE NORMAS DE ENSAYO DE MATERIALES PARA

CARRETERA DE INVIAS COLOMBIA

Las especificaciones y las normas de ensayo de materiales tuvieron su origen

en la revolución industrial la revolución comenzó con la mecanización de la

industria textil y el desarrollo de los procesos del hierro, En Colombia las normas

de ensayo y las instrucciones para el uso de materiales tienen registro desde

1905 y a lo largo del tiempo han tenido diferentes modificaciones y se ha ido

implementando una mayor normatividad. Un ejemplo de los inicios de las

instrucciones para construcciones es el siguiente:

COLOMBIA, 1909

La sección de ingeniería del ministerio de obras públicas escribió unas

“INSTRUCCIONES REGLAMENTARIAS PARA PROYECTOS Y

CONSTRUCCIÓN DE CAMINOS”.

Una de ellas contenía los requisitos de calidad de los agregados pétreos:

“SE PROCURARÁ QUE LAS PIEDRAS EMPLEADAS SEAN DE GRAN

DUREZA, PERO MÁS QUE TODO, QUE HAYA HOMOGENEIDAD DEL

MATERIAL EMPLEADO EN LOS MAYORES TRAYECTOS POSIBLES. LA

PIEDRA PARTIDA DEBERÁ PRESENTAR FORMAS QUE SE ACERQUEN A

LA CÚBICA, SIN QUE HAYA EXCESOS DE LAJAS NI DE AGUJAS; SU

TAMAÑO DEBE SER TAL QUE LAS MÁS PEQUEÑAS NO PASEN EN NINGÚN

SENTIDO POR UN ANILLO DE TRES CENTÍMETROS DE DIÁMETRO Y QUE

LAS MÁS GRUESAS PASEN POR UN ANILLO DE SEIS CENTÍMETROS”.

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Ya en 2013 se tiene El Manual de Normas de Ensayo de Materiales para

Carreteras de INVIAS, el cual tiene el propósito de estandarizar los

procedimientos de muestreo y ensayo en los laboratorios que realizan pruebas

para los proyectos a cargo del instituto Nacional de Vías sobre la infraestructura

carretera nacional.

Las normas de ensayo de materiales contienen un conjunto de instrucciones

para realizar una o más operaciones específicas y no pretenden tratar sobre los

eventuales problemas de seguridad asociados con su empleo.

Las normas se presentan agrupadas en función de sus objetivos, a través de las

siguientes secciones:

Sección 100 – SUELOS

Sección 200 – AGREGADOS PÉTREOS

Sección 300 – CEMENTO

Sección 400 – CONCRETO HIDRÁULICO

Sección 500 – RESERVADA PARA USO POSTERIOR

Sección 600 – ESTABILIZACIONES

Secciones 700 y 800 – MATERIALES, MEZCLAS Y TRATAMIENTOS

ASFÁLTICOS Y PROSPECCIÓN DE PAVIMENTOS

Para una mayor información, se puede consultar el MANUAL DE NORMAS

DE ENSAYO DE MATERIALES PARA CARRETERA DEL 2013 en la página

de INVIAS COLOMBIA en el siguiente link:

https://www.invias.gov.co/index.php/documentos-tecnicos-izq/139-

documento-tecnicos/1988-especificaciones-generales-de-construccion-de-

carreteras-y-normas-de-ensayo-para-materiales-de-carreteras

4. MATERIAS PRIMAS Y LA FABRICACIÓN DE LOS MATERIALES

Se conocen como materias primas a la materia extraída de la naturaleza y que se

transforma para elaborar materiales que más tarde se convertirán en bienes de

consumo.

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Las materias primas que ya han sido manufacturadas pero todavía no constituyen

definitivamente un bien de consumo se denominan productos semi-elaborados,

productos semi-acabados o productos en proceso, o simplemente materiales

Materiales Compuestos.

La fabricación de los materiales de construcción supone una enorme demanda de

materias primas, las cuales son, en su práctica totalidad, excepción hecha de la

madera y el corcho, sustancias que se integran en lo que se denomina “recursos

naturales almacenados” (Blunden, 1985; Bustillo et al., 2001), es decir, recursos

minerales no renovables, salvo a escala de tiempo geológico, existentes en la

superficie o zonas próximas de la corteza terrestre. Dentro de este tipo de recursos

se incluirían las sustancias minerales metálicas, aquellas de las que se extraen

elementos tales como el hierro, aluminio, cobre o cinc, las sustancias minerales no

metálicas, sobre todo las rocas industriales, y los combustibles fósiles líquidos como

el petróleo y sus derivados.

En cuanto a los procesos de fabricación, algunos materiales de construcción, caso

de la piedra natural y los áridos, son materias primas naturales que sólo necesitan

un proceso sencillo de corte (Fig.), fragmentación o lavado, por lo que se conservan

sus propiedades intrínsecas.

Sin embargo, la mayor parte de los materiales de construcción exigen un procesado

más amplio y complejo de su materia prima. Así, cualquiera de las sustancias

utilizadas para la fabricación de conglomerantes, sea el cemento pórtland, el yeso

Figura No.2 - Proceso de corte de un granito para la obtención de

tableros con fines ornamentales. Fuente: BUSTILLO, Manuel, Los

recursos minerales y los materiales de construcción, 2009.

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o la cal (Ver Figura No. 3), requiere que las piedras calizas y de yeso y arcillas sean

trituradas, molidas, seleccionadas en cuanto a tamaño, mezcladas, calcinadas y, en

muchos casos, aditivadas con otras sustancias, antes de convertirse en el material

de construcción finalmente obtenido.

Las arcillas (Ver Figura No.4) y los minerales silíceos que forman la base de los

productos cerámicos y los vidrios, respectivamente, deben someterse también a

elaborados procesos de manufactura y, en muchos casos, a especificaciones muy

estrictas en cuanto a la calidad inicial de la materia empleada y a su comportamiento

físico-químico en las distintas fases del procesado.

Figura No. 3 - Yeso y Cal, Materias primas utilizadas para la fabricación de

conglomerantes. Fuente: https://farfanarq.wordpress.com/category/cal/

Figura No. 4 – Diversas arcillas abigarradas, Usadas como materia prima

para los productos cerámicos. Fuente: http://www.ugr.es/~aperezl/0029.htm

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En el caso de los materiales bituminosos, geosintéticos y plásticos, el punto de

partida es el petróleo, diversas sustancias orgánicas afines, y las asfaltitas (Ver

Figura No. 5) en este caso la asfaltita se considera una sustancia bituminosa natural

,las cuales sufren una amplia variedad de transformaciones dentro de la industria

petroquímica.

La fabricación de materiales metálicos destinados a la construcción se nutre de los

yacimientos naturales de óxidos, hidróxidos y sulfuros con alta ley en metales

relativamente comunes que, separados mediante procesos minero-metalúrgicos

específicos, proporcionan hierro, aluminio, cobre, plomo y otros elementos con los

que se formulan las aleaciones que constituyen los distintos tipos de aceros.

5. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE

CONSTRUCCIÓN

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 (Sarmiento, 2013).

5.1 SEGÚN SU FUNCIÓN EN LA OBRA

Figura No. 5 - Asfaltitas, Sustancias bituminosas naturales.

Fuente: http://www.gilsonite-bitumen.com/gilpedia/brand/asfaltita.html

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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.).

5.2 POR SU INTERVENCIÓN EN LA OBRA Los materiales se clasifican en: de cimentación, de 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.

5.3 EN FUNCIÓN DE SU ORIGEN

Los materiales de construcción se pueden dividir en función de su origen, siendo 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:

Pétreos.

Aglomerantes.

Metálicos.

Orgánicos.

Otros (Bituminosos, pinturas, materiales aislantes).

5.3.1 MATERIALES PÉTREOS

Los materiales pétreos son los más básicos utilizados en la construcción y su uso comprende partes estructurales y decorativas de las edificaciones. Piedra o roca es un término geológico que se refiere a un material sólido formado en la corteza terrestre compuesto de aleaciones minerales. Los 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.

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En la actualidad, las rocas se emplean en la construcción como elemento resistente, decorativo en el recubrimiento de paredes y suelos, y como materia prima para la fabricación de otros materiales como cementos, piezas de cerámicas, etc., siendo este último su principal aplicación.

5.3.1.1 NATURALES

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. 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 de construcción, pág. 4). Granito El granito es una roca que cristaliza a partir de magma enfriado de forma lenta a grandes profundidades bajo la superficie terrestre. Está compuesto por feldespato, cuarzo y mica, y de algunos otros minerales accesorios. Presentan una estructura granular cristalina, con grano grueso, mediano o fino según las condiciones de enfriamiento (velocidades rápidas favorecen el grano fino y las muy lenta el grano grueso). En la figura No. 6 se muestra la producción como roca ornamental del granito.

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Figura No. 6 – Canteras para la producción de granitos como roca ornamental.

Fuente: http://www.poduccion-construye.com/gilpedia/ granito-cantera/lujo.html

Basaltos El basalto es la variedad más común de roca volcánica. Se compone casi en su totalidad de silicatos oscuros de grano fino. Suele ser de color gris oscuro, muy duro pero frágil, de elevada resistencia a la compresión. Es una piedra menos resistente a los agentes atmosféricos que el granito, siendo atacada por el agua carbonatada, que es capaz de disolverla dando lugar a terrenos sedimentarios. El basalto se emplea en pavimentos, pequeños adoquines (ver figura No. 7), bordillos de aceras, construcción de diques, etc.

Figura No. 7 – adoquines de basalto.

Fuente: www.iberpiedra.com.

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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 (Materiales de construcción, pág.5). Las rocas sedimentarias se clasifican según su origen en detríticas y químicas: Las rocas detríticas se componen de partículas minerales producidas por la desintegración mecánica de otras rocas y transportadas hasta el lugar de depósito, sin deterioro químico. Las rocas mecánicas pueden a su vez dividirse en rocas incoherentes y rocas compactas. Las rocas incoherentes se originan al resquebrajarse las rocas, dando fragmentos que sucesivamente, por la acción de los agentes externos y/o el propio choque entre ellas, se van reduciendo y redondeando. Según el diámetro de estos fragmentos tenemos diferentes tipos de materiales: bloques > 500mm, cantos o guijarros 500-100mm, gravas 100-30mm, gravilla 30- 15mm, garbancillo 15-5mm, arena 5-0.2mm, polvo y limo 0.2-0.002mm y arcillas 0.002-0.0001mm. Las rocas químicas pueden formarse por precipitación de sales disueltas o por la acumulación de restos orgánicos. Las rocas por precipitación proceden de la acumulación de las sales disueltas en agua, al evaporarse ésta, en lugares secos y cálidos. Dentro de este tipo destaca en sobremanera el yeso que es sulfato cálcico dihidratado. Las rocas de origen orgánicos proceden de la acumulación de restos de animales y plantas, destacando dentro de este grupo la caliza. Calizas Las calizas son rocas formadas por carbonato cálcico, pudiendo tener un origen químico por precipitación de soluciones bicarbonatadas u orgánico por acumulación de restos de caparazones o conchas de mar, formadas por las secreciones de CaCO3 de distintos animales marinos. Las calizas son de colores ocre, de dureza media y fácil de labrar y pulir. En general constituyen un excelente material de construcción. También se emplea en grandes cantidades como materia prima para la elaboración de cementos, y tratadas al fuego se calcinan dando cal.

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Áridos, arenas y areniscas Los áridos o gravas son fragmentos de roca de diámetro medio, entre 100 y 30mm, procedentes de la trituración de rocas, ya sea de forma natural o artificial. Se emplean en mampostería, en pavimentos, para la elaboración de hormigones, etc. Las arenas son fragmentos producidos por de la desintegración química y mecánica de la rocas bajo meteorización y abrasión, de diámetro entre 5 y 0.2mm. Su composición es variada, pero las más frecuentes están formadas de cuarzo (sílice) con una pequeña proporción de mica, feldespato, magnetita y otros minerales resistentes. Cuando las partículas acaban de formarse suelen ser angulosas y puntiagudas, haciéndose más pequeñas y redondeadas por la fricción provocada por el viento y el agua. Desempeñan un importante papel al ser parte esencial en la elaboración de morteros y hormigones, empleándose también en el acondicionamiento del lecho para conducciones subterráneas. Se subdividen en gruesas (5-2mm), medias (2-1mm) y finas (> a 1mm). Por su origen se dividen en arenas de mina, de río, marinas y artificiales. Las areniscas son rocas resultantes de la compactación de arenas de cantos vivos unidos por cementos naturales. Su composición química es la misma que la de la arena, y el cemento suele estar compuesto por sílice, carbonato de calcio u óxido de hierro. El color de la roca viene determinado por el material cimentador. Son rocas que se labran muy bien, usándose como revestimientos y en la fabricación de piedras de afilar y de moler. Arcillas La arcilla se compone de un grupo de minerales aluminosilicatos formados por la meteorización de rocas feldespáticas, como el granito. El grano es de tamaño microscópico (> de 0.002mm), y con forma de escamas. Esto hace que la superficie de agregación sea mucho mayor que su espesor, lo que permite un gran almacenamiento de agua por adherencia, dando plasticidad a la arcilla.

Las variedades más comunes de arcilla son: la arcilla china o caolín; la arcilla de pipa, similar al caolín pero con un contenido mayor de sílice; la arcilla de alfarería, no tan pura como la arcilla de pipa; la arcilla de escultura o arcilla plástica, una arcilla fina de alfarería mezclada, a veces, con arena fina; arcilla para ladrillos (ver figura No. 8), una mezcla de arcilla y arena con algo de materia ferruginosa (con hierro); la arcilla refractaria, con pequeño o nulo contenido de caliza, tierra alcalina o hierro (que actúan como flujos), por tanto, es infusible y muy refractaria; el esquisto y la marga. Las arcillas plásticas se usan en todos los tipos de alfarería, en ladrillos, baldosas, ladrillos refractarios y otros productos, que serán abordados en el apartado de materiales cerámicos.

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Figura No. 8 – Ladrillos de arcilla cocida.

Fuente: www.arqhys.com

ROCAS METAMÓRFICAS Las 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 (Materiales de construcción, pág. 7). Mármol Los mármoles son una variedad cristalina y compacta de caliza metamórfica, que puede contener minerales accesorios como mica, serpentina, grafito, óxidos de hierro, etc. Estas impurezas proporcionan a los mármoles una amplia variedad de colores, que junto a la estructura del mismo, producen diferentes efectos y que sirven para su clasificación. Según esta clasificación, los mármoles se dividen en: sencillos, que poseen un solo color uniforme; policromos, que presentan diferentes colores; veteados, que presentan listas de color diferente al del fondo; arborescentes, si tienen dibujos veteados; lumaquelas, si contienen caracoles y conchas (proceden de las calizas lumaquelas); y brechas, formados por fragmentos angulosos de diferente coloración. También es posible clasificar a los mármoles por el uso a que destinen, tenemos entonces: mármoles estatutarios, que son de color uniforme, compactos, traslúcidos y de fácil labra; y mármoles arquitectónicos, que son resistentes y de bellas coloraciones, empleados en pavimentos y decoración.

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Una de las principales propiedades que caracterizan a los mármoles es el que se pueden pulir hasta obtener un gran brillo. Es además un material poco poroso, de dureza media-baja (dureza 3 en la escala de Mohs), que resiste bien el hielo pero poco el desgaste por rozamiento. Pizarra La pizarra es una roca densa con grano fino, formada por el metamorfismo de esquisto micáceo y arcilla. El esquisto micáceo es el término común aplicado a las variedades de grano fino de roca sedimentaria formadas por consolidación de lechos de arcilla, mostrando laminaciones finas, paralelas a los planos de los lechos y a lo largo de las cuales la roca se rompe con fractura curva e irregular. El proceso de metamorfismo produce la consolidación de la roca original y la formación de nuevos planos de exfoliación en los que la pizarra se divide en láminas características, finas y extensas. Aunque muchas rocas que muestran esta exfoliación se llaman también, por extensión, pizarras, la pizarra auténtica es dura y compacta y no sufre meteorización apreciable. La pizarra suele ser de color negro azulado o negro grisáceo (ver figura No. 9), pero se conocen variedades rojas, verdes, moradas, etc.; son bastante blandas, pudiendo ser rayadas con un cuchillo y su tacto es suave, casi graso; son muy refractarias e impermeables, siendo estables al hielo. La pizarra se emplea en la construcción de tejados, como piedra de pavimentación y como "pizarras" o "pizarrones" tradicionales para escuela.

Figura No. 9 – Edificio con revestimientos externos de pizarra. Fuente: www.arqhys.com

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5.3.2 MATERIALES CERÁMICOS Se obtienen a partir de arcillas, que por la gran plasticidad que presentan en estado húmedo, son fácilmente moldeables. La plasticidad de las arcillas depende fundamentalmente del contenido en agua que posean, y de las sustancias que la acompañan como carbonatos, micas, cuarzo, etc. Las arcillas que se utilizan habitualmente para fabricar piezas de uso industrial están compuestas por una mezcla de arcilla común y caolín, que constituyen la materia plástica, junto con otros componentes no plásticos y que se añaden con diferentes objetivos (Materiales de construcción, pág. 8). En cuanto a las materias plásticas, tanto la arcilla común como el caolín son silicatos alumínicos hidratado, puro en el caso del caolín, e impuro por diversos minerales procedentes de las rocas que la originaron en el caso de la arcilla. En lo que se refiere a los componentes no plásticos, éstos se clasifican según su función en: desgrasantes, cuya misión es disminuir la plasticidad de la masa evitando el agrietamiento y contracción, siendo los más importantes la sílice, feldespatos y la chamota (materiales cerámicos que han sido cocidos, molidos y reducidos a granos de varios grosores), que son restos cerámicos pulverizados; fundentes, que se agregan para aumentar la plasticidad y disminuir el punto de fusión de las arcillas con objeto de lograr durante la cocción el vitrificado de la pieza, lo que le confiere mayor resistencia e impermeabilidad, siendo los más importantes las micas, fosfato tricálcico y feldespatos; por último, tenemos los accesorios, que no son fundamentales para la fabricación, sino que sirven para dar características especiales como los vitrificantes, sílice, ácido bórico, bórax, etc., y los colores de decoración, óxidos y sales metálicas.

5.3.2.1 PROPIEDADES, FABRICACIÓN Y CONFORMADO La acción del calor sobre la arcilla hace que ésta pierda su plasticidad y experimente cambios en sus propiedades, las cuales dependerán del tiempo y temperatura de cocción, así como de las sustancias añadidas. En general, las propiedades más características de los materiales cerámicos son: elevado punto de fusión, mayor que el de los metales; baja conductividad térmica, en general son duros pero frágiles; resistentes al desgaste, sirviendo como materiales abrasivos; poseen una gran estabilidad química y frente a los agentes medioambientales. Dentro de las propiedades, la concentración de poros es especialmente importante ya que, además de influir sobre las propiedades mecánicas y en la permeabilidad, sirve como criterio de clasificación de los materiales cerámicos. Según esta clasificación, los materiales cerámicos se dividen en: porosos, ladrillos, tejas, bovedillas, y lozas; compactos, porcelana, gres; y vitrificados, vidrio (que será estudiado en otro apartado). Otra clasificación de los materiales cerámicos los divide en: permeables, que coinciden con los porosos; impermeables, que coinciden con los compactos y vitrificados; y refractarios, que se encuentran dentro de los porosos.

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El proceso de fabricación de los diferentes materiales cerámicos puede variar de unos a otros, sin embargo, todos ellos constan de una serie de pasos comunes. En primer lugar se deben preparar las materias primas mediante una serie de procesos mecánicos, como la molienda, y de depuración como la limpieza y eliminación de elementos extraños. A continuación se realiza la mezcla de las materias primas, plásticas y no plásticas, junto con la cantidad adecuada de agua a fin de dotar a la mezcla de la plasticidad idónea. Tras realizar la mezcla, ésta se deja reposar para que sufra una especie de fermentación, mejorando la calidad de la misma. Seguidamente se procede al moldeo de las piezas, que puede realizarse de diferentes formas según la pieza deseada y el grado de plasticidad de la mezcla. Dentro de las técnicas de moldeo tenemos las técnicas manuales mediante tornos o gradillas. Moldeado mediante torno es quizás la técnica más compleja, y se emplea hoy en día sólo para la elaboración de piezas huecas de artesanía (platos, botijos, jarrones, etc.). El moldeado en gradilla se emplea fundamentalmente para la fabricación de ladrillos macizos, y consiste en comprimir la pasta dentro de gradillas, pasando posteriormente un listo para alisar la superficie, y dejar secar en superficies planas. En la actualidad, la mayoría de las piezas cerámicas se moldean mediante técnicas mecánicas como extrusión a través de boquillas que le dan la forma de la sección y cortados por alambres, por prensado sobre moldes, por colada sobre moldes, para lo que la pasta debe estar licuada, etc. Las piezas moldeadas contienen cantidades de agua que oscilan entre el 15 y el 50% en peso, cantidad que debe de reducirse lo más posible (hasta ~5%). Este proceso de secado debe llevarse a cabo de forma gradual y lenta a fin de evitar la aparición de grietas y contracciones. El secado se puede llevar a cabo de forma natural, depositando las piezas moldeadas en lugares aireados y cálidos, o bien de forma artificial en cámaras cerradas por donde circulan las piezas a contracorriente de aire aliente forzado por ventiladores. Después del secado se procede a la cocción de las piezas, durante la cual adquieren la consistencia pétrea y la inalterabilidad de su forma. La temperatura y tiempo de cocción determinan la resistencia del material. Así, un material poco cocido será menos frágil, menos resistente pero más permeable que uno muy cocido, que será más frágil, más resistente pero menos permeable. Finalmente, los objetos cocidos pueden recibir diferentes tratamientos superficiales como vidriado, esmaltado, pintado, etc. (Materiales de construcción: clasificación, constitución y propiedades, pág. 9). En la figura No. 10 se muestran algunos elementos fabricados en cerámica.

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Figura No. 10 – Diferentes productos de cerámica estructural. Fuente: www.arqhys.com

5.3.2.2 AZULEJOS Y GRES Los azulejos son materiales cerámicos que constan de dos capas: una gruesa de arcilla denominada galleta, y otra fina de esmalte vitrificado, que le proporciona impermeabilidad, resistencia al desgaste y una buena adherencia. Las galletas se fabrican introduciendo a presión arcilla fresca dentro de un molde, o mediante vaciado de barbotina, proceso que consiste en verter barbotina (arcilla líquida) dentro de un molde poroso y dejar que seque. Si las galletas no se recubren de la capa vitrificada se comercializan como baldosas cerámicas. Una vez que se tiene la baldosa, si el esmalte es de un solo color se aplica sobre la baldosa, con silicato diluido en agua al que se agregan los óxidos que le darán color. Si tiene diversos colores o dibujos se emplean plantillas que van tapando las diferentes partes para ir aplicando los diferentes colores. Los azulejos se emplean para el revestimiento de paredes, adhiriéndose con mortero de cemento. El gres se obtienen por cocción hasta vitrificación, obteniéndose un material muy compacto, impermeable a los líquidos y gases, inatacable por los ácidos, hongos y bacterias, muy duro, no siendo rallado por el acero y rallando al vidrio, muy resistente al desgaste, y con sonido metálico por percusión. La pasta empleada en su fabricación está compuesta por un 30-70% de arcilla, 30-60% de cuarzo y 5-25% de feldespato.

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Se presenta en dos variantes, el gres común y el gres fino, sometiendo en ambos casos las pasta a un solo proceso de cocido a unos 1300º. El gres común se obtiene a partir de arcillas ordinarias, mientras que el gres fino se obtiene a partir de arcillas refractarias a las que se añaden fundentes a fin de rebajar el punto de fusión. Cuando está a punto de finalizar la cocción se impregnan las piezas con sal común, que reacciona con la arcilla formando una capa delgada de silicoaluminato alcalino vitrificado, que le confiere al gres su vidriado característico.

5.3.2.3 PORCELANAS Y LOZAS La loza es un material de fractura blanquecina después de cocidos, ligero, poroso y absorbente, teniendo que ser recubierta con un esmalte para hacerlas impermeables y duraderas. La loza más importante en construcción es la loza sanitaria, que se fabrica con una pasta formada por un 40-50% de arcilla, 32-54% de cuarzo y 8-15% de feldespato. Se trata de una loza muy compacta, que se recubre de un grueso esmalte, constituyendo un producto parecido a la porcelana que se denomina semiporcelana. La porcelana se obtiene a partir de arcillas muy puras, en especial caolín, a la que se añade cuarzo como desgrasante y feldespato como fundente. Se trata de un material muy duro pero frágil, de color blanco o traslúcido. Para que un producto pueda considerarse como porcelana es necesario que haya sufrido dos procesos de cocción, uno primero a unos 1000-1200º, y un segundo a temperatura más alta, que puede alcanzar varios miles de grados. Realmente no se suele emplear en construcción, salvo en la industria química por su gran resistencia a los ácidos o en aislantes eléctricos, dedicándose fundamentalmente a la fabricación de vajillas y objetos decorativos.

5.3.3 VIDRIOS El vidrio es una sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice fundida a altas temperaturas. El vidrio es una sustancia amorfa, se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización, que se halla en un estado vítreo en el que las unidades moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. Componentes y características El vidrio se obtiene por la fusión de la arena de cuarzo, rica en sílice, bien molida, que el elemento vitrificador y el que constituye verdaderamente el vidrio, proporcionando resistencia mecánica al vidrio. Junto con la sílice es necesario añadir caliza que actúa de estabilizador aportando también resistencia, dureza y brillo, y carbonato sódico que actúa de fundente, rebajando el punto de fusión de la sílice desde los 1700º hasta los 850º. Además pueden añadirse otros ingredientes como el plomo o el bórax, que proporcionan al vidrio determinadas propiedades físicas. En la figura No. 11 se muestra un ejemplo en la utilización del vidrio en la construcción (Arquitectura).

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Figura No. 11 – Piezas de vidrio (pavés) en fachadas. Fuente: www.vidrios/fachadas-lujos.co

Todos los componentes deben mezclarse finamente molidos, y en proporciones precisas para obtener el vidrio con las características óptimas deseadas. El vidrio es un material duro pero muy frágil, transparente o traslúcido, muy resistente a la tracción y a los agentes químicos, salvo el ácido fluorhídrico que lo disuelve, y mal conductor del calor y la electricidad. Fabricación y tipos de vidrios Existe una gran variedad de tipos de vidrio, que están íntimamente relacionados con sus respectivos procesos de fabricación. Según el proceso, los vidrios se clasifican en vidrios huecos, vidrios planos, vidrios colados, vidrios prensados y fibra de vidrio. El paso previo a cualquier de los procesos de fabricación es la obtención de la pasta de vidrio. Para ello se prepara la mezcla de las materias primas finamente molida. Luego se funde la mezcla en crisoles o cubetas; una vez fundida se eleva la temperatura unos 100º para eliminar las burbujas, para a continuación disminuir la temperatura hasta que la masa fundida tenga la pastosidad adecuada para la elaboración. La temperatura necesaria suele ser de unos 1.250º, si bien puede variar en función de la composición del vidrio. El vidrio hueco no tiene especiales aplicaciones en construcción, y se emplea fundamentalmente para fabricar recipientes como vasos, botellas, etc. Se puede trabajar de forma artesanal o mecánica.

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5.3.4 MATERIALES AGLOMERANTES Los materiales aglomerantes son aquellos materiales que, mezclados con agua, forman una masa plástica capaz de adherirse a otros materiales, y que al cabo del tiempo, por efectos de transformaciones químicas, fraguan, es decir, se endurecen reduciendo su volumen y adquiriendo una resistencia mecánica (Materiales de construcción: clasificación, constitución y propiedades, pág. 14). Los materiales aglomerantes se suelen clasificar en aéreos e hidráulicos. Los aglomerantes aéreos son los que fraguan y endurecen en el aire, siendo incapaces de adquirir cohesión en un medio húmedo. Dentro de este grupo se encuentran el yeso y la cal grasa o aérea. Por su parte, los aglomerantes hidráulicos son aquellos que fraguan y endurecen en el aire y en un medio húmedo. Dentro de este grupo están el cemento y la cal hidráulica, así como los morteros y hormigones.

5.3.4.1 YESO Se trata de uno de los aglomerantes más conocidos y utilizados desde la antigüedad. Se obtiene por la deshidratación parcial o total de la piedra de yeso o algez, que es un mineral cuya composición química es sulfato cálcico dihidratado, y también de la anhidrita, que es el sulfato cálcico anhidro, aunque este mineral absorbe rápidamente agua convirtiéndose en algez. Entre las principales características del yeso tenemos: gran velocidad de fraguado, aunque se puede retardar añadiéndole aceites o alcohol; se adhiere a todos los materiales salvo la madera; Es tenaz y blando; buen aislante térmico y acústico; resistencia a la tracción y compresión variable según las impurezas y la cantidad de agua empleada en el amasado. El principal inconveniente del yeso es ser un material muy higroscópico, impidiendo su uso en ambientes exteriores, en donde terminaría disolviéndose. Otro efecto de su avidez por el agua es que oxida rápidamente a los materiales ferrosos, por lo que no debe emplearse en la sujeción de materiales férricos. Para obtener el yeso, se tritura el mineral y se somete a una temperatura de 180ºC. Una vez deshidratado se muele hasta reducirlo a polvo. Tal y como se ha indicado, la deshidratación puede ser parcial o total, hecho que se emplea para clasificar a los yesos. Así, tendremos yesos semihidratados, que contienen media molécula de agua, y los yesos anhidros. Dentro de los yesos semihidratados, que son los más empleados en la construcción tenemos tres variantes: yeso negro, yeso blanco y escayola. El yeso negro es el que se obtiene con el algez impuro directamente calcinado, con una pureza en yeso semihidratado del 60%, siendo de baja calidad y sólo se emplea cuando no va a quedar a la vista. El yeso blanco se obtiene del algez purificado y contiene un 80% de yeso semihidratado, es de color blanco y es el empleado para enlucir paredes interiores, en estucos y en blanqueos. La escayola es un yeso blanco de mejor calidad, contiene un 90% de yeso semihidratado, finamente molido, empleándose en la elaboración de elementos decorativos como cenefas, falsos techos, y también en molduras y vaciados.

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5.3.4.2 CAL La cal (ver figura No. 12) se obtiene por la calcinación de rocas calizas trituradas, a temperaturas superiores a los 900ºC, formándose la denominada cal viva que es óxido cálcico. Para usar la cal viva es necesario añadirle agua, operación que se denomina apagado de la cal (Brusi, D y Bach, J, pág 269), y en la que el óxido de calcio se convierte en hidróxido cálcico, que es la denominada cal apagada. Esta operación debe realizarse con precaución ya que la reacción química que tiene lugar es fuertemente exotérmica, y puede realizarse de diversa formas como son: Apagado espontáneo, que consiste simplemente en dejar los terrones de cal viva al aire, siendo el proceso lento además de absorber CO2; Apagado por aspersión, en el que se riega con aproximadamente un 25-50% de agua la cal viva, tapándose posteriormente con arena, de forma que puede conservarse durante algún tiempo; Apagado por inmersión de los fragmentos de cal viva en agua durante un minuto, depositándolos posteriormente en cajas para que se disgreguen; Apagado por fusión, que es el empleado normalmente en la obra y que consiste en mezclar la cal viva con arena y agua; Apagado en autoclave con vapor de agua inyectado a presión, se trata de un método rápido que da pastas más plásticas, lo que permite enlucidos más fáciles de extender con la llana.

Figura No. 12 – Hidroxido de Calcio en forma de cal. Fuente: www.cannabric.com

La cal apagada se presenta en forma de polvo, que al añadirle agua se convierte en pasta de cal. Esta pasta fragua y endurece al aire, pero su resistencia mecánica no es muy grande.

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El endurecimiento se debe primero a la evaporación del agua de la pasta, y después a la reacción del hidróxido de calcio con el CO2 (Figura No.12) para regenerar el carbonato de calcio. Normalmente, las calizas contienen impurezas y que seguirán presentes en la cal obtenida, lo que le confieren a ésta propiedades particulares. Así se tiene: Cal grasa, que se obtiene de calizas con un contenido en arcillas inferiores al 5%, y que al apagarse dan pasta fina trabada y untuosa de color blanco, y que al fraguar aumentan hasta 3.5 veces su volumen. Cal árida, magra o dolomítica, que se obtiene de calizas con menos del 5% en arcilla y más del 10% de óxido de magnesio; es de color gris y no se emplea en construcción. Cal hidráulica, que se obtiene de calizas con un contenido suficiente de sílice y alúmina para permitir la formación de silicatos de calcio, lo que le confiere propiedades de aglomerante hidráulico.

5.3.4.3 CEMENTOS El término cemento se aplica, con carácter general, a cualquier producto que presente propiedades adhesivas y sea capaz de unir partes o piezas de un objeto o construcción. Así, con esta denominación se engloban productos de muy diversa índole constituidos por sílice, alúmina, resinas sintéticas, etc. Tal y como se señaló anteriormente, los cementos empleados en construcción son aglomerantes hidráulicos formados por una mezcla de caliza, arcilla y otras sustancias, que cuando se les añade agua forman una masa de elevada plasticidad, y al perderla sufren un proceso de fraguado y endurecimiento, permaneciendo prácticamente estables. A lo largo de la historia se han empleado diversos tipos de cementos, que actualmente han caído en desuso. Uno de los más conocidos es el denominado cemento natural o romanos, que se obtenían por calcinación en horno de las margas, que son depósitos de carbonato de calcio amorfo, arcilla y arena en diversas proporciones. En la actualidad se emplean diferentes tipos de cementos, que serán abordados brevemente, siendo el más importante por su uso el llamado cemento Portland, y en el cual centraremos nuestro estudio.

5.3.4.3.1 Cemento Portland Los cementos Portland (Figura No.13) típicos consisten en mezclas de silicato tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y silicato dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuestos de magnesio y hierro.

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Figura No. 13 – Cemento Portland (alúmina, óxido férrico y óxido de calcio). Fuente: www.servicioinformativodelaconstruccion.com

En la industria cementera, las materias primas empleadas para la obtención de los cementos son la piedra caliza y arcillas, en una proporción de 3 a 1, junto con otros productos que contengan óxido de aluminio y óxido de silicio. De todo ello resulta una composición final del cemento de: un 60% de cal, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y 3% de trióxido de azufre. La obtención por vía seca del cemento Portland puede dividirse en tres grandes fases: operaciones previas, obtención del clinquer y molienda del cemento. Las operaciones previas incluyen las operaciones de secado, molienda y dosificación a las que se someten las materias primas antes de introducirlas dentro del horno. En el secado se elimina el exceso de humedad, para lo que pueden aprovecharse los gases procedentes del horno de calcinación, y en la molienda se trituran los materiales hasta fragmentos de diámetro inferior a 0.1mm. El clinquer es el término con que se designa el producto granulado que se obtiene por la fusión parcial o total de una mezcla suficientemente fina y homogénea de caliza y arcilla. Para la obtención del clinquer se hace uso de hornos rotativos que pueden alcanzar los 150m de largo y 3m de diámetro. Estos hornos están ligeramente inclinados, presentando un gradiente de temperaturas a lo largo de su longitud, debido a que la fuente de calor se encuentra sólo en la parte inferior del mismo. Las materias primas se introducen por su parte superior, ya sea en forma de polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha de roca triturada y agua (método de obtención por vía húmeda).

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A medida que desciende la mezcla a través del horno, llevándose a cabo los siguientes procesos: secado hasta una temperatura de 150ºC, deshidratación de la arcilla a una temperatura próxima a los 500º, descarbonatación por eliminación de CO2, hacia los 1.100ºC, clinquerización del material entre los 1.250º y 1500º. El material tarda unas seis horas en pasar de un extremo a otro del horno. Posteriormente, el clinquer se somete a un proceso de enfriamiento, durante el cual se le suele añadir una pequeña cantidad de yeso que permite regular el tiempo de fraguado del cemento. En los hornos modernos se pueden obtener de 27 a 30 kg. De cemento por cada 45 kg de materia prima. La diferencia se debe sobre todo a la pérdida de agua y dióxido de carbono.

5.3.4.3.2 Otros tipos de cementos Además del cemento Portland, pueden elaborarse otros tipos de cementos con propiedades particulares, si bien muchos de estos cementos especiales se obtienen a partir del Portland por variación del porcentaje de sus componentes habituales o la adición de otros nuevos. Entre los cementos especiales por variación de las proporciones del cemento Portland tenemos: Los cementos de fraguado rápido, a veces llamados cementos de dureza extrarrápida, se consiguen aumentando la proporción de silicato tricálcico, de forma que algunos de estos cementos se endurecen en un día al mismo nivel que los cementos ordinarios lo hacen en un mes. Sin embargo, durante la hidratación producen mucho calor y por ello no son apropiados para grandes estructuras en las que ese nivel de calor puede provocar la formación de grietas. Para los grandes vertidos suelen emplearse cementos especiales de poco nivel de calor, que por lo general contienen mayor cantidad de silicato dicálcico. En obras de hormigón expuestas a agentes alcalinos (que atacan al hormigón fabricado con cemento Portland común), suelen emplearse cementos resistentes con bajo contenido de aluminio. En estructuras construidas bajo el agua del mar suelen utilizarse cementos con un contenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precise resistencia a la acción de aguas ricas en sulfatos se emplean cementos con una composición de hasta 40% de óxido de aluminio. Entre los cementos especiales por adición de nuevas sustancias al cemento Portland tenemos: Los cementos siderúrgicos o de alto horno, obtenidos por mezcla de escorias de alto horno, clinquer o cemento Portland y sulfato cálcico, que se caracterizan por resistir las aguas corrosivas. Cementos puzolánicos, que se obtienen por mezcla de cemento Portland y puzolanas en un 15%-40%, y se caracterizan por resistir las aguas selenitosas y marinas. Cemento aluminoso (porcentaje en alúmina mayor del 32%), obtenido por fusión de un mezcla de caliza y bauxita o arcillas ricas en compuestos de aluminio, que se caracteriza por resistir los agentes químicos, aguas ácidas y sulfatadas. Cemento blanco que es un cemento Portland cuyas materias primas no contenían hierro y manganeso, que son los que dan el color grisáceo.

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5.3.5 MATERIALES COMPUESTOS

5.3.5.1 MORTEROS El mortero es la mezcla de uno o más aglomerantes junto con agua y arena, pudiéndose añadir también otros componentes o aditivos para mejorar las propiedades, y que sirve como elemento de unión entre materiales, y como revestimientos en enlucidos o enfoscados. Cada tipo de mortero se nombra con el nombre del aglomerante empleado en su elaboración, hablándose de mortero de yeso, de cemento, etc., y cuando hay dos aglomerantes se denominan morteros bastardos. La arena empleada puede ser de grano fino, medio o grueso, y su naturaleza geológica no afectará a la resistencia del mortero, siempre que sean duras y no reacciones con el aglomerante de forma desfavorable, como ocurre con las arcillas, escorias, carbones, limos y materia orgánica, sustancias que sólo se admiten en porcentajes inferiores al 3%. Sin embargo, si afectará a la resistencia la forma de los granos de arena, produciendo morteros más resistentes las arenas de grano anguloso que las de grano redondeado. Por su parte, el agua ha de ser limpia, sin aceites, ácidos, álcalis o materia orgánica, ya que estas sustancias pueden alterar el fraguado del aglomerante. En la dosificación de los diferentes ingredientes sólo se señala la relación de aglomerante: arena (en volumen), ya que la cantidad de agua varía. El mortero de yeso admite poca arena, no más de un tercio del volumen de la pasta. La cantidad de agua a añadir varía según el trabajo a realizar, entre un 50% para los trabajos corrientes y un 70% para moldeo. El mortero de cal se prepara en relaciones de 1:2 a 1:4, empleándose generalmente cal grasa para su elaboración. El mortero bastardo de yeso y cal se emplea en enlucidos en proporciones variables según se trate de paredes 1:3:1, o techos 2:3:1. Los morteros de cemento se preparan en relación 1:3 – 1:5, pudiéndose añadir una pequeña cantidad de cal, y puede considerarse una variante de hormigón que carece de grava.

5.3.5.2 HORMIGONES En la actualidad, la mayor parte del cemento que se produce se emplea en la fabricación de hormigón (Figura No. 14) por el gran número de aplicaciones que tiene, empleándose en cimientos, forjados, columnas, etc.

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Figura No. 14 – construcción de muros de hormigón. Fuente: www.construmatica.com

COMPONENTES Y PROPIEDADES Entre las propiedades del hormigón destacan: su facilidad para construir elementos de cualquier forma; su gran estabilidad química; su gran resistencia a la compresión, aunque poca a la tracción; su resistencia mecánica, que depende de la dosificación de los componentes y del tamaño de grano de la arena y grava; gran adherencia al hierro, importante para fabricar el hormigón armado y pretensado; y su bajo coste y larga duración. Los componentes del hormigón son cemento, arena y grava, y agua en diferentes proporciones, según el tipo de hormigón que se desee obtener, es decir, según sus condiciones de dureza, tiempo de fraguado y resistencia a los agentes medioambientales. El cemento empleado suele ser tipo Portland. La cantidad empleada influye directamente en la impermeabilidad y en la resistencia mecánica, pero aumenta la contracción durante el fraguado provocando grietas. La arena y grava denominadas áridos finos y grueso respectivamente, deben estar limpias, especialmente de sustancias terrosas. Los áridos se distinguen por criterios de tamaño, origen geológico y por su textura superficial. Por último, el agua debe ser limpia y exenta de aceites, ácidos, etc., evitándose el empleo de aguas carbonatadas.

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Además de estos componentes, pueden añadirse diferentes aditivos a fin de mejorar o alterar las propiedades del hormigón. Entre estos aditivos tenemos: aceleradores del fraguado como el carbonato sódico; aceleradores del endurecimiento como el cloruro sódico; plastificantes que fluidifican el hormigón como la cal grasa; aireantes que producen una red de conductos llenos de aire, que evitan la rotura del hormigón al congelarse el agua que haya penetrado, pero que disminuyen su resistencia; impermeabilizantes, colorantes, etc. La dosificación de los diferentes componentes se especifican en forma de relación entre los volúmenes de cemento, arena y grava utilizados, así, una mezcla 1:2:3 consiste en una parte por volumen de cemento, dos partes de arena y tres partes de grava. Según su aplicación, las proporciones varían a fin de conseguir cambios específicos en sus propiedades, sobre todo en cuanto a resistencia y duración. La cantidad de agua que se añade a estas mezclas varía de 1 a 1,5 veces el volumen de cemento, influyendo en las propiedades finales del hormigón. En general, cuanta más agua se añada a la mezcla, más fácil será trabajarla, pero más débil será el hormigón cuando se endurezca, así, para obtener hormigón de alta resistencia el contenido de agua debe ser bajo, sólo el suficiente para humedecer toda la mezcla. ELABORACIÓN Y PUESTA EN OBRA Una de las ventajas del hormigón es que puede elaborarse directamente en obra, bien de forma manual si se trata de pequeñas cantidades, o de forma mecánica mediante hormigoneras si se trata de grandes cantidades. También puede elaborarse en plantas de hormigonado y transportarse posteriormente. En este último caso, debe tenerse en cuenta que el hormigón debe revolverse constantemente para evitar su fraguado, y que el tiempo transcurrido entre su fabricación y puesta en obra no debe sobrepasar 60-90 minutos. En el amasado de la mezcla, los componentes deben mezclarse de forma minuciosa para obtener una masa homogénea. Si la mezcla está bien hecha, los compuestos del cemento reaccionan y forman una pasta aglutinadora que envuelve cada trozo de grava, que soporta los esfuerzos, y cada partícula de arena, que rellena los huecos. Cuando la pasta se seca y se endurece, todos estos materiales quedan ligados formando una masa sólida. En general, cuando un hormigón está sometido a esfuerzos de tracción, los procesos de rotura se inician en las superficies de unión entre la grava y el cemento. En consecuencia, la presencia de tierra, que impide el adecuado recubrimiento de los áridos, introduce puntos débiles en la estructura. Además, este comportamiento supone que los áridos de aristas vivas den lugar a hormigones de mayor resistencia que los de grano redondeado, al “agarrar” mejor el cemento. Una vez elaborado el hormigón se debe verter en moldes de la forma que deba adoptar finalmente. Estos moldes son los denominados encofrados, los cuales pueden ser de tablones de madera o de planchas de hierro, y que se retiran cuando

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el hormigón se ha secado. También pueden utilizarse encofrados deslizantes para formar columnas y los núcleos de los edificios, los cuales se van moviendo hacia arriba, de 15 a 38 cm por hora, mientras se vierte el hormigón y se colocan los refuerzos. Por último, en ciertas aplicaciones, el hormigón puede aplicarse por inyección. Con este método el hormigón se pulveriza a presión con máquinas neumáticas sin necesidad de utilizar encofrados, y se puede aplicar hormigón en lugares donde los métodos convencionales serían difíciles o imposibles de emplear. Una vez depositado el hormigón en el encofrado, se lleva a cabo la compactación o consolidación del mismo. Esta fase consiste en una serie de operaciones cuyo fin es compactar el hormigón para que éste adquiera la máxima densidad, eliminando el aire que pueda haber en su interior. En obras pequeñas se realiza mediante picado con barras, que consiste en pinchar el hormigón con una barra. En estructuras de poco espesor se puede realizar mediante pisones manuales o neumáticos. Por último, para hormigones secos, a los cuales se les exige mucha resistencia, se realiza mediante vibradores, que se introducen en el hormigón lanzando sacudidas para que se asiente y se rellenen los huecos. Por último, se realiza el curado que consiste en mantener húmedo el hormigón, durante unos 10 días, ya que en el proceso de fraguado se desprende calor, por las reacciones químicas que tienen lugar. La reacción química entre el cemento y el agua, que produce el endurecimiento de la pasta y la compactación de los materiales que se introducen en ella, es rápida al principio pero después es mucho más lenta. Así, la resistencia del hormigón puede pasar de 70 kg/cm2 al día siguiente del vertido a 316 kg/cm2 una semana después, 422 kg/cm2 al mes siguiente, y si hay humedad, el hormigón puede seguir endureciéndose durante años.

5.3.6 METALES

Son las propiedades de los metales, como su dureza y resistencia, bajo peso

estructural en comparación con otros materiales de construcción, su flexibilidad o,

en último caso, su estética e incluso su facilidad de reciclado, las que hacen que

sus aplicaciones en la construcción sean muy numerosas y variadas.

De esta forma, se pueden encontrar constituyendo elementos estructurales (Ver

figura No.6), instalaciones auxiliares de edificios o modelados decorativos, muy de

moda últimamente en los edificios de uso público. Y ello sin olvidar sus diversas

aplicaciones, tanto en el ámbito de la obra pública (puentes, pasos elevados, etc.)

como en el interior de las viviendas: fregaderos, radiadores, tuberías, puertas o

ventanas.

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Para que un metal pueda ser utilizado como material de construcción es

necesario, en primer lugar, extraerlo de un yacimiento mineral, normalmente en

proporciones muy variables según el metal que se considere. Además, los

metales que se utilizan en la construcción rara vez, por no decir nunca, se

encuentran en forma nativa en la Naturaleza, siendo imprescindible, una vez

extraídos, llevar a cabo un proceso de concentración, de carácter físico (Ver

Figura No.7 ), y otro, posteriormente y de carácter químico, para separar la fase

metálica de los otros componentes que la acompañan. El primero se denomina

mineralurgia mientras que el segundo recibe el nombre de metalurgia.

Figura No. 15 - Edificio con elementos estructurales de metálicos. Fuente:

http://strain.es/index.php/es/fundacion-rafael-del-pino

Figura No.7 - Celdas de flotación, como método de separación de los componentes, para obtener los

concentrados de metal. Fuente: BUSTILLO, Manuel, Los recursos minerales y los materiales de

construcción, 2009.

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En cuanto a los metales que se utilizan en construcción, por encima de todos

destaca el hierro, elemento con el que se fabrica el acero, aleación de aquél con

el carbono. De acuerdo con los contenidos en carbono de la aleación, se

diferencian dos grandes productos, el citado acero, que posee contenidos en

carbón que no superan el 2%, y la fundición, cuyos contenidos en carbono

superan el citado 2%. El otro gran grupo de metales que se utilizan en la

construcción es el de los metales no férreos, y aunque su uso es muy inferior a

la del hierro y el acero, tanto en cantidad como en calidad (nunca se utilizan

estos metales, por ejemplo, en estructuras portantes), sí es cierto que para

diversas aplicaciones complementarias, y específicamente para interiores y

exteriores de los edificios y viviendas, los metales no férreos todavía tienen un

nicho de aplicación muy importante. Ejemplos serían el aluminio, utilizado, entre

otras, en paneles de fachadas y chapas, el cobre, en piezas de fontanería,

canalones y ornamentación, o el cinc, para recubrimiento y protección del acero

mediante galvanizado, o como componente de aleación con otros metales.

5.3.7 MATERIALES BITUMINOSOS Y PLÁSTICOS

Este gran grupo de materiales utilizados en la construcción se puede conformar

a partir del origen de los materiales utilizados en su fabricación, pues todos ellos

proceden del petróleo y sus derivados. Los materiales bituminosos son

sustancias aglomerantes, de naturaleza sólida o relativamente viscosa a

temperatura ambiente, que están constituidos por mezclas complejas de

hidrocarburos, denominándose también ligantes bituminosos o

hidrocarbonados, y siendo su aplicación fundamental la construcción de

carreteras (Ver Figura No. 9)

Figura No. 16 – Ejemplo de la utilización del Cinc en cubiertas.

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En cuanto a los plásticos, después del mercado de los envases y embalajes, la

construcción es el sector que mayor cantidad de plásticos consume. Esto es

debido a que sus aplicaciones, basadas en sus peculiares características, son

numerosas, siendo frecuente encontrarlos en forma de canalones para el

desagüe de aguas, planchas aislantes para cubiertas inclinadas, láminas para

aislamiento térmico y acústico, cubiertas de edificaciones (Ver Figura No. 10),

etc. También forman parte, como aditivos, de diversos productos de la

construcción, confiriéndoles, todo lo expuesto, la importancia anteriormente

citada. En realidad, todos los edificios construidos a partir de 1950 contienen

plásticos en tuberías, ventanas, tejados, suelos, revestimiento de cables,

conducciones y aislamiento.

Figura No.17 - Preparación de la capa de rodadura de una carretera con el

material bituminoso, junto con el árido, como componentes principales. Fuente:

BUSTILLO, Manuel, Los recursos minerales y los materiales de construcción, 2009.

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6. LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y LA

CONTAMINACIÓN

La industria de la construcción requiere la extracción de grandes cantidades de

materiales y esto, a su vez, se traduce en el consumo de recursos energéticos y

la liberación de las emisiones de contaminantes nocivos para la biosfera. Cada

material tiene que ser extraído, procesado y finalmente transportados a su lugar

de uso.

La energía consumida durante estas actividades es de vital importancia para el

desarrollo humano, pero también pone en riesgo la calidad y la viabilidad a largo

plazo de la biosfera como resultado de los efectos no deseados o efectos

segundarios. Muchos de estos efectos secundarios de la producción y el

consumo de energía dan lugar a incertidumbres de recursos y potenciales

riesgos ambientales a escala local, regional o nacional.

La energía y emisiones de contaminantes como el dióxido de carbono (CO2)

pueden ser consideradas “incorporados” dentro de los materiales. Por lo tanto,

la energía incorporada se puede ver como la cantidad de energía necesaria para

procesar, y para suplir el sitio de construcción, el material en cuestión. Con el fin

de determinar la magnitud de esta energía incorporada, se requiere una

metodología contable que resume los insumos energéticos en la mayor parte

de la cadena de suministro de material o ciclo de vida.

Figura No.18- Monumento arquitectónico con una cubierta en plástico, El

Watercube en Beijing. Fuente: http://ovacen.com/el-plastico-en-la-

arquitectura-moderna/

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En el contexto actual, esto se toma para incluir la extracción de materias primas, el

procesamiento y el transporte hasta el sitio de un enfoque de construcción. Del

mismo modo la emisión de contaminantes relacionados con la energía (como el

CO2), que es una preocupación en el contexto del calentamiento y el cambio

climático global, se puede ver más de su ciclo de vida. Esto da lugar a la noción de

"carbono incorporado”. Con respecto a este tema se puede citar el siguiente artículo.

Hammond, G. P. and Jones, C. I. (2008) Embodied energy and

carbon in construction materials. Proceedings of the Institution of

Civil Engineers - Energy, 161 (2). pp. 87-98. ISSN 1751-4223

El objetivo de este estudio fue desarrollar un acceso abierto, base de datos confiable

que plasme la energía y el carbono para (principalmente) los materiales de

construcción del Reino Unido. Fue ideado inicialmente para ser utilizado por varios

consorcios de investigación apoyadas por el carbono programa de edificios visión

financiado por el Fondo del Carbono and the Engineering and Physical Sciences

Research Counci(EPSRC) del Reino Unido, específicamente como parte de la

transformación del mercado de construcción proyecto.

Una versión de acceso público se puso a disposición a través de la Internet y esto

ha atraído interés por parte de los académicos, la industria y los departamentos

gubernamentales y los organismos relacionados con el sector de la construcción.

Figura No.19- Contaminación en un lugar de extracción para materiales de construcción, Quindío

Colombia. Fuente: http://www.cronicadelquindio.com/noticia-completa-titulo-

gobierno_del_quindio_pidio_explicacion_por_contaminacion_de_aguas

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7. CONCLUSIONES

Es importante que los procesos de manufactura requeridos para los

materiales de construcción consuman poca energía y no sean

excesivamente elaborados, ya que en la industria y en general se

requieren de grandes cantidades de materiales para las diferentes obras

y su proceso de elaboración podría tener un impacto ambiental.

La duración es una de las principales característica para los materiales

de construcción, debido a que por lo general se planean proyectos

estables a largo plazo y sin mantenimientos muy constantes.

Dependiendo de la obra a realizar o el objeto de la construcción, los

materiales de construcción deberán satisfacer requisitos como la dureza,

la resistencia mecánica, la resistencia al fuego, o la facilidad de limpieza.

Los materiales de construcción se emplean en grandes cantidades, por lo

que deben provenir de materias primas abundantes, naturales, de gran

disponibilidad y de bajo costo tales como las el yeso, la cal, diferentes

rocas, arcillas, arenas, petróleo, bitumen natural y otros.

Es indispensable de las diferentes entidades y países cuenten con

códigos y normativas para la utilización de materiales de construcción ya

que garantizan unos estándares de calidad mínimos en la construcción, y

por otro lado permiten a los arquitectos e ingenieros conocer de forma

más precisa el comportamiento y características de los materiales

empleados, en el caso de Colombia para la construcción de carreteras se

cuenta con el MANUAL DE NORMAS DE ENSAYO DE MATERIALES

PARA CARRETERA DEL 2013 de INVIAS

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8. BIBLIOGRAFIA

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Noviembre de 2015]